电磁铁与永磁体在电磁锁应用实例中的对比分析

陆金元

摘 要：电磁锁的运用机理为通过磁力來吸引金属件以此来实现被锁件和锁紧件的开启和扣合。在电磁锁的设计中，电磁铁和永磁体为比较常见的磁铁元件，为更好的提升到电磁锁的性能及性价比，就需要在电磁铁和永磁体质检进行选择。基于此，本文对电磁铁和永磁体在电磁锁中的应用进行对比分析。

关键词：电磁铁；永磁体；电磁锁

1 对比试验背景简介

目前电磁锁在我国制造行业和工业中的应用越发广泛，电磁锁的自锁机构凭借其可靠地性能取得了较好的应用。对于电磁锁而言，其借助磁铁磁力进行被锁件和锁紧件的扣合和开启能够有效的杜绝错误操作下导致的设备故障问题。本对比试验的研究采用永磁体和电磁铁作为研究点，重点围绕着电磁铁应用电磁锁的方案进行论述，对比两者之间的有事及表现进行研究和论述。

本文研究时锁选用的永磁体外形尺寸为φ14*15mm；吸引力为3.14*0.7cm*0.7cm*100N/cm2。永磁体与被吸引金属之间距离7.5mm，根据试验测算，本文所选择的永磁体吸引力稳定可靠，能够满足使用的需求。

2 对比方案制定分析

首先，电磁铁方案设计上保密性更强，不会被轻易的抄袭和改造，另外电磁铁在运行过程中会因为电源问题存在使用地点受限的问题。其次，电磁铁方案，在锁紧机构操作上只需要控制用电和不用电即可控制磁力。第三，永磁体价格相对于电磁铁而言要低一些。第四，永磁体长时间保持磁力状态，而电磁铁的磁力与通电与否相关，若以黑色密封材料进行永磁体的架内设置，则能够保障其使用的便利性。第五，长时间、多频率的通断电会对电磁铁产生影响，降低电磁铁的使用寿命和使用周期。

3 电磁铁方案具体分析

3.1电磁铁的概念及种类

电磁铁为内部带有铁芯，利用电流通电来实现磁性变化的装置。一般情况下电磁铁的外形设置为马蹄形，有时候会制成条形和圆柱形。电磁铁中铁心要具备易磁化和快速磁性消失的性能，因此通常选用软铁或硅钢来进行制作。在电磁铁通电后，磁体形成磁性，断电后磁性瞬间消失。对于电磁铁而言，其优势性能包括：磁性有无可以以通电与否来进行设置。磁性的大小也可以根据电流的大小来进行控制。目前电磁铁在我们日常生活中的使用率还是很高的。常见的电磁铁就有电磁继电器、电磁起重机、电磁悬浮列车等等。电磁铁磁力的计算公式为F=A*（I*W）2，其中F表示吸引力、I表示线圈电流、W表示匝数、A为线圈横街面积、材质等结构参数。

3.2方案选材及试验

本文所研究的电磁铁选材为目前市场上比较常见的电磁铁型号，例如PS25、PS40、Ps49等。根据试验需求，我们将电磁铁产品作为性能对比的主要目标，分别对PS25、PS40、PS49来进行试验检测，在检测过程中发现电磁铁难以具有替代永磁体吸引金属件的需求。并且短距离的电磁铁设置还会导致电磁铁磁力吹安衰弱问题。

3.3实验分析-电磁铁对金属零件的吸引力的影响因素

电磁铁对金属零件的吸引力有以下几个因素：

（1）被吸物体的材料。纯铁最具吸引力。检测机构采用金属部分Q235材料，含有少量的碳、硫、磷等杂质，会在一定程度上影响吸力，纯铁质地较软，不适合本检测机构使用。

（2）被吸收物体的表面平滑度。表面越平，吸引力越大。测试机构的金属部分被吸干平滑。

（3）被吸物体吸力面面积。如果吸力面大于电磁吸盘，效果最好。金属表面吸收的大小是10毫米×30毫米，和标准的电磁吸盘的最小直径是25毫米。因此，可以通过增加金属零件的表面积来增加吸引力。

（4）物体和电磁吸盘之间的距离。当使用电磁铁时，电磁铁应完全安装在被拉伸的物体上。即使有距离，距离也不应该大于1mm的金属部分之间的距离。试验机构和电磁吸盘（接触面厚度为4mm，弹簧高度3.5mm）。由于检测机构壁厚较小，需要调整整个机构的体积，操作过程更加复杂。要改变整个身体的形状和大小是很困难的。弹簧的高度没有相对调节空间，弹簧越小，结构的整体稳定性就会受到弹簧的影响。

（5）被吸收物体的厚度。10mm以上的厚度为最佳。标准电磁铁的电压为24V、12V，选择24V电压电磁铁。本例的电流选择为24V电压电磁铁。线圈的电流与电压U和线圈电阻R.U=I*R有关，高电压会产生较大的电流，较大的电流会导致线圈过热，容易被破坏，而电流会上升到一定的值。它会产生磁饱和，吸力不会再增加。

（6）增加转数。增加线圈匝数需要增加电磁铁形状的大小，需要定制非标电磁铁，价格昂贵。当匝数增加时，电磁铁的磁感应强度在很小的距离内不会显著增加。这个例子的应用条件没有明显的改善。

4 永磁铁方案分析

4.1永磁铁的概念

钢或其他材料都有成为永磁体的可能性，在经过适当的操作和处理、加工之后，其内部存在的不均匀性会变化，并处于最佳状态，在这时材料的矫顽力将达到最大化。于铁而言，其晶体结构和内应力的不均匀性比较弱，矫顽力也相对较少，因此磁化铁和铁去磁的操作都比较简单，并且不想需要很强的磁场，因此铁不会成为永磁体。通常情况下，我们将磁化和去磁都简单的材料，定义为软性的磁材料。

4.2永磁体实验分析

针对电磁铁所产生的吸引力，本文选择的永磁体由磁铁保持架和75个φ14*15的铷铁硼材料组成。连接方式选择的是磁铁和保持架的黏胶连接，在磁铁的上部还架设了黑色的密封材料来进行磁密封，保障密封的效果。为达成与电磁铁相同的吸引力，本文选择75个永磁体来进行建设，永磁体单价为15元，从经济角度来看，永磁体的价格相对更便宜一些。

4.3永磁体的吸引力影响因素

对于永磁体而言，其吸引力与外架设的密封包裹水平相关，密封包裹的水平高则吸引力能够充分的发挥和调动，若密封水平较低，则会导致漏磁或扣紧后无法打开的问题产生。另外，永磁体的组成数量还会对永磁体组的吸引力产生一定的影响，通常组成构件越多永磁体吸引力越强。

总结

在本文的对比试验分析中，笔者主要针对电磁锁中的电磁铁和永磁体的运行状态和性能进行对比分析。现得出结论如下：

电磁铁中存在电磁衰减问题，不适于机械自锁机构的设置，另外因电磁锁需要频繁的进行开启和关闭，因此需要挠自己保障电磁的稳定性，而电磁铁在稳定性上与永磁铁的差距还是比较明显。