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發(fā)表時(shí)間:2011-4-9 15:13:48 IP:113.244.146.209 |
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(一) 現(xiàn)有的磁力應(yīng)用工程
1.磁力起重設(shè)備
過去使用一種電磁式起重機(jī)，用電磁鐵做吸盤，吸起大量鋼鐵，到了指定地點(diǎn)后斷電，電磁力消失，這些鋼鐵就被堆放起來。這種起重機(jī)在吸、舉和移動(dòng)過程中要消耗掉大量電能，很不經(jīng)濟(jì)。近來發(fā)展起電脈沖永磁起重機(jī)。在吸盤上有一個(gè)充磁、退磁的充放電系統(tǒng)。當(dāng)吸盤放到待運(yùn)的鋼鐵上時(shí)，對永磁回路系統(tǒng)進(jìn)行脈沖充磁，永磁體達(dá)到高工作點(diǎn)，產(chǎn)生強(qiáng)大的吸引力，把成噸的鋼鐵牢牢的吸住。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定的堆放位置時(shí)，對永磁回路系統(tǒng)施加一個(gè)適當(dāng)大小的反脈沖，使永磁體退到低工作點(diǎn)，吸力大大減弱，這成噸的鋼鐵就被堆放在指定位置了。
永磁起重技術(shù)，是永磁材料應(yīng)用的新領(lǐng)域之一，也是起重技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新方向。永磁起重裝置的基本特征是:在起重作業(yè)過程中，不需要通電流，靠強(qiáng)大的永磁體的磁力把鋼鐵等鐵磁性物件吸吊起來。因此，相對于傳統(tǒng)的電磁式起重而言，永磁起重的最大優(yōu)點(diǎn)，是節(jié)省能源。因?yàn)椴淮嬖谝蛲ｋ姸l(fā)生事故的問題，所以永磁起重裝置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是安全可靠。又由于不需要防斷電裝置，因此有利于降低成本。一般而言，永磁起重裝置的體積和重量，要比同級的電磁式的裝置小而輕。永磁起重技術(shù)，顯示出美好的前景，然而目前它尚處于發(fā)展階段，還有不少問題，需要進(jìn)一步研究。
2.電磁離合器
(1) 摩擦式
摩擦式是把相對著的一個(gè)或兩個(gè)以上的摩擦面壓在一起，靠摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，在摩擦力的加壓或釋放方法方面有電磁力加壓、彈簧釋放和彈簧加壓、電磁力釋放兩種。一般前者占壓倒多數(shù)，后者在停電時(shí)也處于動(dòng)作狀態(tài)，適用于非常停止等用途。電磁摩擦離合器與其它離合器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，外型小，使用上的限制少等特點(diǎn)，作為一般產(chǎn)業(yè)等用途目前是用量最多的。
(2) 牙嵌式
靠在主動(dòng)側(cè)和從動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)矩傳遞面上的齒和齒的嚙合來傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的離合器，稱作電磁牙嵌式離合器。由于轉(zhuǎn)矩是靠齒的嚙合而機(jī)械的進(jìn)行傳遞，和摩擦式相比體積小，傳遞轉(zhuǎn)矩大。
(3) 氣隙式
粉末離合器使用磁性粉末作為動(dòng)力傳遞的媒體，動(dòng)作部分有同心圓筒形和盤形，前者占壓倒多數(shù)。在特性方面的特征有傳遞的轉(zhuǎn)矩和主動(dòng)側(cè)與被動(dòng)側(cè)的轉(zhuǎn)速滑差大小無關(guān)，傳遞轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁電流大致成比例等。
3. 除鐵器
除鐵器是一種用于清除塊狀或粉狀物料中雜鐵的除鐵裝置。按磁力來源不同，可分為電磁除鐵器和永磁除鐵器。電磁除鐵器實(shí)質(zhì)上是一種直流電磁鐵，其勵(lì)磁線圈在通電過程中產(chǎn)生強(qiáng)磁場，將非磁性物料中的鐵件吸起。永磁除鐵器是以高矯頑力、高剩磁的稀土磁性材料釹鐵硼和鐵氧體組成磁源，以形成強(qiáng)力磁場，用于吸除鐵磁性雜物。
較早的除鐵器就是把電磁鐵懸掛在膠帶輸送機(jī)的上方，當(dāng)輸送的物料中有鐵器通過時(shí)就被吸出來附集在電磁鐵表面上。其缺點(diǎn)是：要把這些鐵器清除下來必須切斷電源之后才能自動(dòng)脫落；另外，電磁鐵運(yùn)行消耗功率比較大，有鐵時(shí)吸鐵，無鐵時(shí)等待，這樣一部分電能就白白浪費(fèi)了。后來通過改進(jìn)，將原來的固定吊掛改為可在軌道上自由行走，往返于膠帶輸送機(jī)上方和外側(cè)卸料區(qū)，并在膠帶輸送機(jī)上電磁鐵工作區(qū)來料方向一定距離處安裝鐵器探測儀，組成除鐵器自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)膠帶輸送機(jī)停機(jī)及無鐵時(shí)，除鐵器斷電停在位于膠帶輸送機(jī)一側(cè)的卸料區(qū);當(dāng)膠帶輸送機(jī)輸送的物料中有鐵器通過時(shí)，探測儀會(huì)發(fā)出信號讓除鐵器自動(dòng)行走到膠帶輸送機(jī)的上方工作區(qū)，且延時(shí)自動(dòng)送電工作。此時(shí)鐵件準(zhǔn)確到達(dá)就立即被電磁鐵吸上來，隨后除鐵器自動(dòng)離開工作區(qū)返回，到達(dá)卸料區(qū)后自動(dòng)斷電卸料，如此反復(fù)動(dòng)作合理除鐵。這套裝置仍不完善，只適于少量斷續(xù)出現(xiàn)鐵器的清除，不能滿足所有用戶的需要。
4.磁選機(jī)
在選礦生產(chǎn)線中，磁選機(jī)是不可或缺的設(shè)備，配合給礦機(jī)、提升機(jī)、傳送機(jī)、粉碎機(jī)等可組成完整的選礦生產(chǎn)線。經(jīng)過洗凈和分級的礦物混合料在傳送到磁選機(jī)上時(shí)，由于各種礦物的比磁化系數(shù)不同，經(jīng)由磁力和機(jī)械力將混合料中的磁性物質(zhì)分離開來。
較早的應(yīng)用是電磁選礦機(jī)，后來，以強(qiáng)磁永磁鐵為基礎(chǔ)的稀土磁力輥分選機(jī)(REMS)干式磁選的發(fā)展與電磁選礦機(jī)相比提高了分選效果和處理能力，并降低了基建費(fèi)用和生產(chǎn)成本。在減少機(jī)器所需占地面積方面，這種方法也是有利的。
強(qiáng)磁選機(jī)的原理如圖1所示。移動(dòng)膠帶上的干礦物給到磁力輥上，磁力、重力和離心力等通過移動(dòng)式分離器近側(cè)的磁性礦物的偏轉(zhuǎn)完成分選作業(yè)。磁性礦物的磁性越高，其流動(dòng)就越趨向于跟隨在磁力輥表面周圍，非磁性礦物在它離開常規(guī)膠帶輸送機(jī)端部時(shí)將早先拋落。
5.電磁軸承
電磁軸承（Magnetic Bearing，簡稱MB），又稱為磁懸浮軸承，是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，使轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機(jī)械接觸的一種新型、高性能軸承。它的工作原理就是通過位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子的軸偏差信號，將該信號送入控制器，通過功率放大器控制電磁鐵中的電流，從而產(chǎn)生電磁力的變化使轉(zhuǎn)子懸浮于規(guī)定的位置。
與傳統(tǒng)的滾珠軸承、滑動(dòng)軸承以及油膜軸承相比，磁軸承不存在機(jī)械接觸，轉(zhuǎn)子可以運(yùn)行到很高的轉(zhuǎn)速，具有機(jī)械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中。
磁懸浮軸承是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電耦合系統(tǒng)，它由機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。機(jī)械系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子和定子組成(徑向軸承結(jié)構(gòu)如圖2，推力軸承結(jié)構(gòu)如圖3)，通常它們都是由鐵磁疊片構(gòu)成的。轉(zhuǎn)子疊片裝在軸徑上，定子疊片上開有槽，并纏繞著線圈以提供磁力�？刂葡到y(tǒng)指控制轉(zhuǎn)子位置的電氣系統(tǒng)，簡單的控制系統(tǒng)由傳感器、控制器和功率放大器組成(如圖4)。傳感器是檢測元件，其中，位置傳感器用于檢測轉(zhuǎn)子的偏移情況，速度傳感器用于檢測轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)速度;控制器是整個(gè)磁懸浮軸承的核心，其性能決定了磁懸浮軸承的好壞，其作用是對傳感器檢測到的位置偏差信號進(jìn)行適度的運(yùn)算，使得轉(zhuǎn)子有高精度的定位，在外力的干擾作用下能通過迅速而恰當(dāng)?shù)碾娏髯兓罐D(zhuǎn)子回到基準(zhǔn)位置;功率放大器則向電磁鐵提供產(chǎn)生電磁力所需的電流。
6.磁懸浮
磁懸浮列車是一種全新的列車。它依靠電磁場特有的“同性相斥、異性相吸”的特性將車輛托起，使整個(gè)列車懸浮在線路上，利用電磁力進(jìn)行導(dǎo)向，并利用直線電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換成推進(jìn)力來推動(dòng)列車前進(jìn)的最新穎的第五代交通運(yùn)輸工具。
一般的列車，由于車輪和鐵軌之間存在摩擦，限制了速度的提高。磁懸浮列車是將列車用磁力懸浮起來，使列車與導(dǎo)軌脫離接觸，以減小摩擦，提高車速。列車由直線電機(jī)牽引．直線電機(jī)的一個(gè)級固定于地面，跟導(dǎo)軌一起延伸到遠(yuǎn)處；另一個(gè)級安裝在列車上．初級通以交流，列車就沿導(dǎo)軌前進(jìn)．列車上裝有磁體（有的就是兼用直線電機(jī)的線圈），磁體隨列車運(yùn)動(dòng)時(shí)，使設(shè)在地面上的線圈（或金屬板）中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場和列車上的磁體（或線圈）之間的電磁力把列車懸浮起來．懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行平穩(wěn)，沒有顛簸，噪聲小，所需的牽引力很小，只要幾千kw的功率就能使懸浮列車的速度達(dá)到550km／h．懸浮列車減速的時(shí)候，磁場的變化減小，感應(yīng)電流也減小，磁場減弱，造成懸浮力下降．懸浮列車也配備了車輪裝置，它的車輪像飛機(jī)一樣，在行進(jìn)時(shí)能及時(shí)收入列車，停靠時(shí)可以放下來，支持列車．
7.磁共振成像技術(shù)
磁共振成像(M R I)是當(dāng)前最先進(jìn)的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備，是二十世紀(jì)醫(yī)學(xué)成像最重要的進(jìn)展之一，也是世界上最先進(jìn)的大型醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備。它在醫(yī)療診斷方面一個(gè)最突出的特點(diǎn)是對軟組織的顯像特別清晰，迄今為止，沒有一種現(xiàn)存的影像診斷設(shè)備能與磁共振成像MRI設(shè)備相比擬，尤其是在提供腦、脊髓、骨骼肌肉的精美結(jié)構(gòu)和解剖細(xì)節(jié)方面更沒有比MRI成像更有效的設(shè)備，這是由于磁共振成像的原理完全不同于CT成像，超聲成像和同位素成像。它是基于一種新型的成像原理。
通常CT成像是依靠X線照射人體而被人體組織所吸收，人們依靠X線穿過人體不同的斷層組織而發(fā)生衰減的數(shù)值大小將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的灰度，從而獲取不同斷層的灰度像。MRI的成像原理與CT成像原理完全不同，它是依靠在強(qiáng)大的靜磁場和射頻脈沖作用之后，人體內(nèi)部的大量氫質(zhì)子釋放出來的無線電信號，被體外的接收線圈所接收，人們將被接收的無線電信號再轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的灰度，從而獲取人體不同斷層的灰度像。對于不同斷層的空間位置及其每個(gè)斷層上每個(gè)提供不同灰度像素的氫質(zhì)子的空間位置，則由梯度磁場Gx, Gy, Gz來完成。這樣一來，磁共振成像即建立于分子量級的基礎(chǔ)之上，換句話說，MRI成像的清晰度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了CT圖像。因而MRI成像設(shè)備在近二十年來得到了廣泛應(yīng)用與發(fā)展。
8.磁場下的結(jié)晶技術(shù)
磁場下的結(jié)晶技術(shù)主要就是指的用電磁力抑制金屬流動(dòng)中的渦流，使結(jié)晶過程更順利。
熔化的金屬從一個(gè)容器(如鐵水包)倒入另一容器(如中間鐵水包)時(shí)，經(jīng)常產(chǎn)生渦流現(xiàn)象。渦流的產(chǎn)生容易將雜質(zhì)帶入金屬中，使其質(zhì)量變劣。利用電磁力來抑制這種渦流現(xiàn)象，其中電磁力的施加方法有兩種：一種是加水平方向的磁場，另一種是加垂直方向的磁場。當(dāng)采用水平方向磁場抑制渦流時(shí)，磁場越強(qiáng)的部位應(yīng)調(diào)節(jié)在渦流產(chǎn)生的地方。這樣，對渦流的抑制效果越好。當(dāng)采用垂直方向磁場抑制渦流時(shí)，抑制的效果不僅與磁場的方向有關(guān)，而且與渦流引起的金屬凸出或凹入位置有關(guān)，以及渦流是否在水平面上旋轉(zhuǎn)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果已表明，水平方向的磁場抑制作用比垂直方向的磁場抑制作用要好。因?yàn)樵诤笠磺闆r下，金屬的凸出或凹入是隨機(jī)的，很難控制磁場來滿足有效抑制的條件。
9.磁力探傷
磁力探傷是在不損壞原材料和制品的前提下，利用材料的鐵磁性能以檢驗(yàn)鋼鐵等鐵磁性材料的表面或接近表面的微小缺陷，如裂紋、夾雜物、白點(diǎn)、折疊、縮孔、結(jié)疤等。
進(jìn)行磁力檢驗(yàn)時(shí)，首先要將試件磁化。一般來說，無缺陷的材料，其磁性分布是均勻的，任何部位的導(dǎo)磁都相同。因此，各個(gè)部位的磁通量也很均勻，磁力線通過的方向不會(huì)發(fā)生變化。反之，如果材料的均勻度受到某些缺陷(如裂縫、孔洞、非磁性夾雜物或其他不均勻組織)的破壞，就在該缺陷處的導(dǎo)磁率偏低時(shí)，則通過該處的磁力線就受到歪曲而偏離原來方向。這樣，就會(huì)形成局部“漏磁磁場”，而這些漏磁部位便產(chǎn)生弱小磁極。此時(shí)，如果把磁粉噴撒在試樣表面上，則有缺陷的漏磁處就會(huì)吸收磁粉，表明吸收磁粉處就是缺陷。在表皮下的缺陷所引起的磁漏則較弱，其痕跡也較模糊。離表皮過深的缺陷不易發(fā)現(xiàn)。
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回復(fù)時(shí)間:2011-4-9 15:15:44 IP:113.244.146.209 |
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(二)磁力應(yīng)用領(lǐng)域的新動(dòng)向
1. 電磁軸承前景廣闊
電磁軸承具備許多突出優(yōu)點(diǎn)，因此它受到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的普遍關(guān)注。但目前磁懸浮軸承的實(shí)際應(yīng)用中還存在著以下問題:(1)造價(jià)高。目前實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定磁懸浮的軸承系統(tǒng)多較為復(fù)雜，造價(jià)比傳統(tǒng)軸承高，僅應(yīng)用于某些特殊需要的場合。(2}磁懸浮軸承的剛度和承載能力使大規(guī)模應(yīng)用還有一定難度。磁懸浮軸承剛度的大小取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成現(xiàn)在多采用可控電磁鐵來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定，提供的剛度和阻尼都比較小，承載能力比同等條件下的傳統(tǒng)軸承小，這也制約了磁懸浮軸承的應(yīng)用范圍。
目前國內(nèi)對電磁軸承的研究分散在個(gè)別單項(xiàng)研究上，研究模型主要針對簡單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，因此距投人實(shí)用還有一段距離。從總體上看，目前國內(nèi)外對于電磁軸承的研究具有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢。
(1)在系統(tǒng)建模時(shí)，不再是基于簡單懸浮物體的解耦控制，而是更多地考慮了整個(gè)系統(tǒng)各狀態(tài)間的耦合效應(yīng)，包括軸向與徑向、徑向與徑向之間的耦合以及陀螺效應(yīng)等。這反映了人們對電磁軸承認(rèn)識的進(jìn)一步深化。
(2)在理論分析時(shí)，不象以往的研究者那樣，多在系統(tǒng)的控制策略以及其實(shí)現(xiàn)方面埋頭苦干，而是更重視系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，從而改進(jìn)控制方法。有時(shí)需要進(jìn)一步考慮非線性的影響，用非線性理論對電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的平衡點(diǎn)和周期解以及穩(wěn)定性進(jìn)行判別，進(jìn)而研究在系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)解的結(jié)構(gòu)變異，即解的分岔問題，并研究在任意給定的初始條件下或系統(tǒng)受擾后，系統(tǒng)響應(yīng)的長期發(fā)展結(jié)果，即研究非線性系統(tǒng)解的全局性態(tài)，再結(jié)合數(shù)字控制手段使系統(tǒng)參數(shù)和性能進(jìn)一步優(yōu)化、提高。這說明轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)和其他相關(guān)領(lǐng)域的研究成果被自覺地運(yùn)用到電磁軸承的研究中，對電磁軸承的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。
(3)基于全局的優(yōu)化設(shè)計(jì)，除了要讓電磁軸承自身以及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)滿足相應(yīng)的機(jī)械要求外，還應(yīng)從系統(tǒng)的角度考慮電磁軸承的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。這為電磁軸承的產(chǎn)品化創(chuàng)造了一個(gè)更廣闊的應(yīng)用前景。
(4)越來越多的采用數(shù)字控制。為了達(dá)到更高的性能要求，計(jì)算機(jī)在電磁軸承系統(tǒng)中扮演的角色越來越重要，控制器的數(shù)字化、集成化和計(jì)算機(jī)化使電磁軸承的硬件系統(tǒng)趨于結(jié)構(gòu)化、模塊化，這有利于電磁軸承的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和商品化。而相應(yīng)發(fā)展的軟件越來越多地采用了基于現(xiàn)代控制理論的各種控制算法，如滑�？刂�、非線性模糊控制、自適應(yīng)控制等，使得電磁軸承更具有“柔性”，并向多功能、智能化方向發(fā)展。
(5)開展了對無傳感器電磁軸承、無軸承電機(jī)和超導(dǎo)電磁軸承等更新型電磁軸承的研究。這表明對電磁軸承的研究正向著縱深方向發(fā)展。
在應(yīng)用方面，目前國內(nèi)有些單位如西安交通大學(xué)、上海大學(xué)、國防科技大學(xué)等正在致力于電磁軸承的工程實(shí)際應(yīng)用研究，不斷開發(fā)新的應(yīng)用產(chǎn)品和應(yīng)用領(lǐng)域。可以看到，電磁軸承將要象計(jì)算機(jī)一樣進(jìn)入一個(gè)普及應(yīng)用的新階段，其發(fā)展前景是非常遠(yuǎn)大的。
2. 納米技術(shù)方興未艾
納米技術(shù)在磁力領(lǐng)域的應(yīng)用研究正在逐漸興起。納米技術(shù)是指在納米(1nm=10－9m)尺度范圍內(nèi)認(rèn)識和改造世界的一門嶄新的綜合性科學(xué)技術(shù)。最近經(jīng)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測定證明了某些原子團(tuán)簇的磁性與大塊材料或單個(gè)原子的磁性不同。值得注意的是非磁性的固體當(dāng)維數(shù)減小到以團(tuán)簇形式存在時(shí)，將呈現(xiàn)出鐵磁性。這將給鐵磁理論和磁性應(yīng)用帶來突破性的進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)表明，納米材料在力、熱、光磁、吸波和敏感等方面具有比通常結(jié)構(gòu)下的同成份材料特殊得多的性能。以下這些就是納米技術(shù)在磁力領(lǐng)域的一些應(yīng)用嘗試：
�。�1）納米晶巨能積復(fù)合永磁材料：1988年日本已研制出納米級軟磁材料“Finement”，它具有鐵基非晶體材料的高飽和磁化強(qiáng)度及鈷基非晶材料的優(yōu)良高頻特性，在開關(guān)電源、磁放大器、高頻變壓器、抗電磁濾波器（EMIF）等中得到應(yīng)用。最近提出一個(gè)創(chuàng)新的納米晶復(fù)合交換耦合巨能積永磁材料的設(shè)想。由于軟磁材料的飽和磁化強(qiáng)度Ms高，但矯頑力（HC）小，而永磁材料HC大而Ms小，如能將這兩種材料復(fù)合在一起，通過相界之間的交換耦合，在納米范圍內(nèi)復(fù)合而成一種新型永磁材料。這類永磁材料磁能積的理論值可達(dá)106J/m3,稱之謂“兆焦?fàn)柎朋w”。
�。�2）納米磁流體：它是采用納米磁粉與一種液體均勻混合而成的膠狀液體，它兼有磁性固體和液體的特點(diǎn)，可用于軸承制動(dòng)系統(tǒng)作磁液傳感器，可用于高靈敏度測量和非接觸式測量等。
�。�3）目前，美國已發(fā)明了攜帶納米藥物的芯片，放入人體，它能引導(dǎo)藥物集中到患處提高療效。德國醫(yī)學(xué)家成功地將磁性納米粒子用葡萄糖分子包裹注入腫瘤部位，使腫瘤部位完全被磁場封閉，然后通電加熱到47℃，將癌細(xì)胞慢慢殺死，而絲毫不影響周圍的正常組織。
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