CN110834213B - 节能断电自吸合磁吸工作台 - Google Patents

Abstract

一种节能断电自吸合磁吸工作台，包括磁吸机构、控制机构，其磁吸机构的底座上均匀阵列设置有若干磁吸附柱，各磁吸附柱内均设置有磁吸附方向一致的强磁铁，以及绕制方式一致的电磁线圈；任一磁吸附柱内的强磁铁与电磁线圈均通过绝缘件相互绝缘分隔；各磁吸附柱外均设置有液冷管；控制机构控制各电磁线圈发出与强磁铁同/异向的磁吸附力，并且控制液冷机构经液冷管输送冷却液对各磁吸附柱进行降温。该设备吸附效果稳定，能够消除高温对强磁铁退磁的影响，并在断电后能够维持对工件的吸合作用。

Description

节能断电自吸合磁吸工作台

技术领域

本发明涉及磁吸固定工作台领域，具体涉及一种节能断电自吸合磁吸工作台。

背景技术

在机械加工领域中，常使用磁吸工作台对工件进行吸合固定，相对于机械夹合、液压夹合的方式，其能够起到减少夹合面对工件的夹损的弊端。

目前的磁吸工作台又分为永磁和电磁的磁吸方式，永磁磁吸工作台通过强磁铁直接吸附工件，其吸附稳定性依赖强磁铁的吸力，但存在高温退磁的风险；电磁磁吸工作台通过通电生磁的方式，不存在强磁铁高温退磁现象，但存在着工作断电失磁的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能断电自吸合磁吸工作台，该设备吸附效果稳定，能够消除高温对强磁铁退磁的影响，并在断电后能够维持对工件的吸合作用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段加以实施：

一种节能断电自吸合磁吸工作台，包括磁吸机构、控制机构，其磁吸机构的底座上均匀阵列设置有若干磁吸附柱，各磁吸附柱内均设置有磁吸附方向一致的强磁铁，以及绕制方式一致的电磁线圈；任一磁吸附柱内的强磁铁与电磁线圈均通过绝缘件相互绝缘分隔；各磁吸附柱外均设置有液冷管；控制机构控制各电磁线圈发出与强磁铁同/异向的磁吸附力，并且控制液冷机构经液冷管输送冷却液对各磁吸附柱进行降温。

进一步的，所述的液冷机构包括储液箱、液冷管、冷却液泵、散热冷排、散热风扇，控制机构控制冷却液泵将冷却液泵送至磁吸机构内的液冷管后，经散热风扇对散热冷排内的冷却液降温后向机壳外排出热量，循环回收冷却液至储液箱。

进一步的，所述的散热风扇包括冷排降温风扇和吸气风扇，所述的控制机构和液冷机构设置于机壳内，机壳上的吸气风扇将常温空气吸入，冷排降温风扇将散热冷排热量排出至机壳外。优选的，可设置散热冷排于机壳底部，冷排降温风扇设置于散热冷排的上方并输出气流朝向冷排降温风扇上端的控制机构、冷却液泵，将吸气风扇设置于机壳的后端上缘；排风出口设置于机壳底部的散热冷排下方，在机壳两侧还可增设气流补充入口。该优选方案能够将吸气风扇抽吸的气流，对发热的控制机构、冷却液泵进行整体冷却，并将冷排降温风扇产生的热气流经排风出口一同排出，形成的气流排放通路能够充分对机壳内的发热源进行充分散热。

进一步的，所述的控制机构设置有温控装置，所述的温控装置通过监控磁吸机构的温度，并在磁吸机构温度超过安全温度设定值后启动液冷机构的冷却液循环，恢复至安全工作温度后关闭液冷机构的冷却液循环。

进一步的，所述的温控装置通过监控磁吸机构温度超过设定温度阈值时，控制机构控制冷却液泵、散热风扇进行强制工作，至磁吸机构温度低于安全温度设定值后自动停止冷却液泵和散热风扇，优选的，采用具有高温报警、低温报警的温控装置，还能为本设备带来高、低温通知警报的功能。

所述的控制机构还设置有交流电量检测仪，所述的交流电量检测仪实时监控整机用电的用电状态，优选的，通过在控制机构增设断路器，在本设备漏电、短路时，触发过载保护避免设备损坏。

进一步的，任一磁吸附柱外至少绕制有两层液冷管，所述的液冷管绕制于强磁铁外侧与电磁线圈外侧。

进一步的，所述的磁吸附柱包括具有导磁性能的导磁壳体和导磁柱芯，所述的绝缘件包括绝缘套，强磁铁设置于导磁柱芯底端并通过导磁柱芯导磁，绝缘套套设于导磁柱芯侧壁，电磁线圈套设于绝缘套侧壁，导磁壳体围合强磁铁、导磁柱芯、绝缘套、电磁线圈，并使绝缘套和导磁柱芯外露并封合导磁壳体外开口。

进一步的，所述的绝缘件还包括绝缘线套，所述的电磁线圈的两导线部分别被绝缘线套所套合，绝缘套的侧壁、内环壁、外环壁与导磁壳体内壁围合电磁线圈的线圈部，两导线部经导磁柱芯、强磁铁向导磁壳体外延伸并与磁吸机构的底座电连接，所述的外环壁和导磁柱芯呈共面设置并封合导磁壳体外开口。

进一步的，所述的磁吸机构内灌注有电子灌封胶。

本发明具有以下有益之处：

1. 采用强磁铁间接导磁的方式吸附工件，避免了工件切削热对强磁铁的退磁影响，并能在自主断电或意外断电时，以强磁铁自吸合作用维持工件的稳定吸附状态；再通过电磁线圈电生磁的作用，并在通电时通过调节电流方向，起到增强强磁铁磁场吸力，或解除强磁铁磁场磁吸的效果；

2. 传统永磁磁吸工作台存在长时间通电后，由于温度上升导致电阻增大，电磁线圈功率下降，从而使磁吸力下降的弊端，本设备通过设置水冷机构对磁吸附柱进行冷却，能够降低磁吸机构的工作温度，从而减少温度对磁吸机构电磁线圈的影响，并且避免高温对强磁铁的退磁影响；并且合理设置液冷管的位置，从而能够更直接地减少高温对磁吸附柱的强磁铁和电磁线圈的影响，从而更好达到控温、恒温效果，并有效延长磁吸机构的工作时间；配合温控装置对磁吸机构的温度保护作用，能够实现高温报警模式、低温报警模式和温度校正模式等多种模式，以应对多种场合应用的安全维护需求，具备适用性强、适用区域广泛的优点；

3. 配备有漏电保护、过电流保护、过载保护、短路保护、温度保护以及工作台失电保护，确保设备运行过程中，确保用电安全，并避免电网突然断电所造成的金属工件跌落、飞脱磁吸机构而造成工件、设备、人员意外损伤的风险的发生。

附图说明

图1是本发明磁吸附柱的分解状态示意图；

图2是本发明的分解状态示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行进一步说明。

实施例

如图1-2所示，一种节能断电自吸合磁吸工作台，包括磁吸机构、控制机构，其磁吸机构的底座经上盖11和下座12组合而成，下座12通过锁定件13将二十四个呈矩形均匀阵列的磁吸附柱14与下座12相锁定，并以横向四列，纵向六列排布；各磁吸附柱14均包括具有导磁性能的导磁壳体141、具有导磁性能的导磁柱芯143、强磁铁142、电磁线圈145、绝缘套144、绝缘线套146；

如图1所示，强磁铁142设置于导磁柱芯143底端的磁铁固定腔1431内，并通过导磁柱芯143导磁；绝缘套144套设于导磁柱芯143的芯柱部1432侧壁，电磁线圈145的线圈部套设于绝缘套144侧壁，并且线圈部被绝缘套144的侧壁、内环壁1441、外环壁1443，以及导磁壳体141的内侧壁所隔离；电磁线圈145的两导线部1452分别被绝缘线套146所套合；导磁壳体141围合强磁铁142、导磁柱芯143、绝缘套144、电磁线圈145，并使两导线部1452分别经过内环壁1441、磁铁固定腔1431、强磁铁142上的切口，向导磁壳体141上的导线孔1411延伸，并与磁吸机构的底座电连接，绝缘套144外环壁1443和导磁柱芯143芯柱部1432外壁呈共面设置并封合导磁壳体141外开口。

二十四个磁吸附柱14的强磁铁142均以N极朝外，S极朝内的方式设置，使各强磁铁142的自然吸附方向一致；并且二十四个磁吸附柱14电磁线圈145均以相同的方式进行绕制，在控制机构控制磁吸机构电源51向底座供电后，能使二十四个磁吸附柱14的电磁线圈145以同一磁场方向进行磁吸。优选的，所述的磁吸机构底座内灌注有电子灌封胶，通过电子灌封胶处理，能够使磁吸机构达到完全密封防水，并进一步提高磁吸机构的绝缘性能和导磁性能。

在本实施例中，各磁吸附柱14的强磁铁142均采用钕铁硼强磁铁，其具有强吸附力，在设备非通电状态下，对工件依然能够保持强力的吸附效果，实现失电吸合效果，避免意外断电磁吸机构吸附工件不稳定而造成的工件损伤；

使用前，通过控制机构控制电磁线圈145以通电消磁模式进行使用，磁吸机构电源51向向底座供电后，使二十四个磁吸附柱14的电磁线圈145供电以产生于强磁铁142相反的磁场，相互抵消磁力，此时磁吸机构的磁吸附力几乎为零，操作工能将工件放置至合理位置，切断磁吸机构电源51对各电磁线圈145的供电，进入正常工作模式，可使各磁吸附柱14的磁力恢复，对于质量较轻的普通工件磁吸附操作中，可采用该工作模式进行磁吸附操作，并且控制机构控制液冷机构进入待机状态，可视工件加工过程产生切削热，传递至磁吸机构的温度状态，进行液冷循环动作；并在工作完毕时，以通电消磁模式重新对强磁铁142磁力进行抵消，工件得以从磁吸机构进行释放；

当需要进行大型工件或重载加工的磁吸附操作时，正常工作模式可能存在吸附不牢的情况，通过控制机构控制电磁线圈145以通电增磁模式进行使用时，磁吸机构电源51向电磁线圈145供电以产生于强磁铁142相同的磁场，钕铁硼强磁铁142本身的磁吸力加上电磁线圈145产生的磁吸力相互叠加，在工件进行加工时，能够对工件起到更为强力的磁吸效果。

本实施例中采用N48钕铁硼强磁铁142，用HT200灰口铸铁测试，在正常工作模式下，单个磁吸附柱14的钕铁硼强磁铁142经导磁柱芯143导磁后，单磁吸附柱14磁吸附力为24.5-34.3N，可吸附2.5-3.2kg的工件；而在短时间的液冷循环降温条件下，单磁吸附柱14磁吸附力能够达到24.4-34.3N，可吸附2.5-3.2kg的工件，并且磁吸附力几乎无影响，具有较强的吸附稳定性；

如图2所示，各磁吸附柱14外均绕制有两层液冷铜管34，其中外层液冷铜管34等高地设置于电磁线圈145线圈部的外侧，内层液冷铜管34等高地设置于强磁铁142的外侧，液冷铜管34的输入端341和输出端342通过管头与液冷软管33相互接驳，冷却液经液冷软管33输送冷却液至液冷铜管34，对各磁吸附柱14进行降温，当然，通过在各磁吸附柱14外增设液冷铜管34的绕制圈数，还能进一步提升对各吸附柱14的冷却效果。

由于磁吸附柱14内侧的强磁铁142通过导磁柱芯143导磁，强磁铁142不与工件直接接触，能降低磁吸机构固定的工件在加工中产生的切削热的影响；并且液冷铜管34通过对各磁吸附柱14的强磁铁142和电磁线圈145进行冷却，在避免切削热对强磁铁142的影响的同时，还能够有效解决长时间使用后，电磁线圈145发热产生的热量对强磁铁142的消磁影响，从而能确保磁吸机构维持稳定有效的吸附力，对工件的稳定固定而避免加工精度受到影响；

如图2所示，机壳6内设置有控制机构、液冷机构、向控制机构内各元件供电的控制电源52，其中控制机构可采用电脑控制或PLC控制系统，对各电磁线圈145、液冷机构等元件进行控制；液冷机构包括储液箱31、液冷软管33、冷却液泵32、散热冷排35、冷排降温风扇361、吸气风扇362，设置于机壳6外后端的储液箱31经液冷软管33与机壳6内中部的冷却液泵32相连接，冷却液泵32经液冷软管33与液冷铜管34的输入端341的快速管头相互连接，液冷铜管34的输出端342的快速管头再经液冷软管33与机壳6底部的表面积较大的散热冷排35相连接，而后散热冷排35通过液冷软管33接驳到冷却液泵32，排风出口设置于机壳底部的散热冷排35的下方；

散热风扇包括设置于散热冷排35上端的冷排降温风扇361和设置于机壳6后端上部的吸气风扇362，控制机构、冷却液泵32设置于机壳6内并位于冷排降温风扇361的上方。通过吸气风扇362，将常温空气吹入机壳内，能对控制机构、冷却液泵32以及机壳内的其他元器件进行降温，通过冷排降温风扇361向下方送出气流对散热冷排35进行降温，冷排降温风扇361能对与吸气风扇362吸入机壳6内的气流通路进行增强，另可在在机壳6两侧壁上还能设置气流补充入口61，外部常温空气能够在冷排降温风扇361的抽吸吸下，经气流补充入口61进入机壳6内，进一步提高机壳6的气流的进气量，更有效地对机壳6内的散热冷排35、控制机构、冷却液泵32以及其他元器件进行有效降温。

控制机构控制冷却液泵32将储液箱31冷却液泵送至磁吸机构内的液冷铜管34后，经散热冷排35、冷排降温风扇361对冷却液进行冷却后，回收至储液箱31形成液流循环，从而实现磁吸附柱14的降温；控制机构的温控装置41采用基于STC单片机进行控制的智能温控检测系统、STC-3018高精度的温度检测器，配合NTC热电阻传感器可进行磁吸机构的温度监控，并且可通过设置温度指示器以实现实时温度监测和温度数字化显示，实现高达0.1度的高分辨率精度，测温范围可达-55~﹢120度的优点，还能为本设备带来高、低温通知的功能，以满足南北不同地区温差大的问题，具备适用性强、适用区域广泛等优点；

在磁吸机构温度超过设定安全温度后，启动液冷机构的冷却液泵32泵送冷却液，对各磁吸附柱14进行循环降温；并在磁吸机构恢复至设定的安全温度后，关闭液冷机构冷却液泵32，停止冷却液循环以起到节能效果；优选的，还能继续控制散热机构继续对冷却液进行进一步降温，并在通过温度传感器监控冷却液温度达到合理温度，或进行适宜时间的冷却后，来达到控制冷却液温度的效果；通过温控装置41和液冷机构的配合，在合理使用的情况下，能够使磁吸机构的温度恒定在安全的温度值，从而能够确保磁吸机构的使用稳定性；

在本实施例中，控制机构还能通过交流电量检测仪43、具备防漏电、短路功能的断路器42，所述的交流电量检测仪43实时监控整机用电的通电状态，即监控电压、电流、功率，并通过视窗实时对电压、电流、功率进行示意。具体的，本实施例采用常见的电脑水冷液作为冷却液，控制液冷铜管34的输入端341的冷却液的单位时间流量为2-3L，在16-23℃的测试温度下，设定温控装置41检测磁吸机构温度达到安全温度32℃状态以上，启动液冷机构的冷却液泵32进行液冷循环；并设定通电消磁模式下温度阈值区间为44.6-45℃，通电增磁模式的温度阈值区间为45-48℃。

在正常工作模式下，外部切削装置对工件加工所产生的切削热，经工件向芯柱部1432的传热的热量，对强磁铁142的影响较小，通常以待机状态下的控制机构控制冷却液泵32进行间歇性地进行冷却液循环，能有效避免切削热对强磁铁142造成影响，在该工作模式下，各磁吸附柱14均能保持维持在30℃以下，能实现持续的不间断工作；当然，还能通过设定安全温度为32℃，在温控装置41的温度传感器感应磁吸机构温度超过设定安全温度32℃时，启动冷却液泵32进行进行冷却液循环，对各磁吸附柱14进行降温；

配合电磁线圈145的供电，来消除/增强各磁吸附柱14强磁铁142自然提供的磁力，在采取通电消磁模式或通电增磁模式下，电磁线圈145通电所产生的热量，以及工件加工切削热产生的热量，同样可经冷却液循环消除热量影响，在本实施例中16--23℃的测试温度下，以超过设定的安全温度32℃时，控制机构控制冷却液泵32进行间歇性或持续性地冷却液循环；当需要进行大型工件或重载加工的磁吸附操作时，磁吸机构以长时间通电增磁模式的工作状态进行工作，在温控装置41通过监控在磁吸机构温度超过设定温度阈值时，控制机构控制冷却液泵32、冷排降温风扇361、吸气风扇362进行强制工作，至磁吸机构温度低于安全温度设定值32℃后，自动停止冷却液泵32、冷排降温风扇361、吸气风扇362的工作，对应的，在入表一设定的通电消磁模式、通电增磁模式的状态下，磁吸机构可稳定且不间断的工作超过6h以上；

在通电增磁模式下，同样采用HT200灰口铸铁为测试材料对单个磁吸附柱14进行测试。在非液冷循环状态下，单磁吸附柱14磁吸附力可达到39.2-64.1N，可吸附起4-6.5kg；采用如上述电脑水冷液作为冷却液进行液冷循环状态下，单磁吸附柱14磁吸附力可达到38.8-63.8N，可吸附起3.95-6.5kg，故通电增磁模式下，相对于正常工作模式，对重物的磁吸附力可提升约100%，并且在启动液冷循环状态的设定温度范围下，磁吸附力变化幅度小于0.5%，对切削加工过程所需的工件吸附力影响可忽略不计。

具体测试数据如表1-2：

表1 节能断电自吸合磁吸工作台测试数据

表2 单磁吸附柱测试数据

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (3)

1.一种节能断电自吸合磁吸工作台，包括磁吸机构、控制机构，其特征在于，所述的磁吸机构的底座上均匀阵列设置有若干磁吸附柱，各磁吸附柱内均设置有磁吸附方向一致的强磁铁，以及绕制方式一致的电磁线圈；

任一磁吸附柱内的强磁铁与电磁线圈均通过绝缘件相互绝缘分隔；各磁吸附柱外均设置有液冷管；控制机构控制各电磁线圈发出与强磁铁同/异向的磁吸附力，并且控制液冷机构经液冷管输送冷却液对各磁吸附柱进行降温；

所述的液冷机构包括储液箱、液冷管、冷却液泵、散热冷排、散热风扇，控制机构控制冷却液泵将冷却液泵送至磁吸机构内的液冷管后，经散热风扇对散热冷排内的冷却液降温后向机壳外排出热量，循环回收冷却液至储液箱；

所述的散热风扇包括冷排降温风扇和吸气风扇，所述的控制机构和液冷机构设置于机壳内，机壳上的吸气风扇将常温空气吸入，冷排降温风扇将散热冷排热量排出至机壳外；

所述的控制机构设置有温控装置，所述的温控装置通过监控磁吸机构的温度，并在磁吸机构温度超过安全温度设定值后启动液冷机构的冷却液循环，恢复至安全工作温度后关闭液冷机构的冷却液循环；

所述的温控装置通过监控磁吸机构温度超过设定温度阈值时，控制机构控制冷却液泵、散热风扇进行强制工作，至磁吸机构温度低于安全温度设定值后自动停止冷却液泵和散热风扇；

所述的控制机构还设置有交流电量检测仪，所述的交流电量检测仪实时监控整机用电的用电状态；所述的控制机构还设置有断路器；

任一磁吸附柱外至少绕制有两层液冷管，所述的液冷管绕制于强磁铁外侧与电磁线圈外侧；

所述的磁吸附柱包括具有导磁性能的导磁壳体和导磁柱芯，所述的绝缘件包括绝缘套，强磁铁设置于导磁柱芯底端并通过导磁柱芯导磁，绝缘套套设于导磁柱芯侧壁，电磁线圈套设于绝缘套侧壁，导磁壳体围合强磁铁、导磁柱芯、绝缘套、电磁线圈，并使绝缘套和导磁柱芯外露并封合导磁壳体外开口。

2.如权利要求1所述的一种节能断电自吸合磁吸工作台，其特征在于，所述的绝缘件还包括绝缘线套，所述的电磁线圈的两导线部分别被绝缘线套所套合，绝缘套的侧壁、内环壁、外环壁与导磁壳体内壁围合电磁线圈的线圈部，两导线部经导磁柱芯、强磁铁向导磁壳体外延伸并与磁吸机构的底座电连接，所述的外环壁和导磁柱芯呈共面设置并封合导磁壳体外开口。

3.如权利要求2所述的一种节能断电自吸合磁吸工作台，其特征在于，所述的磁吸机构内灌注有电子灌封胶。