永磁式磁滞纱线张力器的研究与开发

1、12广西纺织科技2009年第38卷第4期永磁式磁滞纱线张力器的研究与开发石钢1，李海滨2（1. 太原理工大学轻纺工程与美术学院，山西晋中030600；2. 晋中市恒磁机电厂，山西晋中030600）【摘要】针对纺机自动化执行元件之一永磁式磁滞纱线张力器这种集机械、磁性材料于一体的高技术附加值产技术要点和应用范围加以论述。品进行分析研究。特别就其磁滞工作原理，【关键词】纺织机械；张力控制；纱线张力器；永磁磁滞中图分类号：TS103.8文献标识码：B1研究与开发意义艺需要调整控制。1.3国内外相关技术状况永磁式磁滞纱线张力器的国外生产公司主要有（美）、（德）和ICBT 公司（法）；国Textrol

2、公司Allma 公司内近10年有两三家企业试制，其中山西省晋中市恒磁二家重点高校和十余家机电厂，在三家中科院研究所、协作企业对口支持下，成功研发HC-Y01型永磁式磁滞纱线张力器，取得自主知识产权，专利号ZL200520024424.8。各项性能指标接近或部分达到国外同类产品水平，作为进口德国AllmaCC230和国产帘子线直捻线机备件，现在已批量投放市场。永磁式磁滞纱线张力器外形图如图1。图1张力器外形图1.1课题研究背景在纺织工业许多产品生产工序中纱线张力的预先设定和精密控制都是关键技术问题，例如：运用天然纤维、人造纤维、化学合成纤维、玻璃纤维、碳素纤维、混纺捻线、卷绕上纤维及轻质金属丝等

3、等材料在纺帘子线、架、经纱上架、络筒、并条、缝纫线合股及编织等工序，纱线张力控制无处不在。由此可以看出，纱线张力控制研容是纺织工业中不可以忽视的重要课题，用于帘子线直捻线机锭子内纱张力控制研容就是一个典型的例子。特点1.2永磁式磁滞纱线张力器的性能、该产品由永磁体提供能源，通过磁滞件磁滞作用产生阻力矩在卷绕轮上形成纱线张力。其性能特点是在无外部电源线缆连接情况下，其结构独立，便于单锭随工收稿日期：2009-04-18作者简介：石钢（1958.12-），男，太原理工大学副教授、高 工，博士。主要研究方向：纺织机械及器材。图2张力器结构图2永磁式纱线张力器结构特点永磁式纱线张力器结构图如图2所示，

4、张力器整体上由罗拉辊1和张力器盘装置合二为一。其特点是罗拉辊中心装一根轴2，上面装两个轴承3，两轴承之间支撑压簧4；罗拉辊皮带轮一端内部与轴上的导向块装有滑2009年第38卷第4期广西纺织科技13座5，滑座外圆与罗拉辊大头内圆分别设有磁滞环6及永磁体7，磁滞环与永磁体之间留有磁隙，滑座内孔设有多头螺纹801并与张力调节盘8中部的多头螺杆相连，张力调节转盘套装在轴上；罗拉辊张力调节转盘与固定架9分别由螺钉10、螺母固定在轴两端。滑坐的外圆上设有定位碰头501，并与张力调节转盘内设有定位槽802；在张力调节转盘外设有固定架9。磁滞环与永磁体之间磁力矩形成罗拉辊的张力，转动张力调节盘可以调节张力大小

5、1。由上述可见，该张力器具有结构紧凑、简单、体积小、使用安装方便，故障率低，节省电能消耗等优点。的转动才能使磁化强度增加。这种转动也可以分为可逆和不可逆两种过程。相当于旋转磁化区。第四阶段是趋于饱和阶段，其特点是：继续增大外磁场，磁化强度的增加却很小，且这种增加是由于磁畴内磁矩的可逆转动造成的，相当于图3中的接近饱和区。永磁体经过外磁场的磁化达到饱和后，其磁化强度不为零，而是停留在Mr 处，称为剩余磁化强度。运用到张力器中，要在反方向再加外磁场后才能使磁化强度逐渐回复，这时的外磁场称得上为内禀矫顽力Hc 。如果反向磁场再增大，即在原来的反向达到饱和，这时的磁化状态处于反方向的剩磁状态（Mr ）

6、。再以原来的磁化方向逐渐加大磁场，通过正向矫顽力点再度饱和2。3.2永磁能转化工作原理磁力和重力一样是一种场力，只能作能量转换，不可对外做功。如果把矫顽力作为永磁材料的主要指标，则磁滞体这种永磁材料稀土钴永磁材料称得上真正的永磁材料。具有非线性退磁曲线，在静态和动态都能有效地利用它们的磁能。最近十年间，永磁的应用越来越多，特别是在高档纺能量转换技术方面，永磁体具有重要地位，新型、织机械中永磁材料用量大幅增加。在图3的示意图中，永磁钢充磁后，都工作在退磁（永磁体）采用稀土硬磁合金，作为一个工业线上。定子永磁体，并不光看剩磁多少，更重要的是由于磁路中形式不同，相当于剩余磁场Br 损失了多少磁通量。

7、这就意）要尽可能高，所以味着作为磁源件永磁体的能积（BH （BH ）max 要求越高越好；另外矫顽力Hc 和剩磁Br 也要求高一些，这时选材料磁化曲线呈鼓肚状，便获得高稀土类磁性材料就是这的剩磁感应和高的可利用能量。种高能积、高剩磁、高矫顽力的材料。永磁体和磁滞体互为外磁场，在相对旋转位移一个NS 扇区各自内部完成一个磁滞回线循环磁化过程。连续转动，相互形成周期性交变外磁场（互为周期性退磁场）。但因为材质不同，磁性材料参数（Br ，）及磁Hc ，BH 这里，永磁体选高化曲线不同，磁滞回线工作点也不同。磁能积，高矫顽力。磁滞体选高磁能积（相对）适中矫顽力指标材料。回复曲线：如果一块磁滞体（稀土钴

8、基等）经励磁之后使用在退磁线上工作，剩磁Br 在纵坐标上A 点位置，当转子（磁滞体）转动（受阻绕罗拉纱线拉动）时，对应磁滞体的剩磁沿着退磁曲线降低N-S 区相间磁场作用，到某一位置。这些影响相当于退磁场作用，再转过半个N S 扇区，这个退磁场去除之后，磁性不再回到A 位置，而是到一个新的位置，磁滞体旋转一周，循环2n （n 为自然数）次改变之间的退磁场，磁滞体（1/2n3永磁式纱线张力器工作原理3.1永磁能来源当磁体受到外加磁场时，磁化强度随磁场的增强而增大，直至最后达到饱和，这个过程称为技术磁化过程。将磁化饱和的高能级（铁系或钴系）稀土材料作为开路磁能源，再为解决磁路非线性能，在磁器件中采用

9、并联磁路场强叠加。磁体磁化过程大致分为四个过程。其磁体磁化过程如图3。图3磁体磁化过程示意图第一阶段是畴壁的可逆位移。在外磁场较小时，通过畴壁的移动，使节某些磁畴的体积扩大，造成磁性体磁化，如图3所示的起始部分。这个阶段是畴壁随磁场的可逆位移，若移去磁场则整个磁体将恢复至退磁状态。第二阶段是不可逆的磁化过程。随着外磁场的增大，逆化曲线上升很快，即磁体的磁化的程度随磁场而急剧增加。这是畴壁跳跃式移动的过程，（这种跳跃称为巴克豪森跳跃）是畴壁由一个稳定位置跳到另一个稳定位置（稳态），这是一个不可逆的过程。相当于图3中的不可逆磁化区。第三阶段是磁畴磁矩的转动。随着外磁场的增加，磁体内的畴壁位移已基本

10、进行完毕，只有靠磁畴内磁矩14广西纺织科技2009年第38卷第4期圆周）特性将按照回复曲线来改变，这时得到一个狭窄的局部磁滞回线。因为曲线中的面积很小（即能耗功率所以张力器控制很敏感，通常用很小，即使乘以2n 倍）回复曲线来描述，并用仰角的正切表示它的特性，被以下式表示：称为回复磁导率rev ，rev =B/H=tg只是在转动一个极角NS 区吸收电磁能或永磁能磁滞件储能，再转过一个极角区磁滞件消耗磁能产生阻力矩被动做功、释放能量的间歇做功型阻力装置。这种单元也具有轴对称特性，称为轴对称单元。对此元。进行有限元定量计算67。最近十年间，永磁的应用越来越多，特别是在能量转换技术方面，永磁体具有重要

11、地位，新型、高档纺织机织物张械永磁材料用量大幅增加。现在结合应用纤维、力控制的需要，加强系列商品化开发工作，寻求适当的磁路形式和机械结构，以便合理、充分地利用永磁体潜藏的磁能。5结语纵观纺织工程，各种不同纤维在从前纺到编织全过4永磁张力器设计磁滞张力器不是原动机，这种张力器原理上绝不同于传统的主从同转动的磁性联轴节等其它力矩装置。因此在张力器设计中，磁源体选取矫顽力Hc 大的材料，磁滞体选取矫顽力适中或偏低的材料，可使得接受交变磁感应容易。这是在转动一个极角NS 区吸收电磁能或永磁能磁滞件储能，再转过一个极角区磁滞件消耗磁能产生阻力矩被动做功、释放能量的间歇做功型阻力装置。一个永磁体在空间单独

12、存在时，其磁通密度有其空间分布。两个或多个永磁体组成一个系统时，其空间磁密分布是各永磁体各自存在的空间磁密分布的线性叠加。试验证明，永磁体之间的相互影响使工作点稍有变化，但对于圆周排列的永磁系统，这种影响可以忽略。用强磁性软磁材料板覆盖永磁体既有磁屏蔽作用，也能防止外界干扰磁场对永磁体的影响，且防止漏磁345。根据磁通密度的线性叠加原理，定量计算时将磁滞张力器处理成轴对称问题，其实质上是一种二维问题，即从其任何一个对称的剖面来看极角区，结构以及载荷情况完全相同。利用有限元方法来分析这一类问题，可以在某个对称的剖面划分网格。将其划分为一系列面积元素的集合，对其中每一个面积元素绕对称轴旋转形成一个

13、环状的旋转体，即得到空间轴对称问题的分析单程中，张力控制始终是一个值得探索的技术领域。通过磁性材料于一体的以上论述可知，该产品属于集机械、高技术和高附加值的精密元器件。未来还应发展系列化产品，满足张力规格范围需要。凭借专业化制造工艺手段及检测标定仪器及磁性材料加工技术，应该能为市场提供性价比远远优于进口的同类产品，极大地满足国内市场的需要。参考文献1李海滨. 一种张力罗拉p.中国专利：200520024424.8，2006-9-13.冶2周寿增等. 稀土永磁材料及其应用M.北京：金工业出版社，1998.冶金3孙玉魁等. 金属软磁材料及其应用M.北京：工业出版社，1986.4R.C.奥汉德利.

14、现代磁性材料原理和应用M.北京：化学工业出版社，2002. 5WHITEE.STRAND. TENSION. CONTROLP.US. Patent.US3797775197，4-03-19.北京工业大学出版6夏平畴. 永磁机构M北京：社，2000（第10卷）中国标准7编委会. 钢铁手册M北京：出版社，2003（上接第78页）通的交流与合作渠道，开辟适合企业人员的教学实践、教学组织形式及灵活的管理方式。另一方面要加强管理，强化对教学质量的考核与管理。双师型教师队伍建设是一项系统工程、长线工程，要研究行业、学校专业的现状与发展趋势及教师个体的现状与发展需求，做到统筹兼顾，以宏扬高职高专特色、提高教学质量。参考文献1李利，