电磁铁与标记物

Posted 2022-03-10 卓晴

简 介： 本文收到了参加全国大学生智能车同学反映智能车模在搬运目标板过程中，使用电磁铁吸附目标板过程中出现的问题。表现在如果电磁铁中间隔有KT板，则会 影响电磁铁吸附目标板效果。如何解决这个问题呢？下面给出几种办法。

关键词： 电磁铁，智能车竞赛，视觉组

 

§01 问题提出

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1.1 实验现象

  卓大大晚上好！ 我是20届的老队员，冒昧向您请教一个问题 智能视觉组的待搬运物体所用的kt 板的厚度具体是几毫米？（规则上是5毫米以下） 经测试，用85kg 吸力的电磁铁无法吸起5毫米的kt 板（背面贴走1mm的碳钢板），据了解，多位同学也遇到了类似的问题。

▲ 图1 直接吸铁片，没有问题的
▲ 图2 反过来，隔了一个KT板就无法吸附了

  能否具体规定一下kt 板的厚度，以保证不同分赛区准备道具的统一性，使同学们正常发挥，避免纠纷。 谢谢卓大大！

1.2 同学们讨论

▲ 图2.1 不如直接将打印的纸板粘贴在铁片上

▲ 图2.2 加了KT板吸附不起来

▲ 图2.3 距离影响磁力

 

§03 线圈磁力

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2.1 电磁力公式

  在 Solenoid (Electromagnet) Force Calculator 给出了电磁线圈对铁磁物质所产生的磁场吸引力公式。

$$F={\left(N\cdot I\right)}^2{\mu }_{0}A/\left(2g^2\right)$$

其中：

• ${\mu }_0$ ：真空磁导率常数 ${\mu }_0=4\pi \cdot 10^{-7}$
• $F$ ：磁场吸引力，牛
• $N$ ：线圈匝数
• $I$ ：电磁铁电流，A
• $A$ ：面积，长度单位任选
• $g$ ：电磁铁与铁磁物质之间的距离，长度单位任选

  由于公式中分子上面积 $A$ 与分母上距离 $g^2$ 单位量纲可以抵消，所以只要它们选择相同的单位即可。

  从上面计算公式来看，电磁吸力与线圈的匝数以及工作的电流的乘积的平方成正比，与电磁线圈面积成正比，与距离的平方成反比。

2.2 计算举例

  在 Solenoid (Electromagnet) Force Calculator 网页上还给出了一个在线计算小工具。

  比如计算一个500匝，横截面积为10平方厘米的线圈，在通有1A的电流情况下，对于空气间隙为1厘米的铁块可以产生的电磁力计算力约为1.57牛顿。

▲ 图3.1.1 计算结果

  同样，在 Solenoid (Electromagnetic) Force Calculator 网页上，也给出了计算小程序。

▲ 图3.2.2 电磁线圈作用力的计算小程序

 

§03 解决方案

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  本文收到了参加全国大学生智能车同学反映智能车模在搬运目标板过程中，使用电磁铁吸附目标板过程中出现的问题。表现在如果电磁铁中间隔有KT板，则会 影响电磁铁吸附目标板效果。如何解决这个问题呢？下面给出几种办法。

• 直接在铁板上粘贴目标物图片，中间不再含有KT板。这样就可以减少电磁铁与铁片之间的距离，提高电磁铁吸引力；
• 去除贴片，只有KT板。这样车模作品可以采用真空吸附搬运目标图片；
• 采用机械夹钳从KT板侧面铲取目标板，夹持后完成搬运。

▲ 图3.1 电磁铁

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■ 相关文献链接:

• Solenoid (Electromagnet) Force Calculator
• Solenoid (Electromagnetic) Force Calculator

● 相关图表链接:

• 图1 直接吸铁片，没有问题的
• 图2 反过来，隔了一个KT板就无法吸附了
• 图2.1 不如直接将打印的纸板粘贴在铁片上
• 图2.2 加了KT板吸附不起来
• 图2.3 距离影响磁力
• 图3.1.1 计算结果
• 图3.2.2 电磁线圈作用力的计算小程序
• 图3.1 电磁铁