本发明所述的具有变极性磁极的直流电磁铁是一种由固定极性磁极和变极性磁极相结合的结构，可随负载连续增大而其磁场的吸力也连续变化增大的一种新型直流电磁铁。 该技术领域的现有技术都是以一组N性固定性磁极与另一组S性固定性磁极相结合而成的直流电磁铁。目前提高现有电磁铁的吸力主要有两种方式，即增大磁化力或选取合理的磁场结构。而在造价和耗电一定的条件下，上述两种方式成为一对矛盾体。如现有的圆型电磁铁，其磁化力安匝数很大，而磁场结构却不理想。又如现有的矩型五磁极电磁铁，磁场结构很理想，但其总安匝数只利用了一半。针对上述现有技术中所存在的问题进行新的设计以提高其工作性能、从而使直流电磁铁具有变极性磁极以适应磁化力和结构的双重要求是十分必要的。
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是设计一种结构合理、造价低廉、性能先进、工艺性好、维修简单、使用可靠的新型具有变极性磁极的直流电磁铁。本发明的变极是由变极性磁极和中间磁极开孔实现的。二者可联合运用实现变极，也可分别单独运用实现变极。通过本发明地应用可实现磁化力大与结构合理双重要求的完美统一，故而本发明是一种新型具有变极性磁极的直流电磁铁。
本发明所提供的具有变极性磁极的直流电磁铁由中间固定极性磁极、外固定极性磁极、激磁绕组、非导磁护板所组成。其特征如附图1所示，激磁绕组分内激磁绕组和外激磁绕组。在内、外激磁绕组中间具有变极性磁极，中间固定极性磁极的内部具有中间磁极开孔，在外激磁绕组的下端固装有非导磁护板、在内激磁绕组的下端固装有钢板。本发明所述的变极性磁极与中间磁极开孔可联合运用实现变极、也可分别单独运用实现变极。本发明所述当A4＞0、A1＞A2、A3＞A2时，变极性磁极与中间磁极开孔可联合运用实现变极。其中A1为中间固定极性磁极的横截面积。A2为变极性磁极的横截面积。A3为外固定极性磁极的横截面积。A4为中间磁极开孔的横截面积。本发明所述当A4＝0、A1＞A2、A3＞A2时为变极性磁极单独运用实现变极。本发明所述当A2＝0、A4＞1/3A1时为中间磁极开孔单独运用实现变极。
本发明提供一种具有变极性磁极的直流电磁铁，其特点如下所述：
1、本发明同现行固定极性电磁铁结构相比，在其两组固定极性磁极之间多了一组变极性磁极。线圈[4]包绕磁极[1]，变极性磁极[2]在线圈[4]外围。线圈[5]又包绕着变极性磁极[2]。磁极[3]在线圈[5]外围。线圈[4]和线圈[5]产生的空间磁势F1和F2同方向。并且要求，A3＞A2、A1＞A2。
2、当电磁铁处于空载与微载时，磁极[1]的极性若为N，则变极性磁极[2]的极性必为S。随负载以最大吸重能力为限连续增大时，变极性磁极的极性经零值后、自动的担负起使磁场合理分布向正向连续变化的任务，其负载能力也同时自动正向变化。
3、本发明的附图1展示了在中间磁极[1]的中心部位开孔[8]的结构型式。中间磁极开孔也是使磁场趋向合理分布的一种方式。附图1是变极性磁极与中间磁极开孔联合运用的实例。附图2是变极性磁极单独运用的实例。中间开孔也可单独运用实现变极，但中间孔的横截面积A4与中间磁极的横截面积A1之比大于或等于1∶3时其磁场分布的合理性才能出现明显的效果。
4、本发明是依据《周易》的阴阳、消长转化、均衡理论在变极性磁极的直流电磁铁设计实践中的应用。
综上所述可知，本发明具有单位能耗小、单位吸重大、散热性好等特点。其单位吸重可提高20%左右。因此，，必将在生产实践中得到广泛的应用，其优越性、合理性、可靠性必将产生明显的经济效益和积极的社会效益。
本发明共有八张附图其中：
附图1是圆型电磁铁结构示意图。
附图2是矩型电磁铁结构示意图。
附图3是用于计算的具有变极性磁极的矩型电磁铁结构示意图。
附图4是与附图3相比拟的常规矩型电磁铁结构示意图（序号含义见实施例）。
附图5是附图3的等值磁路图。
附图6是附图4的等值磁路图。
附图7是利用标么值表示附图5的结构型式。
附图8是利用标么值表示附图6的结构型式。
图中：1、中间固定极性磁极（其横截面积为A1、磁路长度为L1）
2、变极性磁极（其横截面积为A2、磁路长度L2）
3、外固定极性磁极（其横截面积为A3、磁路长度L3）
4、内激磁绕组（其匝数W1、电流I1）
5、外激磁绕组（其匝数W2、电流I2）
6、钢板（钢板可为导磁钢板，也可为非导磁钢板）
7、非导磁护板
8、中间磁极开孔（其横截面积为A4）
本发明的具体实施例如附图所示：附图1为圆型电磁铁结构示意图，主要由固定极性磁极[1]、外固定极性磁极[3]、激磁绕组、非导磁护板[7]、钢板[6]所组成。激磁绕组分内激磁绕组[4]和外激磁绕组[5]。在内、外激磁绕组[4、5]中间具有变极性磁极[2]，中间固定极性磁极[1]的内部具有中间磁极开孔[8]。在外激磁绕组[5]的下端固装有非导磁护板[7]、在内激磁绕组[4]下端固装钢板[6]。在结构中，A4＞0、A1＞A2、A3＞A2，从而达到变极性磁极[2]与中间磁极开孔[8]联合运用实现变极。其中A1为中间固定极性磁极[1]的横截面积;A2为变极性磁极[2]的横截面积;A3为外固定极性磁极[3]的横截面积;A4为中间磁极开孔[8]的横截面积。
附图3为计算用的有变极性磁极矩型电磁铁示意图，其序号与含义与图2相同。图5为图3的等值磁路图。图4为与图3相比拟的常规矩型电磁铁示意图。图6为图4的等值磁路图。图4中的序号含义如下：
1、中间磁极。其截面积为A、磁路长度为L。
2、激磁绕组。匝数为W、电流为I。
3、外磁极组。
附图3及附图4成立下列关系式：
L1/A1∶L2/A2∶L3/A3∶L/A＝1∶2∶1∶2
其中：A1∶A2∶A3∶A＝1.5∶0.5∶2∶2
则：W1I1∶W2I2∶WI＝5∶15∶20
为突出问题的实质内容在计算中做三个合理简化以说明如下：
1、磁路工作呈线性状态，负载以等厚钢板模拟。
2、略去电磁铁的端部影响。
3、计算一律用标么值（归算值），采用标么值后，等值磁路图5与图6化成了图7与图8。下面采用两种方式加以证明：
证明1：
1、空载时，图3中磁极1与磁极2有相反极性是明显的。
2、当Rm＝400时可用叠加原理计算说明：
当Um1i单独作用时1i＝20/102.987≈0.194
此磁通主要供给磁极2支路。
当Um2i单独作用时2i＝15/77.62≈0.193
2＝2i-1i＝0.001＜0
因为2＜0故可证明磁极2磁极1反极性。
证明2：
一、当Rm＝4
（1）对图7用回路法，则有：
20＝21+4（1+2）……（1）
15＝22+4（1+2）……（2）
解式（1）与（2）得
1＝32＝0.53＝3.5
（2）对图8有：＝20/6≈3.3
二、当Rm＝1
（1）对图7用回路法、则有：
20＝1.251+1.75（1+2）……（）
15＝22+1.75（1+2）……（2）
解式（1）与（2）得：
1＝5.952＝1.233＝7.18
由于2＞0故说明磁极2与磁极1同极性。
（2）图3和图4做吸力比较
吸力比＝∑（i/Ai）2·Ai/（/A）2·2A
此时＝20/3≈6.67
吸力比＝[（7.18/2）2·2+（5.95/1.5）2·1.5+（1.23/0.5）2·0.5]/（6.67/2）2·2·2≈1.178
故而说明此时图3结构比图4结构吸力提高了1.18倍，因此可说明具有变极性磁极结构的优越性和可行性。