动圈式比例电磁铁关键技术研究

发布时间：2017-03-29 02:12

  本文关键词：动圈式比例电磁铁关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：动圈式比例电磁铁作为电液伺服阀的核心部件,在诸如民用及国防工业等领域的电液控制系统中起着重要的作用,其工作特性的好坏对控制系统的性能有着直接的影响。现有对动圈式比例电磁铁的研究方法较为离散,缺乏系统性,很难系统地展现出其总体结构特性,使得各部分结构很难得到最为合理的利用,进而不能很好地指导动圈式比例电磁铁的设计。对动圈式比例电磁铁的系统、科学的研究有助于从整体上改善其工作特性,进而推动电液伺服控制技术的发展。本文以动圈式比例电磁铁的关键技术为研究对象,以提高其输出静动态特性为目标,采用理论分析、仿真计算及试验研究相结合的方法,对动圈式比例电磁铁进行了深入、系统的研究和分析。文章首先探究了动圈式比例电磁铁的结构特点,并通过磁路分析的方法建立了动圈式电磁铁的磁路模型和数学模型,在此基础上,结合有限元分析法建立了动圈式电磁铁的有限元仿真模型；之后本文通过磁场有限元仿真的方法,探究了结构参数对电磁铁输出特性的作用机理及影响方式,并通过理论模型对结构参数进行了优化。本课题按照优化后的理论模型制作了动圈式电磁铁样机,并搭建电磁铁测试系统,对其进行了试验研究并获得了其线圈温升特性,位移力特性、电流力特性及动态力特性。试验结果表明,该动圈式比例电磁铁的额定行程为4mm,额定输出力为4.3N,在额定电流范围内线性度较好,线圈温升满足正常使用需求；阶跃响应时间小于5ms,动态特性良好。试验结果与理论仿真结果基本一致,验证了理论模型的正确性。随后,本文在理论模型正确的基础上,对动圈式电磁铁的结构进行了进一步研究,探究了异形结构对电磁铁工作特性的影响。设计了非对称极靴及异形永磁体的结构,并对该结构进行了建模分析。分析结果表明,其静态特性较传统结构有所改善,输出力提高了9.98%。具体章节内容分述如下：第一章分别从电液伺服/比例阀用电—机械转换器及动圈式比例电磁铁自身研究出发,阐述了动圈式比例电磁铁关键技术的研究进展,介绍了动圈式电磁铁的结构特点,分析总结了阀用电—机械转换器的分类、结构及发展趋势。第二章基于动圈式比例电磁铁的结构特点,分析了其工作原理；运用分别基于磁路定律和电磁场理论的磁路分析法及有限元法对动圈式比例电磁铁进行了分析研究；建立了基于磁路的永磁体激磁式磁路模型,并以此得到了电磁力的解析式,建立了其动态数学模型；结合有限元分析法建立了动圈式电磁铁的有限元仿真模型,并以磁路分析法为参考,运用有限元仿真分析工具,详细探究了各结构参数对电磁铁工作特性的作用机理及影响方式,分析了结构优化的方向；确定了优化参数值下的动圈式比例电磁铁结构,并得到了其静态特性仿真曲线。第三章根据优化后的理论模型研制了动圈式电磁铁样机,并搭建了电磁铁测试系统；基于搭建的测试系统对样机进行了试验研究,验证了动圈的温升,得到了电磁铁的静动态工作特性,并与仿真结果进行了对比,分析了仿真与试验结果差异的原因,验证了电磁铁有限元模型的准确性。第四章总结归纳了改善电磁铁输出力特性的方法,进一步探究了异形结构参数对动圈式比例电磁铁输出力特性的作用机理及影响方式,分析了结构进一步优化的方向,确立了异形结构参数优化值下的电磁铁结构,得到了其静态仿真特性曲线,并与前述仿真结果进行了对比。第五章总结了全文的主要研究工作,并针对不足之处对后续进一步的研究内容和方向做出了展望。
【关键词】：动圈式比例电磁铁 电—机械转换器 磁路 磁场 有限元 仿真 优化 试验
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137;TP273
【目录】：

• 致谢4-7
• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 电液伺服/比例阀概述11-14
• 1.1.1 电液伺服/比例阀的作用及特点11-12
• 1.1.2 电液伺服/比例阀的构成及原理12-14
• 1.2 电—机械转换器应用研究进展14-19
• 1.2.1 动圈式电—机械转换器14-16
• 1.2.2 动铁式电—机械转换器16-17
• 1.2.3 伺服/步进电机17-19
• 1.3 动圈式电—机械转换器研究进展与现状19-20
• 1.4 相关技术研究进展20-22
• 1.4.1 磁性材料20-22
• 1.4.2 线圈散热技术22
• 1.5 课题研究意义及研究内容22-24
• 1.5.1 研究意义22-23
• 1.5.2 研究内容23-24
• 第2章 动圈式比例电磁铁的理论分析24-56
• 2.1 动圈式比例电磁铁的结构与工作原理24-25
• 2.2 动圈式比例电磁铁的磁路分析25-35
• 2.2.1 磁路分析25-29
• 2.2.2 永磁体的磁路模型29-30
• 2.2.3 动圈式比例电磁铁的磁路模型30-34
• 2.2.4 动态数学模型34-35
• 2.3 动圈式比例电磁铁的有限元分析35-41
• 2.3.1 电磁场基本理论36-37
• 2.3.2 动圈式比例电磁铁的轴对称静磁场模型37-41
• 2.4 动圈式比例电磁铁的磁场数值计算41-55
• 2.4.1 磁场初步分析41-43
• 2.4.2 基于静态磁场有限元模型的结构参数影响分析43-53
• 2.4.3 静态特性有限元仿真结果53-55
• 2.5 本章小结55-56
• 第3章 测试系统与试验研究56-69
• 3.1 测试系统组成及原理56-57
• 3.2 性能指标与试验方法57-59
• 3.3 动圈式比例电磁铁的试验研究59-68
• 3.3.1 静态试验59-66
• 3.3.2 动态试验66-68
• 3.4 本章小结68-69
• 第4章 动圈式比例电磁铁结构参数的进一步探究69-81
• 4.1 改善动圈式比例电磁铁输出力特性的方法69-72
• 4.2 极靴形状参数对输出力特性影响的探究72-76
• 4.3 永磁体与导磁体接触截面形状对输出力特性的影响76-79
• 4.4 静态特性有限元仿真结果79-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第5章 总结与展望81-83
• 5.1 论文总结81
• 5.2 工作展望81-83
• 参考文献83-86
• 附录86-87

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