非线性永磁体退化模型及其在差动式磁系统中的应用
发布时间：2021-06-25 21:49
对于含永磁体差动式磁系统而言,永磁体是含永磁体差动式磁系统的核心零部件,其性能变化将会对磁系统整体性能产生巨大的影响,若能从永磁体入手,通过对永磁体退化趋势进行建模,进而推导出电磁系统整体性能变化趋势,并以此为依据对继电器中差动式磁系统进行优化设计,将对继电器寿命提升有较大帮助。首先,本文使用基本有限元仿真方法对电磁系统静态吸力特性进行了仿真,将仿真结果与实测结果进行了对比,分析了可能的误差来源,然后根据前述分析,基于实物测量对电磁系统的仿真模型尺寸参数进行了改进,同时基于充退磁过程仿真结果对模型中永磁体零件进行了分段处理,最后基于磁滞回线模型,重新设置了模型中永磁体的材料属性。其次,对永磁体退化机理进行分析,确定了基于表面磁强的退磁率作为永磁体磁性能表征参数,对永磁体进行了不同温度下的退化试验,研究了永磁体磁性能的整体退化趋势,然后基于前述的试验测量数据,分别选取了Arrhenius模型和对数函数模型,对永磁体磁性能退化情况进行建模,通过比较建模结果,基于对数函数模型更能反应永磁体性能退化整体趋势,因此最终选取对数函数对永磁体退化情况进行建模。然后,通过单一因素仿真,确定出考虑永磁体...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
差动式磁系统结构图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-图2-2继电器内部结构三维模型2.2.2仿真结果与分析设置求解参数，对继电器静态特性进行求解，仿真结果如图2-3所示。通过与实测数据的对比可以看出，在三个电压下的电磁吸力特性曲线中间部分即转角-1°~1°时与实测结果总体趋势吻合较好，但在曲线两端，静态吸力仿真结果均与实测结果产生了较大偏差，在端部处即转角为2°时，8V和13.5V电压下，仿真与实测结果的误差甚至超过100%。-2-1.5-1-0.500.511.52-0.02-0.015-0.01-0.00500.0050.010.015转角（°）转矩(N*m)实测结果(0V)实测结果(8V)实测结果(13.5V)有限元仿真结果(8V)有限元仿真结果(0V)有限元仿真结果(13.5V)图2-3差动式磁系统静态吸力特性仿真结果据分析这些误差主要来源于以下几方面：（1）由于差动式磁系统中永磁体与
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-12-两端轭铁间存在气隙，因此在实际生产加工过程中，永磁体的位置会与图纸中存在偏差；（2）在生产中采用先将永磁体装配到差动式磁系统中，然后再对永磁体进行充磁的方法，由于磁路形状及漏磁等诸多原因，永磁体并非完全沿着垂直截面的方面被磁化；（3）由于永磁体会经过先充磁后退磁的过程，因此永磁体并非出于饱和充磁的状态，在仿真中通常采用基于回复线模型的分段线性模型对永磁体B-H曲线进行设置，而回复线模型本身也只是对永磁体工作点迁移轨迹的近似，可能造成误差累积。2.3基于充退磁仿真的差动式磁系统仿真模型改进2.3.1三极永磁体充退磁分析及仿真建模由于本差动式磁系统中永磁体为三极永磁体，采用相应的三极充退磁机构经过先充磁，后交流稳磁制成。本文研究对象在实际充退磁过程中，先将除衔铁外的差动式磁系统其他部件组装完毕，然后采用如图2-4所示E型三极充磁头进行充磁，主磁通路径为：充磁线圈圆柱体铁芯—导磁回路—充磁头（S极）—继电器中条形永磁体—充磁头（N极）—圆柱体充磁线圈铁芯。其中充磁头和含三极永磁体电磁继电器磁路部分较为复杂，而我们只需得出充磁过后的永磁体内部磁通分布情况，因此在进行仿真时采用简化等效的有限元仿真分析处理方法。具体充磁过程为控制外部电路对充磁机的线圈通电，线圈通电产生磁场，从而在线圈中心的铁芯内产生磁势对充磁机构作用，进而对永磁体进行充磁。图2-4充磁回路磁通路径示意图因此，为了确定实际情况下永磁体的磁性能（主要是磁通方向），首先根据实线圈三极充磁头电磁系统组件
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种考虑温度和压力影响的磁滞模型及其实验验证[J]. 段娜娜,徐伟杰,李永建,王曙鸿,朱建国. 电工技术学报. 2019(13)
[2]改进移动最小二乘法及其在结构可靠性分析中的应用[J]. 韦益夫,KAWAMURA Yasumi,王德禹. 上海交通大学学报. 2018(04)
[3]继电器行业“十三五”产业技术创新发展战略研究[J]. 钱渭,王兆伟,鲍东红,马建英,孟娇,王蓉,周成龙. 机电元件. 2016(04)
[4]电磁继电器产品及研究技术发展综述[J]. 翟国富,崔行磊,杨文英. 电器与能效管理技术. 2016(02)
[5]响应面法在试验设计与优化中的应用[J]. 李莉,张赛,何强,胡学斌. 实验室研究与探索. 2015(08)
[6]基于响应面法的永磁转子偏转式三自由度电动机结构参数的优化设计[J]. 李争,张璐,王群京,伦青青. 电工技术学报. 2015(13)
[7]我国控制继电器技术产业之新发展[J]. 金峻. 机电元件. 2015(01)
[8]基于磁力线划分的开路条形非线性永磁体分布参数模型[J]. 梁慧敏,由佳欣,罗福彪,杨文英,翟国富. 中国电机工程学报. 2014(09)
[9]基于双层更新Kriging模型的机械结构动态特性稳健优化设计[J]. 李小刚,程锦,刘振宇,吴震宇. 机械工程学报. 2014(03)
[10]基于非线性永磁体分布参数的极化继电器吸力计算模型[J]. 由佳欣,蔡昭文,罗福彪,梁慧敏,翟国富. 低压电器. 2014(02)
博士论文
[1]非线性永磁体分布参数模型及其在桥式磁系统中的应用[D]. 由佳欣.哈尔滨工业大学 2014
[2]径向基函数无网格配点法及其在岩石力学中的应用研究[D]. 罗汉中.上海交通大学 2013
硕士论文
[1]非线性永磁体工作点迁移模型及其在极化磁系统中的应用[D]. 王瑞超.哈尔滨工业大学 2018
[2]Alnico8合金磁稳定性机理及老化行为研究[D]. 许鲁江.哈尔滨工业大学 2016
[3]平衡力式继电器快速计算模型及应用研究[D]. 王瑛琪.哈尔滨工业大学 2015
[4]铝镍钴合金的磁稳定性研究[D]. 廖雅琴.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3249992
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
差动式磁系统结构图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-图2-2继电器内部结构三维模型2.2.2仿真结果与分析设置求解参数，对继电器静态特性进行求解，仿真结果如图2-3所示。通过与实测数据的对比可以看出，在三个电压下的电磁吸力特性曲线中间部分即转角-1°~1°时与实测结果总体趋势吻合较好，但在曲线两端，静态吸力仿真结果均与实测结果产生了较大偏差，在端部处即转角为2°时，8V和13.5V电压下，仿真与实测结果的误差甚至超过100%。-2-1.5-1-0.500.511.52-0.02-0.015-0.01-0.00500.0050.010.015转角（°）转矩(N*m)实测结果(0V)实测结果(8V)实测结果(13.5V)有限元仿真结果(8V)有限元仿真结果(0V)有限元仿真结果(13.5V)图2-3差动式磁系统静态吸力特性仿真结果据分析这些误差主要来源于以下几方面：（1）由于差动式磁系统中永磁体与
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-12-两端轭铁间存在气隙，因此在实际生产加工过程中，永磁体的位置会与图纸中存在偏差；（2）在生产中采用先将永磁体装配到差动式磁系统中，然后再对永磁体进行充磁的方法，由于磁路形状及漏磁等诸多原因，永磁体并非完全沿着垂直截面的方面被磁化；（3）由于永磁体会经过先充磁后退磁的过程，因此永磁体并非出于饱和充磁的状态，在仿真中通常采用基于回复线模型的分段线性模型对永磁体B-H曲线进行设置，而回复线模型本身也只是对永磁体工作点迁移轨迹的近似，可能造成误差累积。2.3基于充退磁仿真的差动式磁系统仿真模型改进2.3.1三极永磁体充退磁分析及仿真建模由于本差动式磁系统中永磁体为三极永磁体，采用相应的三极充退磁机构经过先充磁，后交流稳磁制成。本文研究对象在实际充退磁过程中，先将除衔铁外的差动式磁系统其他部件组装完毕，然后采用如图2-4所示E型三极充磁头进行充磁，主磁通路径为：充磁线圈圆柱体铁芯—导磁回路—充磁头（S极）—继电器中条形永磁体—充磁头（N极）—圆柱体充磁线圈铁芯。其中充磁头和含三极永磁体电磁继电器磁路部分较为复杂，而我们只需得出充磁过后的永磁体内部磁通分布情况，因此在进行仿真时采用简化等效的有限元仿真分析处理方法。具体充磁过程为控制外部电路对充磁机的线圈通电，线圈通电产生磁场，从而在线圈中心的铁芯内产生磁势对充磁机构作用，进而对永磁体进行充磁。图2-4充磁回路磁通路径示意图因此，为了确定实际情况下永磁体的磁性能（主要是磁通方向），首先根据实线圈三极充磁头电磁系统组件
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种考虑温度和压力影响的磁滞模型及其实验验证[J]. 段娜娜,徐伟杰,李永建,王曙鸿,朱建国. 电工技术学报. 2019(13)
[2]改进移动最小二乘法及其在结构可靠性分析中的应用[J]. 韦益夫,KAWAMURA Yasumi,王德禹. 上海交通大学学报. 2018(04)
[3]继电器行业“十三五”产业技术创新发展战略研究[J]. 钱渭,王兆伟,鲍东红,马建英,孟娇,王蓉,周成龙. 机电元件. 2016(04)
[4]电磁继电器产品及研究技术发展综述[J]. 翟国富,崔行磊,杨文英. 电器与能效管理技术. 2016(02)
[5]响应面法在试验设计与优化中的应用[J]. 李莉,张赛,何强,胡学斌. 实验室研究与探索. 2015(08)
[6]基于响应面法的永磁转子偏转式三自由度电动机结构参数的优化设计[J]. 李争,张璐,王群京,伦青青. 电工技术学报. 2015(13)
[7]我国控制继电器技术产业之新发展[J]. 金峻. 机电元件. 2015(01)
[8]基于磁力线划分的开路条形非线性永磁体分布参数模型[J]. 梁慧敏,由佳欣,罗福彪,杨文英,翟国富. 中国电机工程学报. 2014(09)
[9]基于双层更新Kriging模型的机械结构动态特性稳健优化设计[J]. 李小刚,程锦,刘振宇,吴震宇. 机械工程学报. 2014(03)
[10]基于非线性永磁体分布参数的极化继电器吸力计算模型[J]. 由佳欣,蔡昭文,罗福彪,梁慧敏,翟国富. 低压电器. 2014(02)
博士论文
[1]非线性永磁体分布参数模型及其在桥式磁系统中的应用[D]. 由佳欣.哈尔滨工业大学 2014
[2]径向基函数无网格配点法及其在岩石力学中的应用研究[D]. 罗汉中.上海交通大学 2013
硕士论文
[1]非线性永磁体工作点迁移模型及其在极化磁系统中的应用[D]. 王瑞超.哈尔滨工业大学 2018
[2]Alnico8合金磁稳定性机理及老化行为研究[D]. 许鲁江.哈尔滨工业大学 2016
[3]平衡力式继电器快速计算模型及应用研究[D]. 王瑛琪.哈尔滨工业大学 2015
[4]铝镍钴合金的磁稳定性研究[D]. 廖雅琴.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3249992
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