非线性永磁体分布参数模型及其在桥式磁系统中的应用

发布时间：2018-10-26 18:11

【摘要】：铁铬钴、铝镍钴等合金永磁材料具有非线性的去磁曲线，被称为非线性永磁体；该类永磁体具有较高的温度系数及良好的加工性能，被广泛应用于军事、航天及民用领域的继电器等微小型含永磁电磁机构中。含非线性永磁体电磁机构的参数设计、容差设计过程中，电磁系统吸力计算是关键的一环；目前使用有限元等数值方法耗时较长，而等效磁路法精度又较低；针对我国含非线性永磁体电磁设备，，尤其是航天电磁极化继电器可靠性设计基础薄弱、电磁系统计算效率低的现状，通过对永磁体等效解析模型的基础研究，建立一种更适合非线性永磁体单体及含该类永磁体的磁系统等效模型，解决模型的基本微元、建模方法以及电磁机构建模等问题；从而在计算基础上提高含非线性永磁体电磁继电器的可靠性设计水平。首先，本文基于永磁体基本物理量关系以及磁通管的基本概念，建立了开路长方形非线性永磁体分布参数模型微元，推导了模型微元间的关系；对开路长方形永磁体漏磁导进行分类，推导了几类漏磁导的计算方法；提出基于磁力线划分的长方形非线性永磁体微元划分方法；以某牌号长方形非线性永磁体为例，建立了开路长方形永磁体分布参数模型，分析了模型的求解过程，求解了各分段起始工作点及截面磁通值，并与有限元模型及实测数据进行比较，验证了模型的正确性。其次，针对另外一种常见的规则形状非线性永磁体——扇形永磁体单体的分布参数模型进行研究；提出了永磁体截面磁力线的获取方法，建立了适合扇形永磁体的单层和多层分布参数模型；以某牌号开路扇形非线性永磁体为例，采用磁力线划分的方法建立了扇形永磁体分布参数模型，求解了各分段起始工作点及截面磁通值，与有限元模型相比，该方法较为接近三维有限元方法计算结果。然后，在开路长方形非线性永磁体分布参数模型的基础上，分析了某型号含长方形非线性永磁体的电磁继电器磁系统，该继电器为具有典型桥式极化磁系统的电磁继电器，将分布参数模型应用于桥式极化磁系统的建模计算过程中；建立了磁系统模型微元；确定了永磁体的分界面，提出了区域细分的灵活建模方式，建立了桥式极化磁系统分布参数模型，分析了模型中永磁衔铁的静态吸力求取方法，提出了基于牛顿法与遗传算法的桥式极化磁系统分布参数模型方程求解方法；分别计算磁系统在零安匝及吸合安匝下，不同转角的静态吸力，以及永磁体各分段磁场强度、截面磁通等物理量；对比传统集中参数模型和有限元法结果，验证了该模型的准确性，对比计算时间，考察了模型的计算效率。最后，针对分布参数模型研究过程中的实际需要，提出了针对长方形永磁体的磁通测试方法；提出了针对扇形永磁体截面磁通综合测试的方法；实测了多种形状永磁体的截面磁通，并与有限元模型进行对比，测试结果与有限元仿真结果吻合度较好；针对开路永磁体及磁系统中分布参数模型研究的需要，提出磁场图景测试系统的设计思路，搭建了基于可编程逻辑控制器（PLC）及伺服控制器的磁场图景测试系统；并实测了长方形永磁体中心截面的磁场图景，实现了磁场图景的自动化测试。本研究对于提高含非线性永磁体极化继电器的设计、分析和优化水平具有重要的理论意义和实用价值，其关键技术与理论思想可推广至其它电磁机构的分析与设计中。
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【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM273

【参考文献】