新型含永磁电磁铁的设计与研究

发布时间：2019-12-03 05:50

【摘要】：气动舵机是某些中程及近程导弹上用于进行弹体姿态调整的执行机构，电磁铁则是气动舵机电磁阀内较为关键的部件，通过控制电磁铁的吸合或者释放，能够实现气路的切换，从而控制舵面的偏转，实现弹体姿态的调整。本文针对某型号气动舵机内的电磁铁吸合时需要持续通电，造成能耗较大，一方面加重整机负荷，另一方面因为线圈发热而影响电磁铁的力性能及舵机的可靠性这一问题，对电磁铁进行了重新设计。首先，对电磁铁的总体结构进行重新设计，并提出几种新型含永磁电磁铁结构方案，实现永磁力保持、电磁力动作；分析各种方案的工作原理、建立等效磁路模型；以满足保持力（或初始力）为条件，采用磁路法初步计算确定永磁的尺寸（或块数）；通过磁路模型计算三种结构方案的静态输出力，通过输出力比较，优选出能够满足指标要求的总体方案。然后，采用有限元软件ANSYS，建立优选方案电磁铁的三维有限元模型，并进行静态特性仿真，，计算电磁铁在0安匝、吸合安匝、释放安匝下的输出力，与技术指标进行对比，验证优选方案的可行性；采用FLUX软件，对电磁铁的动态特性进行仿真，得到电磁铁吸合过程中位移、速度、加速度、吸力、线圈电流等关于时间的曲线，以及吸合过程的动态响应时间，与动态响应时间指标进行对比，进一步证明方案的可行性。为进一步提高电磁铁的输出力性能、改善动态响应时间，对电磁铁上下永磁厚度、衔铁直径等结构参数进行优化；基于有限元仿真模型，进行参数化建模，对需要优化的参数取不同的离散值，通过有限元仿真软件，计算各参数在不同值下的电磁铁吸力特性（或动态响应时间），研究各个参数变化时对输出力（或动态响应时间）的影响关系，并通过比较确定各参数的最优取值。为了提高电磁铁的抗干扰特性及质量稳定性，从而提高其可靠性，对新型电磁铁结构进行容差设计。确定容差设计的目标函数及误差因素，安排正交试验，用ANSYS仿真计算误差因素不同水平组合下电磁铁的输出特性值；研究各个参数波动对输出特性波动的影响关系，找出对产品性能波动影响较大的因素，为各参数分配合适的容差范围。最后，对设计的电磁铁制作样机，从输出力性能、动态响应时间、工作寿命三方面对电磁铁进行了实验测试。实验结果表明，所设计的新型含永磁电磁铁能够满足设计指标要求。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM574

【参考文献】