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

发布时间：2020-05-24 16:41

【摘要】：含有非线性永磁体的极化磁系统在日常家电、工业控制电路、航空航天、武器装备等设备中有着广泛的应用。但由于非线性永磁体存在工作点迁移现象,使得含有非线性永磁体的极化磁系统计算结果与实际性能存在偏差。本文以直动式极化磁系统为研究对象,建立了非线性永磁体工作点迁移模型,并对现有的极化磁系统快速计算模型进行改进,提升了极化磁系统静态特性的计算精度。首先,根据非线性永磁体的工作点变化规律建立一种基于仿射变换的非线性永磁体工作点迁移模型,用以描述非线性永磁体的工作点迁移现象;并以非线性永磁体铝镍钴为研究对象,进行定量充退磁试验和非线性永磁单体充退磁过程有限元仿真,通过试验与仿真结果验证非线性永磁体工作点迁移模型的准确性,为极化磁系统的改进快速计算模型提供基础。然后,设计确定混合永磁体直动式极化磁系统的物理模型,根据物理模型分别利用有限元仿真软件ANSYS和数值计算仿真软件MATLAB/Simulink建立直动式极化磁系统的静动态虚拟样机模型,并构建基于等效磁路的极化磁系统快速计算模型;利用非线性永磁体工作点迁移模型对极化磁系统快速计算模型进行改进,并将计算结果与实物样机测量结果进行对比,验证改进极化磁系统快速计算模型的准确性。最后,选取极化磁系统的尺寸参数,研究尺寸参数单独作用对极化磁系统静态性能的影响,提出极化磁系统尺寸参数的多目标优化问题;将差分进化算法的原理应用于多目标优化问题,采用自适应权重多种群策略和小生境思想,提出基于自适应权重多种群策略的多目标差分进化算法,利用测试函数验证改进差分进化算法的准确性;利用改进差分进化算法对极化磁系统尺寸参数多目标优化问题进行寻优,得到尺寸参数的最优解集,以提升极化磁系统的静态性能指标。
【图文】：

电压波形,有限元模型,线圈,退磁

图 2-3 线圈有限元模型 ANSYS Electronics 18，新增了永磁体充退磁模块。对于永程，需要在“Excitions->Set Magnetization Computation”中对程进行设置。但仅能够设置为充磁或退磁，不可同时设置。限元模型加载主要是对充磁线圈进行模拟，在 “ProCircuit Design”中插入充磁线圈的外部电路，如图 2-4 所示。电压波形，如图 2-5 所示。此处，将充磁电压源波形选择为0LCoilwinding10ohmR9+0V100VLabelID=V10图 2-4 充磁线圈外部电路

磁场分布,永磁,单体,磁场分布

b) t=0.025s 时永磁单体磁场强度分布图 2-6 永磁单体 t=0.025s 时磁场分布3.2 永磁单体退磁过程有限元仿真利用永磁单体充磁过程的仿真结果，对永磁单体退磁过程建立有限元仿型。由于要在永磁单体退磁过程有限元模型中调用充磁过程有限元模型，要保证退磁过程的几何模型和有限元分网设置与充磁过程的几何模型和有分网相同。建立几何及有限元模型后，设置非线性永磁材料的特性。由于在退磁过需要考虑永磁体工作点迁移的滞回现象，因此需要在“View/Edit Materia永磁体的铁损模型设置为滞回模型，具体是在“Calculate Properties for: ”中磁体的rB 和cH 进行设置，即可得到永磁体的滞回模型，如图 2-7 所示。=1.2105T
【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】：2018
【分类号】：TM273

【参考文献】