基于MAXWELL的电磁阀仿真分析

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基于Ansoft Maxwell的电磁阀驱动优化

基于Ansoft Maxwell的电磁阀驱动优化作者：杨琪杨凯王刚曾云刘洪材刘诗凡吴春林来源：《成都工业学院学报》2019年第02期射系统供油稳定性的重要保证，其中驱动电压的大小是电磁阀响应时间长短的主要影响因素。

通过 Ansoft Maxwell 进行磁场的仿真可以计算得出线圈匝数、驱动电压、驱动电流与电磁力、响应时间的关系，从而优化选出线圈匝数与驱动电流和驱动电压的最佳组合。

关键词：电磁阀;电控燃油喷射系统;线圈匝数;驱动;响应时间中图分类号：TK422 文献标志码：A文章编号：2095-5383（2019）02-0034-04Abstract：The electromagnetic valve is a key component that determines the performance of diesel electronic control fuel injection system. The fast response characteristic of the electromagnetic valve is an important guarantee for the fuel supply stability of the fuel injection system. The magnitude of the driving voltage is the main influence factor of the response time of the electromagnetic valve. The simulation of the magnetic field through Ansoft Maxwell can calculate the relationship between the number of coil turns， the drive voltage， the drive current and the electromagnetic force， and the response time， so that the optimum combination of the number of coil turns， the drive current and the drive voltage can be obtained.Keywords：electromagnetic valve; electronic control fuel injection system; coil turns; drive; response time隨着车辆行业的迅速发展，对柴油机性能的要求越来越高。

基于Ansys_Maxwell的电磁式磁滞张力器仿真分析

第一作者简介:王庆东(１９９５ )ꎬ男ꎬ安徽六安人ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为智能机电系统ꎮＤＯＩ:１０.１９３４４/ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１６７１－５２７６.２０２２.０１.０３２基于ＡｎｓｙｓＭａｘｗｅｌｌ的电磁式磁滞张力器仿真分析王庆东ꎬ夏港东ꎬ秦浩杰ꎬ周文聪ꎬ张昊(南京航空航天大学机电学院ꎬ江苏南京２１００１６)摘㊀要:介绍一种磁滞张力器的结构和工作原理ꎬ借助ＡｎｓｙｓＭａｘｗｅｌｌ软件的静态㊁瞬态场求解器对张力器的磁场分布进行了数值计算ꎬ得到了张力器内部的磁力线走向以及转子表面的磁感应强度分布云图ꎬ研究了电流㊁磁极相对角度㊁气隙等参数对磁滞转矩大小的影响ꎮ遵循单一变量原则ꎬ得出各影响因素在各自变化范围内的最优解ꎬ为后续对该类型张力器的设计制造与升级优化提供了依据ꎮ关键词:电磁式ꎻ张力ꎻ磁滞转矩ꎻ仿真中图分类号:ＴＳ１０３.８㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀文章编号:１６７１￣５２７６(２０２２)０１￣０１２４￣０４ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＨｙｓｔｅｒｅｓｉｓＴｅｎｓｉｏｎｅｒＢａｓｅｄｏｎＡｎｓｙｓＭａｘｗｅｌｌＷＡＮＧＱｉｎｇｄｏｎｇꎬＸＩＡＧａｎｇｄｏｎｇꎬＱＩＮＨａｏｊｉｅꎬＺＨＯＵＷｅｎｃｏｎｇꎬＺＨＡＮＧＨａｏ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００１６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆａｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｔｅｎｓｉｏｎｅｒｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.ＴｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｎｓｉｏｎｅｒꎬｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔｆｉｅｌｄｓｏｌｖｅｒｏｆＡｎｓｙｓＭａｘｗｅｌｌｓｏｆｔｗａｒｅꎬｉｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｃａｌｃｕｌａｔｅｄꎬａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｌｏｕｄｍａｐｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｔｒｅｎｄｉｎｔｅｎｓｉｏｎｅｒａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｏｎｒｏｔｏｒｓｕｒｆａｃｅｉｓａｂｔａｉｎｅｄ.Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔꎬｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｌｅｒｅｌａｔｉｖｅａｎｇｌｅꎬａｉｒｇａｐａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｖｅｒｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｔｏｒｑｕｅｉｓｓｔｕｄｉｅｄ.Ｂｙｆｏｌｌｏｗｉｎｇｔｈｅｓｉｎｇｌｅｖａｒｉａｂｌｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅꎬｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｗｉｔｈｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｖａｒｉａｔｉｏｎｉｓｏｂｔａｉｎｅｄꎬｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｄｅｓｉｇｎｉｎｇꎬｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｎｓｉｏｎｅｒｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｔｙｐｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃꎻｔｅｎｓｉｏｎꎻｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｔｏｒｑｕｅꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０㊀引言在纺织加工过程中ꎬ纱线张力是一个十分重要的参数ꎬ从纺纱到织造的各个工序ꎬ张力的大小和稳定直接关系到产品质量㊁生产效率以及后续加工的顺利进行[１]ꎮ因此ꎬ纱线张力器成为控制纱线张力必不可少的装置ꎮ目前市售的纱线张力器以机械式为主ꎬ常见的有空气阻尼式以及油阻尼式ꎬ如图１所示[２]ꎮ相比较而言ꎬ传统的机械式纱线张力器往往具有结构简单㊁维修和操作方便等诸多优点ꎬ然而其缺点也尤为明显ꎬ如:１)张力控制精度低ꎬ一致性差ꎻ２)张力器工作过程中始终与纱线产生摩擦ꎬ容易损伤纱线ꎻ３)自动化程度低ꎬ无法由计算机进行控制ꎮ为满足纺织行业不断提高的标准要求ꎬ纱线张力器逐渐朝着自动化㊁智能化方向发展ꎮ近年来国外出现了一种高档纺织机械电磁式磁滞纱线张力器[３－５]ꎮ相较于传统机械式张力器而言ꎬ该张力器的最大特点是可以通过计算机对纱线张力进行实时的㊁连续的调节ꎮ由于采用计算机进行控制ꎬ既可以灵活地对单根纱线的张力进行控制ꎬ也可以实现大范围的群控[６]ꎮ此外ꎬ该张力器还可以连接到非接触式张力监测系统ꎬ从而实现对纱线张力的闭环控制ꎬ因而具有广阔的应用前景[７]ꎮ本文立足于国内外相关理论研究成果ꎬ借助有限元分析方法对该类型张力器的特性进行研究ꎬ为其日后在国内市场的广泛应用奠定了基础ꎮ(a) /!K (b) !K图１㊀常见纱线张力器１㊀电磁式磁滞张力器的结构及原理电磁式磁滞张力器是基于电磁阻尼原理实现对纱线张力控制的[８]ꎬ其结构如图２所示ꎮ外部静壳体８将整个结构包裹在内ꎬ形成封闭的磁回路并同时隔绝外部磁场的干扰ꎮ磁芯５由具有高磁导率的软磁材料制成ꎬ聚集内部的磁场能量ꎮ转轴７在滚珠轴承３的支撑下ꎬ一端与抱线轮１固连ꎬ另一端通过法兰与转子６连接ꎮ励磁线圈４均４２１博看网 . All Rights Reserved.匀缠绕在线圈架上并将磁芯５包含在内侧ꎮ张力器工作时ꎬ线圈４通电ꎬ抱线轮在纱线的主动牵引下转动ꎮ另一端ꎬ由磁滞材料制成的转子６作为耗能元件被动旋转ꎬ消耗磁场能量ꎬ产生阻碍纱线运动的磁滞转矩ꎬ使纱线受到张力作用[９]ꎮ调整线圈４两端电压的大小即可改变磁滞转矩ꎬ实现对纱线张力大小的调节ꎮ线圈未通电时ꎬ转子在磁芯５间自由旋转ꎬ其阻力仅来源于轴承３处的摩擦力ꎮ128-1657843213-13-276548-2１抱线轮ꎻ２磁芯①ꎻ３轴承ꎻ４线圈ꎻ５磁芯②ꎻ６转子ꎻ７轴ꎻ８外壳ꎮ图２㊀电磁式磁滞张力器结构图该张力器的具体性能要求如表１所示ꎮ表１㊀张力器的性能要求名称具体参数输出力矩/(ｍＮｍ)１０~３０范围内线性可调力矩性质力矩恒定工作转速/(ｒ/ｍｉｎ)１０００２㊀仿真模型的建立分析电磁场问题时传统的方法是从模型中抽象出一个等效的磁路ꎬ再采用解析的方法分析其磁场ꎮ由于电磁式磁滞张力器的磁路较为复杂ꎬ这使得利用解析法研究其磁场较为困难[１０]ꎬ而有限元法的广泛应用为解决该类问题提供了极大的便利ꎮ本文以课题组研制的一款电磁式磁滞张力器为例ꎬ利用Ｍａｘｗｅｌｌ软件对该张力器进行仿真分析[１１]ꎮ由于张力器的结构不具有空间对称性ꎬ无法将三维磁场计算问题转化为二维来处理ꎬ因而需要建立完整的三维有限元模型[１２]ꎮ此外ꎬ为降低问题分析的复杂性ꎬ作出以下假设[１３－１４]ꎮ１)忽略转子的涡流效应和软磁材料(定子磁芯及外壳)的磁滞损耗ꎻ２)转子的转速保持不变ꎻ３)励磁绕组由空心圆柱体等效替代ꎬ绕组内部电流密度分布均匀ꎮ张力器的主要参数如表２所示ꎬ相关参数定义如图３所示ꎮ定子磁芯及外壳均选择具有高磁导率的电工纯铁ＤＴ４ꎬ励磁线圈定义为铜材料ｃｏｐｐｅｒꎬ选择ＦｅＣｒＣｏ材料作为转子材料并在软件内部将其定义为磁滞型材料ꎮ软件内部自带的材料库中并不包含ＤＴ４和ＦｅＣｒＣｏ材料ꎬ需要从外界导入两种材料的Ｂ－Ｈ曲线ꎮ由于忽略了涡流效应的影响ꎬ两种材料的电导率均设为０ꎮ线圈绕组安匝数设为３４２Ａꎬ指定求解域属性为空气ꎮ在瞬态场分析模块中ꎬ还需要额外定义运动区域ｂａｎｄꎬ将转子包含在内ꎬ并设置其绕ｚ轴转速为１０００ｒ/ｍｉｎꎮ此外ꎬ设置仿真时长为２０ｍｓꎬ计算步长为０.２ｍｓꎮ表２㊀张力器的主要参数转子外径Ｒ２/ｍｍ转子内径Ｒ１/ｍｍ转子厚度Δ/ｍｍ气隙大小Ｌｇ/ｍｍ磁极高度Ｈ/ｍｍ磁极角度α/(ʎ)磁极个数ｐ１５.７５４１.４０.４１.７７８HL gΔL gαR 1R 2D图３㊀相关参数定义３㊀仿真结果借助Ｍａｘｗｅｌｌ软件的静态磁场求解器ꎬ通过数值计算ꎬ得到了张力器内部磁感应强度分布ꎬ如图４所示ꎮ从图中可以看出ꎬ磁力线主要集中在张力器内部的磁性材料上ꎬ并依次穿过定子磁极㊁气隙㊁转子最终汇聚于张力器外壳ꎬ形成一个封闭的内部磁回路ꎮ图５为转子表面磁感应强度分布云图ꎮB [tesla]1.200 01.120 01.040 00.960 00.880 00.800 00.720 00.640 00.560 00.480 00.400 00.320 00.240 00.160 00.080 00.000 0图４㊀张力器磁感应强度分布及磁力线走向1.411 61.320 01.228 41.136 81.045 20.953 60.862 00.770 40.678 70.587 10.495 50.403 90.312 30.220 70.129 10.037 5B [tesla]图５㊀转子表面的磁感应强度分布云图图６所示为磁滞张力器的转矩输出曲线ꎮ从图中可５２１博看网 . All Rights Reserved.以看出ꎬ输出转矩在初始时刻有轻微震动ꎬ随着时间的推移ꎬ磁滞转矩的数值波动减小ꎬ趋于稳定ꎬ并最终稳定在３２ｍＮｍK /ms-$D -/(m N ·m )图６㊀磁滞转矩随时间变化曲线３.１㊀气隙对磁滞转矩的影响保持表１中其他参数不变ꎬ仅改变气隙大小ꎬ得到图７所示磁滞转矩与气隙的关系曲线ꎮ从图中可以看出ꎬ随着气隙的增加ꎬ磁滞转矩急剧减小ꎮ由图２可知ꎬ张力器的磁传导回路主要包含定子磁芯㊁气隙㊁转子以及外壳ꎮ而定㊁转子以及外壳都是由磁性材料制成的ꎬ其相对磁导率要远高于空气磁导率ꎬ故而磁场能量主要损失于气隙中ꎮ因此ꎬ在磁动势大小一定的情况下ꎬ磁回路中的气隙越大ꎬ其中的磁场能量损失也就越大ꎬ转子的磁通密度也必然减小ꎬ从而导致磁滞转矩减小ꎮ因此ꎬ理论上减小气隙可以提高磁滞转矩ꎬ但过小的气隙会对机械加工和装配提出更高的精度要求ꎬ使得零件的加工难度加大ꎬ特别是对转子的加工精度要求更高[１５]ꎮ故而需要综合考虑各方面因素ꎬ选择合适的气隙大小ꎮ-$D -/(m N ·m )!K /mm图７㊀气隙对磁滞转矩的影响３.２㊀电流对磁滞转矩的影响电流的大小是影响电磁式张力器磁滞转矩大小的重要因素ꎮ张力器工作时ꎬ需要根据实际需要将电流设定在特定的数值ꎮ基于表１中的结构参数在不同气隙大小下进行计算ꎬ得到了如图８所示的关系曲线图ꎮ从图中可以得出ꎬ在不同气隙大小下磁滞转矩随电流变化规律基本保持一致ꎮ当电流较小时磁滞转矩增加缓慢ꎬ而随着电流的不断增加ꎬ磁滞转矩显著增大并与电流近似维持着线性关系ꎮ当电流超过一定范围后ꎬ磁滞转矩的增加幅度趋于平缓ꎬ其原因在于随着电流的增加ꎬ磁性材料的磁感应强度也趋于饱和ꎬ不再随着电流的增大而增大ꎬ增加的电流对转矩的影响很小ꎮ从图中可以看出ꎬ电流在３０~７０ｍＡ范围内ꎬ磁滞转矩与电流之间有着良好的线性关系ꎬ磁滞转矩可以达到４０ｍＮｍꎬ符合设计要求ꎮ-$D -/(m N ·m )*"/mA图８㊀磁滞转矩与电流关系图３.３㊀磁极相对角度对磁滞转矩的影响张力器的定子磁芯由两部分组成ꎬ且分别置于转子两侧ꎬ如图２所示ꎮ两定子磁芯的端面均有若干齿形磁极ꎬ张力器装配时ꎬ两齿形磁极之间一般错开一定角度ꎬ磁极间相对错开角度α定义如图３所示ꎮ保持表１其他参数不变ꎬ在多组气隙下对张力器在不同磁极相对角度下进行仿真计算ꎬ可以得到磁极相对角度与磁滞转矩的关系ꎬ如图９所示ꎮ-D>/(°)-$D -/(m N ·m )图９㊀磁极相对角度对磁滞转矩的影响定子磁极端面的齿形磁极沿周向等距排列ꎬ磁极个数为８时ꎬ相邻两磁极间的相对角度θ＝４５ʎꎮ图９中ꎬ在角度α<θ/２时ꎬ磁滞转矩随着相对角度的增加而不断增大ꎬ而当α>θ/２时ꎬ磁滞转矩逐渐减小ꎮ在α＝４５ʎ时ꎬ两磁极重合ꎬ其磁滞转矩大小与起始位置相等ꎮ转子表面的磁密Ｂ可以分解成径向Ｂｎ和切向Ｂτ两部分ꎬ而Ｂτ是影响磁滞转矩大小的主要因素ꎮ在一定范围内ꎬα增大ꎬ切向磁密Ｂτ也随之增大ꎬ而超过一定范围后Ｂτ反而减小ꎮ因此出现了图９所示的关系曲线ꎮ６２１博看网 . All Rights Reserved.３.４㊀转子厚度对磁滞转矩的影响在保证其他参数不变的情况下ꎬ随着转子厚度的增加ꎬ气隙逐渐减小ꎬ这就使得转子磁感应强度增大ꎬ磁滞转矩也随之增大ꎬ如图１０所示ꎮ然而ꎬ随着转子厚度的不断增大ꎬ磁阻和漏磁也在增加ꎬ在厚度超过一定范围以后ꎬ转子中增加的磁势反而消耗在转子内部的损耗上ꎬ对磁滞转矩的影响降低ꎮ-$D -/(m N ·m )D /mm图１０㊀转子厚度对磁滞转矩的影响３.５㊀磁极个数对磁滞转矩的影响改变磁极个数并在多组气隙大小进行数值计算ꎬ得到了图１１所示的关系曲线ꎮ磁极个数较少时ꎬ转子的磁通密度低ꎬ从而产生的磁滞转矩也较小ꎮ随着磁极个数的增加ꎬ磁滞转矩迅速增大ꎮ然而ꎬ磁极个数增加时ꎬ各个磁极的漏磁也随之增加ꎬ超过一定范围后ꎬ磁滞转矩反而随着磁极数目的增加而减小ꎮ计算结果表明ꎬ在磁极个数为１０--$D - N /·N图１１㊀磁极个数对磁滞转矩的影响４㊀结语由以上仿真结果表明:１)电流是影响磁滞转矩大小的关键因素ꎮ磁滞转矩与电流的关系曲线中有一段近似线性的区间ꎬ也是张力器的最佳工作区间ꎬ且满足在１０~３０ｍＮｍ范围内线性可调的设计要求ꎮ㊀㊀２)气隙大小的选择关系到张力器的最终性能ꎮ同时ꎬ过小的间隙也会对零部件加工精度和装配提出更高的要求ꎮ因此ꎬ需要综合考量这两方面的要求ꎬ选择大小合适的空气间隙ꎮ３)磁极的相对角度和磁极个数是影响磁滞转矩另一重要因素ꎮ计算结果表明ꎬ在相对角度α＝２２.５ʎ㊁磁极个数ｐ＝１０时输出转矩接近６０ｍＮｍꎬ极大地拓宽了张力器的线性可调范围ꎮ４)转子厚度的增加对磁滞转矩有着明显的影响ꎬ但厚度的增加也使得转子的转动惯量增加ꎬ因而在设计时需要额外考虑动力学方面的影响ꎮ电磁式张力器是一种精密纱线张力控制器ꎮ本文借助ＡｎｓｙｓＭａｘｗｅｌｌ软件研究了不同结构参数对张力器性能的影响ꎬ证明了通过有限元方法研究该类型张力器的可行性ꎬ也为日后的设计制造和升级优化奠定了基础ꎮ参考文献:[１]熊秋元ꎬ高晓平.纱线张力检测与控制技术的研究现状与展望[Ｊ].棉纺织技术ꎬ２０１１ꎬ３９(６):６５￣６８.[２]尹铭泽ꎬ张昊ꎬ缪宇轩ꎬ等.电磁式张力器的结构设计和张力测试[Ｊ].机械制造与自动化ꎬ２０２０ꎬ４９(２):１７８￣１８１ꎬ１８７.[３]石钢ꎬ吕明.磁滞卷绕张力器阻力矩产生机理[Ｊ].轻纺工业与技术ꎬ２０１５ꎬ４４(４):２８￣３２.[４]王红军.卡尔迈耶:适用于细玻纤长丝的新型纱线张力器[Ｊ].国际纺织导报ꎬ２０１４ꎬ４２(８):３４.[５]贺娟.卡尔迈耶:ＡｃｃｕＴｅｎｓｅ纱线张力器[Ｊ].国际纺织导报ꎬ２００８ꎬ３６(６):４０￣４２.[６]石钢ꎬ吕明.论纺织工程张力控制技术发展路线图[Ｊ].纺织导报ꎬ２０１１(５):１０５￣１０８.[７]谢正权ꎬ王新厚.非接触式纱线卷绕张力动态检测方法的研究[Ｊ].中国测试ꎬ２００９ꎬ３５(４):１１１￣１１４.[８]曹霞.电磁式纱线张力器原理及动态性能测试分析[Ｊ].纺织机械ꎬ１９９７(６):２４￣２６.[９]ＳＨＩＧꎬＬＶＭꎬＨＵＡＮＧＹＬꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｓｔｕｄｙｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｔｏｒｑｕｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｙａｒｎｔｅｎｓｉｏｎｅｒ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１２ꎬ３４７/３４８/３４９/３５０/３５１/３５２/３５３:２２￣２６.[１０]林其壬ꎬ赵佑民.磁路设计原理[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ１９８７.[１１]赵博.Ａｎｓｏｆｔ１２在工程电磁场中的应用[Ｍ].北京:中国水利水电出版社ꎬ２０１０.[１２]陈东ꎬ范帅.基于Ｍａｘｗｅｌｌ的盘式制动器辅助电磁制动装置的有限元分析[Ｊ].新技术新工艺ꎬ２０１３(９):３２￣３５.[１３]ＧＡＲＧＡＮＥＥＶＡＧꎬＫＹＵＩＤＫꎬＳＩＰＡＹＬＯＶＡＮＹꎬｅｔａｌ.ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｌｕｔｃｈｅｓｉｎＡｎｓｙｓＭａｘｗｅｌ[Ｃ]//２０１９２０ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆＹｏｕｎｇＳｐｅｃｉａｌｉｓｔｓｏｎＭｉｃｒｏ/ＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ(ＥＤＭ).Ｅｒｌａｇｏｌ(ＡｌｔａｉＲｅｐｕｂｌｉｃ)ꎬＲｕｓｓｉａ:ＩＥＥＥꎬ２０１９:７３１￣７３４.[１４]孔繁余ꎬ王志强ꎬ张洪利ꎬ等.磁力泵磁性联轴器的磁场分析及性能计算[Ｊ].磁性材料及器件ꎬ２００９ꎬ４０(３):２４￣２７ꎬ３１.[１５]郑勐ꎬ李言ꎬ尚军ꎬ等.一种微型精密磁滞张力器的设计开发[Ｊ].机械科学与技术ꎬ２０１１ꎬ３０(９):１４３１￣１４３４.收稿日期:２０２０１１２７７２１博看网 . 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基于Maxwell的交流接触器电磁系统优化仿真

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算结果进行验证。
２建立交流接触器有限元模型
本文研究对象为一款额定电流为２５Ａ的单Ｅ型铁芯交流接触器，线圈电压为ＡＣ２２０Ｖ５０Ｈｚ，线圈参数为线径０１２ｍｍ，匝数６８００匝。
利用Ｍａｘｗｅｌｌ软件建立交流接触器的３Ｄ模型，模型包括动衔铁、磁轭、短路环、线圈、空气域、铁芯运动域。模型如图１所示，Ｍａｘｗｅｌｌ中可通过建立一个运动域自定义铁芯的运动行程。
近年来，接触器运动过程的仿真计算取得了快速的发展。早期的接触器仿真大部分采用的是二维有限元静态特性仿真和三维有限元静态特性仿真［２－４］，近几年得益于计算机的发展进行三维有限元动态特性分析的研究增多。文献［５］利用Ｍａｘｗｅｌｌ有限元软件的３ＤＭａｘｗｅｌｌ模块对双Ｅ型交流接触器的动态特性进行
ＯｐｔｉｏｎｏｆＡＣＣｏｎｔａｃｔｏｒ’ｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍａｇｎｅｔｉｃＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＭａｘｗｅｌｌ
ＨＵＡＮＧＲｅｎｃａｎ（ＸｉａｍｅｎＨｏｎｇｆａＥｃｌｅｃｔｒｉｃａｌＳａｆｅｔｙ＆ＣｏｎｔｒｏｌＣｏＬＴＤ，Ｘｉａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ａＡＣｃｏｎｔａｃｔｏｒ’ｓｄｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄＡＣｃｏｎｔａｃｔｏｒ’ｓｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｗａｓｅｓｔａｂ
外部激励电路，电路如图３所示，图中Ｖ１为线圈电压源，线圈电压Ｕｎ＝２２０Ｖ，５０Ｈｚ，合闸相角 θ为０°。线圈线径０１２ｍｍ，Ｓ｜Ｒ为线圈电阻１２３５Ω，Ｌｃｏｉｌ为线圈截面等效模块。电路中线圈导电截面等效模块名称需与Ｍａｘｗｅｌｌ中的线圈截面导电部分名称一致，线圈激励电路通过Ｍａｘｗｅｌｌ施加外加激励电路与三维模型耦合一起。

井基于Maxwell的电磁阀有限元二维仿真与分析

山　东　化　工收稿日期：２０２０－１２－２９基金项目：中国石油化工股份有限公司Ｐ１９００８－３和国家自然基金项目４１８７４１５８资助井基于Ｍａｘｗｅｌｌ的电磁阀有限元二维仿真与分析李佳隆１，党瑞荣１，刘娟１，孙德旭２（１．西安石油大学电子工程学院，陕西西安　７１００６５；２．中石化胜利油田石油工程技术研究院，山东东营　２５７１００）摘要：电磁阀可作为注水井井下自发电核心设备的通道切装置，传统的电磁阀设计方法及过程复杂，带来周期过长和试验费用过高等一系列问题。

本文使用Ｍａｘｗｅｌｌ软件，由于在不同特性下三维模型和二维对称模型仿真结果一致，故采用有限元仿真的方法对电磁阀进行二维对称模型建模，以对电磁阀的基本结构与功能进行仿真与分析，并运用Ｍａｘｗｅｌｌ软件相关参数化设计功能对初始间隙、绕组线圈匝数等参数对电磁阀功能影响分析。

综上所述，基于ＡｎｓｏｆｔＭａｘｗｅｌｌ的电磁阀有限元二维仿真与分析可以在电磁阀设计初期对相关性能进行模拟分析，为优化与设计提供理论指导，不但能够缩短研发周期，也能节约研发期间的经费使用。

关键词：电磁阀；Ｍａｘｗｅｌｌ；仿真中图分类号：ＴＨ１３４文献标识码：Ａ文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２１）０６－０１６８－０２ＴｗｏＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｏｌｅｎｏｉｄＶａｌｖｅｂａｓｅｄｏｎＭａｘｗｅｌｌＬｉＪｉａｌｏｎｇ，ＤａｎｇＲｕｉｒｏｎｇ，ＬｉｕＪｕａｎ，ＳｕｎＤｅｘｕ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ　７１００６５，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｉｎｏｐｅｃＳｈｅｎｇｌｉＯｉｌｆｉｅｌｄＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ；Ｄｏｎｇｙｉｎｇ　２５７１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅｃａｎｂｅｕｓｅｄａｓｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｃｕｔ－ｏｆｆｄｅｖｉｃｅｏｆｔｈｅｃｏｒｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｅｌｆｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｗａｔｅｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎｗｅｌｌｓ．Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅａｒｅｃｏｍｐｌｅｘ，ｗｈｉｃｈｂｒｉｎｇｓａｓｅｒｉｅｓｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｌｏｎｇｃｙｃｌｅａｎｄｈｉｇｈｔｅｓｔｃｏｓｔ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，Ｍａｘｗｅｌｌｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｓｅｄ．Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌａｎｄｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｍｏｄｅｌｔｈｅｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ，ｓｏａｓｔｏｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ，ａｎｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＭａｘｗｅｌｌｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｎｉｔｉａｌｇａｐ，ｗｉｎｄｉｎｇｔｕｒｎｓａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｖａｌｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｏｓｕｍｕｐ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅｂａｓｅｄｏｎＡｎｓｏｆｔＭａｘｗｅｌｌｃａｎｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｔｔｈｅｅａｒｌｙｓｔａｇｅｏｆｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｉｇｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｙｃｌｅ，ｂｕｔａｌｓｏｓａｖｅｔｈｅｆｕｎｄｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｅｒｉｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：注水井井下自发电是一项新的技术，不再需要电缆为井下供电，引入流体发电后，可降低成本，简化施工工艺，消除电缆接头和高温高压环境下带来的失效，但井下发电机所工作环境恶劣，压力达４０ＭＰａ，工作温度１００℃。

微型高压电磁阀的有限元法磁场分析

微型高压电磁阀的有限元法磁场分析摘要：本文利用Ansoft Maxwell软件建立模型，对微型高压电磁阀的静态磁场进行有限元分析，验证磁路设计满足总体设计要求，为进一步优化结构打下扎实的基础。

关键词：微型高压电磁阀有限元法磁场分析1引言随着航天技术的飞速发展，低功率、高精度、单一功能的微小卫星在航天领域日益受到重视，与传统的航天器相比有着结构简单、重量轻、体积小、功耗小、成本低等特点〔1〕。

从而对其相应的部件要求向微小型化发展。

电磁阀用于航天器动力系统推进剂和高压气体供应的控制，是其重要的组成部分，有的航天器上的电磁阀多达几十个。

因此，微型化、高压、响应快是电磁阀的研究重点。

某高压电磁阀根据磁路设计和结构设计，完成了机械结构和电磁线圈直径、匝数、衔铁直径等的估算。

涉及到电磁阀的主要结构参数往往需要实物样机加工出来才能确定，这回增加产品的设计周期，并且不能保证得到优化的结果。

因此根据设计出来的结构形式，开展磁场仿真分析，优化产品结构，降低产品设计周期，提高产品可靠性。

2建立仿真模型微型高压电磁阀结构形式见图1。

主要由阀体、弹簧、线圈、衔铁、套筒、阀座等组成，阀体材料为合金，衔铁材料为合金，套筒和弹簧等为不锈钢。

因其是对称结构，故可以取其一半作为磁路仿真模型。

1-阀体 2-弹簧 3-线圈 4-衔铁 5-壳体 6-套筒 7-阀座图1 微型高压电磁阀3 有限元分析理论基础对于静态磁场而言，描述各变量之间相互关系的Maxwell 方程可以写为▽×H =J▽×E =tB ∂∇- （1） ▽×B =0式中，▽为Hamilton 算子；H 为磁场强度，单位T;B 为磁感应强度，单位T ；E 为电场强度，单位V/m ；J 为传导电流密度，单位A/㎡；t 为时间，单位s 。

对于导磁材料，磁场强度与磁感应强度之间的曲线为该材料的磁化曲线，简化分析假定H B μ=E J σ= （2）E D ε=式中，μ为磁导率；ε为介电常数；σ为电导率；D 为电位移矢量。

maxwell电机仿真实例

maxwell电机仿真实例1.介绍Maxwell电机仿真的背景和意义Maxwell电机仿真是一种通过计算机软件模拟电机工作原理和性能的技术。

随着电机设计和制造水平的不断提升，对电机性能和效率的要求也越来越高，因此精确的电机仿真技术变得越来越重要。

Maxwell是一款由ANSYS公司开发的电磁场仿真软件，广泛应用于电机设计和优化领域。

通过Maxwell电机仿真，可以准确地预测电机的性能指标，优化电机结构和参数，提高电机的效率和性能。

2. Maxwell电机仿真的原理和方法Maxwell电机仿真的原理是基于有限元分析方法。

有限元分析是一种数值分析方法，通过将电机结构离散为有限数量的小单元，建立数学模型，然后利用计算机进行求解，得到电机的电磁场分布、电磁力和转矩等物理量。

Maxwell软件提供了丰富的建模工具和分析功能，可以对不同类型的电机进行精确的仿真和优化。

Maxwell电机仿真的方法包括建模、网格划分、材料定义、边界条件设定、求解和后处理。

首先需要根据电机的结构和电磁特性建立三维模型，然后进行网格划分，将电机结构离散为有限数量的单元。

接着需要定义电机材料的磁导率、电导率和损耗特性，设定电机的边界条件，如气隙边界、绕组等。

然后对电机进行求解，得到电磁场分布、磁场激励、电磁力和转矩等物理量。

最后进行后处理，分析电机的性能指标，如效率、功率因素、损耗等，优化电机的结构和参数。

3. Maxwell电机仿真的应用领域Maxwell电机仿真广泛应用于各类电机的设计和优化领域。

具体包括以下几个方面：（1）电机性能分析和预测：Maxwell电机仿真可以对不同类型的电机进行精确的仿真和分析，预测电机的性能指标，如电磁力、转矩、磁场分布等。

通过仿真可以发现电机存在的问题和不足，提出改进措施。

（2）电机结构优化：Maxwell电机仿真可以对电机的结构和参数进行优化，找到最优的设计方案。

可以改变电机的绕组形式、气隙间隙、磁路长度等参数，以提高电机的效率和性能。

ANSYS Maxwell R16助力高性能永磁电机仿真分析

ANSYS Maxwell R16助力高性能永磁电机仿真分析介绍永磁电机是目前运行效率最高的电机之一，并且因其具有体积小、重量轻、寿命长等优点而被广泛应用于各个领域。

然而，永磁电机的设计和优化过程是非常复杂和困难的。

在传统的设计方法中，需要进行大量的试错和实验才能得到最优的设计方案。

为了解决这个问题，建立永磁电机的仿真模型并进行模拟分析变得越来越重要。

在永磁电机的仿真分析中，ANSYS Maxwell R16是目前最受欢迎的一款软件之一。

ANSYS Maxwell R16简介ANSYS Maxwell R16是ANSYS公司的一款专业电磁仿真软件。

它基于有限元分析(FEA)技术，能够利用先进的计算方法对各种类型的电磁场问题进行建模和求解，并且支持永磁电机和电磁机械的设计、优化和性能预测。

该软件可以帮助工程师快速、准确地预测永磁电机的运行情况，包括磁通密度、磁场分布、温度分布、电磁损耗、振动和噪音等。

ANSYS Maxwell R16优势1. 先进的自适应有限元技术ANSYS Maxwell R16采用了自适应网格剖分技术，可以根据计算需要自动调整网格密度和划分方式，从而获得更准确的计算结果。

此外，该软件还支持多种网格类型，包括三角形、四边形、简化网格等，可以有效地提高计算效率和准确度。

2. 使用方便ANSYS Maxwell R16的使用非常便捷，可视化的用户界面可以轻易地进行模型构建、求解和分析。

此外，该软件还提供了丰富的材料数据库和元件库，用户可以轻松地添加和修改特定材料和器件的属性。

3. 微波仿真能力ANSYS Maxwell R16可以模拟和分析微波器件，例如介质波导、射频电缆和天线等，这是其他电磁仿真软件所不能比拟的。

此外，它还支持三维电磁场计算，可用于模拟传输线、射频电路和天线等。

永磁电机仿真分析基于ANSYS Maxwell R16，底层硬件和电路的三相永磁电机模型可以轻松建立。

建立仿真模型后，可以通过仿真分析来预测永磁电机的运行情况。

电磁截止阀的设计及仿真

电磁截止阀的设计及仿真冯江1,钟相强1,2,姚顺宇1,张本学1(1.安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖241000;2.南京航空航天大学航空宇航学院,江苏南京210016)摘要:设计了一种通过电磁力控制阀门开闭的电磁截止阀。

基于系统UG NX 构建了电磁截止阀的三维模型,把设计的结构简化成物理模型,并进行理论分析和计算。

基于Ansoft Maxwell 对电磁场和电磁力进行仿真实验,结果表明:当24V 直流电通过线圈,激励电流等于3000mA 时,产生的电磁力完全可以打开阀门。

关键词:电磁截止阀;电磁仿真;压力平衡孔;阀芯中图分类号:TH134文献标识码:A文章编号:2095-7726(2019)03-0038-04阀门是控制流体介质的流量、流向和压力等的机械装置,也是管道系统中基本的部件,是伴随着流体管路的产生而产生的。

阀门在生产和生活的方方面面都有着广泛的应用,随着社会经济的发展,许多生产场合需要配备性能稳定、结构简单的阀门。

电磁截止阀在现代工业生产中应用较为广泛,其工作特点是将电磁力转换为开闭阀门的动力。

与传统截止阀相比,其阀芯行程非常小,切断动作非常可靠,更适用于流体介质的切断[1-2]。

电磁截止阀的开闭过程由电磁力控制,这不仅解决了启闭力矩的生成问题,而且代替了工人的手动操作。

因此,在本文中,我们设计了电磁截止阀的结构,基于Ansoft Maxwell 软件对电磁线圈的电磁场分布、电枢受力大小和方向进行了仿真,以此保证了电磁截止阀整体设计的合理性,缩短了开发周期,降低了开发成本,为电磁截止阀后期研究奠定了基础。

1电磁截止阀的结构及工作原理1.1电磁截止阀的结构图1给出了电磁截止阀断电时的结构状态。

阀芯进入阀体内,与阀座接触,导向轴通过螺栓固定在阀芯上,电磁线圈、弹簧等元件围绕导向轴安装。

1.2电磁截止阀的工作原理图2给出了电磁截止阀通电时的结构状态。

当线圈中有电流通过时,线圈中就会产生磁场,电枢就会受力,电枢在电磁力作用下沿导向轴上移,阀芯与阀座分离,截止阀导通,气体(本文以气体为例)就能过阀口。

基于Ansoft Maxwell的电磁阀用电磁铁电磁力特性研究

基于Ansoft Maxwell的电磁阀用电磁铁电磁力特性研究摘要：根据设计要求，完成了电磁铁的结构设计，进行了绕组匝数和工作电流计算。

对电磁力进行了计算，并运用Ansoft Maxwell软件对电磁力进行了仿真分析，对电磁铁样机进行了电磁力测试。

将电磁力实测值与理论计算值和仿真值进行了对比分析，反算出了不同气隙值时的漏磁系数，并使用MATLAB软件拟合出了漏磁系数与气隙值关系的幂级数方程。

通过对比发现电磁力仿真值均小于实测值，电磁力仿真值平均准确率达到了实测值的91.9%。

本文为电磁铁的精细化设计提供了参考和依据。

主题词：电磁力计算电磁仿真漏磁系数中图分类号：TH122 文献标识码：A1 引言电磁铁产生的电磁力常用于为阀类产品的阀芯提供动力，作为一种喷气式飞行器姿态控制装置中的关键部件，能够提供快速的响应时间，实现精准的飞行器姿态控制。

进行电磁铁设计时，可通过理论公式计算电磁力的值，但由于漏磁系数根据电磁铁结构、工作电流的不同取值范围较大，磁感应强度会随着磁场强度的变化而变化[1]，对于设计经验不足的设计师，要计算出较为准确的电磁力值较为困难。

通过在Ansoft Maxwell完成电磁铁结构建模，录入所用导磁材料的磁化参数，设定工作时的电流、绕组匝数等参数，可以得到电磁铁工作时的常用特征变化情况[2]，可获知电磁铁设计过程中需要了解却又无法感知和观测的设计特征，如电磁力变化、磁力线分布、磁感应强度分布等特征，根据仿真结果，可提高电磁铁设计的准确性和可靠性。

2 电磁铁结构设计及工作原理2.1 电磁铁结构设计根据某高温燃气阀使用要求和电磁铁设计原则[3]，完成了电磁铁结构设计，电磁铁主要由壳体、隔热管、顶杆、绕组、衔铁、骨架、防护套、导磁盖、支板、复位弹簧、端盖、外罩等组成，电磁铁结构组成图如图1所示。

电磁铁壳体和导磁盖材料为冷拉电工纯铁DT4，衔铁为软磁合金1J22，绕组为铜漆包线绕制，隔热管、防护套和外罩为高硅氧玻璃钢非金属材料，顶杆为不导磁的不锈钢1Cr18Ni9Ti，骨架材料为挤制铜棒QSi3-1R、复位弹簧为弹簧用不锈钢丝1Cr18Ni9。

基于AnsoftMaxwell2D的开关磁阻电机仿真研究

基于A n soft M axw ell 2D 的开关磁阻电机仿真研究收稿日期:2004-11-22修回日期:2005-10-08周会军　丁文　鱼振民(西安交通大学电气工程学院,西安,710049)摘　要:基于A nsoft M axw ell 2D 的仿真环境,建立了开关磁阻电动机(SRM )的系统仿真模型。

在建立仿真模型基础上,对电动机的基本特性进行了仿真研究,获得了电机不同位置时的磁场分布、静态电磁参数和动态性能仿真结果。

仿真结果可以用于指导该型电机及其控制系统的设计和优化。

关键词:开关磁电动机;A nsoft 软件;M axw ell ;2维磁场中图分类号:TM 352 文献标识码:A 文章编号:1001-6848(2005)06-0010-03Si m ula tion and Ana lysis of Switched Reluctance M otorZHOU H u i -jun ,D I N G W en ,YU Zhen -m in(Shoo l of E lectrical Engineering ,X i’an J iao tong U niversity ,X i’an ,Ch ina )Abstract :T h is paper introduces the modeling of s w itched reluctance mo to r using M axw ell 2Dof A nsoft co rpo rati on .T he basic perfo r m ances of SRM are analyzed based on the model ,w h ich include the distributi on of m agnetic field at the vari ous ro to r po siti on ,static electrom agnetic characteristics and dynam ic si m ulati on results .T he results o si m ulati on can be available to design and op ti m ize th is new type m ach ine and contro l system .Key words :SRM ;A nsoft ;Si m ulati on ;M axw ell 2D0　引　言开关磁阻电机驱动系统由电机本体(Sw itchedR eluctanceM o to r ,简称SRM )、功率变换器、位置传感器和控制器4部分组成[1]。

基于Ansys-Maxwell的矿用电磁铁优化和仿真

ｓｃｈｅｍｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｓｅｐａｒａｔｏｒｒｉｎｇｉｓｍｏｖｅｄｔｏｔｈｅｌｅｆｔｂｙ３.０ｍｍꎬ ｔｈｅ
ｓｔａｒｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ３.４７Ｎｔｏ１３.９Ｎꎬ ｗｈｉｃｈｉｓｆａｒｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇ
高电磁铁的启动电磁力ꎮ
２电磁铁启动电磁力有限元仿真优化
由于用户要求电磁铁的外形尺寸不变ꎬ因此在仿真优
推动先导阀芯ꎬ当先导阀入口压力下降代表先导阀导通ꎬ
化时需要保留线圈尺寸、衔铁尺寸、阀芯行程和激励安匝
此时测力计上的值即为先导阀打开时作用力大小ꎮ 从图
数不变ꎮ 通过对矿用电磁铁结构分析发现ꎬ其特殊之处在
磁力的不断增加ꎬ当电磁力大于复位弹簧力时ꎬ阀芯吸合
( 电磁铁阀芯与推杆之间为螺纹配合连接) ꎬ推杆推动杠
杆ꎬ使对侧的先导阀芯运动ꎬ先导阀芯克服弹簧力和液压
力ꎬ先导阀打开ꎻ当电磁铁断电时ꎬ先导阀芯在液压力和先
导阀复位弹簧力的作用下复位ꎬ电磁铁阀芯也在复位弹簧
力作用下复位ꎮ
图３电磁铁启动电磁力测试试验
圈安匝数为３８０Ａꎬ求解设置中最大收敛步数为１０ꎬ收敛
百分比误差为１％ꎬ每步细化百分比为３０％ꎬ非线性残差
为０.０００１ꎮ
(a) K-(J8 mm
在原电磁铁结构中隔磁环长度ｈ２＝３.０ｍｍꎬ隔磁环下
端面距导向筒下端面距离ｈ１＝７.５ｍｍꎬ由于线圈尺寸和衔

基于 Ansoft Maxwell 的自密封式电磁铁设计与仿真

基于 Ansoft Maxwell 的自密封式电磁铁设计与仿真摘要：利用导磁材料的磁饱和特性，设计了一种自密封式电磁铁，电磁铁壳体为1J22的软磁合金，绕组为铜制漆包线，使用Ansoft Maxwell软件进行了电磁铁壳体不同壁厚时的电磁仿真，分析了电磁铁壳体磁饱和特性与电磁吸力的关系，通过数值计算对电磁吸力进行了计算校核。

得到一定条件下电磁铁壳体壁厚和绕组工作电压与电磁吸力、有效气隙的相对关系，为自密封式电磁铁的设计提供了参考和依据。

关键词：电磁铁磁饱和电磁仿真电磁力计算1引言电磁铁作为一种基础电气元器件，广泛应用于电气自动化领域。

电磁铁一般由电磁铁壳体、复位弹簧、线圈骨架、绕组、衔铁、限位板、端盖等部分组成，常规电磁铁结构示意图及其磁力线分布如图1所示[1]。

图1 常规电磁铁结构示意图和磁力线分布图在图1中，衔铁上端面与电磁铁壳体间的间隙称为气隙，电磁铁壳体、衔铁和端盖一般采用相对磁导率较高的强磁性材料，例如电工纯铁、软磁合金1J22、10#碳素钢等，线圈骨架一般用非导磁或弱导磁材料，如非金属或铜等。

电磁铁常用于为阀类产品的阀芯提供动力，流体可能通过轴孔与芯轴间隙进入电磁铁，从电磁铁尾端或出线孔等部位溢出，进入电磁铁的流体还会对电磁铁绕组和电路的工作性能产生影响，使电磁阀产品的整体可靠性不佳。

为了实现电磁铁绕组与输出端可靠密封，提高电磁铁的工作稳定性和可靠性，需要设计一种自密封式电磁铁。

针对电磁铁设计过程中需要了解却又无法感知和观测的设计特征，例如磁力线分布、磁感应强度分布、电磁力变化、等特征，可以通过Ansoft Maxwell软件得到直观的仿真结果，便于对比和分析[2]。

2结构与原理2.1结构设计根据磁通量饱和特性，在磁路上需要溢出的部位（电磁铁壳体靠近衔铁的位置）将电磁铁壳体设计的较薄[3]，自密封电磁铁结构示意图和磁力线图如图2所示。

自密封电磁铁主要由电磁铁壳体、导磁套、绕组、衔铁、堵盖、复位弹簧、隔垫等组成。

Maxwell基础教程仿真实例剖析

说明：部分操作因版本不同存在差异1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真平板电容器模型描述：上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec（理想导体）介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质）激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。

要求计算该电容器的电容值1.建模（Model）Project > Insert Maxwell 3D DesignFile>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的）创建下极板六面体Draw > Box（创建下极板六面体）下极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）将六面体重命名为DownPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建上极板六面体Draw > Box（创建下极板六面体）上极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 3）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）将六面体重命名为UpPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建中间的介质六面体Draw > Box（创建下极板六面体）介质板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 2）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 1）将六面体重命名为mediumAssign Material > mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）创建计算区域（Region）Padding Percentage：0%忽略电场的边缘效应（fringing effect）电容器中电场分布的边缘效应2.设置激励（Assign Excitation）选中上极板UpPlate,Maxwell 3D> Excitations > Assign（计划，分配）>Voltage > 5V选中下极板DownPlate,Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 0V3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix （矩阵）> Voltage1, Voltage2 4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes > 10误差要求：Percent Error > 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass > 50%5. Check & Run6. 查看结果Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix电容值：31.543pF2. 恒定电场问题实例：导体中的电流仿真恒定电场：导体中，以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场，或恒定电流场（DC conduction（传导））恒定电场的源：（1）Voltage Excitation，导体不同面上的电压（2）Current Excitations，施加在导体表面的电流（3）Sink（汇），一种吸收电流的设置，确保每个导体流入的电流等于流出的电流。

Maxwell仿真实例

1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真平板电容器模型描述：上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec（理想导体）介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质）激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。

要求计算该电容器的电容值1.建模（Model）Project > Insert Maxwell 3D DesignFile>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的）创建下极板六面体Draw > Box（创建下极板六面体）下极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）将六面体重命名为DownPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建上极板六面体Draw > Box（创建下极板六面体）上极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 3）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）将六面体重命名为UpPlateAssign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）创建中间的介质六面体Draw > Box（创建下极板六面体）介质板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 2）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 1）将六面体重命名为mediumAssign Material > mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）创建计算区域（Region）Padding Percentage：0%忽略电场的边缘效应（fringing effect）电容器中电场分布的边缘效应2.设置激励（Assign Excitation）选中上极板UpPlate,Maxwell 3D> Excitations > Assign（计划，分配）>Voltage > 5V选中下极板DownPlate,Maxwell 3D> Excitations > Assign >Voltage > 0V3.设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix （矩阵）> Voltage1, Voltage2 4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes > 10误差要求：Percent Error > 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass > 50%5. Check & Run6. 查看结果Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix电容值：31.543pF2. 恒定电场问题实例：导体中的电流仿真恒定电场：导体中，以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场，或恒定电流场（DC conduction （传导））恒定电场的源：（1）Voltage Excitation ，导体不同面上的电压（2）Current Excitations ，施加在导体表面的电流（3）Sink （汇），一种吸收电流的设置，确保每个导体流入的电流等于流出的电流。

基于Ansoft Maxwell仿真的电磁阀关闭过程动态特性研究

基于Ansoft Maxwell仿真的电磁阀关闭过程动态特性研究袁海军【摘要】利用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell的参数化计算功能,对不同工作气隙、不同驱动电压条件下的模型进行计算,得到关闭过程的各种动态特性曲线.通过关闭过程的电流变化曲线判断出电磁阀完全关闭所需时间,并且进行相应的实验测试,对数值仿真的计算结果进行验证,为类似产品的设计提供参考.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2011(024)005【总页数】3页(P82-84)【关键词】电磁阀;Maxwell;动态仿真;关闭过程【作者】袁海军【作者单位】重庆师范大学经济与管理学院,重庆400047;中国船舶重工集团公司重庆华渝电气仪表总厂,重庆400021【正文语种】中文【中图分类】TH-39汽车ABS电磁阀是汽车防抱死制动系统(简称ABS)中液压控制单元（简称HCU）的重要核心部件，其作用是汽车在行驶过程中，车速传感器实时将轮速信息传递给汽车电子控制单元（简称ECU），经ECU进行逻辑判断、分析和计算后，一旦识别出一个或几个车轮有抱死倾向时，ECU将命令在ABS电磁线圈中输入电流，依靠电磁线圈产生的强大的电磁力移动电磁阀阀芯，以调节车轮制动缸（气室）中的压力，防止车轮抱死。

在HCU的设计过程中，电磁阀的设计尤为重要，电磁阀关闭时间的长短直接影响到汽车制动距离及安全转向性能。

本文以汽车ABS电磁阀（见图1）为例[1]，基于Ansoft Maxwell软件对电磁阀进行数值仿真计算，利用该软件的参数化计算功能，得到不同工作气隙，不同驱动电压条件下的电磁阀完全关闭所需时间。

ABS电磁阀的电磁线圈是感性元件，通电后，电流按照指数曲线从零开始增加，动铁芯所受到的电磁吸力也相应上升。

当电磁吸力上升到足以克服负载力时，动铁芯开始运动，并切割磁力线产生反电动势，使电流急剧下降，直至动铁芯完全吸合，之后电流继续按指数曲线增至稳态[2,3]。

基于Maxwell的微型低功耗电磁铁仿真分析

基于Maxwell的微型低功耗电磁铁仿真分析
田捍卫;胡兆华;李志鹏;沈博;张万年;陈正立
【期刊名称】《液压气动与密封》
【年(卷),期】2023(43)3
【摘要】通过对微型低功耗电磁铁结构进行Maxwell建模仿真,模拟可得力—行程曲线、磁感应强度分布、磁力线分布。

结果表明,选择电磁铁行程为0.2 mm时,可大大降低功耗,并且使力-行程之间保持一个非常平滑的关系,这样就确保了电磁铁即使在恶劣环境条件下也能正常吸合,并经试验验证,仿真误差较小,对电磁铁工程化应用具有重要参考意义,可提高产品研制效率。

【总页数】3页(P74-75)
【作者】田捍卫;胡兆华;李志鹏;沈博;张万年;陈正立
【作者单位】河南航天液压气动技术有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH137;TH138
【相关文献】
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