HSST型磁浮列车悬浮电磁铁的优化设计

Infolytica软件电磁铁解决方案

INFOLYTICA专业电磁场仿真软件 ――电磁铁解决方案海基科技 2010 年 1月

目录 1. 采用电磁有限元软件分析电磁铁的重要性 (3) 2.应用INFOLYTICA软件分析电磁铁的优点 (3) 2.1主要优点概述 (3) 2.2在电磁铁分析中的优点 (4) 2.2.1 CAD接口功能 (4) 2.2.2 动态仿真能力 (5) 2.2.3 与simulink联合仿真 (6) 2.2.4 磁热耦合计算 (7) 2.2.5 优化设计 (8) 3. INFOLYTICA软件在电磁铁中的应用实例 (9) 3.1问题描述 (9) 3.2仿真结果 (10) 3.2.1 磁场分布 (10) 3.2.2 新老模型吸合过程比较 (11) 3.2.3新老模型提升过程比较 (15) 3.2.4 老模型提升过程（500ms） (21) 3.2.5新模型提升过程（500ms） (23) 4. 软硬件配置建议 (25) 5. 部分客户列表 (26) 6. 海基公司简介 (26)

1. 采用电磁有限元软件分析电磁铁的重要性电磁铁利用通电线圈激磁产生电磁力，驱动阀芯运动以开启和关闭阀门，结构紧凑、尺寸小、重量轻、密封良好、维修简便、可靠性高，是自动控制领域的重要部件。但是，电磁铁的电磁设计目前往往还停留在基于磁路的方式、凭经验公式或模仿国外同类产品，产品性能靠估算和事后测试。比例电磁铁关系是到电子调速器可靠性的重要装置，其功能是将输入的电流信号，转换成力或位移信号输出，其轴向推力与线圈电流成正比且在有效行程范围内保持恒定。由于影响比例电磁铁性能特性的结构参数较多，传统设计一般采用磁路法，对各个结构参数作用评估往往不够具体和准确，需要采用电磁有限元方法进行准确计算。在电喷系统中，高速电磁阀借助于控制电磁铁产生的电磁吸力，使得电磁阀芯正、反向高速运动，从而实现液流在阀口处的交替通、断功能。其高速响应特性是高速电磁阀设计应考虑的重要指标。通过电磁阀材料的选择、结构优化及驱动电路设计等方面进行综合优化，可以获得较好的动态响应特性。电磁力的计算并获得其数值的大小是进行理论分析的基础，但是在实际计算中都采用磁路法，进行了较多的简化，其计算结果与实际结果必然相差较大。因此。目前在电磁阀研究中，采用磁路法给出定性的指导，大量工作是通过试验进行优化研究，这将大大增加研发周期和成本。随着计算机技术的发展，电磁场数值计算技术已用于电机工程领域，有限元法因几何适应性强、易于处理非线性、非均匀媒质等优点，已成为最有效、应用最广泛的方法。采用电磁场有限元方法对电磁阀进行计算，可以考虑磁场分布中的漏磁现象和磁场饱和现象，计算结果更加接近实际结果。采用有限元法可大大缩短电磁阀开发设计的周期，增加阀的多样性，提高产品的性能，增强市场竞争力。 2.应用Infolytica软件分析电磁铁的优点 2.1 主要优点概述 Infolytica的软件作为专业而且历史悠久的电、磁、热仿真软件，无论从操作上或是求解精度或是技术支持上，别的软件都是无法比拟的，其优点主要可以总结为以下几点： 9真实和友好的视窗界面，使用户容易迅速了解软件功能。 9模型的所有参数和求解结果等存储在一个压缩的文件内，减少存储空间，便于统一管理。 9非常方便的几何建模能力，可以快速处理各种复杂几何形状。 9与其他三维设计软件的接口能力，包括：AutoCAD， SAT，CATIA，IGES，Pro/E，TEP，Inventor，etc. 9所建立的模型，在MagNet，ThermNet，ElecNet任一软件中建立的模型可以直接在另外两个软件内使用，无须重复建模。 9可编辑和自定义的材料属性。 9隐含网格剖分，和自适应网格。 9方便的定义边界条件。 9可以定义与模型连接的电路。 9领先于其他软件厂商同类产品的高效稳定的求解器。 9求解器可以分析2D/3D模型的：静磁场，时间谐振场，瞬态场，有运动部件模型的瞬态场。 9运动求解器支持多个运动部件的任意运动。 9提供详细和精确的仿真结果，使设计人员可以全面的了解所设计模型的性能。 9求解量的自动化的图表处理。 9Infolytica的磁场分析软件Magnet 可以和热场分析软件ThermNet进行耦合求解。 9强大的参数化功能，可将模型几何，材料，激励，网格属性等量参数化，进行多个工况的求解。 9完备的脚本语言,可以容易的对软件进行二次开发。 9基于ActiveX，可以和其他基于同样技术的软件接口，如MatLab, Excel，等。 9多个实用的插件可以免费下载供用户使用，并且在不断扩充。 9大量的在线应用实例，提供各种类型的应用实例，包括多个TEAM 的基准算例。

交流电磁铁课程设计

课程设计任务书课程名称：电器课程设计题目：交流电磁铁的设计专业班级：学生姓名：学号：指导老师：审批：任务书下达日期：2012年月日设计完成日期：2012年月日

目录第一章手工计算 (1) 1.1 反力特性计算 (1) 1.1.1 电磁铁工作气隙计算 (1) 1.1.2 各部分反力计算 (1) 1.1.3 衔铁各位置反力计算 (2) 1.2 选择电磁铁结构形式并确定设计点 (5) 1.3 电磁铁的初步设计 (6) 1.3.1 确定铁芯尺寸 (6) 1.3.2 计算线圈的匝数 (6) 1.3.3 初算线圈磁势 (6) 1.3.4 计算线圈的尺寸 (7) 1.3.5 分磁环设计 (7) 1.3.6 确定其它结构尺寸 (8) 1.4 性能验算 (10) 1.4.1 线圈电阻 (10) 1.4.2 计算衔铁闭合位置工作气隙磁通 (10) 1.4.3 计算衔铁闭合位置线圈电流 (11) 1.4.4 计算线圈温升 (13) 1.4.5 计算衔铁在设计点的气隙磁通 (13) 1.4.6 计算线圈感抗 (14) 1.4.7 计算线圈电流 (14) 1.4.8 计算线圈反电动势 (15) 1.4.9 计算工作气隙磁通 (15) 1.4.10 计算平均吸力 (15)

1.4.11 计算衔铁闭合位置最小吸力 (15) 1.5 计算电磁铁材料重量及经济重量 (17) 第二章计算机优化设计 (18) 2.1 准备 (18) 2.2计算机优化设计步骤 (18) 2.3计算机优化设计结果 (19) 2.4 反力特性和吸力特性曲线 (21) 第三章制图 (21) 3.1 制图要求 (21) 3.2 电磁铁总装配图 (21) 结语 (22) 附录电磁铁总装配图 (23) 参考文献 (24) 电器课程设计评分表 (25)

交流电磁铁课程设计

湖南工程学院课程设计任务书课程名称：电器课程设计题目：交流电磁铁的设计专业班级：学生姓名：学号：指导老师：审批：任务书下达日期：2012年月日设计完成日期：2012年月日

电磁铁的用途

电磁铁的用途： 1、用于冶金、矿山、机械、交通运输等行业吊运钢铁等导磁性材料。 2、用作电磁机械手，夹持钢铁等导磁性材料。主要特点： 1、采用全密封结构，防潮性能好。 2、经计算机优化设计，结构合理、自重轻、吸力大、能耗低，安全可靠，安装、维护简便。适用于各种起重设备。 3、励磁线圈经特殊工艺处理，提高了线圈的电气和机械性能，绝缘材料耐热等级达到 C 级，使用寿命长。 4、通常采用这电压控制方式，还可采用强励磁控制方式（ DC-290V/DC-220V ）和恒流供电方式。既能提高起重能力，又能节约能源、提高经济效益。 5、超高温型电磁铁采用独特的隔热方式，其被吸物温度由过去的 600℃提高到 700 ℃ ，扩展了电磁铁的适用范围。选型注意事项： 1、吸运物料温度低于 100 ℃ 时，请选用常温型；超过 100 ℃时，请选用高温型；如果被吸物表面超过 600 ℃ 时，请选用超高温型。超高温型起重电磁铁需特殊设计。 2、通电持续率超过 50% 时，请选用高频型。 3、水中吸吊物料时，请选用潜水型（潜水深度 100m ）。潜水型电磁铁其参数与常温型相同。如用户需潜水型，请在订货时说明。 4、周围环境温度：常温型 -5 ℃－40 ℃ ，高温型 -5 ℃－50 ℃ 。海拔高度不超过 200m 。 5、设备配套：单台使用时，按消耗功率（电流）选择整流控制设备及辅助设备；多功能台联用时，按联用台数的消耗功率（电流）这和选择。 6、如果连续作业时间过长，如常温型超过8小时，高频型超过6小时、高温型超过4小时、超高温型超过2小时，则应采用备用方式，既两台以上交替工作的方式使用电磁盘，否则连续时间过长会导致磁力下降、作业效率降低、产品寿命缩短甚至损坏磁盘。选型指南：根据吊运钢材种类、钢材尺寸、钢材温度来选择起重电磁铁和整流控制设备作业要求：1、停电保护要求 2、起重设备吨位

起重电磁铁的设计

错误！未指定书签。摘要电磁铁是一种执行元件，它输入的是电能，输出的是机械能。本课程设计主要讨论了直流盘式起重电磁铁机构的计算方法，特性以及它们的简单设计方法。以电磁感应理论为核心根据直流电磁铁的起重特点，通过经验设计确定线圈的磁感应强度等参数，然后通过经验参数计算出电磁铁线圈的内径并确定线圈的高度，从而使吸力达到设计符合的要求。电磁铁的线径以及线圈的高度参数是计算的重点并加以进一步讨论。关键字：电磁铁起重直流

目录 1 概述 3 1.1 直流盘式起重电磁铁4 1. 2 直流盘式起重电磁铁的特点 4 2起重电磁铁原理 4 2.1 电磁感应原理4 2.2 磁化曲线 4 2. 3 电磁铁材料4 2.4 电磁铁的吸合 5 3 直流盘式起重电磁铁图 6 4 起重电磁铁的设计7 4.1 电磁铁的设计参数8 4.2 起重电磁铁的计算8 6 结论10 7参考文献12

一. 概述 1.1直流盘式起重电磁铁起重电磁铁，顾名思义，就是在工业领域应用的，作为用于冶金、矿山、机械、交通运输等行业吊运钢铁等导磁性材料或用作电磁机械手，夹持钢铁等导磁性材料。电源通过控制部分给电磁铁输入直流电,电磁铁产生强大磁场并对铁磁性物质产生吸力,把电能转换为机械能,从而达到搬运各种铁磁性物料的目的。 1.2直流盘式起重电磁铁的特点 1、采用全密封结构，防潮性能好。 2、经计算机优化设计，结构合理、自重轻、吸力大、能耗低。 3、励磁线圈经特殊工艺处理，提高了线圈的电器和机械性能，绝缘材料热等级达到C 级，使用寿命长。 4、普通型电磁铁的额定通电持续率由过去的50%提高到60%，提高了电磁铁的使用效率。 5、超高温型电磁铁采用独特隔热方式，其中被吸物温度有过去的600℃提高700℃，扩大了电磁铁的适用范围。 6、安装、运行、维护简便。

比例电磁铁综述完整版

1. 比例电磁铁的结构原理比例电磁铁结构主要由衔铁、导套、极靴、壳体、线圈、推杆等组成。其工作原理是：磁力线总是具有沿着磁阻最小的路径闭合，并有力图缩短磁通路径以减小磁阻。图1 比例电磁铁的结构动子由两种不同的材料组成，中间的是导磁材料(电磁纯铁—中间开孔)，左边的推杆导磁，右边的推杆非导磁。动子由油布轴承支承，推杆用以输出力。为了动子可以左右运动，在左端右挡板，在右端装有弹簧组成的调零机构。导套前后两段由导磁材料制成，中间用一段非导磁材料—隔磁环。导套前段和极靴组合，形成带锥形端部的盆形极靴，导套和外筒间配置同心螺线管式控制线圈。外壳采用导磁材料，以形成磁回路。本电磁铁中因为有导套中隔磁环的特殊设计才有了输出力是准恒定的特性。图2 隔磁环（焊铜）在一定的位移范围内，动子的输出力为一准恒定值。根据电磁铁基本工作原理，在动子运动过程中，磁阻会越来越小，动子受力越来越大，不会出现输出力恒定的情况，为了使电磁铁能在一定位移内输出近视恒定的力，电磁铁采用结构的特殊—隔磁环就是使动子输出力恒定的原因。当给比例电磁铁控制线圈通入一定电流时，在线圈电流控制磁势左右下，形成两条磁路，一条磁路1φ由前端盖经盆形极靴底部沿轴向工作气隙进入衔铁，穿过导套后段、导磁外壳回到前端盖极靴，产生轴向力1a F ；另一条磁路2φ经盆形极靴锥形周边（导套前段）径向穿过工作气隙，再进入衔铁，而后与1φ汇合形成附加轴向力2a F ，二者综合得到比例电磁铁输出力a F 相对于衔铁位移的水平特性。图3 比例电磁铁的磁路分布

φ产生的端面力为： 1 φ产生的轴向附加力为： 2 图4 不同时刻电磁铁内部磁力线分布 2. 比例电磁铁的工作过程对工作中的电磁铁来说，在通电或断电或一定电流(电压)下动子能快速准确地到达指定位置，但实际上由于存在电感和动子质量，或负载的原因，使得动子的运动过程变得复杂。电磁阀吸合运动过程可分为两个阶段:吸合触动时间t1和吸合运动时间t2，t1是从线圈得到电压起到电流按指数曲线增至吸合电流为止的过程，在此过程中衔铁尚未运动，这段时间是由于电与磁的惯性引起的滞后时间，取决于电磁铁的结构、材料、线圈电压、电感的大小和弹簧预紧力大小；进入t2阶段后，吸力大于预紧力，衔铁开始运动，电流变化规律就比较复杂:由于工作气隙在衔铁运动过程中逐渐减小，使线圈电感逐渐增大并产生反电势，它与线圈自感电势一起，共同阻止线圈电流的增长，致使线圈电流增大到一定程度后不仅不再增大，反而有减小趋势，直到衔铁闭合，工作气隙不再变化，反电势为零，电流按新的指数曲线上升至稳态电流。这段时间取决于阀芯所受的各种阻力。对于电磁阀的释放过程，如果忽略磁导体中涡流的影响，当线圈信号切除后，电流立即降为零，衔铁随即开始运动，故其释放触动时间接近于零，远较吸合触动时间短。图5 电磁铁的电流曲线图6 （不同电流下）比例电磁铁的力——位移曲线