基于集成设计平台车辆电磁制动器电磁体的优化及稳健设计

在总结前人研究成果的基础上,通过对电磁制动器电磁体的工作机理及受力情况进行分析,建立基于集成设计平台的电磁体优化设计算法流程,保证所设计的电磁体具有较好的抗倾覆特性及摩擦表面的均匀磨损特性,实现新型非对称结构电磁体的计算机辅助设计。在分析电磁体试验数据的基础上,通过把影响电磁体输出特性的因素划分为可控因素和噪声因素,将基于响应面模型的稳健设计方法应用于电磁体的设计。通过运用回归算法建立电磁体电磁力及其信噪比的二阶响应面模型。将传统的稳健设计方法与现代优化方法相结合,利用Matlab的Fmincon优化函数,获得了电磁体的稳健点以及电磁体所应具有的输出特性,在集成设计平台中实现电磁体的稳健设计。     

车用鼓式电磁制动器电磁体磁路

分析了新型车辆制动器——电磁制动器制动过程的机理及其关键部件电磁体的受力与磨损状况,根据电磁体磨损面内外侧磨损的不均匀以及电磁体工作过程中的旋转倾向,提出并设计了非长短轴对称的准椭圆形电磁体磁路,通过电磁场分析软件Ansoft Maxwell 3D对电磁体磁路进行了分析和理论计算,并对电磁体结构进行了优化。仿真和试验结果表明,电磁制动器制动时电磁体工作平稳,磨损均匀,制动力满足特定车型的要求,为实现车辆线控制动打下了基础。     

基于Maxwell的继电器电磁激励力的研究

为了提高系统的稳定性和延长继电器的使用寿命,至关重要的一点是要研究继电器的电磁特性。运用CATIA软件建立继电器电磁系统的有限元模型,对继电器的电磁激励力进行求解,对工作气隙的五个位置进行仿真,得到五种工作气隙下的磁场强度和磁矢量云图,并分别计算继电器电磁吸力与施加在线圈上的电磁激励间的关系。对安匝数不同的电磁机构进行仿真,得到不同安匝下的电磁力曲线。根据仿真结果可知,电流不变时,随着工作气隙的减小动铁芯所受到的电磁增大;随着电流增大以及继电器线圈的安匝数增大,受到的电磁力也随之增大。     

准恒力电磁铁的数值模拟

应用有限元法建立了630kN多点成形压力机用电磁铁的数学模型。分析了电磁铁的磁路及影响吸合力的因素，对电磁铁的工作原理进行了研究，并对电磁铁进行较大改进。得到了电磁场的等磁位线及动铁芯的吸力与动铁芯位移的关系曲线。同时通过改进结构设计，使最大吸力（气隙为1mm）与工作吸力（气隙为15mm）之比由40.5降到2.3，可谓准恒力电磁铁，大大减小了电磁铁工作过程中的机械冲击与噪声。     

拖车电磁制动器电磁体工作姿态稳定性的研究

为了改善电磁体工作姿态的稳定性,以电磁制动器电磁体的工作机理为依据,利用力学理论分析了电磁体工作时的姿态,提出了电磁体非对称的准椭圆结构,并对此进行了理论计算。由于电磁体磁路较复杂,采用三维电磁场分析软件Maxwell--3D进行仿真验算。研究和试验表明,非对称结构能较好地解决电磁体工作时存在严重的倾覆和旋转趋势的问题,从而提高了电磁制动器的制动性能,同时达到了均匀磨损的效果,延长了电磁体的使用寿命。     

拖车电磁制动器电磁体工作姿态稳定性的研究

为了改善电磁体工作姿态的稳定性,以电磁制动器电磁体的工作机理为依据,利用力学理论分析了电磁体工作时的姿态,提出了电磁体非对称的准椭圆结构,并对此进行了理论计算。由于电磁体磁路较复杂,采用三维电磁场分析软件Maxwell-3D进行仿真验算。研究和试验表明,非对称结构能较好地解决电磁体工作时存在严重的倾覆和旋转趋势的问题,从而提高了电磁制动器的制动性能,同时达到了均匀磨损的效果,延长了电磁体的使用寿命。     

电磁悬浮式微驱动器的有限元分析研究

设计了一种新型的多点峰值磁场相互作用的电磁悬浮式微驱动器,解决了悬浮驱动力与横向力相互耦合的问题,有利于调节悬浮体的运动姿态.通过对悬浮力关于输入电流、气隙高度做单一因素参数化有限元分析和联合参数化有限元分析,得到了微驱动器有限元特征参数关系曲线.通过实验测试,得到的实验特征参数关系曲线与理论特征参数关系曲线和有限元特征参数关系曲线吻合一致,表明了所设计的微驱动器的可行性.     

基于三维有限元的AC接触器的动特性工程数值仿真

以GSC3型AC接触器为例,运用“场”、“路”结合的方法求解电磁参数:大气隙时应用三维有限元非线性静态分析,求出不同气隙和励磁电流下的电磁吸力值,而在小气隙时考虑分磁环的作用,引用磁路的方法简化此时的电磁吸力的计算,得到了各状态下的磁系统的磁场分布图形,构造不用气隙、电流下电磁吸力的二维数据表,并最终完成整个过程的插值...     

大间隙磁力传动系统参数对驱动力矩的影响

根据大间隙磁力传动系统的工作原理及成人生理指标对轴流式血泵的工作要求,设计并搭建了用于系统驱动力矩实验研究的装置。通过改变系统中电磁体和永磁体沿Z轴方向的耦合距离、电磁体和永磁体沿Y轴正、负方向的相对位移,以及电磁体线圈通电电流等参数,进行系统驱动力矩的实验研究,得到各参数对驱动力矩的影响规律,为系统的优化设计提供了依据。     

螺纹插装电磁换向阀电磁铁磁路分析与设计研究

针对螺纹插装电磁换向阀中电磁铁组件性能改进的问题,以某螺纹插装电磁换向阀为例,对影响其磁路的主要结构进行了分析与改进研究。首先,运用磁路原理分析了影响该电磁换向阀磁路及吸力特性的结构因素;建立了换向阀的Maxwell有限元分析模型;然后,基于该有限元模型仿真分析了线圈外壳厚度、断磁厚度、衔铁吸合锥角和隔磁环对电磁铁吸力特性的影响,主要包括每个结构参数对初始吸力大小和行程力曲线的影响;最后,根据仿真分析结果,改进了上述各个结构参数,并提出了综合改进模型。研究结果表明:由综合模型可知,该电磁换向阀电磁铁的吸力特性得到了改进,不仅使其最大工作气隙处吸力增大了约30%,而且使吸合处吸力减小了约50%,改善了吸合时吸力急剧增长的状况,使得换向阀的换向过程更加平稳,更好地满足了换向阀的工作要求。     

Electromagnets calibration utilizing the pull-in instability

Precise determination of electromagnetic characteristics is crucial for many applications employing magnetic actuators such as magnetic bearings and precision machine controls. Traditionally, this task is achieved by the constant air gap type of calibration. Although this method can achieve high accuracy, the requirements for dedicated instrumentation and precise machining impose limitations to most users. In this article, an alternative approach utilizing pull-in instability to calibrate electromagnets is presented. The electromagnet to be calibrated exerts a force on the tip of a cantilever beam and causes deflection. The deflection-current curve is recorded to obtain the exact pull-in current. Finally, the electromagnetic force constant can be derived from the pull-in current, the initial air gap, and the equivalent stiffness of the cantilever beam. Experimental results showed that the calibrated force coefficients agreed with those obtained from the standard constant air gap method within 3–10% accuracy. In comparison with the constant air gap method, this approach is potentially cheaper and can achieve an accuracy level sufficient for subsequent robust control purpose.     

高速电磁阀电磁铁的研究与开发

针对高速电磁阀快速响应的关键因素电磁铁电磁力大小与线圈驱动两方面的问题。对电磁铁铁芯形状、工作气隙相对于线圈位置、工作气隙大小、安匝数、圆形铁芯面积等因素影响电磁力进行了分析研究;提出了3种驱动电路,对3种线圈驱动电路影响电磁铁响应特性进行了对比,并运用Ansoft Maxwell软件对各因素与电磁力大小的关系、3种线圈驱动电路与电磁铁响应特性进行了模拟仿真计算,最后对电磁铁的开发提出了一种优化方案。研究结果表明,该优化方案对高速电磁阀的快速响应有一定的提升。     

基于永磁差动的桁架式高频力马达力-位移特性仿真分析

针对传统力马达及比例电磁铁频响低的特点,提出一种新式力马达结构,该力马达运用永磁体和线圈差动控制的原理,实现双向高频控制。由于传统的经验公式对新结构设计具有低准确性,基于有限元法,建立了力马达的模型并利用Ansoft仿真软件来分析力马达的力-位移特性,对影响力马达力-位移特性的轴向气隙面积、轴向气隙距离等主要结构参数进行了分析比较,并在此基础上进行优化。     

基于动态电磁力的主动式动平衡测量方法的研究

动平衡机在测量大质偏类工件时,由于不平衡量较大,振动信号往往会超出测量系统的线性范围而造成测量误差偏大。为了提高动平衡测量精度,提出了一种采用电磁力产生的同频振动抵消大部分初始振动,从而减小簧板振动量,保证系统线性度的动平衡测量方法。讨论了该方法的基本工作原理,建立了电磁力装置的磁路模型;采用有限元建模对电磁力的可控性进行了研究,并分析了气隙、温度等因素对电磁力的影响;最后介绍了测量控制系统和控制策略。动平衡测量实验表明,该测量方法能够有效地提高大不平衡量工件的动平衡测量精度。     

基于多场耦合的先导式电磁开关阀特性研究

电子稳定控制系统(ESC)是提高汽车行驶稳定性和主动安全性的关键装置，旨在提高ESC液压系统的控制精度，对其核心部件先导式电磁开关阀的相关特性进行深入研究。建立了先导式电磁开关阀多场耦合的数学模型，包括机械模型、电磁场模型、液动力模型和热力场模型；分析了气隙、电流、温度等因素对电磁力的影响，并通过试验验证了理论模型的正确性。结果表明：电磁力随气隙和温度分别呈非线性变化，一定范围内，随电流呈线性关系；当气隙超过0.8 mm时，电磁力几乎不随气隙变化，呈现比例电磁铁的特性。另外，在试验中得到了先导阀两端压差对电流、压力、流量响应的影响。     

磁悬浮飞轮用可重复电磁锁紧装置的设计与试验

针对磁悬浮飞轮用基于机构自锁原理的可重复电磁锁紧装置,分析其原有显式电磁铁执行机构的电磁力学特性,得知其最小解锁残余力过大,若采用隐式电磁铁,可以消除解锁残余力,从而提高锁紧装置解锁可靠性。采用等效磁路法对隐式电磁铁进行磁路分析,并给出该电磁铁在执行锁紧、保持锁紧、执行解锁和保持解锁四种状态下的力学模型。利用电磁场数值分析法,对隐式电磁铁进行实例设计,并通过卫星发射过程中的正弦扫频振动和随机振动试验,检验改进后的锁紧装置对飞轮系统的保护效果。结果表明,锁紧装置的最小解锁残余力为0.25 N,远小于原有显式电磁铁方案(29.5 N),且振动测试中,飞轮定、转子的最大相对振动位移为70μm,最大位移振幅为10μm,都小于磁悬浮飞轮系统的保护间隙100μm。改进后的隐式电磁铁在提高解锁可靠性的同时,可有效地实现对飞轮系统的锁紧保护功能。     

电磁轴承最优刚度与系统结构参数关系的研究

电磁轴承系统中最重要的两个机电结构参数是定转子间气隙和定子静态偏置磁通密度,影响着支承刚度和承载力的基本特征;轴承的支承刚度大小和承载力的线性范围决定了轴承的基本性能。在Maxwell电磁力公式基础上,研究了这两个机电结构参数与轴承的基本性能的关系,得到了电磁力与位移之间线性与非线性关系的解析界限,并推导了在线性控制系统作用下,相对不同电磁轴承系统结构参数的最优线性范围和对应的最优刚度。     

Decrease in the effect of a gap on coercimetry results when taking the properties of an attachable transducer into account

A method that allows the effect of a gap on the results of coercimetric quality control of articles to be decreased that is based on taking properties of an attachable transducer into account is proposed. The properties of a transducer are taken into account using a preliminary recorded demagnetization line of an attachable electromagnet whose magnetic circuit is not closed by an article. It is shown that the tangential component of the magnetic field of an inspected article during magnetization reversal along this line equals the coercive force of the article if its cross section does not exceed the electromagnet cross section.     

ON THE PERFORMANCE ANALYSIS OF FLEXIBLE MAGNETIC ABRASIVE BRUSH

Magnetic abrasive finishing (MAF) of alloy steel workpiece with unbounded magnetic abrasive particles (UMAPs) indicates that the surface finish in the range of nanometer can be achieved. Important controllable four process parameters have been identified which are as current to the electromagnet, machining gap, abrasive size (mesh number), and number of cycles. Experiments have been planned using design of experiments technique. Based upon the results of response surface methodology and analysis of variance (ANOVA), it is concluded that magnetic flux density that depends on current to the electromagnet and machining gap, is most influencing parameter followed by grain size and number of cycles. The surface roughness profile generated during the MAF process has been discussed. To understand the cutting mechanism of magnetic abrasive finishing process, scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) of the machined surfaces have been carried out. The correlation between surface finish and material removal has also been established.     

永磁齿轮传动特性影响因素分析

采用二维有限元法,计算分析平行轴永磁齿轮的磁极对数、气隙、齿轮半径的变化对传动机构矩角特性和刚度的影响,并比较相同参数下两种不同形式的永磁齿轮的矩角特性。稳定同步运转状态下,得到两种永磁齿轮处于不同转速时的涡流损耗和主从动轮所受磁力矩的稳定情况。