基于有限元法的极化磁系统等效磁路模型的研究

论文摘要

航天电磁继电器是国防电子系统中主要的电子元器件之一。极化磁系统以其灵敏度高、功耗低、体积小、动作快和电寿命长等一系列优点,被广泛应用于航天电磁继电器产品中。含永磁磁系统吸力特性分析是进行继电器磁系统参数化设计的基础,对于永磁的恰当处理和计算是准确分析吸力特性的前提。由于永磁内部磁通分布不均匀,极化磁系统中各段永磁工作在不同的回复线上,为了对各段永磁进行等效,首先需要求出各段永磁的起始工作点。根据永磁的不同装配方式,分别对永磁“开路”情况和完全装配情况进行三维磁场仿真分析,计算永磁各截面的磁通,获得永磁各段中心截面的平均磁感应强度,将其作为各段永磁的起始工作点对应的磁感应强度值。研制永磁截面磁通测量装置,对三维磁场仿真分析结果进行验证。为了提高等效磁路模型的精度,需要得到计算精度较高的永磁漏磁导。利用有限元软件获得条形永磁开路及装配情况下磁场分布情况,“开路”情况下永磁在空气中的漏磁通管为新月形截面,并将计算出的漏磁导与磁场仿真结果及实验计算结果进行比较;完全装配情况下永磁漏磁通包括经过空气闭合及经过轭铁闭合两种情况,经过空气闭合的漏磁通管为新月形截面,经过轭铁闭合的漏磁通管可分为柱形截面、部分圆环形截面、不同心圆环形截面三种,将计算出的漏磁导与磁场仿真结果进行比较;给出永磁漏磁通经不同介质闭合的分界面确定方法。利用三维有限元方法获得不同装配情况下永磁的磁场分布情况,并按照磁场分布对永磁进行合理分段,利用磁场仿真结果计算出各段永磁的工作回复线,给出各段永磁等效磁势与等效磁阻的计算方法。在此基础上建立永磁分段后的等效磁路模型。利用该模型建立方法为现有产品及实验模型建立等效磁路模型,计算出吸力特性,并与实验结果、有限元方法及未分段等效磁路方法计算结果进行比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 条形永磁分段回复线起始点的求解
• 2.1 引言
• 2.2 条形永磁磁场数学模型的建立
• 2.2.1 麦克斯韦方程组
• 2.2.2 位函数的微分方程及边界条件
• 2.3 永磁“开路”情况下分段回复线起始点的求解
• 2.3.1 “开路”磁场有限元分析
• 2.3.2 磁场测试与验证
• 2.3.3 分段回复线起始点的计算
• 2.4 永磁完全装配情况下分段回复线起始点的求解
• 2.4.1 含永磁磁系统有限元分析
• 2.4.2 分段回复线起始点的计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 条形永磁漏磁导计算
• 3.1 引言
• 3.2 漏磁导计算的基本原理和过程
• 3.3 永磁漏磁通在空气中闭合时永磁漏磁导的计算
• 3.3.1 利用有限元方法计算漏磁导
• 3.3.2 利用磁场分割法计算漏磁导
• 3.3.3 计算结果比较
• 3.4 永磁漏磁通在磁轭中闭合时永磁漏磁导的计算
• 3.4.1 利用有限元方法计算漏磁导
• 3.4.2 利用磁场分割法计算漏磁导
• 3.4.3 永磁漏磁通通过不同介质闭合的分界面
• 3.5 本章小结
• 第4章 含永磁继电器新型等效磁路模型
• 4.1 引言
• 4.2 永磁分段等效模型的建立
• 4.2.1 三维磁场仿真分析与永磁分段
• 4.2.2 永磁各段等效磁势和等效磁阻
• 4.3 等效磁路模型的建立
• 4.4 有限元方法计算
• 4.5 计算结果比较
• 4.5.1 现有产品验证
• 4.5.2 实验模型验证
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢