具有圆锥型衔铁结构的直流电磁铁吸力特性研究.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENGINEER胡燕平。陈兴，李玲。熊梦琦(湖南科技大学机电工程学院，湖南湘潭411201)摘要：设计了整体式隔磁套构成的直流电磁铁，分析了衔铁锥角对电磁吸力的影响，采用Ansoftmaxwell电磁仿真软件对不同衔铁锥角的电磁铁吸力进行仿真研究，获得了不同衔铁锥角电磁铁的吸力特性。关键词：直流电磁铁；整体式隔磁套：圆锥型衔铁；AnsoftMaxwell中图分类号：TM503．1文献标志码：A文章编号：1002—2333(2016)05-0048-03StudyonAt

2、tractionCharacteristicofDCSolenoidwithCone-shapedArmatureHUYanping，CHENXing，LILing，XIONGMengqi(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，HunanUniversityofScienceandTechnology．Xiangtan411201，China)Abstract：Thedirecting-currentsolenoidwithmagneticisola

3、tingtubeisdesigned．TheinfluenceofMagneticattractionaboutconeangleofarmatureisanalyzed．ThemagneticattractionofDCsolenoidwithdifferentconeangelofarmatureissimulatedbyAnsoftsoftware．TheattractioncharacteristicofDCsolenoidwithdifferentconeangelofarmatureis

4、obtained．Keyword：directing-currentsolenoid；magneticisolatingtube；cone-shapedarmature；AnsoflMaxwell0引言直流电磁铁主要由线圈、衔铁、铁芯、衔铁套、隔磁环、推杆、壳体等组成。衔铁作为直流电磁铁的核心零件，对其结构的研究一直是业界的一个重要课题。大多数的直流电磁铁11礓采用端部为平面型的衔铁结构，也有少数是采用端部为特殊型的衔铁结构，如圆锥型衔铁结构13-51。但已有研究均是在有隔磁环的情况下分析衔铁结构对

5、直流电磁铁性能的影响，而在整体式隔磁套的情况下，衔铁结构对直流电磁铁性能影响研究还未见文献报道，本文基于整体式隔磁套构成的直流电磁铁，研究圆锥型衔铁对电磁吸力的影响。1结构及工作原理基于整体式隔磁套的圆锥型衔铁直流电磁铁主体结构如图1所示，由圆锥型衔铁、外壳、整体式隔磁套、锥形铁芯、线圈、推杆组成，衔铁在隔磁套管中移动，衔铁位移基金项目：湖南省高校产业化培育项目(10CY007)；湖南省研究生科研创新项目(CX20158482)由推杆引出。圆锥型衔铁吸合端面为圆锥型，半圆锥角为0，电磁铁所形成的磁路

6、是一条沿着垂直于铁芯锥面的方向通过工作气隙进入衔铁、壳体右端再回到壳体左端的回路中，产生轴向力R，如图2所示。当半圆锥角0为900时，吸合端面则变成平面型，电磁铁形成的磁路是一条由铁芯沿着轴向方向穿过工作气隙进入衔铁、壳体右端再回到壳体左端的回路空，从而产生轴向力R，如图3所示。对于直流电磁铁可采用麦克斯韦尔公式计算电磁吸力肚旦。(1)肚—二一。(1)2‰S式中：F为电磁吸力；m为空气气隙磁导；5为衔铁工作面积；西为磁通量。根据磁势方程可知电磁铁线圈通电产生的磁势主要是消耗在由各段磁性材料的磁阻和工

7、作气隙的磁阻上。故有：IN=H86+∑肌厶。(2)式中：，Ⅳ为激励安匝数；日。为一段磁性材料的磁场强度；L为磁路在一段磁性材料的平均长度；6为工作气隙；H8为48l2016年第5期网址：www．jxgcs．com电邮：hrbengineer@163com机械工程师鹾赣壤困龋嘲罐嚣赣霪疆瞬豳鬻鹱馥鬻鞭瞄曩■嘲嘲豳●一MECHANICALENGINEER工作气隙的磁场强度。当衔铁处于额定行程位置时，工作气隙艿较大，产生的磁阻也较大，此时电磁铁所构成的磁路处于非饱和状态，由工作气隙磁阻所产生的磁压降消耗了

8、总磁势的绝大部分，而消耗在各段磁性材料上的磁势为很小的一部分。通过查阅文献【6]可知消耗在非工作气隙的磁势约为总磁势的10％～30％，若将该百分比定义成一个系数K，则有IN=Hs6+K(，Ⅳ)。(3)根据电工学相关知识可知：H=B／I．t。(4)式中：B为磁感应强度；弘为磁导率；日为磁场强度。CP=BS。(5)基于圆锥型衔铁的直流电磁铁，将式(3)、式(4)、式(5)代人式(1)中得蹦1蚓：鼍竽。(6)式中：E为垂直于圆锥面的电磁吸力；5。为圆锥型衔铁工作面积；＆为垂