雙向轉角電磁鐵輸出扭矩特性仿真分析

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摘 要：基于電磁場有限元仿真，探討了雙向轉角電磁鐵的工作機理，分析了其輸出扭矩特性。針對工業應用中，雙向轉角電磁鐵在0°位置啟動時，需要較大啟動電流，且在0°～90°范圍內提供的輸出扭矩較小，為了獲得較大輸出扭矩，確定最佳工作區，采用電磁場有限元分析軟件Maxwell 2D/3D，對不同安匝數的雙向轉角電磁鐵進行瞬態仿真計算，得到電磁鐵轉子旋轉180°過程中各角度的磁場分布以及輸出扭矩，探討了其實現雙向旋轉的工作機理。仿真結果表明：雙向轉角電磁鐵的最佳工作區在40°～140°之間，輸出扭矩會隨著線圈安匝數的增多而增大。該仿真結果為雙向轉角電磁鐵的工業應用提供了依據。

關鍵詞：雙向轉角電磁鐵； 有限元分析； 最佳工作區； 輸出扭矩； 安匝數

0 引 言

傳統的旋轉電磁鐵應用于機械傳動機構，可以簡化機構，但是其只能實現固定方向的運動，且其輸出扭矩較小，不能滿足工業中雙向運動的場合。雙向轉角電磁鐵通過正、反向電流實現正反向旋轉，斷電后，電磁鐵轉子能保持在行程起始位置與終止位置，并且電磁鐵正反轉具有相同的輸出扭矩。雙向轉角電磁鐵具有結構簡單、響應速度快、輸出扭矩大、雙穩態的特點，能夠廣泛應用于需要實現雙向運動的場合，例如：開關器件、液壓閥等。

Ansys公司的Maxwell 2D/3D是一個功能強大、結果精確、易于二維/三維電磁場有限元分析軟件，可以用來分析電磁裝置的靜態、穩態、瞬態等特性。瞬態仿真分析可以求解電壓、電流源激勵為非正弦情況，或者模型中存在運動狀態的情況[1]。本文采用Maxwell 2D/3D的二維瞬態磁場仿真，對雙向轉角電磁鐵的輸出扭矩進行分析，探討了電磁鐵的工作機理，確定了最佳工作區，并且考慮了線圈安匝數對輸出扭矩的影響。