拍合式继电器电磁系统吸力特性优化设计研究.pdf

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1、第５期机电元件Ｖｏｌ畅３６Ｎｏ畅５２０１６年１０月ELECTROMECHANICALCOMPONENTSＯｃｔ畅２０１６研究与设计拍合式继电器电磁系统吸力特性优化设计研究邓杰，唐伟（哈尔滨工业大学军用电器研究所，黑龙江哈尔滨，１５０００１）摘要：在电磁继电器的设计过程中，吸力与反力的配合特性是决定其动态输出特性的关键因素。对于拍合式继电器，电磁吸力曲线的初值低且斜率平缓，由于设计不当很容易使吸反力曲线交叉而导致吸合二步问题。本文针对拍合式继电器的电磁系统，通过单因素仿真分析对设计参数进行了显著性排序，并利用关

2、键设计参数对吸力曲线进行了优化设计，从而提高继电器的动作特性及可靠性。关键词：电磁系统；吸力特性；优化设计Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－６１３３．２０１６．０５．００２中图分类号：ＴＮ７８４文献标识码：Ａ文章编号：１０００－６１３３（２０１６）０５－０００７－０４制数据的交互，得到吸反力共同作用的继电器动态1引言特性仿真结果。电磁系统是电磁继电器的输入部分，是产生电本文以某型号继电器为例，利用Ｆｌｕｘ有限元磁吸力驱动触簧系统的主要机构。拍合式继电器仿真软件，对拍合式结构的电磁系统进行建模分电

3、磁系统主要由衔铁、铁芯和轭铁三部分构成。由析。找到影响拍合式电磁系统电磁吸力的关键因于运动模式比较简单，只有一个磁间隙，磁效率较素，并对电磁系统进行优化设计和动态特性仿真验［１］高，功耗较低，拍合式电磁系统在继电器中被广证。泛的应用。但是拍合式电磁系统的吸力曲线初始2静态动态特性仿真分析段斜率平缓，吸反力配合不当会使继电器出现吸合［２，３］二步现象。2．1仿真模型建立Ｆｌｕｘ是专业的电、磁、热有限元分析软件，由全利用Ｆｌｕｘ有限元仿真软件进行电磁系统的建球领先的ＣＡＥ软件制造商Ｍａｇｓｏｆｔ开发，是用于电模仿

4、真，Ｆｌｕｘ中得到的分网模型如图１所示。磁分析和电热分析的２Ｄ和３Ｄ软件包。软件以有图１中左侧的模型为去掉线圈的拍合式电磁限元法为基础，对产品进行电磁和电热优化设计，系统模型，右侧为在电磁系统的周围加上空气的模具有可靠、易用、精确、高效的特点，能够提供精确型。在建模的过程中，利用Ｆｌｕｘ软件的参数化功［４］的仿真结果，降低产品成本，缩短开发周期。能，将关心的零件尺寸进行了参数化处理。通过对多软件联合仿真技术，是利用Ａｄａｍｓ多体动参数变量的调整，可以控制零件的尺寸，从而达到力学仿真软件对继电器的触簧系统进行建

5、模仿真，单因素变化仿真的目的。得到继电器的反力曲线；再利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ控制图控收稿日期：２０１６－０８－０７８机电元件２０１６年图１电磁系统Ｆｌｕｘ分析模型图４衔铁转角的动态变化曲线2．2电磁吸力特性仿真分析从转角的变换曲线可以看到，衔铁在吸合运动在Ｆｌｕｘ中对线圈在不同电压下衔铁从释放角过程中有较长时间的停顿，吸合二步现象严重。度到吸合角度的每一个点进行仿真，得到的电磁吸3电磁系统关键设计参数的确定力曲线如图２所示。3．1试验因素的确定通过各个零件之间的配合关系确定每个关键因素的取值范围，在各个关键因素

6、中心值上下共取６个可能的值。反力的波动范围在吸合电压下吸力的最小值和释放电压下吸力的最大值之间。反力的初始值是继电器释放状态的保持力，初始值大可以减少衔图２电磁吸力仿真曲线铁的释放回跳。反力的终值是继电器的吸合保持［５］与反力的配合如图３所示。力，终值大可以减小衔铁的吸合回跳。所以在Ｆｌｕｘ中针对每个关键因素在衔铁吸合位置、释放电压和释放位置、吸合电压下变化产生的力进行仿真分析。并对改变每一个因素对电磁系统影响的显著性进行了分析。各关键因素的取值如表１所示。3．2单因素变化对电磁吸力影响的显著性分析单因素变化

7、的仿真结果如图５所示。图３吸反力配合曲线从静态的吸反力配合上可以看到，反力前段与吸力有很严重的交叉。这会使衔铁在吸合运动过程中产生吸合二步现象。2．3动态特性仿真分析通过多软件联合仿真技术可以对继电器的动态特性进行仿真分析。衔铁转角的动态仿真结果如图４所示。图５衔铁吸合位置，释放电压仿真结果第５期邓杰等：拍合式继电器电磁系统吸力特性优化设计研究９表1电磁系统关键因素取值参数１２３４５６７匝数（Ａ）１５３６０１６６４０１７９２０１９２００２０４８０２１７６０２３０４０铁芯直径（ｍｍ）１２．００１３．００１４．０

8、０１５．００１６．００１７．００１８．００轭铁切角（°）０．００１．００２．００３．００４．００５．００６．００镀层厚度（ｍｍ）０．０３０．０４０．０５０．０６０．０７０．０８０．０９轭铁底部孔（ｍｍ）３．００３．１０３．２０３．２５３．３０３．４０３．５０轭铁底部厚度（ｍｍ）３．００４．００５．００６．００７．００８．００９．００衔铁宽度（ｍｍ）２８．５０３０．００３１．８１３３．００３４．５０３