Определение тягового усилия электромагнита

С целью верификации, уточнения, оптимизации предполагаемых силовых характеристик электромагнита была произведена серия расчётных экспериментов в среде моделирования ANSYS. Основными задачами численного эксперимента были:

1. Первая часть расчёта заключалась в подборе сталей для корпуса и втулки, чтобы силовые характеристики электромагнита при различном немагнитном зазоре удовлетворяли значениям, представленным в задании.
2. Во второй части работы для подобранной стали необходимо рассчитать тяговое усилие, приложенное к якорю электромагнита во всем диапазоне рабочего зазора при различных величинах токов обмотки.   

Геометрическая модель электромагнита. Распределение магнитной индукции в элементах рабочей зоны.

Топология электромагнита была весьма близка к осесимметричной, поэтому было принято допущение рассматривать электромагнит в осевой симметрии, на завершающем этапе проводить уточняющие расчёты на трехмерной геометрической модели. Задача затруднялась подготовкой большого количества данных основных кривых намагничивания нелинейных сталей.

Работа велась поэтапно:

Первая часть работы:

Моделирование магнитного поля в ANSYS Maxwell

• Подготовка геометрической модели, исключение из модели элементов не влияющих на распределение магнитного поля в расчётной области.

Упрощённая трехмерная модель электромагнита.

• Создание массива допустимых материалов для перебора.
• Проводился статический параметрический расчёт с перебором значений рабочего зазора для нескольких контрольных точек, нелинейных материалов, величин токов обмотки.

Streamline магнитной индукции. Магнитный поток замыкается через скрытые элементы корпуса и воздушный зазор, создавая втягиваемое усилие на якоре.

Вторая часть работы:

• Опираясь на первую часть расчёта была выбрана сталь для элементов модели, при которой значения тягового усилия электромагнита удовлетворяли заданию.
• Для построения характеристик тягового усилия во всем диапазоне хода якоря использовался параметрический расчёт с перебором значений зазора и приложенного намагничивающего тока.