高级专业技术文章：基于 Ansys Maxwell 与 ADAMS 联合仿真的双行程螺管式电磁铁动态性能分析及实验研究

摘要

北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院的袁洋等人在 2018 年《电工技术学报》增刊 2 中发表的论文《双行程螺管式电磁铁动态仿真分析及实验》深入探讨了双行程螺管式电磁铁的动态性能及实验验证，提出了一种创新的多学科协同仿真方法。研究聚焦于电磁铁利用电磁力作为机械功，从而实现电能向机械能转换这一核心原理，及其结构参数设计对于性能的重要性。

引言

在这项研究中，着重分析了以双行程螺管式电磁铁作为核心问题进行的仿真建模方法。研究团队采用磁路法计算静态吸力公式，以此为基础构建了Ansys Maxwell与ADAMS软件的联合仿真模型，实现对动作过程中的动态吸力特性和位移动态特性的精准模拟。此方法不仅验证了仿真工具对于设计优化的有效性，也加深理解了双行程电磁铁动态性能的关键参数如吸力特性、运动时间等，并应用到实验平台中，进行实测数据验证。

双行程螺管式电磁铁设计优化

双行程螺管式电磁铁设计的关键在于优化结构参数，提升其功率密度和可靠性。考虑涡流、磁滞、磁饱和等非线性效应，基于计算机辅助工程（CAE）技术的有限元法和基于Matlab的Simulink建模方法被广泛应用于电磁铁设计中。本文研究方法则系统整合了仿真准确性与实验验证，通过Ansys Maxwell的电磁场模拟和ADAMS的机电系统动力学仿真，实现了从静态至动态性能的全面分析。




方法与建模

研究采用磁路法推导静态吸力公式，并借助Ansys Maxwell软件建立三维三维电磁铁模型，结合ADAMS软件模拟机械运动，实现了动铁心在不同行程下的静态特性和动态仿真。通过解耦机械运动和电压平衡方程，研究不同阶段的动态吸力特性，精确表征了电磁铁在运动过程中的机械与电磁参量动态特性。

结果与讨论

仿真结果显示，对于双行程电磁铁，第一、二行程的静态吸力特性通过Ansys Maxwell得到了精准描述；动态吸力特性通过解耦机械运动和电压平衡方程求得，进而通过ADAMS仿真仿真了一定行程下动铁心的位移特性，建立了理论与实验之间的调和。误差分析结果显示，与实验结果比较，在运动时间上的误差控制在5%以内，验证了这种方法的可靠性和准确度。

结论

本文研究表明，基于Ansys Maxwell与ADAMS的联合仿真方法为电磁铁动态性能分析与结构参数优化提供了全新的工具与思路。方法通过系统整合磁路法、有限元法、动力学仿真以及实验验证，不仅提出了高精度动态吸力特性的计算方式，也为后续的电磁铁设计和优化工作奠定了坚实的技术基础。

关键词


双行程螺管式电磁铁


Ansys Maxwell


ADAMS联合仿真


动态性能分析


参数优化


实验验证

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