[发明专利]可重复电磁锁紧装置电磁铁的设计方法

摘要

本发明公开了一种可重复电磁锁紧装置电磁铁的设计方法，包括利用有限元软件ANSYS分别建立电磁铁解锁状态执行锁紧的参数化模型、电磁铁锁紧状态执行解锁的参数化模型、电磁铁锁紧状态保持锁紧的参数化模型和电磁铁解锁状态保持解锁的参数化模型，并将四个参数化模型导入多学科优化软件iSIGHT，设置设计变量和约束变量的取值范围，利用优化算法计算搜索方向和迭代步长，经多步计算后得到电磁铁最优质量。该方法利用多学科优化软件和集成有限元软件配合，对可重复电磁锁紧装置电磁铁进行优化设计，节省了设计时间，提高了设计效率。在全域范围内同时对电磁铁各项性能进行设计，更有利于电磁铁进一步优化，使得电磁铁性能更加合理。

主权项

一种可重复电磁锁紧装置电磁铁的设计方法，其特征在于：该方法以电磁铁质量最小为目标，包括以下步骤：步骤1，设定设计变量电磁铁内径rei、电磁铁外径reo、线圈内径rci、线圈外径rco、电磁铁长度le、线圈长度lc、导磁环长度lm、磁钢长度lp、吸盘长度ls和线圈匝数n的初始值；步骤2，采用有限元软件ANSYS作为处理工具，利用所述步骤1设定的电磁铁的各参数初始值，分别建立模型并计算保存各模型的结果数据，具体为：(1)建立电磁铁解锁状态执行锁紧有限元模型，并将该执行锁紧模型的APDL命令流保存至解锁文件，计算出电磁铁质量M、线圈槽满率η、执行锁紧最大功耗Plmax、执行锁紧最大磁密Bclmax和锁紧启动力fcl，并将计算出的各数据保存至执行锁紧计算结果文件；(2)建立电磁铁锁紧状态执行解锁有限元模型，并将解锁该模型的APDL命令流保存至锁紧文件，计算出电磁铁质量M、线圈槽满率η、执行解锁最大功耗Pumax、执行解锁最大磁密Bcumax和解锁残余力fcu，并将计算出的各数据保存至执行解锁计算结果文件；(3)建立电磁铁锁紧状态保持锁紧有限元模型，并将保持锁紧该模型的APDL命令流保存至保持锁紧文件，计算出电磁铁质量M、线圈槽满率η、保持锁紧最大磁密Bklmax和锁紧保持力fkl，并将计算出的各数据保存至保持锁紧计算结果文件；(4)建立电磁铁解锁状态保持解锁有限元模型，并将保持解锁该模型的APDL命令流保存至保持解锁文件，计算出电磁铁质量M、线圈槽满率η、保持解锁最大磁密Bkumax和解锁保持力fku，并将计算出的各数据保存至保持解锁计算结果文件；步骤3，将步骤2中得到的所述解锁文件、锁紧文件、保持锁紧文件、保持解锁文件和所述执行锁紧计算结果文件、执行解锁计算结果文件、保持锁紧计算结果文件、保持解锁计算结果文件导入多学科优化软件iSIGHT中，并设定设计变量电磁铁内径rei、电磁铁外径reo、线圈内径rci、线圈外径rco、电磁铁长度le、线圈长度lc、导磁环长度lm、磁钢长度lp、吸盘长度ls和线圈匝数n的取值范围，同时设定约束变量线圈槽满率η、最大功耗Pmax、最大磁密Bmax、锁紧启动力fcl、解锁残余力fcu、锁紧保持力fkl和解锁保持力fku的约束范围；步骤4，利用多学科优化软件iSIGHT的优化算法计算搜索方向和迭代步长，并反复将所述解锁文件、锁紧文件、保持锁紧文件和保持解锁文件导入ANSYS软件对飞轮转子进行电磁计算，同时输出各文件对应的执行锁紧计算结果文件、执行解锁计算结果文件、保持锁紧计算结果文件、保持解锁计算结果文件；步骤5，判断优化过程是否收敛；步骤6，若优化不收敛，根据所述优化算法计算的搜索方向和迭代步长，改变设计变量的赋值，并转到所述步骤2；步骤7，若优化收敛，得出电磁铁最优质量Mo，即完成可重复电磁锁紧装置电磁铁的设计过程。