永磁发电机结构设计及电磁力分析风冷柴油机

永磁发电机结构设计及电磁力分析

永磁发电机结构设计及电磁力分析 2012年09月27日 来源： 1弹簧的设计 气门开关频率取决于内燃机最佳循环周期。气门由开启到闭合或者由闭合到开启时，弹簧一气门运动系统基本处于简谐振荡状态，每次动作的时间基本上就是运动系统同有振荡周期的二分之一。两个刚度系数皆为k的弹簧并联，其同有振荡周期。 实际上，气门运动周期和弹簧的最大压缩长度即气门的行程由内燃机决定，是已知的。故动子质量一旦确定，弹簧刚度系数也就确定了，电磁驱动装的自锁保持力也就确定了。 2静铁心的设计 内、外硅钢片铁心为永磁体和通电线圈所产生的磁场提供磁路。内外铁心的径向厚度确定时，遵磁路截面基本相等原则。 3永磁体的设计 永磁体的作用，一是在衔铁吸合时在衔铁与内外铁心间形成较强的永磁磁通，产生电磁吸力，实现自锁；二是在动子做直线运动时，在铜铁交叠螺旋状线圈处产生较强的径向永磁磁场，线圈通电时产生较大的轴向电动力。 4电磁力分析 4．1单个电磁驱动装置的电磁力 增磁电流增大，F增大；去磁电流增大，F减小；同时，在吸合位置0附近，F对气隙和电流的变化都非常敏感。 假设永磁磁场在衔铁与内外铁心气隙处产生的电磁吸力F不受线圈电流的影响，近似认为系统可以使用叠加原理。于是，将线圈通电时动子所受的总电磁力F，减去末通电时动子所受到的永磁磁场在衔铁与内外铁心间气隙处产生的电磁吸力F．，即可等效看作该电流下直线电动机产生的轴向电动力F。 4．2上下对置的两个电磁驱动装置的电磁力 实际中，由于电磁气门驱动装置为上、下对置的几乎完全对称的结构，无沦装置中的两个线圈通电与否，两个永磁体产生的磁场始终对动子都有力的作用，故在计算动子所受到的总电磁力时需考虑上、下两部分电磁驱动装置的共同作用。设冈l的电磁驱动装置中的下线圈电流为I，上线圈电流为I。线圈电流为正时，该通电线圈所在的那一个电磁驱动装置的内外铁心和衔铁间的T作气隙处永磁磁场得到增强。同理，线圈电流为负时，工作气隙处永磁磁场则被削弱。 在动子处于上止点或下止点附近时，即动子位移在0～1 mm和在7～8 mm间，衔铁与内外铁心间气隙较小那一侧的线圈的通电可以大幅度改变该侧电磁力大／b；通增磁电流加速自锁，通一定的去磁电流就能解锁。 当衔铁与内外铁心间的工作气隙较大，即动子位移在1～7 mm间时，总电磁力主要是直线电动机部分产生的轴向电动力，线圈电流的大小和方向决定着总电磁力的大小和方向。观察冈9中动子位移在1～7 mm间各条曲线，由I=0，I=0时曲线线可知，一个线圈通电时，动子所受到的总电磁力与通电线圈所属直线电动机部分的轴向电动力方向一致；由I=5 A，I=5 A时曲线可知，一线圈通增磁电流、另一线圈通去磁电流，动子受到的两个轴向电动力方向一致，总电磁力最大。 在传统双弹簧、双电磁铁电磁气门驱动机构的基础上，引入永磁体，利用永磁体在气门完全关闭或完全开启的状态下提供的电磁力实现自锁，气门保持在全开或全闭的位置时线圈不必通电。气门解锁时只需在自锁侧线圈通人起去磁作用的电流。 气门运动周期是由内燃机决定的，它同时还与气门动子质量、气门行程、弹簧刚度系数、电磁驱动装置的自锁保持力等都密切相关。 线圈电感可通过能量摄动法求解。工作气隙较小时，线圈电感与位移呈非线性关系。 要综合考虑永磁体长度和内外铁心间附加磁气隙大小，既保障自锁时有较大电磁吸力，还要确保动子运动时直线电动机部分有是够的轴向电动力。 衔铁与内外铁心间气隙较大时，气门所受到的总电磁力基本上是直线电动机部分的轴向电动力。

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