磁力喷射阀的静磁场模拟

发布日期:
2022-10-13
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介绍使用 CST EM STUDIO (CST EMS) 进行执行器仿真。


图 1 显示了使用 CST EMS 的建模器功能创建的磁力喷射阀的形状模型。线圈模型通过沿路径扫描横截面定义形成螺线管形状。除了使用建模器功能创建模型外,您还可以导入 CAD 数据并将其用作分析模型。

仿真确定了作为线圈电流和电枢外壳间隙的函数的阀门电枢力,以及零件内部的磁通密度分布。非线性静磁场求解器用于计算。六面体和四面体网格均可用于非线性静磁场求解器,但在此模拟中,我们使用六面体网格。您不仅可以获得与四面体网格相似的结果精度,而且还可以对气隙等形状奇点进行一致的网格控制。

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图 1:励磁线圈和磁力喷射阀的几何模型

几何模型的细节如图 2 所示。还展示了磁性材料。使用通过扫描多边形 360 度创建的旋转体,并使用 CST EMS 的线圈工具创建线圈模型(如图 1 所示)。由于其对称性,在适当的对称条件下,可以将仿真时间减少 4 倍。以线圈的安匝数为变量进行参数扫描,以获得电枢力与间隙比以及与安匝数的相关性。

为了精确建模,必须考虑材料的磁非线性。来自实际测量的 BH 曲线用于定义每种材料的特性。

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图 2:喷射阀磁性材料

图 3 显示了气隙为 0.3mm 的阀门中的磁通密度(绝对值)图。磁场和磁导率分布等量也会自动计算。还导出了诸如系统能量和力之类的次级量。其他次要数量可以使用后处理模板计算。

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图 3:磁通密度绝对值:0.3 mm 气隙。

中心平面中的矢量到等高线图

电枢力,即力随电枢间隙尺寸和线圈电流的变化,也是一个重要的特性。在后处理期间会自动计算力。图 4 总结了这些计算结果。间隙由模型图中的两个红点表示。通过将间隙中的网格线数定义为间隙参数,无论间隙宽度如何,都可以确保网格正确切割。此过程通过参数研究产生连续解决方案。

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图 4:电枢间隙、线圈安匝数和力之间的相关性。

间隙的网格密度根据间隙宽度而变化。


概括

我们主要介绍了CST EMS模拟电磁阀案例的建模函数和参数函数。此示例使用了使用 CST EMS 创建的模型,但也可以导入和使用复杂的形状数据。可以使用 Modify 和 Parameter 功能对导入的模型进行参数化。可以在一系列参数上计算力,以探索几何形状和激励对结构特性的影响。