动圈式力马达特性有限元建模与分析
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摘 要：动圈式力马达又称为动圈式比例电磁铁，是电液比例阀、伺服阀的基础核心部件，广泛应用于电液系统、电磁振动系统中。动圈式力马达磁路计算因影响因子分散、非线性因素和强耦合因素过多，采用传统的磁路理论计算极为困难。本文基于有限元方法，建立了动圈式力马达的精确数学模型，通过Ansoft软件仿真，对永磁体半径、永磁体高度、主气隙高度、极靴厚度等关键结构参数对输出力特性的影响进行了分析，为进一步提升动圈式力马达的输出力特性提供了可靠依据。
关键词：动圈式力马达；磁路计算；数学建模；有限元
中图分类号：TH137.51文献标识码：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.12.001
0 引言
动圈式力马达又称为动圈式比例电磁铁，为一种常用的电”机械转换器，其利用电磁力与弹簧力的相互平衡，实现电流”机械位移量的比例转换。动圈式力马达相对于动铁式力马达具有更大的线性力行程，可以输出对称双向力，且因为线圈质量远小于衔铁质量，其拥有比动铁式力马达更好的动态特性[1，2]。动圈式力马达广泛应用于液压系统、电磁振动系统中，尤其作为电液比例阀与伺服阀的基础核心部件，其性能的好坏直接决定了电液比例系统控制性能的好坏[3]。因此开展动圈式力马达的仿真与实验研究，对掌握其结构参数与性能特点之间的关系、从整体上改善其工作特性具有重要意义，有助于更好地满足日益增长的市场需求，进而推动电液比例技术的发展。
1 动圈式力马达结构原理分析
本文根据典型的永磁动圈式力马达结构原理[4-6]，设计了如图1所示的动圈式力马达，其主要由永磁体、内导磁体、外导磁壳体、隔磁导向套、线圈骨架、线圈、对中弹簧、下导磁壳体、上壳体及无油轴承组成。其中下导磁壳体和外导磁壳体共同组成了外导磁体，而由钕铁硼材料烧结而成的永磁体位于内外导磁体之间。导磁体轴向充磁，并与内外壳体相贴合，从而有效缩小磁路磁阻，保证磁路畅通。线圈骨架通过无油轴承支撑于上壳体中心，可以沿轴向自由滑动，并通过弹簧对中。线圈缠绕于线圈骨架之上，位于内外导磁体所形成的气隙中间。力马达工作时，线圈中通电，因为受到电磁力的作用，线圈会带动骨架轴向运动。受对中弹簧的作用，线圈骨架的位移量与线...
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