Page 178 - 《振动工程学报》2025年第11期

2636 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

1.3 从磁感应强度分布情况和云图可知，上下线圈
B ഈ B ᇏ B ༯ B ֝
1.2
1.1 处磁感应强度约为中间线圈磁感应强度为一半，优
1.0 化后结构磁场分布合理，磁场回路满足设计要求。
0.9 上、下线圈处磁感应强度分别为 和 0.3430 T，
0.3437 T
B / T 0.8 中间导磁体处磁感应强度为 1.1392 T；上、下线圈电
0.7
0.6
0.5 磁力为 36.4 N，中间线圈的电磁力为 76.6 N，电磁弹
0.4 簧总电磁力为 149.4 N，满足预设设计要求。
0.3
0.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
d / mm 3 电 磁 特 性 分 析

图 7 磁感应强度随 d 的变化曲线
Fig. 7 Variation curves of magnetic induction intensity with d 磁生电和电生磁相辅相成，反电动势不仅影响
着线圈中的控制电流，也会产生磁场影响着永磁体
减小。但分析可知永磁体和导磁体之间的磁感应强
在线圈气隙处的磁感应强度。然而，依据第 2 节中
度集中效应也随 d 的增大而愈发强烈。因此，理论上 d=
的瞬态磁场仿真结论，反电动势产生的磁场对永磁
0 mm 时，磁场分布最均匀、最合理，但永磁体为脆性材
体的磁场影响不大，但反电动势对线圈中的控制电
料，因此需要对 d 进行一定的取值用以保护永磁体。
流的影响不可忽略不计。接下来分析研究线圈中的
由于磁感应强度是电磁力决定性参量之一，在
反电动势。
中间导磁块高 0.9h 处画一条水平线，取其磁感应强
串联线圈会导致电感增大，不利于电流控制。
度 的 平 均 值 作 为 分 析 指 标， 仿 真 分 析 磁 感 应 强 度
本文设计的电磁弹簧结构的三组线圈采取独立供电
随 d 的变化规律。仿真结果如图 7 红色曲线所示，
方式，即每一组线圈单独形成等效电路，其等效电流
d ∈ [2.5 mm,5 mm]，磁感应强度处于最值范围，并且 如图 9 所示。
基本保持不变，即凸出部分为永磁体径向长度 D x 的

r
10%~20%。因此，本文 d 选取为 3 mm。
电路中电阻
依据结构仿真优化分析结果，本文最终的结构 控
主 制
参数如表 3 所示。根据确定的结构参数，对电磁弹 动 开 R c
电 1 S S 2 关 线
簧 进 行 静 态 磁 场 仿 真， 查 看 其 磁 感 应 强 度 云 图 分 动 圈
布、磁场回路和各处磁感应强度值的情况，仿真结 势 L c
E
果如图 8 所示。

表 3 优化后结构参数
Tab. 3 Optimized structural parameters 线圈感应电动势ε c

序号 参 数 数 值 序号 参 数 数 值 注：R c 和 L c 为线圈的电阻与电感，r 为隔振器内部电路中电阻。
1 D z /mm 20 5 d/mm 3 图 9 等效电路图
2 D x /mm 25 6 q/mm 8 Fig. 9 Equivalent circuit diagram

3 D x2 /mm 15 7 N e 80
从图 9 等效电路图分析可知，电磁弹簧可通过
4 h/mm 10 8 I/A 2
控制开关实现被动工作和主动工作模式。当控制开

关断开时，开关 S 1 断开，开关 S 2 闭合，线圈电路中不
B / T 存在有源电气元件，即电磁弹簧处于被动工作模式
B / T
2.7162
2.7162 状态。被动模式下，动力设备的振动传递到电磁弹
2.5351 2.5351
2.3540 2.3540
2.1730 2.1730 簧线圈上，线圈在永磁场作用下切割磁感线运动，形
1.9919 1.9919
1.8108 1.8108
1.6297 1.6297 成反电动势；反电动势在线圈中产生的电流，在永磁
1.4486 1.4486
1.2676 1.2676
1.0865 1.0865
0.9854 0.9854 场作用下，产生与设备振动相反的电磁力，即电磁阻
0.7243 0.7243
0.5432 0.5432
0.3622 0.3622 尼力。电磁阻尼力起阻碍动力设备振动的作用，为
0.1811 0.1811
0 0
有利影响。当控制开关闭合时，开关 S 1 闭合，开关
S 2 断开，电磁弹簧处于主动控制模式，即通过主动电
(a)磁感应强度云图 (b) 磁感应强度矢量图
(a) Nephogram of B (b) Vector diagram of B 动势 E 实现主动控制。主动模式下，线圈感应电动

图 8 结构优化后磁感应强度仿真结果 势 ε c 与主动电动势 E 方向相反，起“阻碍”主动控制
Fig. 8 Simulation results of B after structural optimization 作用，为不利影响。