有時(shí),為了防止電磁鐵磁路不至于過(guò)飽和,設(shè)計(jì)時(shí)將磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁通密度(簡(jiǎn)稱磁密)限制在一定的范圍內(nèi),即規(guī)定磁路最高磁密B不大于允許磁密B。即(卜4)t一需要指出的是,在電磁鐵優(yōu)化設(shè)計(jì)中,式41-4)不如式(卜1)、式(卜2)和式(卜3)具有較強(qiáng)的實(shí)際物理意義,所以說(shuō),以式(I-4)作為設(shè)計(jì)的技術(shù)條件來(lái)要求并不是十分嚴(yán)格的。
當(dāng)磁路趨于飽和時(shí),磁路中鐵磁阻增加,從而使得激磁磁勢(shì)增大,用銅量增加。然而,由千電磁鐵優(yōu)化設(shè)汁往往尋求某一(些)最好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(例如材料費(fèi)用最小),因此,在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中,優(yōu)化方法本身最終將會(huì)自動(dòng)找出最優(yōu)(材料費(fèi)用較小)的設(shè)計(jì)方案。當(dāng)用銅量增加到足以使材料費(fèi)用增大時(shí),優(yōu)化方法會(huì)迫使其減小,即約束磁路中磁密的增大。若優(yōu)化設(shè)計(jì)所尋求的目標(biāo)是電磁鐵的外型尺寸最小,則用銅量的增加不一定會(huì)使外型尺寸變大,故優(yōu)化設(shè)計(jì)可能得出這樣的設(shè)計(jì)方案:外型尺寸較小,而磁路的磁密較高,用銅量較大。這是由于所尋求的是電磁鐵外型尺寸小,面不是用銅量小,因此,理論上可以不考慮磁路中的磁密約束。然而,在實(shí)際的電磁鐵優(yōu)化設(shè)計(jì)中,通常考慮該約束,其原因主要有以下兩條。
1.計(jì)算及尋優(yōu)的需要
電磁鐵由定性分析可知蘆任何的電磁鐵設(shè)計(jì)方案,無(wú)論所尋求的是哪些經(jīng)濟(jì)指標(biāo),其磁路的磁密B是有限的,通常不會(huì)很高。但是,在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中,可能會(huì)出現(xiàn)偏離最佳設(shè)計(jì)方塞較遠(yuǎn)的設(shè)計(jì)方案,例如得出一個(gè)磁密非常大的設(shè)計(jì)方案,這有可能導(dǎo)致非線性磁路計(jì)算需要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能滿足收斂條件,有時(shí)甚至使計(jì)算不收斂,優(yōu)化設(shè)計(jì)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行下去”因此,為了使尋優(yōu)過(guò)程能夠連續(xù)進(jìn)行,縮短尋優(yōu)時(shí)間,優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)通常規(guī)定磁路。
這恰好是電磁鐵設(shè)計(jì)技術(shù)條件所要求的。因此,在電磁鐵傳統(tǒng)中,可以看成是其數(shù)學(xué)模型的一部分,并在某種程度上描述了原設(shè)計(jì)問(wèn)題。電磁鐵優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型要比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型復(fù)雜得多,其中最顯著的差異在于描述電磁鐵物理現(xiàn)象時(shí),可以盡可能充分地考慮各種因素的影響。例如,對(duì)于設(shè)計(jì)點(diǎn)吸、反力配合的考核,其吸力F。不是簡(jiǎn)單地通過(guò)選取萊一工作氣隙磁密B幻并根據(jù)式求得,而是經(jīng)過(guò)較復(fù)雜的磁路計(jì)算求得,其中考慮了鐵磁材料中磁阻的非線性、漏磁以及磁勢(shì)分布參數(shù)等因素的影響。因此,盡管電磁鐵優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)均需要建立數(shù)學(xué)模型。但其實(shí)質(zhì)內(nèi)容將有很大差別。
為了便于理解,下面給出一個(gè)簡(jiǎn)單的電磁鐵優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。原設(shè)計(jì)問(wèn)題要求設(shè)計(jì)一個(gè)體積小的電磁鐵,并要求在設(shè)計(jì)點(diǎn)處,電磁鐵囊q靜態(tài)吸力F。大于反力F,o,線圈穩(wěn)態(tài)溫升f不大于高允許溫升。該優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。