摘 要

本文目的在于通过仿真研究电磁阀中的电磁铁部分工作时的温度场，并主要关注其中线圈的温度分布，进而保证电磁阀线圈在实际工作中的有效、可靠，且对其进一步的散热优化提出指导性意见。通过基于ANSYS workbench软件仿真计算，相关理论分析，和实际实验所得的温度测试数据相结合的方法，建立了具体的一款低速柴油机使用的电磁喷射阀的电磁铁部分的仿真模型，以其在额定工作条件下的电流为激励，获得了其温度分布云图，然后对获得的温度云图进行简要分析，提出了对该电磁铁在温度测试时较为合理的温度测量位置，和通过结构和材料方面的改进对散热优化的指导性意见。

关键词：柴油机电磁阀、ANSYS分析、温度场、线圈

Abstract

This paper is aimed to study solenoid's temperature field when it is working by simulation.The distribution of temperature in coil was detailed studied.It is important for solenoid coil working effective and stable.Some method about rejection of heat will come up.Simulation model about solenoid in electromagnetic injection valve used in the medium speed diesel engine was built by ANSYS workbench.The rated working excitation current was given to the model to creat the temperature profile.Analysising the profile helps finding the reasonable temperature measuring position on the solenoid and to promoting the rejection of heat in structure and material.

Key Words：solenoid valve for Diesel engine、ANSYS、temperature field、coil

目录

第1章 绪论 1

1.1背景、目的、意义 1

1.2现状 2

1.3预期、内容 3

第2章 仿真模型 4

2.1三维模型建立 4

2.2电磁铁的材料设置 6

2.3电磁铁的热力参数设置 7

2.3.1辐射换热 7

2.3.2温度边界 8

2.3.3自然对流 9

2.3.4铁损计算 11

2.3.5激励电流设置 12

第3章仿真结果及实验 14

3.1电磁铁温升仿真结果 14

3.2仿真结果分析 16

3.3电磁铁温升实验 17

第4章优化与改进 19

4.1温度传感器安装位置 19

4.2电磁铁散热优化 19

4.2.1抑制热源 19

4.2.2增加散热 21

第5章 结论与展望 23

5.1结论 23

5.2展望 24

致谢 25

参考文献 26

第1章 绪论

1.1背景、目的、意义

当前，计算机电子技术处在日新月异的不断发展当中，基于计算机电子技术的数控技术也是不断表现出其独有的优势。同时，电磁阀在数控系统的显示出极强的生命力，各行各业都广泛的采用。在数字控制领域，传统的许多机械式执行器也是逐渐显露出其固有的不足的地方，从而不断的被电磁式执行器所替代。电磁式的执行机构相对于机械式执行机构或者液压式执行机构，具有更紧凑的结构形式，从而占有更小的空间位置；其重量也是相对较为轻便；同时具有密封良好、大都维护较为简便、可靠性高等优势。各种电磁式执行机构，大多电流通过线圈产生磁场，配合相应的铁芯和衔铁零件，从而产生电磁力，继续将该电磁力进行放大，或者直接将该电磁力作为执行机构动作的作用力。其中，电磁阀是使用相对广泛的电磁式执行器的之一，相对于传统的机械阀，电磁阀的控制具有不可替代的优势，如其布置方便，控制精度高，对控制指令能快速执行到位，根据不同的控制型信号有不同的控制效果等。

电磁阀利用通电磁铁部分将电能转化产生电磁力，驱动阀芯运动以开启或关闭阀门，是自动控制领域中广泛采用的信号执行机构。目前，实现电磁阀基本的开关动作，满足一定的控制效果已经可以得到实现，但是，在控制系统工作效率要求不断提高、工作精度不断优化、工作环境更加恶劣的情况下，对电子控制系统的执行机构具有更高的要求，特别是在许多应用场合需要电磁阀具有高速、大流量的要求，对电磁阀的响应速度和流量提出了更高的要求。所以，目前国内外对电磁阀研究多数侧重在研究它的响应特性及其控制，而对于电磁阀的发热问题的关注度和相应的研究都较少。

电磁阀的快速响应和大流量是标志着电磁阀性能的关键参数，但是，电磁阀在实际到的工作过程中电磁铁的发热，对电磁阀的寿命和可靠性有较大的影响，并且这也有关于电磁阀的能效问题。所以，在电磁阀的研究上，我们在对于其高速和大流量进行研究时，同时也要加强对电磁阀的发热散热问题的考虑，保证电磁阀在长期的工作中温度符合相关的规定，同时保证线圈的温升情况在控制范围之内，绕制线圈的漆包线不因温升过高而绝缘失效，线圈烧结。

通过以船用柴油机电控喷油器电磁阀为研究模型，建立该电磁阀的电磁铁部分三维仿真模型，以电磁阀实际工作条件为依据，设置相关的激励电流和散热边界条件，从而获得电磁阀的电磁铁部分的温度云图，分析其温度分布，进而对该电磁铁的散热状况提出一定的指导性意见。从中可以使我对于许多相关知识有更深的理解，同时也是对于即将本科毕业的我能力的一次综合锻炼和检验。并且，在对电磁阀的瞬态磁场仿真和热分析研究中，以Ansys Maxwell软件建立电磁铁的瞬态有限元模型，Ansys workbench平台建立电磁-热耦合分析项目，将使我对这两个软件的使用和认识有一定的提高，而后对电磁铁的生热问题的研究，也将加强我在传热学、工程热力学等相关学科所学习到的知识在实际问题中的应用能力，这些，对我以后的学习和工作将有很大的帮助。

1.2现状

随着电子控制技术的不断发展，逐渐在各个领域不断的深入融合，采用电子控制技术以达到安全、可控、高效、可靠的目的。电子控制系统主要包括了传感器、处理器、和执行器三大部分。电磁阀作为电控指令的执行部分，为了满足控制系统的精确控制等要求，也是处在不断的优化和改进当中。有以电磁阀的可靠性和寿命为其性能指标的重要部分。目前国内外公开的电磁阀理论模型中，则多数主要关注于研究它的动态响应特性及其控制，对其因过热而失效的研究相对较少。

在电磁阀的响应速度、流量等参数符合使用需求的条件下，其使用中的可靠性和使用寿命越来越受到使用者的重视。西北工业大学的王春民等人，基于ANSYS为软件工具，对直流电磁铁温度场进行过分析。在对电磁铁进行温度场分析的时候，目前最主要的部分是：电磁铁的发热功率计算和电磁铁的散热边界条件分析。电磁铁的发热功率计算中，依照电流的不同分为直流激励电源和交流激励电源，而且在王春民等人的模型建立时，不同于以往的计算模型，考虑到线圈电阻随温度的变化而变化，建立起电磁阀的瞬态仿真模型，因此发热源并非固定不变，从而更加贴近电磁阀在实际工作中的发热情况，仿真结果较为精确。