比例电磁铁作为将电信号转换成机械信号的一种电-机械转换器,在电液比例控制系统中起着至关重要的作用。随着应用场合的不断扩展,复杂甚至苛刻使用场合的出现,电液比例控制系统对电-机械转换器的综合性能提出了越来越高的要求,如大输出力、高频响、低能耗、高效率、安全可靠、经济实用等。盘式电磁铁结构具有输出力大、结构简单、效率高的优点,但是通常输出力随着行程的增大而迅速减小,一般只适用于电磁开关控制系统中,为此对具有比例特性的盘式电磁铁进行基础研究不仅具有实际应用价值,满足市场的经济性需求,而且扩展了比例电磁铁的结构形式,从而有助于推动电液比例技术的发展。本文以盘式比例电磁铁为研究对象,采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的方法,对盘式比例电磁铁关键技术进行了深入的分析和研究。提出了一种新型盘式比例电磁铁的结构,有效地结合了传统螺管式比例电磁铁和盘式电磁铁的优点,采用双锥型结构的衔铁,与导磁铁芯柱和外壳体之间形成了两个径向工作气隙和一个轴向工作气隙。通过电磁场有限元理论分析,建立了新型盘式比例电磁铁的数学模型,对其工作特点进行了计算及分析,并探讨了结构参数对其静态特性的影响,确定了各结构参数之间的关系。仿真与实验结果表明:该新型盘式比例电磁铁的线性工作范围为4mm,输出力滞环小于3.5%,电流滞环小于2.8%,最大驱动力为160N;衔铁处于中位时脉冲信号的额定力上升响应时间为181ms,频响为15Hz;与德国舒尔茨公司研制的相同规格螺管式比例电磁铁相比较,水平电磁力/电流比从145N/A提高到160N/A,额定功耗从21w降到15w。各章节内容分述如下:第一章介绍了电-机械转换器的分类、应用及研究现状,概述了国内外电-机械转换器的研究方向和发展趋势。此外对两种不同型式的电-机械转换器——螺管式比例电磁铁和盘式电磁铁的结构及性能特点进行了详细阐述。第二章结合螺管式比例电磁铁和盘式电磁铁的优点,提出了盘式比例电磁铁的结构方案;建立了盘式比例电磁铁的数学模型,通过有限元方法仿真分析了关键结构参数对其静态特性的影响,并对结构参数进行了优化;提出了一种双锥型盘式比例电磁铁的结构,对其工作特性进行了仿真计算及分析。第三章研制了双锥型盘式比例电磁铁的实物,基于搭建的测试系统,对其静动态力特性进行了实验研究,获得具体实验性能参数,并与仿真结果作了对比。第四章,总结了全文的主要研究工作和成果,对今后需进一步研究的工作和方向作了展望。