线性压缩机用动圈式直线电机仿真与试验研究

针对线性压缩机直线电机的稳定性和可靠性问题,文中基于Halbach永磁体阵列形式设计了一种动圈式直线电机,采用有限元分析方法求解了永磁体阵列排列方式、气隙厚度、内外磁轭和线圈尺寸对电机性能的影响,综合考虑电机性能、装配工艺等因素,对直线电机各关键零部件的结构和尺寸进行了优化,提高了内、外磁轭的空间利用,增加了磁路的稳定性,消除了电磁感应强度集中位置,最后对优化后的电机性能进行了仿真分析和试验验证。

高频动圈式电-机械转换器

针对常规动圈式电-机转换器在输出力、响应时间和响应速度等性能上的不足,提出了一种高频动圈式电-机转换器。对动圈式电-机转换器推力线圈骨架的结构进行优化,永磁体采用钕铁硼永磁材料,并对单个永磁体采用沿外磁场磁力线方向磁化,设计了8片瓦形有气隙永磁体结构,分别进行了理论分析和仿真实验。结果表明,所设计的动圈式电-机转换器线圈与永磁体间的作用力提高40%以上。仿真频宽可达360 Hz/-3 dB,375 Hz/-90,°响应时间为0.0025 s。实验频宽达到300Hz/-3 dB,310Hz/-90°,与仿真结果基本吻合,具有高频和快速响应特性,能很好地满足高速比例阀系统的要求。

伺服比例阀用动圈式直线电机

为研制用于驱动大流量伺服比例阀先导级的高响应电-机械转换器,提出采用异型永久磁铁励磁的动圈式直线电机(moving coil linear motor,MCLA)结构方案,给出设计准则,采用有限元计算方法分析磁路特征,计算结果表明,采用异型永久磁铁较规则形状可提高驱动力7%以上。在此基础上,设计了驱动大流量伺服比例阀先导级的动圈式直线电机,并制造出样机,建立了测试系统,对样机的动静态特性进行试验测试,试验结果验证了设计计算的正确性,试验结果表明所研制的样机性能可以满足高响应大流量伺服比例阀先导级驱动要求。

一种动圈式电磁驱动气门的可行性研究

分析了发动机中应用电磁驱动气门的优越性及设计要求,提出了一种新的动圈式电磁驱动气门的技术方案。建立了电、磁和机械耦合的系统模型,研制了样件并实测了样件的静态驱动力特性,并对电磁驱动气门的动态特性进行了仿真。仿真结果表明,动圈式电磁驱动气门的最小过渡时间可达到3.02ms,最大气门落座速度为0.031m/s,满足高速响应和低落座速度的要求,且与实验结果比较接近,具备在发动机中应用的可能性。

动圈式永磁直线振动电机的静动态分析

以动圈式永磁直线振动电动机为研究对象,利用Ansoft软件对其进行了动态仿真。仿真结果与实验相比较,证明仿真结果真实可靠,对该机种的设计、使用是有用的。

动圈式线性压缩机空载运动特性分析

为掌握线性压缩机的启动特性,以动圈式线性压缩机为例,建立了系统的运动方程,得到空载系统的开环与闭环传递函数,并运用Matlab软件进行空载系统的稳定性、时域和频域等特性的分析。结果表明,空载的动圈式线性压缩机总体上是稳定的,启动特性快,但是它的超调量过大,需要适当增加阻尼比以降低超调量。

动圈式磁悬浮工件台线圈阵列实时电流分配法则

在多自由度磁悬浮工件台运动控制中,多自由度动力学解耦是至关重要的。解耦多自由度动力学需要将工件台动台所受的力/矩分解到对应的运动自由度上。而由于永磁阵列磁场的准静态特性,力/矩分解只能通过线圈阵列实时电流分配来实现。采用洛伦兹力法则的平面积分,建立多自由度动圈式磁悬浮工件台的力/矩分解模型;基于此力/矩分解模型和线圈阵列热损耗最小原则,建立工件台线圈阵列实时电流分配法则;分析该法则的数值稳定性及其对产生的对应力/矩的误差影响。理论分析和案例研究表明,该法则数值稳定性高,计算准确可靠,根据该法则对线圈阵列分配电流后产生的对应力/矩误差很小。该法则可用于多自由度动圈式磁悬浮工件台力/矩分解、多自由度动力学解耦,从而实现对工件台的运动控制。

动圈式大推力电机械转换器的设计和试验研究

为满足电液比例阀的大功率驱动和响应速度快的要求,研究了提高动圈式双向电机械转换器输出力的方法,对其结构尺寸进行了优化设计,利用有限元方法对其静态特性进行了仿真计算.研制出了大推力动圈式电机械转换器样机,对该样机进行了试验研究。理论分析和试验研究表明,所设计的动圈式双向电机械转换器能够满足电液比例阀的大功率驱动需求。

用于斯特林热机的动圈式直线电机设计与分析

为了研制用于自由活塞斯特林发电机的直线电机,完成动圈式直线电机结构设计,模拟并测试电机磁场强度,对发电机的输出特性进行实验研究。采用有限元软件ANSYS计算电机的磁场密度,并与测试结果进行比较,气隙宽度为6 mm时,磁通密度为626 mT,计算结果与测试值一致;搭建动圈式发电机的输出特性测试系统,进行实验研究。实验结果表明,磁场中线圈长度和电机频率不变时,有效输出电压随线圈位移线性增大,斜率与线圈阻抗和外接负载有关;系统的固有频率计算值为16.5 Hz,当工作频率远离系统固有频率时,电机输出电流随工作频率的增大而变小,系统效率最高为20%。

高频动圈式电-机转换器的优化设计

针对动圈式电-机转换器在性能上的不足,对推力线圈骨架的结构、永磁体的材料、永磁体的充磁技术和永磁体的结构等四个方面进行了优化,提出了一种高频动圈式电-机转换器。理论分析和仿真结果表明,所设计的动圈式电-机转换器具有高频和快速响应特性,能很好地满足高速电液比例阀系统的要求。

新颖高频动圈式永磁直线电机的研究

针对常规动圈式永磁直线电机在电磁力、响应时间和响应速度等性能上的不足,从永磁体结构入手,对比单个永磁体不同的磁化技术和多个永磁体不同的阵列结构,提出了一种新颖八片瓦型有气隙Halbach磁化阵列动圈式永磁直线电机。对其静态磁场和瞬态磁场的分析以及实验结果表明,线圈与永磁体间的作用力能提高40%以上,仿真频宽接近350 Hz/-3 dB,响应时间为0.004 s。而实验频宽达到300 Hz/-3 dB,与仿真结果基本吻合,表明所设计的动圈式永磁直线电机具有高频和快速响应特性,能很好地满足高速电液比例控制系统的要求。

新型高频动圈式直线力马达的研究

直接反馈两级滑阀式电液伺服阀的动圈式直线力马达存在质量比较大、电磁力小、响应时间长和响应速度慢的问题。通过分析传统动圈式直线力马达的永磁体放置方法及其永磁体磁化方向,发现磁力线分布不均匀,磁通密度低,而且与线圈电流方向不垂直。在现有的技术基础上,提出根据磁力线方向的异同在轴向放置3组线圈,形成一种新型五环型Halbach磁化阵列动圈式直线力马达。静态磁场与动态特性的仿真结果表明:新型直线力马达产生的电磁力提高2.5倍左右,阶跃响应时间为6 ms,频宽达到277 Hz。

动圈式扬声器热故障仿真的进展

在分析动圈式扬声器基本结构和可能出现的热失效现象的基础上讨论了3种常用的热传导模型及其算法;并简单介绍了当前热失效模型研究的现状和主要方法。结合热失效的机理,比较了线性、非线性与有限元热模型的优劣,得出非线性热失效模型优于线性模型,而有限元热模型是最有发展前途的推论。指出了开发动圈式扬声器新型热失效模型及其热失效仿真技术不仅有利于现有市场的发展,也是开发新产品、乃至为研究其他微型机电一体化装置建立标准数据源的需要。

动圈式电机械转换器用双向控制器的研究和设计

为满足电液比例阀用动圈式电机械转换器的控制及驱动要求,研究了利用专用芯片设计的H桥电路来满足动圈式电机械转换器的双向控制要求,采用专用芯片设计的PWM波发生电路满足其比例控制的要求。研究分析了所设计电路的PWM波的占空比和频率调节原理,功率放大器驱动电路产生足够的功率和电流的原理,制作出了相应的电路板,并对所设计的电路进行了试验研究。理论分析和试验研究表明,所设计的动圈式电机械转换器用控制器电路结构简单、有效,能够达到控制和驱动要求。

动圈式永磁直线电机的磁场和电磁力

论证了动圈式永磁直线电机的负载磁场可以分解为空载磁场和电枢反应磁场之和 ,进而推导出实用的电磁力计算公式 。

动圈式地震检波器阻尼系数测量方法的改进

本文对用直流激励法测量动圈式地震检波器阻尼（系数）的方法提出了改进，克服了原方法在阻尼较大时因测试值信噪比很差而不能对阻尼系数准确地进行测量的不足。

定子磁钢轨道拼接错位对动圈式永磁直线电机性能的影响

陆基车载无人机电磁弹射器是一种新型的弹射起飞装置。为了实现高机动性,提出双边动圈式永磁直流直线电机和定子磁钢轨道分段拼接结构方案。为了评估定子磁钢轨道拼接可能对电机性能的影响,建立了永磁直线电机模型。利用有限元分析软件,分析研究了轨道分段拼接上下错位、左右错位以及倾斜错位可能造成的影响,根据分析结果给出了磁钢轨道拼接错位所允许的偏移范围大小。

动圈式永磁直线直流电机的精英保留多种群遗传优化算法

为了实现陆基无人机电磁弹射器高机动性及其直线弹射电机的高功率密度,针对动圈式永磁直线直流电机,提出精英保留的多种群遗传算法(Multi-Population Genetic Algorithm with Elite Retention, MPGAER)的电机最大功率密度优化方法。以磁通密度和电流密度为约束条件,利用其搜索能力强、收敛速度快的特点优化电机的结构参数,并与磁路法初始设计结果和传统遗传算法优化结果进行比较。结果表明:与磁路法初始设计相比,MPGAER能使电机质量减少6.25%,功率密度提高10%,电机动态性能得到提高;MPGAER优化设计的电机功率密度高于遗传算法设计结果,所提方法有效地解决了在优化过程中出现易收敛于局部最优点和寻优效果差的问题。

动圈式力马达的优化设计

从磁材料和技术磁化两方面对动圈式力马达进行了设计。使用钕铁硼代替铝镍钴 ,实现了体积的第一次减小 ;从沿磁铁轴向磁化到沿通电线圈的磁力线方向对永久磁铁进行充磁 ,磁力提高 4 0 % ,而且其体积又减为原来的 70 %。永磁体体积的减小 ,使阀的体积也减小 ,由此提高了阀的频率响应。

动圈式扬声器内热过程的有限元分析

根据传热学原理,采用ANSYS有限元软件对加载过程中的动圈式扬声器内热分布进行了稳态和瞬态模拟,给出了系统温度场的二维分布和三维响应。给定条件下的计算结果表明,电功率冲击加载下音圈的温度响应迅速;显著的温度梯度也意味着音圈内的热流密度远高于周围部件。同时,较强的热冲击也容易增大薄壁骨架,尤其是纸质骨架发生变形的程度。