磁致伸缩位移传感器测量盲区失效机理与磁屏蔽优化

磁致伸缩位移传感器在检测线圈附近存在测量盲区,在受限安装空间内有效测量范围难以满足应用需求。针对这一问题,基于魏德曼效应、磁弹性耦合效应和维拉里效应,建立合成磁场作用下磁致伸缩位移传感器的测量盲区模型,分析测量盲区内传感器失效机理。搭建实验平台提供可调的脉冲电流和轴向磁场,选用直径为0.6mm的(Fe_(83)Ga_(17))_(99.4)B_(0.6)、Fe_(46.5)Ni_(48.5)Cr_(2)Ti_(2.5)Al_(0.5)和Fe_(30)Co_(70)波导丝验证模型的准确性,测量盲区受永磁体产生的轴向磁场影响,并且随轴向磁场增大。增加静磁屏蔽装置并确定最佳参数,制作样机并测试表明:优化后的(Fe_(83)Ga_(17))_(99.4)B_(0.6)波导丝传感器测量盲区由30.05μs缩短为18.45μs,宽度缩短了38.6%;Fe_(46.5)Ni_(48.5)Cr_(2)Ti_(2.5)Al_(0.5)波导丝传感器测量盲区由31.15μs缩短为19.15μs,宽度缩短了38.5%;Fe_(30)Co_(70)波导丝传感器测量盲区由29.55μs缩短为18.85μs,宽度缩短了36.2%。

无线电能传输带凸字环形有界磁屏蔽任意位置圆形线圈互感计算方法

互感是无线电能传输系统中的重要参数之一,精确计算互感可为无线电能传输设计及优化提供理论依据,然而目前带凸字环形有界磁屏蔽任意位置圆形线圈互感计算问题还未解决。该文提出空间边界矢量解析法对互感进行精确求解。此方法通过边界条件求解各区域磁矢势,利用空间矢量坐标变换法,结合诺依曼公式得到任意位置互感计算表达式。通过仿真和实验对所提公式的有效性进行验证,互感计算值和实验值之间误差最大为2.86%。互感计算值、仿真值和实验值吻合良好,验证了所提计算方法的正确性。该文所提模型结构,可为水下供电提供更灵活的布局,且在同等规格下,该模型结构相比传统圆盘形结构节省19.6%的材料,其除高角度偏转外互感可达到圆盘形互感的99%。

微型核磁共振陀螺磁屏蔽桶设计与研制

磁屏蔽桶可屏蔽外界时空变化磁场对核磁共振陀螺工作磁场的干扰,是核磁共振陀螺不可或缺的重要组件。为减小孔洞及缝隙等不连续结构对小体积磁屏蔽桶屏蔽效果的影响,研究了适用于多孔洞不连续屏蔽桶屏蔽系数计算的磁路法和有限元法,提出了联合解析法、磁路法和有限元法的小型多孔洞高效能屏蔽桶设计方法,该方法采用解析法确定外形尺寸,基于磁路法确定连接方式,利用有限元法确定缝隙精细尺寸,基于该方法,完成了50 cm 3级磁屏蔽桶设计、研制及屏蔽系数测试,实测屏蔽系数优于104,与设计结果较吻合,验证了所提方法的有效性。

基于Halbach效应的磁屏蔽无线输电耦合机构研究

针对主动磁屏蔽需要设置额外激励源、被动磁屏蔽所采用的磁屏蔽材料价格昂贵等问题,在传统DD线圈结构基础之上,提出了一种基于Halbach效应的磁屏蔽无线输电耦合机构。首先,提出了具有磁屏蔽效应的无线输电耦合机构拓扑,基于耦合机构等效磁路模型,从理论上分析了其产生磁屏蔽效应的原理;其次,采用微元法推导了耦合机构在空间中任意平面的磁场强度表达式;最后,搭建实验平台,验证了耦合机构的无线输电性能及磁屏蔽效果。结果表明,Halbach效应线圈在保证输电效率与DD线圈基本一致的同时,能有效削弱耦合机构外的磁场强度,提高磁屏蔽效果。

大型核电汽轮发电机磁屏蔽用厚硅钢板的应用特性研究

磁屏蔽压板是大型核电汽轮发电机的重要部件,直接影响到机组的发电效率及运行稳定性,同时对于保障机组安全可靠运行具有重要的意义。厚硅钢板作为磁屏蔽压板的原料,要求其在具有优异电磁性能的同时具备一定的强度。然而磁屏蔽用硅钢板厚度大、硅含量高、轧制易开裂的特点导致其生产难度较大,此前一直由国外进口,未能实现国内生产。本文介绍了核电磁屏蔽用厚硅钢板的国产化研究,主要包括成分设计、工艺路线制定与优化以及应用特性研究。国产厚硅钢板与进口厚硅钢板的一系列对比表明,国产厚硅钢板能够满足大型核电汽轮发电机的使用要求,并在化学成分均匀性以及电磁性能的表现上均优于进口钢板。

面向SOT-MRAM的磁屏蔽仿真设计与优化

磁随机存储器由于其高读写速度、接近无限次的读写次数和低功耗等优异特性受到越来越多的关注。磁随机存储器采用磁场方向来操作存储位,外部磁场很容易对磁结产生干扰导致读写错误的发生。因此采用磁屏蔽封装结构来减小外部磁场对存储器的影响具有重要意义。本文针对第四代自旋轨道矩磁随机存储器的磁屏蔽优化设计进行研究,根据自旋轨道矩磁随机存储器的面内磁场敏感特性,采用平行式磁屏蔽封装形式,建立了磁屏蔽有限元模型,分析了磁屏蔽结构因素(间距,面积和厚度)和磁饱和现象对磁屏蔽效果的影响,为磁存储器磁屏蔽设计提供了新思路。

磁性存储器陶瓷封装磁屏蔽设计与抗磁场干扰测试

磁性随机存取存储器(MRAM)以磁性隧道结(MTJ)作为存储单元来存储信息,并通过外加电流产生磁矩改写MTJ的信息,这种工作原理使得MRAM容易受到外部磁场的干扰,限制了MRAM在强磁场等恶劣环境下的应用。使用COMSOL软件进行仿真,设计并制作了磁屏蔽陶瓷外壳,搭建了基于Xilinx VIRTEX4系列FPGA的MRAM抗磁场干扰能力测试平台,进行了MRAM抗磁干扰能力实验。测试结果表明,采用带磁屏蔽结构的陶瓷外壳进行封装极大地降低了MRAM受外界磁场的干扰程度,所测试芯片的抗磁场干扰能力由35 Oe提高到420 Oe。

采用磁屏蔽环结构的金刚石NV色心全光直流互感器系统

针对目前电力系统对电流互感器的精度与灵敏度提出的更高要求,提出了一种基于金刚石氮-空位(NV)色心的全光直流互感器的系统方案,系统包括光源模块、激光反馈模块、激光分束模块、一次传感探头模块、激光分频模块、光电转换模块以及信号采集和数据处理模块。对系统中的磁屏蔽环进行了结构的设计与仿真,并对仿真结果进行了实验验证。最后搭建了单通道实验验证系统,系统实测结果表明,设计的全光直流互感器在5 000 A大电流下无磁屏蔽时可以达到0.35%的测量精度,加入磁屏蔽环后测量精度提升到了0.06%,从而为基于金刚石NV色心的全光直流互感器的研制提供了参考。

大型磁屏蔽室设计与优化的研究

大型磁屏蔽室主要目的是屏蔽地磁场以及磁干扰,为精密测量仪器标定、地磁导航实物仿真等提供一个“零”磁环境,因大型磁屏蔽室设计过程复杂,影响因素较多,从而理论计算与实际性能指标存在较大误差,因此有必要对大型磁屏蔽室的设计与优化进行研究,不仅对大型磁屏蔽室进行了仿真设计,且对关键参数以及外围影响因素进行优化。

基于磁屏蔽效应的抗强磁脉冲防护技术

针对电磁轨道发射武器发射瞬间强磁场脉冲冲击下电子元件损伤、信号饱和等问题,传统解决方法是采用磁屏蔽材料或磁屏蔽结构对电子元件进行防护,但是这些方法存在材料成本高、结构复杂等问题。该文提出了基于磁屏蔽效应在膛内线圈产生反向磁场,实现强磁脉冲作用下磁屏蔽的方法,对传感器元件进行防护。通过对该方法理论推导和仿真模拟线圈磁屏蔽效果,并将静态磁场仿真数据与试验结果进行对比,试验结果表明利用线圈进行磁屏蔽技术的可行性,对输出电压信号屏蔽效果达到77.4%,证实了线圈磁屏蔽技术可用于传感器元件抗强磁脉冲冲击防护。

永磁屏蔽电机温度场分析

屏蔽泵融合了泵与电机的优势,其核心部件屏蔽套,确保了运输介质与电机本体的安全隔离。其性能卓越,完全取决于屏蔽电机的质量。为应对介质运输的挑战,特别设计了密闭电机结构,而永磁同步电机则以其高效、简洁的特性脱颖而出,满足了高标准的工作需求。然而,定子与转子屏蔽套的设置也带来了一些技术难题。它们位于气隙两侧,导致气隙增长,影响了电机的功率因数和效率,同时温升问题也愈发严重。因此,降低电机温升成为提升性能的关键。现以永磁屏蔽电机为研究对象,通过热网格模型计算热阻,求得电机温升情况,并通过仿真进行验证分析,为深入研究降低电机温升的途径提供数据支持。

弹体磁屏蔽效应及目标运动状态对磁探测的影响

为实现隐埋式弹药对于铁磁类目标的探测能力,对隐埋式弹药弹体的磁屏蔽特性进行仿真研究及分析。利用仿真软件对隐埋式弹体进行二维及三维建模仿真,分析了弹体材质、弹体开孔大小、弹体开孔朝向以及目标运动状态对弹体磁屏蔽特性的影响。结果表明:开孔朝向平行于外界磁场情况下,开孔处磁感应强度随开孔直径成对数增长;开孔朝向垂直于外界磁场时,开孔处磁感应强度最小,并随着夹角的变小逐渐增大,目标运动速度不影响其磁特征信号幅值。进行了运动目标与地磁场成不同角度下产生的磁特征信号的采集验证实验,获得了其变化曲线,为隐埋式弹体后续目标识别算法设计提供了参考。

高速永磁屏蔽电机摩擦损耗分析与计算

基于3D流体场模型和有限元体积法,针对高速永磁屏蔽电机进行转子表面介质摩擦损耗计算和敏感性因素分析,研究转子转速、介质轴向流速、屏蔽套表面粗糙度对气隙内介质摩擦损耗的影响规律。基于一台额定转速36000 r/min的电机结构,对半径比为0.896~0.930的窄气隙泰勒-库埃特-泊肃叶(TCP)流进行仿真分析,得到摩擦阻力系数与水轴向流速、转子转速的关系,并采用非线性拟合的方法得出不同轴向流速和转子转速的摩擦损耗系数经验公式。随后,搭建试验平台测量摩擦损耗,对比试验测得与仿真求得的摩擦损耗大小以及数值仿真与经验公式计算的摩擦损耗系数,误差在5%范围内,满足工程要求,验证了数值仿真分析和经验公式的准确性。

新型Halbach阵列永磁屏蔽电机设计与优化研究

为简化水下推进电机结构、提高可靠性,本文设计了一款新型Halbach阵列永磁屏蔽电机,采用集中绕组和Halbach永磁阵列,利用屏蔽层结构彻底解决输出轴动密封问题。为获得该型电机的最佳电磁转矩性能,以一款10极12槽Halbach阵列永磁屏蔽电机为例,建立48个二维有限元仿真模型,分析了槽口宽度和主磁极占比对其电磁转矩的影响。基于BP神经网络得到描述平均电磁转矩与主磁极占比、槽口宽度函数关系的响应面模型,并通过遗传算法寻优得到最优槽口宽度和主磁极占比组合。相比于初始设计模型,优化设计后电机平均电磁转矩提高7.26%。样机实验表明,本文设计的1 kW水下推进用Halbach阵列永磁屏蔽电机的额定工作效率约为89%,验证了该型电机设计与优化方法的可行性。

磁屏蔽霍尔推力器磁极腐蚀数值模拟研究

磁极腐蚀问题成为磁屏蔽霍尔推力器的主要寿命失效模式。为了研究磁极腐蚀的机理,本文基于粒子网格方法建立推力器放电的数值仿真模型,结合溅射模型模拟磁极腐蚀现象,统计磁极表面收集的入射离子运动状态,获取磁极腐蚀特性,据此探究磁极腐蚀的机理以及影响磁极腐蚀速率的因素。结果表明:磁屏蔽霍尔推力器出口倒角附近形成的高原子密度区同时也是径向电场占主导的区域,在此处电离产生的低速离子易于径向发散进而偏转向磁极方向运动。磁极表面腐蚀现象呈现径向分布不均的特点,内磁极附近轴对称电场对离子的作用是导致磁极中心腐蚀速率远高于其他位置的主要原因。

霍尔推力器磁屏蔽磁场设计及通道结构优化仿真研究

高能离子轰击引起的霍尔推力器通道壁侵蚀是限制推力器寿命的重要因素。应用磁屏蔽技术可以有效减轻侵蚀,但推力器性能相较传统结构则可能会降低。为设计合理的磁屏蔽磁场并分析通道长度和壁面布置软磁材料对磁屏蔽效果的影响,采用粒子模拟的方法,对霍尔推力器通道内的放电过程进行建模仿真,建立并优化了不同通道长度下的磁屏蔽磁场位形,研究了内外壁面不同位置布置软磁材料对磁屏蔽磁场通道放电特性的影响。结果表明:短通道的磁屏蔽位形可以减少壁面侵蚀和提高推力器性能,随着通道长度从30mm缩短至20mm,离子径向速度降低50%,比冲增加7.78%,阳极效率提高9.1%,推力增加8.3%;附加的磁性材料可以有效地优化磁屏蔽磁场位形,当软磁材料位置向放电通道出口移动时,峰值电子温度降低,离子入射角逐渐减小。当软磁材料放置在距离阳极17.5mm处时,推力增加2.9%,离子径向速度和离子入射角均较小,将有效减少壁面侵蚀。

高精度矢量磁力仪地面测试定标系统大型磁屏蔽室仿真分析

利用有限元分析方法开展大型磁屏蔽室的仿真分析,完成了高精度矢量磁力仪地面定标用大型磁屏蔽室的建模和性能仿真计算,从屏蔽效能、开口影响及内部磁场均匀度等方面对磁屏蔽室仿真计算和实测结果进行对比。结果表明,磁屏蔽空间内部中心区域的剩磁实测数值与仿真结果一致性较好,剩磁分布趋势基本一致,证明有限元分析方法在磁屏蔽室屏蔽性能定量分析的可行性。通过有限元分析方法,能够实现磁屏蔽室开口剩磁影响的定量计算,为磁屏蔽室门及通风孔设计提供依据;同时可以对内部磁场均匀区大小、残余梯度进行验证,有效避免工程实施后发现性能不满足设计要求的风险,有利于保障大空间磁屏蔽室的性能和建造效率。

论移动式磁屏蔽舱的产业化与设计

介绍了移动式磁屏蔽舱的产业化现状,分析了提高移动式磁屏蔽舱产业化的主要对策,并从构件规格标准化、结构设计、模块化设计、构件打散运输包装等方面论述了移动式磁屏蔽舱的设计。

磁场调制型磁齿轮端部漏磁屏蔽及其试验验证

为降低磁场调制型磁齿轮涡流损耗提高其传动效率,本文提出了一种磁齿轮端部漏磁屏蔽方法,即在磁齿轮内、外磁环的轴向端部安装封闭的硅钢片磁屏蔽环,从而改变磁齿轮端部磁场分布,降低端部周围金属构件产生的涡流损耗。首先建立磁齿轮三维有限元模型,通过研究端部漏磁对磁齿轮转矩的影响确定轴向长度设计值。计算验证结果显示采用该磁屏蔽方法后磁齿轮端部漏磁明显减少。最后通过试验测试发现端部漏磁引起损耗占磁齿轮整体损耗主要部分,验证了该屏蔽方法可以有效减少端部漏磁,提高磁齿轮传动效率。为提高磁齿轮传动性能提供了一种新的思路。

多层圆柱形磁屏体磁屏蔽特性研究

根据高磁导率铁材料和高电导率材料的电磁屏蔽特性,将铜绕组缠绕在铁芯上,圆柱形屏蔽体壳放入由铜绕组产生的均匀磁场中,利用三维有限元法对圆柱形屏蔽体壳的磁屏蔽特性进行了研究.分析磁屏蔽体厚度、屏蔽体的层数和激励频率对磁屏蔽效能的影响,以解决采用高磁导率材料和高电导率材料等不同磁屏蔽材料磁屏蔽体的最佳磁屏蔽方案问题.探索提高磁屏蔽效率的新技术,对电磁兼容问题的解决具有重要理论和实际意义.