基于定子永磁拓扑的混合式步进电机二维等效模型构建方法

齿层比磁导法和三维有限元法是目前分析混合式步进电机的主要方法。然而,齿层比磁导法难以考虑铁心叠片间绝缘层磁阻对永磁磁场轴向非均匀分布的影响、计算精度较差,三维有限元法计算过程复杂、耗时较长,为此提出一种基于定子永磁拓扑的二维等效模型构建方法及其二维有限元分析。该方法通过电机结构等效变换和轴向分段将混合式步进电机转子永磁三维模型等效变换为定子永磁二维模型,并采用对三维模型、二维模型分别进行一次空载有限元静态仿真的方法确定二维等效模型参数,能够考虑永磁磁场轴向非均匀分布的特性,具有模型建立简便、计算精度高、耗时少的优点。通过三维有限元仿真验证了该方法的可行性和准确性。

新型球形结构两自由度混合式步进电机二维等效模型分析方法

在智能系统发展时代机器人使用率在逐步提高,其中多自由度电动机在机器人的构成中占有较为重要的地位。多自由度电机发展历史较长,但大部分仍处于实验研究阶段。因此,为进一步简化电机结构、降低电磁耦合影响、提升电机运行稳定性等,本文依据非球形正交圆柱结构两自由度步进电动机运行原理,提出一种新型球形结构两自由度混合式步进电动机。首先,对该电机结构及运行原理进行介绍;其次,讲述削弱子电机间的耦合磁场方法,为缩短电机的分析计算时间及提高计算精度,提出二维等效电机模型分析方法;最后,三维电机模型与二维等效电机模型进行有限元仿真计算结果比较,并试制一台外径116mm实验样机实验验证了二维等效模型的可行性及准确性。

基于COMSOL的声表面波器件二维等效模型设计

利用COMSOL软件建立了声表面波(SAW)单端口谐振器和双端口滤波器的二维等效模型,基于有限元法通过该模型计算了完整的SAW谐振器和梯形滤波器结构的导纳和频率响应特性,并将该结果与通过COM耦合模型模拟的结果进行对比。结果表明,基于有限元法利用二维等效模型模拟SAW器件性能是可行的。同时研究了电极电阻和传播损耗对谐振器导纳的影响,为进一步研究SAW器件特性提供了理论依据。

天然河流的二维等效扩散模型

通过对天然河流流带的拉伸或压缩处理，使之成为处处流速和水深均相等的理想河流，在此基础上建立了等效二维扩散模型。文中对建模方法和参数计算方法作了详细的介绍。

轴向磁通电机中Halbach阵列永磁体的解析优化方法

为了进一步增大采用软磁复合材料铁心的轴向磁通永磁电机的电磁转矩,针对其不等宽的两段式Halbach阵列永磁体进行解析优化,利用无槽2D等效模型和有槽气隙相对磁导率解析了气隙磁场和电磁性能;进而基于电磁转矩的导数和复化求积公式推导了使电磁转矩最大化的Halbach阵列最优轴向充磁系数的表达式;采用轴向磁通永磁电机的3D有限元方法分析验证了气隙磁场、反电动势、电磁转矩以及Halbach阵列最优轴向充磁系数的解析解的准确性。Halbach阵列解析优化的结果表明:当轴向充磁系数为0.82时,轴向磁通永磁电机的电磁转矩达到最大;最优轴向充磁系数取决于极对数、永磁体厚度、电机径向尺寸和气隙宽度等;当极对数为5时,最优轴向充磁系数会随着永磁体厚度的增加而减小,而电机径向尺寸的增加会导致最优轴向充磁系数的增大;气隙宽度对最优轴向充磁系数的影响较小,基本可以忽略。

倒梯形桁架桥断面气动参数研究

采用计算流体力学(CFD)和风洞试验相结合的方法,对某倒梯形桁架主梁断面二维等效模型和气动导纳函数进行研究。首先依据外轮廓和实面积比不变的原则,建立斜腹杆位置不同的二维模型,识别其静力三分力系数并与风洞试验结果对比,得到二维等效模型。随后基于二维SST k-ω湍流模型和2D LES模拟,对二维等效模型分别进行气动导纳数值识别,识别结果与风洞试验对比研究。结果表明:无论是基于RANS的SST湍流模型还是2D LES模拟,二维等效模型气动导纳识别结果均与Sears函数较为接近,而SST k-ω模型气动仿真结果与风洞试验吻合良好;采用文章所用模型简化和数值识别方法,可对桁梁的气动参数进行有效识别。

基于CFD模拟的钢管桁主梁气动特性研究

基于计算流体力学方法,以深圳市拟建山谷沟壑处景观桥为研究对象,建立三维仿真节段模型进行气动性能研究。首先研究节段桁架模型在对称边界条件下的合理性,得出可以利用节段模型来代替三维整桥进行数值模拟。然后通过比较三维整桥模拟与国内现行规范中桁架桥气动参数选取方法,做出检验并提出改进建议。以桁架桥结构截面的外轮廓和实面积比作为控制条件建立二维等效模型,采用4种二维圆管桁主梁CFD计算简化模型,并计算了在-5°、-3°、0°、3°、5°攻角情况下的桁架桥梁静力三分力系数。同时基于非定常时程曲线,对4种二维等效模型附近的空间流场结构、涡振性能差异进行了对比。

光子晶体垂直腔面发射激光器的设计分析

光子晶体垂直腔面发射激光器(PCVCSEL)是在传统的氧化限制型垂直腔面发射激光器(VCSEL)的基础上引入二维光子晶体结构的一种新型激光器,可以实现大功率的基横模输出。提出了PCVCSEL结构的合理设计方法,当归一化频率Veff位于2.405附近时实现了稳定的基横模输出。通过二维等效折射率模型分析对比了基横模PCVCSEL和缩小氧化孔径实现基横模的传统VCSEL,前者可以实现更大的横向限制并具备更宽的光场宽度。通过热电耦合模型分析了PCVCSEL的电流分布和温度分布,证明电流和热量主要集中在氧化限制孔所对应的区域。成功制备出了单模输出功率达到1.6 mW的PCVCSEL,其激射波长为932 nm。