永磁电动悬浮多工况下的电磁力特性研究

永磁电动悬浮系统由于自身弱阻尼的特点,运行过程中磁体的姿态易受外界扰动而发生改变,从而影响系统的电磁力特性。该文针对磁体倾斜、横移、偏转等工况,采用解析计算、仿真分析、实验验证相结合的方法来研究系统电磁力特性。首先阐述系统的结构及原理,推导Halbach永磁体阵列在水平、倾斜、偏转状态下的磁场分布函数,建立适用于系统多工况的三维解析模型;其次,搭建三维仿真模型,仿真结果验证了解析模型的正确性,并结合解析模型对比分析系统典型工况下的浮阻特性和悬浮能力;最后,依托组内自研的最高设计时速为600km/h的动轨实验台,分析了系统在固定参数下的电磁力特性和垂向自稳定能力,并验证解析模型的准确性及磁体在不同横移位置的电磁力特性。

基于Halbach阵列的永磁悬浮车辆悬浮系统磁力特性研究

提出对Halbach阵列永磁体进行尺寸参数优化,研究不同参数对永磁悬浮系统横向刚度问题的影响。以斥力型跨座式永磁悬浮车辆的悬浮永磁体模块为例,运用正弦法对悬浮永磁体的Halbach阵列磁场进行解析,利用Maxwell方法推导出永磁体的横向力和悬浮力随横向位移变化的公式,确定要优化的三个尺寸参数分别为:永磁体厚度、永磁体宽度和相邻两块永磁体的磁化角度差。利用软件COMSOL建立磁力模型,分析永磁悬浮模型在发生横向位移时,不同尺寸参数对模型产生的横向力和横向刚度的影响。仿真分析表明:增大永磁体的厚度会增大永磁悬浮系统的最大横向力和横向刚度;永磁体宽度的改变在一定范围内对永磁悬浮系统的横向刚度影响较小;减小相邻两块永磁体的磁化角度差,会在减小最大横向力的同时减小横向刚度,角度从90°减小到45°,横向刚度减小了58.4%。所得结论对永磁悬浮式磁浮车辆悬浮永磁体的设计和选择提供了一定参考。

直驱式伺服阀用四余度线性力马达磁力特性研究

为明确某直驱式伺服阀用四余度线性力马达的磁力特性,在采用解析法建立线性力马达磁路模型的基础上,基于Maxwell对其在静磁场下的磁路分布、衔铁受力、正常/故障下的衔铁位移-力特性进行分析。正常/故障下衔铁位移-力特性的对比表明:正常工作时两种结构具有一致的静态特性,故障模式下径向布局结构各线圈故障对力马达静态特性的影响相同,而轴向布局结构对力马达静态特性的影响则与故障线圈的位置有关。此外还对其在瞬态场下的频率特性和线圈间的感生电动势进行分析,结果表明:轴向布局结构比径向布局结构的四余度线性力马达幅频特性更高。对四余度线性力马达的磁力特性进行了详细分析,为其进一步的设计改进提供了参考。

超高速永磁电动悬浮系统三维解析建模与电磁力特性分析

永磁电动悬浮系统在高速情况下具有自稳定的特点,并且安装维护简单,在超高速管道磁浮运载中具有重要的应用价值。文章以超高速永磁电动悬浮系统为对象,对“Halbach永磁阵列-导体板”结构进行系统建模,提出了一种横向端部断面边界条件的构建方法,明确了电磁力的求解方法。同时,对电磁力特性开展研究,分析了电磁力随电磁参数、结构参数变化的规律。利用转盘试验平台开展了原理性验证试验,通过有限元仿真和试验结果对比,说明了所建电磁力模型的正确性。

磁体内嵌型磁流体密封装置磁力特性数值研究

结构优化设计一直是磁流体密封耐压能力研究热点。该文基于有限体积法设计一种磁体内嵌型磁流体密封装置,该结构相比于一般的磁流体密封装置具有便于加工、安装的优点。然后利用电磁学和流体力学原理推导该结构极齿参数与磁力特性和密封压力的关系,最后进行数值计算与分析。研究结果表明:随着密封间隙的增加,间隙中磁流体磁感应强度差值成负指数变化;随着极齿宽度和极齿槽宽度的增加,间隙中磁流体磁感应强度差值成抛物线变化,分别在0.6 mm和6 mm处取得最大值;随着极齿高度的增加,间隙中磁流体磁感应强度差值近似线性减小,但是变化幅度不大。

新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性

研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性,以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模,在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高计算精度,并根据磁路模型给出磁轴承磁力的积分型计算公式,得到轴向磁轴承闭环系统的磁力特性曲线。对某飞轮用磁轴承系统的分析表明:磁轴承磁力与磁极气隙和控制电流间具有良好的线性关系,且各控制通道近似解耦,与典型磁轴承结构相比,利于磁轴承系统控制精度的提高和轴向尺寸的减小,适用于磁悬浮飞轮系统。

基于ANSYS的推力永磁轴承磁力特性研究

对一种推力永磁轴承进行了力学特性分析,由于其只产生轴向位移且具有轴对称结构,故将其简化成轴对称二维平面模型进行研究,利用ANSYS对其1/2模型进行磁力特性的计算分析,分别得出其动、定磁环宽度、厚度、截面积和气隙对轴向承载力和轴向刚度的影响。通过对比分析可知,在设计推力永磁轴承时,为了得到理想的承载力和刚度,动、定磁环的尺寸应一致,磁环的厚度与宽度应相等,磁环截面积的选取当以满足承载刚度为准,磁环气隙的选择应视工况而定。

新型混合径向磁轴承结构及其磁力特性

针对当前永磁偏置径向磁轴承的永磁磁路的磁通密度低,磁力小,缺乏自稳定的问题,提出一种应用于立式轴流泵的新型混合径向磁轴承结构.应用分子电流法及虚位移定理建立新型混合径向磁轴承承载力的非线性模型及其线性化方程,分析得出新型径向混合磁悬浮轴承在径向某个自由度上具有自稳定的特点,且永磁轴承可以减小系统总的位移负刚度.研究结果表明,采用Halbach阵列结构后,混合磁轴承气隙的磁通密得到很大提高.电流刚度和位移刚度与平衡点的初始电流及初始间隙密切相关,在平衡位置附近电流刚度和位移刚度呈线性变化,当气隙增大时仍保持较好的线性度,而当气隙减小时呈现一定的非线性特性.

一种高精确度N相直线电机电感与磁力特性

为了设计一种N相高精确度直线电机,对电机定子和动子磁场分布、电感与磁力特性进行研究。根据定子电流层和动子永磁层的周期性分布特点,运用傅里叶级数方法得到磁场二维解析式。在此基础上,计算磁场随N值、气隙高度、电流层高度的变化趋势。通过对定子分布绕组的磁场进行积分,从而获得电感解析式,并以样机为例分析各次谐波电感特性。提出永磁阵列虚拟电流概念,结合改进的磁共能法计算出各次磁力脉动值。仿真结果表明:当气隙大于1 mm时,定子与动子磁场基本呈正弦分布,高次谐波电感与磁力脉动可忽略,仿真结果与解析解的误差小于5%。

轨道交通用直线电动机的电磁力特性分析

直线电动机的电磁力特性直接决定直线电动机牵引系统的牵引性能,研究了轨道交通用直线电动机的电磁力特性。针对轨道交通用直线感应电机、直线永磁同步电机与直线开关磁阻电机,建立了三类电机的电磁力解析模型,设计了三类电机的结构,基于设计的电机结构建立了三类电机的有限元电磁模型,获得了三类电机的电磁力特性,并对三类电机的电磁力特性进行了比较分析。分析结果可为轨道交通用直线电动机提供理论和设计参考。

磁浮列车涡流制动电磁力特性曲线的求解研究

在磁浮列车实施安全制动的过程中,电磁力与运行速度、横向气隙值间呈非线性关系。根据线性涡流制动装置的结构特点和列车安全制动过程的工作原理,获得每一制动等级电磁力特性曲线是实现列车制动精确控制的关键。使用有限元法计算获得的不同等级-气隙值-运行速度-电磁力的离散数值点,对每一制动等级,采用分段3次Hermite插值法得到不同气隙值的多条连续电磁力曲线,并讨论制动过程中气隙的变化规律,获得气隙变化的特征速度点。通过求解并拟合变气隙过程的电磁力特性曲线段,得到完整的随运行速度变化而变化的连续电磁力特性曲线,为求解磁浮列车运行时的涡流电磁力提供一种数值处理方法。

两种典型中低速磁浮交通导轨磁力特性及变形研究

为提升横向稳定性这一限制中低速磁浮车辆提速的重要因素,以F型导轨和倒U型导轨为对象建立其二维电磁有限元模型和三维变形仿真模型,利用该模型对比研究这两种典型导轨的磁场分布、电磁力及变形特性,并提出导向刚度系数这一新的评价指标来评估磁浮系统的导向性能。揭示了导向刚度系数与磁极宽度之间的相关性,明确了降低磁极宽度对导向性能的增益效应。从磁力特性、变形和导向性能三个方面总结出导轨结构型式和参数的改变对磁浮系统横向稳定性的影响,为适用于更高速度下的导轨结构设计提供了参考。

无铁心超导直线牵引电机特性研究与结构优化

无铁心超导直线同步电机(Superconducting Linear Synchronous Motor,SLSM)具有大气隙、大推力、高效率等优势,是高速磁浮列车的核心牵引动力装置。为提高无铁心SLSM的推力性能,本文研究了跑道形线圈结构参数对电机空载磁场和推力的影响规律。首先,研究了跑道形超导励磁线圈结构参数对空载磁场和推力的影响规律;其次,厘清了跑道形初级线圈结构参数和双层匝数组合对推力的影响规律,明确了跑道形超导线圈的长宽组合,以及跑道形初级线圈的宽度、直线段长度和内外层匝数组合的选取原则,实现了无铁心SLSM的电磁结构优化和性能提升。最后,借助三维有限元方法,对优化后的无铁心SLSM进行了电磁力特性分析,验证本文研究。

基于电磁力的地质力学模型试验材料特性研究

从粉磁材料在磁场中的磁力特性出发，介绍了基于电磁力的地质力学模型试验中磁性材料的选用及其电磁基本特性；并结合地质力学模型试验需要，研究了PAINiCo-A系列粉磁材料与土不同配比的磁力特性；探讨了在加磁与退磁过程中的磁力-磁场强度关系，为电磁力地质力学模型试验提供依据。

非接触式磁力驱动旋转机构的磁特性仿真分析

研制一种由永磁驱动轮、从动轮组成的非接触式磁力驱动旋转机构,它以磁力作为动力源,利用"磁悬浮技术"使得驱动轮和从动轮之间存在无任何接触的支撑,从而可以避免由摩擦带来的能量消耗和速度限制。利用有限元方法分析永磁驱动轮和从动轮之间的磁场特性以及其力学特性,有助于非接触式磁力驱动旋转机构的结构优化与稳定性提高。

电液复合调速器中比例电磁铁的多参数优化

比例电磁铁是柴油机电液复合调速系统的电磁驱动元件,其电磁力特性影响到整个调速系统的精确度与稳定性。首先利用Ansys Maxwell软件搭建比例电磁铁的仿真模型,并通过电磁阀测试平台验证模型的准确性。随后对电磁铁各结构尺寸进行参数化分析,得到影响比例电磁铁电磁力特性的关键参数组合。最后使用响应面法建立平均电磁力、电磁力均方差与上隔磁角、隔磁环位置、衔铁半径3个因素的二次回归模型,并结合遗传算法进行多目标优化。结果表明,相较于原方案,遗传算法优化得到的结构参数组合方案使比例电磁铁的电磁力特性得到明显改善,平均电磁力提高了8.56%,电磁力均方差下降了59.63%。

复合磁-电弹簧直动式溢流阀设计与性能分析

为了解决传统机械弹簧因塑性变形、断裂等造成溢流阀工作性能劣化的问题,设计一种复合磁-电弹簧结构应用于直动式溢流阀调压弹簧中,以提高直动式溢流阀的响应速度,实现电控弹簧力。理论分析复合磁-电弹簧磁力特性,利用Maxwell软件对复合磁-电弹簧进行磁力特性仿真;采用AMESim软件对机械弹簧直动式溢流阀和复合磁-电弹簧直动式溢流阀进行动态特性仿真。对复合磁-电弹簧磁力特性及溢流阀的动态特性进行实验测试。结果表明:复合磁-电弹簧设计合理,复合磁-电弹簧直动式溢流阀动态响应特性优于现有机械弹簧直动式溢流阀。

三维梯度旋转磁场内胶囊机器人磁力

建立三维空间梯度旋转磁场内胶囊机器人的磁力模型,采用截面法研究梯度磁场内磁力的大小与方向特性,分析梯度场内磁力对机器人运动的影响,采用永磁体对磁力方向性进行验证,并采用胶囊机器人对该磁力进行定量分析,结果表明机器人所受磁力的大小和方向与磁场区域相关,研究结果可以解释试验中出现的机器人停滞不前、倒退和振动等现象,梯度磁场拉力特性的研究对进一步提高胶囊机器人的驱动性能具有一定的参考价值。

矿用开关电磁铁性能分析及优化

目前,矿用开关电磁铁在本质安全和功率的双重限制下,依靠传统的电磁铁优化设计思路难以进一步提高输出力的匹配特性。以矿用电磁先导阀上的电磁铁作为研究对象,针对其输出电磁力与负载反力匹配性差的问题,通过有限元分析了电磁铁结构参数对输出力特性的影响,并采用有限元分析与多目标遗传算法结合的优化思路,对电磁铁输出力特性曲线进行了矫正。实验表明,极靴内径与衔铁外径尺寸匹配关系对电磁力特性影响显著,优化后的电磁铁力位移特性水平段增加了一倍,与负载反力匹配性得到明显提升。研究成果对提高综采工作面的跟机效率奠定了元件基础。

零磁通式电动悬浮等效模拟系统的特性分析与实验

该文提出一种等效模拟零磁通式电动悬浮的系统,阐述系统的工作原理和结构组成,并结合有限元仿真与实验测试对系统的电磁力特性进行分析。建立系统的三维有限元模型,研究了线圈运动速度、磁体垂向与横向偏移、线圈极距对系统性能的影响规律。研制样机并进行实验测试,测试了不同工况下悬浮力的变化情况,并与仿真结果进行对比分析,证明了有限元模型的准确性与可靠性。另外,实验样机实现了磁体的起浮,为零磁通式电动悬浮在轨道交通的应用与设计提供了理论依据。