基于磁标量位的定点频域算法及其在叠片铁心偏磁问题中的应用

采用复指数级数对周期变量进行展开,提出基于磁标量位和电矢量位的定点频域分解算法,并应用于叠片铁心直流偏磁问题的计算和分析。采用棱单元对电矢量位进行插值计算。考虑场路耦合关系,以磁标量位和励磁电流为未知量建立求解二维非线性场的频域方程。引入定点磁导率实现各次谐波的解耦,有效地降低了频域求解的计算代价。利用叠片铁心模型进行直流偏磁实验,将计算结果与实验结果进行了比较,验证了该方法在直流偏磁问题计算与分析中的有效性。

标量磁位积分方程法计算舰艇三维静磁场

掌握舰艇磁场分布规律是实施舰艇磁防护技术的重要前提,采用积分方程法计算舰艇三维静磁场是有效手段之一。积分方程法通常建立以剖分单元内磁化强度或者磁感应强度为待求量的方程组,基于所求得的源区值获得整个场域的解。若想进一步提高磁场计算精度,需要增加网格密度,代价则是计算机的内存需求和计算量急剧增加。针对这一问题,采用一种以标量磁位为待求量的积分方程。将铁磁源区划分为四面体单元,根据变分原理将未知函数分片展开,按照单元和节点的相对位置关系寻找奇异积分,采用参数替换的方法转化为非奇异积分。球体解析模型表明:使用标量磁位进行建模仅需将源区离散为粗糙的网格单元即可得到高精度的磁场计算结果;网格加密后,标量建模方法在保持计算精度的同时,内存需求和CPU执行时间大幅小于矢量建模方法。开展了三维舰船磁场的虚拟验证实验,对于大型船体等需要精细划分网格的铁磁物体,标量磁位积分方程法计算得到的磁场与有限元商业软件的计算结果吻合较好,并且与矢量建模方法相比更加高效和节约内存。

用标量电位法与双标量磁位法计算铝电解槽三维磁场

以商业软件ANSYS为开发平台,采取标量电位法和双标量磁位法相结合的方法开发了铝电解槽电场与磁场计算模块,并应用到154kA铝电解槽磁场计算。磁场计算结果表明:水平磁场基本上形成一个顺时针的漩涡,而垂直磁场呈现较好的反对称关系;|Bx|max、|By|max和|Bz|max的计算值与测试值误差分别为0.7%、8.8%和6.7%;各个测点的磁感应强度分量Bx、By和Bz计算值与测试值绝对平均误差分别为14.8%、7.8%和14.9%。计算值与测试值比较接近,表明该方法可以满足铝电解槽母线设计时的磁场仿真计算的要求。

双标量磁位的表面阻抗法

提出双标量磁位的表面阻杭法，以计算含有钢板的三维磁场分布和钢板涡流损耗。文中在钢板周围采用全标量磁位处理阻抗边界条件，而在源电流区域采用简化标量磁位，并应用磁余能量方法，引入等效虚拟磁性材料处理钢板的非线性问题。将本方法应用于ＴＥＡＭ问题２１模型，计算结果与实测结果相吻合。

154kA预焙铝电解槽三维磁场的双标量磁位法计算

以标量电位法和双标量磁位法相结合 ,对 15 4kA预焙铝电解槽磁场进行三维数值计算。计算结果表明 ,水平磁场基本上形成一个顺时针的漩涡 ,垂直磁场呈现较好的反对称关系。计算结果与实际测量结果基本相符 。

三维永久磁铁磁场的标量磁位数值计算

论述了三维永久磁铁磁场的标量磁位有限元计算方法，并通过实例将标量磁位方法与矢量磁位方法作了比较．结果表明，在计算精度相同的条件下，标量磁位方法比矢量磁位方法耗用较少时间，占用较少的计算机内存．

新型横向磁场电机的标量磁位三维磁场分析与参数计算

提出了一种新型横向磁场电机(TFM),定子采用E型铁心,可以大大降低加工难度和制造成本。但是,该电机磁路复杂,需采用三维场场进行分析。在三维有限元磁场中,如果对电流区域进行适当处理,采用标量磁位进行分析,与采用矢量磁位相比,可大大提高计算速度。对电流区域在三维磁场计算中的处理方法进行了推导,根据所推导的原理编制三维有限元软件,利用该软件对样机磁场进行计算。试验结果表明了该方法的正确性。

双标量磁位的表面阻抗法解的唯一性

在已发表的论文“双标量磁位的表面阻抗法”的基础上，对三维多连域涡流问题，进一步证明当采用全标量磁位处理阻抗边界条件时，全标量磁位和简化标量磁位具有唯一解。最后，以国际ＴＥＡＭ第２１基准问题为实例，讨论了各种边界的处理方法。

求解标量磁位的一则典型例题

标量磁位在求解磁感应强度的数值方法中具有广泛应用。本文给出一则采用标量磁位的拉普拉斯方程+边界条件方法求解空间场分布的典型例题,其物理思想是采用了极限概念将多连通区域转化为单连通区域。该研究不仅填补了现有教材空白,同时对学生提高运用数学分析问题的能力以及加深对标量磁位方法的理解均大有裨益。

关于标量磁位与磁场强度关系的讨论

文章从标量磁位的定义出发，根据磁场强度的方向，详细讨论了标量磁位与磁场强度的关系，得出了有意义的结论。

关于静磁场标量位两种引入方法的统一

本文从小闭合电流环远区场及磁偶极子远区场的等效性出发 ,直接导出静磁标量位及其相应的场方程。从而将理科、工科对上述问题处理的两种方法加以沟通并统一起来 。

单标量磁位法在静态磁场数值计算中的应用

本文运用经典的磁荷理论，修正了简化标量位法的物理内涵，并在新的基点上建立了单标量磁位法在静态磁场数值计算中的有限元数学模型；然后分别以二维平行平面磁场和轴对称磁场的典型问题为算例，给出验证。计算结果表明，基于有限元的单标量磁位法是应用于静态磁场数值分析的理想方法。

三轴环板式永磁齿轮气隙磁场及转矩计算

利用标量磁位法获得了三轴环板式永磁齿轮(Triple-shaft Ring-plate Magnet Gear,TRMG)的气隙磁场数理模型,根据磁场叠加原理建立了内、外永磁圈间气隙磁场及其相应的电磁转矩模型;由于所有计算均基于TRMG的平面磁场建立,因此,所建模型与二维有限元结果间具有较高的准确度(误差≤5%);其计算速度远快于三维有限元法,且与二维及三维有限元分析具有较好的吻合度与趋势性,验证了所建模型的准确性,可适用于三轴以上的多轴环板式永磁齿轮的磁场分析与结构动力学计算。

一种开域静磁场双标量位混合有限元边界元法研究

研究了开域静磁场的双标量位混合有限元(FEM)边界元(BEM)方法。首先定义了全标量磁位与部分标量磁位,通过对不同媒质交界面处磁场连续性条件的处理,导出了全标量磁位与部分标量磁位在自由空间和铁磁区交界面的耦合边界条件,进而推导出开域静磁场的双标量位有限元与边界元耦合方程。仿真计算的结果验证了该算法的有效性。

盘式实心磁力耦合器气隙磁场分布及转矩分析

针对一台9对极盘式实心磁力耦合器,为研究其气隙磁场分布及转矩,引入层理论模型,将磁力耦合器划分为非导电区域和导电区域两部分,推导二维标量磁位法,求解非导电区域的标量磁位和导电区域的磁场强度,同时引入卡特系数进行校正,推导出盘式实心磁力耦合器的气隙磁密和输出转矩公式;然后,通过有限元软件模拟得到磁力耦合器的三维气隙磁场分布、涡流分布和输出转矩,并分析了不同工作参数对输出转矩的影响;最后,搭建三维气隙磁场测量试验平台和传动试验平台进行三维气隙磁场和转矩的试验,所得试验结果与理论计算结果、仿真结果基本吻合。结果表明,推导的气隙磁密和输出转矩公式具有较高的准确性,为进一步研究盘式实心磁力耦合器的传动特性提供参考。

一种舰船高精度感应磁场快速正演建模方法

为了解决矢量积分方程法计算舰船感应磁场时效率较低和计算量较大的问题,提出一种基于简化标量磁位的积分方程正演模型,并引入多层自适应交叉近似(MLACA)算法,不仅能够保证磁场计算精度,还能大幅减少计算机的内存需求和计算时间。数值仿真表明,使用基于MLACA的标量积分方程法能够快速获取高精度的铁磁物体感应磁场。针对舰船铁磁材料的磁性参数不易获取的问题,基于磁场实测值和正演耦合模型,以磁场拟合度、磁化率先验分布和光滑约束条件为目标函数建立磁化率反演模型,并采用模拟退火(SA)算法优化得到等效磁化率的空间分布。球壳数值仿真和船模试验结果表明,磁化率反演优化模型有效可行,其中球壳磁场的预测误差为2.2%,船模磁场的预测误差约为4.8%。

感应子电机二维磁场计算模型的对比研究

感应子电机因其转子结构简单,具有非常高的可靠性,特别适用于高速场合,在脉冲电源、储能系统、航空发电、船舶推进系统等领域有着广泛的应用。感应子电机的磁场为三维磁场,但三维磁场分析所需计算资源和时间太多。因此,对感应子电机的磁场分析一般采用简化二维模型。目前,感应子电机二维磁场计算模型主要有:标量磁位法、矢量磁位法、等效励磁绕组法和改进等效励磁绕组法四种模型。标量磁位法、矢量磁位法、等效励磁绕组法和改进等效励磁绕组法各有优缺点,本文对以上四种二维磁场计算模型进行了对比研究,分析了各自的优缺点,对其适用性进行了讨论。

电流域标量处理法在横向磁场电机三维磁场分析中的应用

横向磁场电机具有电磁解耦、设计灵活、输出力密度大等优点,引起广泛关注。但是该种电机磁路复杂,需采用三维场分析。在三维有限元磁场中如果对电流区域进行适当处理,采用标量磁位进行分析,可以比采用矢量磁位大大提高计算速度。本文首先对任意形状的电流区域在不同坐标系下的一般处理方法进行了系统推导;然后,将该一般方法进一步应用于特殊情况下的电流区域,使得问题得到简化;最后,根据所推导的原理编制三维有限元软件,利用该软件对样机磁场进行计算,试验结果表明了该方法的正确性。

基于磁场解析计算的直线旋转永磁作动器参数分析

为了深入研究直线旋转永磁作动器(linear and rotarypermanent magnet actuator,LRPMA)的参数对其力学和电磁性能的影响,基于磁标量位的磁场解析计算方法,对LRPMA进行了分析。采用曲率系数法和圆弧直线等效模型,对LRPMA的磁场分布进行了解析计算,采用三维有限元方法进行了验证。基于解析结果,得到不同的极弧系数和槽宽槽距比条件下LRPMA的直线定位力、旋转定位力矩、定子绕组磁链的基波分量和谐波分布云图。实验制作了LRPMA样机,样机的试验结果与解析计算优化结果基本一致,有效验证了所提解析方法的正确性和有效性。

铝电解槽工艺条件对磁场的影响

运用磁标量位法对175kA预焙铝电解槽进行三维数值计算,在此基础上通过改变铝液高度、极距、电解质高度、炉帮的形状、横梁母线的移动、换极等铝电解槽工艺条件,探讨了不同工艺条件对铝电解槽磁场的影响,为铝电解实际生产提供理论依据。