离散电流对精密线圈磁场影响的研究

研究了通常用电流片模型来近似计算线圈磁场时被忽略的由于导线电流的离散而引起的附加磁场的变化规律,指出此种附加磁场会随着离开导线距离的增加而迅速衰减。此结论可用于指导精度要求较高的线圈磁场系统的设计,如用于质子回旋磁比γp′测量的高精度亥姆霍兹线圈的设计和用于普朗克常数h测量的焦耳天平系统中的精密互感线圈的设计等。

永磁球形电动机空芯定子线圈磁场的解析分析

永磁球形电机定子线圈呈空芯圆柱形结构,由多匝导线缠绕在柱状铝芯上,离散分布在定子球壳内壁不同经、纬度线交叉点处.针对采用集中绕制方式的定子线圈的结构特点,基于毕奥-萨伐尔定律,并考虑球形电机定子线圈在定子坐标系中的位置关系对问题分析复杂性的影响,首先推导得到了任意位置单匝线圈在空间任意点处的磁场分布,并与现有文献进行了比较验证.其次将单匝线圈推广到多层多匝线圈,求解得到了任意位置多层多匝定子线圈在空间任意点处的磁场分布解析表达式.最后就定子线圈在不同路径上的磁场分布情况,与有限元法所得结果进行了比较,证明了该解析表达式的有效性.

圆形载流线圈磁场的空间分布

利用华奥──萨伐尔定律，得出了圆形载流线圈磁场的空间分布公式；并分别讨论了圆形线圈平面内及中心轴线上的磁场分布。

线圈磁场对金属射流有效箍缩作用时间分析

励磁线圈磁场对金属射流的有效箍缩作用时间,对试验设计和破甲弹威力电磁增强技术工程化应用至关重要。采用理论分析和有限元仿真计算相结合的方法,分析了励磁线圈磁场对金属射流的作用特性及有效箍缩作用时间。结果表明,金属射流凸起部分的节点电磁力大于同时刻凹陷部分的对应值;当脉冲电流频率为50kHz时,其激发磁场使金属射流发生有效变形的时间为3μs≤t≤6.5μs,该时间确保金属射流颈缩部位产生足够大的磁压力差,使金属射流发生有效变形。

亥姆霍兹线圈磁场对锂离子电池性能的影响

将锂离子电池置于不同磁感应强度(3.95 mT、19.75 mT和39.50 mT)的亥姆霍兹线圈磁场中进行充放电实验,研究磁场对充放电性能的影响。电池的充放电容量随着磁感应强度的增加而增加,在1/3 C倍率下,当磁感应强度增加至3.95 mT、19.75 mT和39.50 mT时,与不放置在磁场中相比,放电容量分别增加了2.03%、8.13%和17.48%,且磁感应强度与充放电容量近似呈线性关系。随着磁感应强度的增加,电池的充放电能量增大,放电时的端电压提高。

一种核磁共振陀螺横向磁场线圈耦合标定方法

磁场线圈是核磁共振陀螺磁场系统的核心部件,是惰性气体磁共振激励维持、主动磁补偿的核心部件。横向磁场线圈的耦合对磁补偿精度与磁共振激励都有较大影响。因此,横向磁场线圈的耦合标定尤为重要。为解决上述问题,提出了一种基于核磁共振陀螺内置磁力仪的横向磁场线圈耦合标定方法,通过理论仿真和实验设计,验证了其正确性与可行性。实验结果表明,采用所提出的耦合标定方法对X轴对Y轴耦合和Y轴对X轴耦合进行标定,分别为1.86%和3.11%。通过旋转线圈改变装配角度,表明此方法在较小旋转角度时,测量结果不受装配误差的影响。通过标定同一批次的5只线圈,根据结果从中选取耦合较小的线圈进行装配,为核磁共振陀螺线圈的筛选奠定了基础。

肿瘤治疗用脉冲磁场发生器中聚焦磁场线圈的研制

为了开展荷瘤动物的在体肿瘤治疗实验研究,并提高肿瘤治疗的有效性和安全性,要求脉冲磁场发生器的磁场线圈具有较好的聚焦性能。为此,在总结课题组前期工作的基础上,提出了一种球面型聚焦线圈阵列。首先通过COMSOL Multiphysics有限元软件对改进前和改进后2种球面型聚焦线圈的磁场分布进行了仿真分析;然后确定了聚焦线圈模型,并仿真分析了子线圈的半径和线径对磁场分布的影响,进而确定了线圈参数并完成了实物的研制;最后对聚焦磁场线圈的聚焦性能进行了实测与评估。研究结果表明,改进后的聚焦磁场线圈的聚焦性能比改进前有了很大提高,子线圈半径对聚焦线圈的磁场分布有较大的影响,而子线圈的线径影响较小。总之,所设计和研制的球面型聚焦线圈阵列的聚焦性能较好,满足设计要求,为下一步的脉冲磁场发生器的研制和医学实验奠定了坚实基础。

脉冲磁场发生器中用Braunbeck线圈的分析

研制一台用于肿瘤治疗的脉冲磁场发生器的关键单元是磁场线圈的设计和研制。为设计一种均匀区域更大、均匀度更高、工作更稳定的磁场线圈,在总结课题组前期工作的基础上,提出用一种4线圈系统的Braunbeck线圈替代传统的Helmholtz线圈。并对Braunbeck线圈的几何参数和中心磁场进行了理论计算、用COMSOL Multiphysics有限元软件进行内部磁场分布仿真以及研制出实物并对其性能进行了实测,结果显示该Braunbeck线圈工作性能稳定,磁场均匀度>95%的区域达到了在线圈径向-0.18～0.18m、轴向-0.17～0.17m之间,较课题组前期设计的Helmholtz线圈有了较大改进,为后续医学实验奠定了基础。

产生匀强磁场的圆柱形线圈组设计方法

在精密测量和航空航天领域,原子陀螺仪、原子磁强计等对线圈产生磁场的均匀度有很高的要求,而传统的亥姆霍兹线圈磁场均匀度较差,难以满足应用需求。为了设计产生高均匀度磁场的线圈组,基于线圈轴向磁场的泰勒展开式,提出了任意线圈数的圆柱形线圈组参数的计算方法,并给出了9线圈以内的线圈参数,分析了磁场均匀度、线圈尺寸、线圈最大安匝比随线圈个数的变化趋势。结果表明随着线圈个数的增加,均匀区面积几乎线性增大,9线圈组磁场均匀度优于0.01%的区域面积约为亥姆霍兹线圈的30倍。在要求各个线圈由整数匝线圈组成且各匝线圈电流相同的情况下,提出了一种线圈安匝比取整的方法,并给出2~9线圈组的安匝比取整结果,计算结果表明相同线圈个数下设计的线圈组产生磁场的均匀度优于已有文献。以5线圈组为例,对实际线圈组制作工艺产生的误差进行了仿真分析,仿真结果表明,考虑误差的情况下,设计的尺寸和磁场也满足原子陀螺仪、原子磁强计等的实际要求。

高速永磁同步电机线圈与绕组电枢磁场计算方法及其内在联系

为简化和统一复杂绕组磁场的分析问题,提出一种简易的单匝线圈磁场预测绕组磁场计算方法。基于高速永磁同步电机等效同心圆多层模型和涡流场泊松方程,结合各种介质交界面条件和边界条件,建立了稀疏矩阵形式的单匝线圈电枢磁场的解析方程组。从绕组排布组合形式多样性的特点出发,根据线圈位置和同相线圈连接方式,通过线圈代数化和绕组集合化处理,将线圈和绕组之间的递推关系简化和统一,揭示其关联性。线圈和绕组电枢磁场的解析计算方法和内部关系得到有限元仿真和相关文献计算方法的证实,结果表明了使用单匝线圈磁场研究绕组磁场问题的准确性和可行性。最后基于相关计算方法和内部关系的研究,分析了绕组合成磁场时空谐波的规律。

真空灭弧室真空度免拆卸测量中磁场线圈设计

介绍了利用Π型线圈实现真空灭弧室真空度免拆卸测量的方法，并提出了相应的磁场设计规范．在此基础上，考虑磁场的大小和分布的均匀性，利用正交设计方法优化了线圈结构，获得了可满足测量要求的磁场位形．与空心圆柱线圈的测量结果对比表明，Π型线圈测得的离子电流略小，但总体来说，相差不大，可以满足实际使用要求．

高均匀度磁场线圈的设计

磁场线圈是标准磁场装置中重要的组成部分，其均匀性指标直接影响标准磁场装置的性能和复现水平。利用磁位的拉普拉斯方程式在球坐标下的解，对单个轴对称线圈产生的磁场进行数理分析后给出其磁场分布的一般特性，在此基础上给出典型的多段环形组合线圈的具体设计方法和实际的数值运算结果，最后结合实际应用给出两个高均匀度线圈的设计过程。

HL-2M装置磁场线圈安装的误差场计算

用SURFMN和SURFMN_TFCOIL代码计算了由HL-2M装置磁场线圈安装误差产生的误差场。根据国外托克马克装置TF和PF线圈安装误差的取值范围,以及HL-2A装置安装的经验,计算选取的TF线圈和PF线圈最大位移范围为3～8mm,最大倾斜角度为0.05～0.1°。选取9组数据计算了误差场的概率密度分布和累计概率分布。结果发现:在TF和PF线圈安装误差取值范围内,随磁场线圈最大移位增大概率密度显著变平,误差场B3-mod e/BT的分布范围显著增大;磁场线圈的位移比倾斜对误差场的影响更大;当磁场线圈最大位移达到5mm时误差场大于2×10-4的概率都比较大,特别是线圈最大位移等于8mm时,误差场大于2×10-4的概率在60%以上。

Barker线圈匀强磁场分析

以毕奥-萨伐尔定律为基础,运用椭圆积分,推导出单环线圈在空间任意一点产生的磁场公式,进而分析了亥姆霍兹线圈和四环Barker线圈在中心处磁场各分量的分布模型,绘出了空间分布图,分析结果表明:四环Barker线圈产生磁场的非均匀性小于0.0001的区域半径是亥姆霍兹线圈的21倍。

工频磁场线圈的校准装置

通过对工频磁场线圈工作原理的研究,给出目前工频磁场线圈校准参数测量问题,并通过实际测量讨论了磁场线圈试验中磁场均匀性区域问题和非标准磁场校准中需要注意的事项。文末通过校准实例,讨论评定了校准结果的扩展不确定度。

170 GHz兆瓦级回旋管横向磁场扫描线圈组设计

170 GHz兆瓦级回旋管是热核聚变等离子体加热用电子回旋谐振系统最重要的功率源。在获得兆瓦级连续波输出功率的同时,收集极功率密度过大成为限制整管平均功率和脉宽进一步提升的主要问题。因此,设计了具备周期性变化的横向磁场扫描线圈组。通过仿真分析收集极内的电子注分布可知,采用该线圈组可以有效降低功率密度,从而保证整管稳定工作。同时,对不同电流相位的线圈组的性能进行对比分析,优化后的横向磁场扫描线圈组可使收集极平均功率密度由4.7 kW/cm^2下降到0.29 kW/cm^2,将被应用到未来170 GHz兆瓦级回旋管的热测中。

三轴磁场线圈模拟舰船磁场技术研究

针对扫雷作业中模拟舰船磁场的需求,提出了一种模拟舰船三分量磁场的方法。以三轴正交磁场线圈作为磁场产生装置,通过舰船磁场特性的反演得出了三轴磁场线圈的磁矩。计算结果表明,通过控制磁场线圈的磁矩即可在指定位置处产生与舰船磁信号相同的磁场。

控距式磁场线圈和检验标位系统的研制及科学意义

迄今为止使用的磁场线圈间距全为固定式,而环境又几乎全有较大的磁场梯度。因此理论上设计的均匀性、正交性等随着时空或相辅条件变化而变化时,就不能实施监测和校正。该系统的研制使线圈间距由固定变成相对均位调控或不对称调控,可确实补偿客观存在的磁场梯度。从而提高了监测精度,也有效地解决了磁场梯度的校正问题,填补了国内这一应用领域的空白。

用磁场线圈产生磁屏蔽效果在氢钟上运用的可行性分析

随着中国航天技术的发展,对小型化的氢原子钟的需求越来越迫切。在减小体积和重量的前提下为保持氢钟现有的工作指标,对现有的氢钟物理条件提出了更高的要求,其中包括在氢钟屏蔽层数减少时保持磁屏蔽系数不变。原理分析、计算仿真了高磁导材料和磁场线圈2种屏蔽方法在氢钟上使用的优劣性,并通过对比实验验证了在氢钟上使用磁场线圈代替磁屏蔽材料产生磁屏蔽效果的可行性。

准分子激光用矩形脉冲磁场线圈的研制

叙述用于准分子激光实验的矩形磁场线圈的设计、加工工艺及实验结果。该线圈内表面尺寸为９２５×４２５×１００ｍｍ３，用此线圈在激光腔内得到了磁感应强度为０．２２５Ｔ的磁场，在准分子激光实验中明显地改善了电子束的均匀性。