一种永磁直线电机的永磁体阵列设计

针对一种无铁心单边永磁直线电机的结构形式,推导了工作气隙磁场的二维解析解,用于电机阵列类型、永磁体厚度和永磁体占空比等结构参数的设计.解析计算表明,在该直线电机结构形式下,永磁体阵列采用常规阵列就可以得到与分段Halbach阵列接近的磁场,使电机的加工与装配得以简化,这与ANSYS有限元计算结果一致.该分析直线电机磁场的方法仅需修改边界条件,就可用于铁心直线电机的设计.基于文中的分析,实现了一个直线电机驱动的单自由度工作台,其行程为27 mm,移动件的质量为1.4 kg,最大加速度为11.5 m/s2.

MEMS电磁执行器CoNi MnP永磁体阵列的制备

永磁材料在微电子机械系统 (MEMS)器件中具有重要的应用价值 ,例如微型开关、微型继电器以及微泵、微阀中作电磁执行器等。本文介绍了CoNiMnP永磁体阵列的制备技术 ,给出了工艺制备的实验条件 ,并利用SEM分析了阵列的表面形貌 ,电子能谱分析了永磁材料组分。实验结果表明 ,得到了很好的CoNiMnP永磁体阵列结构 ,具有较高的矫顽磁力的材料组分比例 :Co 85 %、Ni14 %。

磁化强度的磁感应强度依赖函数在Halbach型永磁体阵列研究中的应用

在Halbach型永磁体阵列磁场和磁化强度分布研究中,涉及永磁材料内部磁化强度(M)、磁场强度(H)和磁感应强度(B)三者的相互关系函数M(H)、M(B)和B(H)。本文介绍了这些函数的典型实验特征,说明为计算获得永磁体阵列磁体内部自洽的磁场和磁化强度矢量分布,必须使用M(B)函数。强场永磁体阵列材料内部的磁场和磁化强度矢量分布无法直接被进行实验测量,不恰当地使用M(H)和B(H)函数易导致不符合实际情况的磁场和磁化强度分布状态预测。

基于Halbach永磁体阵列的无人机电磁弹射器双边型涡流制动

为了提升无人机电磁弹射器的机动性,末段用于制动弹射台的轨道长度必须受到限制,而制动性能又不受影响,提出了一种基于Halbach永磁体阵列的双边型涡流制动装置。利用二维电磁场分析模型,建立了涡流制动力解析式,确立了永磁体及其相关部件的尺寸;针对Halbach阵列的不同组合排列方式,通过仿真对比,确定了旋转30°Halbach阵列组合方式提供的制动力最大。

电织针永磁阵列内的静磁场分布及结构刚度分析

针对电织针永磁阵列由于磁体间吸合力不平衡引发的结构刚度问题,重点研究了电织针永磁阵列内的静磁场分布状况,推导了每列永磁体薄片所承受的不平衡吸合力的表达式,给出了永磁体的挠曲变形。分析结果表明,永磁体占空比α主要影响到气隙磁场的谐波分量的多少;永磁体厚度系数β和气隙厚度系数γ主要影响气隙磁场的大小;织针片数n在大于10的情况下,对气隙磁场以及永磁体最大不平衡力没有显著性影响。为提高电织针设计中的永磁阵列结构刚度,应尽可能缩短永磁体薄片的长度,增大永磁体的厚度,永磁阵列几何参数选择α在0.6～0.9之间,β在0.07～0.1之间,γ在0.5左右。

轴向磁通永磁同步发电机的优化设计

轴向磁通永磁同步发电机优化是一个复杂的非线性问题,改变电机不同的参数会影响相同的优化目标。本文发电机转子采用90°Halbach永磁体阵列,选取定子侧的线圈边宽、永磁体厚度、极弧系数和气隙长度作为优化变量,发电机效率、电压波形畸变率(THD)和感应电动势幅值(EMF)为优化目标,通过建立正交矩阵,对平均值和方差进行分析,然后采用响应曲面对冲突因子建立目标和影响因子的数学模型,确定优化后发电机的参数,建立了优化后的发电机三维有限元模型并分析气隙磁密,电压谐波含量和效率,提高发电机性能。

直线发电机Halbach充磁结构的改进研究

为改善传统Halbach充磁结构在直线发电机的非气隙侧产生漏磁,导致主磁通含量降低、功率密度变小和带负荷能力下降的问题,提出了在传统的Halbach充磁结构上进行改进,用于改善直线发电机的磁场分布。首先对传统矩形永磁体结构形状进行了改变,提出了梯形、T字形和U字形的Halbach充磁结构的变体,通过分析在不同尺寸下的磁通密度基波含量,从而找到各个变体的最佳设计尺寸。仿真结果表明,U字型Halbach充磁结构比其他几种结构对改善非气隙侧的漏磁作用更加明显,输出功率和效率均得到了提高。

胶囊微机器人在离体生物环境下的力学实验研究

介绍了一种新的旋转磁场驱动胶囊微机器人运动的方法。旋转磁场由阵列永磁体自转产生,胶囊微机器人具有螺旋表面并内嵌条形永磁体。设计了相应的实验装置,在由二甲基硅油配置的特定粘度的模拟生物体液和离体猪小肠内进行了实验。实验结果表明：在阵列中心区域能够得到大小连续的、转动速度可调的旋转磁场,其转动方向与永磁体转动方向相反。在阵列直径确定后,磁场强度几乎与阵列磁体数成正比。在粘液中,胶囊机器人直径、运动速度以及粘液粘度共同决定需要的外部磁场强度以及胶囊机器人运动时受到的阻力矩。对于能在离体猪小肠中自由旋进的螺旋胶囊微机器人,其受到的阻力小于0.2N,阻力矩小于2.6mN·m。旋转磁场对于样品产生的驱动力矩因样品不同最高可达到3.2-4.5mN·m,能够驱动直径合适的螺旋表面胶囊微机器人可靠地实现前后运动。

磁极径向组合轴向磁场永磁电机转矩品质分析与优化设计

为了实现轴向磁场永磁(axial field permanent magnet,AFPM)电机大转矩惯量比、低转矩脉动等高品质转矩输出,提出磁极径向组合式的AFPM电机,采用传统表贴永磁与Halbach永磁阵列沿径向排列的转子结构。分析电机运行原理,推导电机功率尺寸方程;通过有限元方法对比分析该结构与传统表贴式结构的磁场分布、转矩、转矩脉动、反电动势及电感等电磁特性。在此基础上,基于响应面分析,构建多目标遗传优化设计方法,对电机转矩、齿槽转矩、反电动势和转矩脉动进行优化设计。最后,基于优选参数加工制造样机,并进行实验研究,验证了该电机结构的有效性和分析的正确性。

圆筒型Halbach永磁单相直线发电机的设计与分析

为了提高海洋表面小波浪能量转换成电能的效率,提出了一种圆筒型Halbach永磁单相直线发电机的结构模型,采用有限元分析法对该永磁单相直线发电机的内部电磁场动态特性进行分析。根据分析电机结构参数对电机性能的影响,优化了电机齿槽结构。分析Halbach永磁体结构的充磁角度的不同对电机磁场性能和磁密曲线的影响。采用磁场能计算的方法对电机的定位力波动进行分析。最后,给出了电机在小波浪运行情况下的实验测试结果。分析和研究表明:圆筒型Halbach永磁单相直线发电机具有磁场正弦性高、定位力波动幅值小、能量转换效率高、结构简单、应用成本低等特点,在海洋波浪能发电领域具有较好的应用前景。

游标磁尺的设计与实现

位置测量在现代传感与控制领域有着越来越重要的作用。在此采用永磁体阵列和开关型霍尔元件定位位置信息,创新性地提出位置匹配算法思想,利用该思想并借助于PIC单片机,将其位置信息处理为实际测量位置值,并送PC机上显示。测试结果表明,磁尺读数与参考直尺测量值误差小。游标磁尺采用非接触测量,运用位置匹配序列得到测量结果,因此它具有可靠性高、寿命长、响应速度快、抗恶劣环境等优点,这对在现代传感与控制领域的位置测量有着很重要的参考价值。

抗磁性物质磁悬浮可行性分析及实现

从理论和实验上说明石墨、铜等抗磁性的"非磁"物质在磁场中也受到磁场的作用力.实验中尝试了各种不同类型的永磁体序列,并利用4块一组的永磁铁序列产生梯度场,使磁铁表面上方产生可供抗磁性物质悬浮的稳定区域,成功实现了石墨的悬浮.此外,还利用顺磁性溶液及电磁铁实现了氧化铝和硅的悬浮.

新型阀用电机械转换器优化设计与分析

为满足电磁阀驱动装置电机械转换器的驱动性能,提升电机械转化器的响应速度与控制精度,本文提出了一种永磁体励磁的动圈式电机械转换器结构设计方案。建立了电机械转换器有限元分析模型,以输出电磁力的最大值与低波动为目标,对其各个部件进行优化设计,对其线圈骨架结构形式进行优化。本文对提升电磁阀性能提供了一定的思路。

用于带式输送机自检托辊的能量收集器设计

带式输送机自检托辊将无线传感器节点安装在托辊内部,用于采集并无线传输温度与振动信号,为煤矿带式输送机托辊健康检测提供了一种新的思路。针对密闭托辊内无线传感器节点的能量供给问题,设计了一种基于Halbach永磁体阵列的能量收集器。介绍了能量收集器的结构设计,根据无线传感器节点实际能耗及能量管理电路效率分析了供能需求;采用COMSOL Multiphysics 5.5对能量收集器进行有限元分析,验证了Halbach永磁体阵列用于小型旋转体能量收集器时较常规永磁体阵列具有明显优势,并分析了气隙厚度、永磁体厚度、转子速度对能量收集器发电性能的影响,得出通过减小气隙厚度、增大永磁体厚度、提高转子速度等方式可有效提高能量收集器感应电压的结论;基于能量收集器供能需求分析、安装空间要求及有限元分析结果,优化了能量收集器参数,并制作了样机进行试验,结果表明:在5 r/s托辊转速下,能量收集器感应电压有效值为4.77 V,最大功率为171.33 mW,功率密度为6.78 mW/cm 3,满足无线传感器节点能耗需求(165.722 mW)。

基于MAXWELL的磁栅传感器磁场仿真分析

针对磁栅传感器磁性标尺定量分析困难的现状,简化磁性标尺为矩形永磁体阵列,采用分子电流假说,根据毕奥—萨伐尔定律建立了矩形永磁体数学模型,分析得出永磁体尺寸和气隙是影响采集到的磁感应强度波形数据的重要因素。利用Ansoft Maxwell平台进行仿真,在固定1 mm永磁体厚度的情况下,得到以1～10 mm不同节距和0～5 mm气隙厚度区域内y方向的磁感应强度变化曲线。并建立基于傅里叶变换,以响应信号失真度作为评判标准的评价函数。着重分析了霍尔元件距永磁体距离和永磁体节距对响应信号的影响。依托质量评价函数,得出永磁体不同节距尺寸的最佳气隙范围,为磁栅传感器的优化和高性能使用提供理论支撑。

一种漂浮式直驱波浪能发电装置的设计

海洋波浪中蕴藏着巨大的能源,为了有效利用海洋表面的波浪能源,提出了一种漂浮式直驱波浪能发电装置,该结构主要包括浮子结构、直线电机和连杆装置。首先根据发电原理设计了圆筒形浮子的基本结构和参数,分析常规波浪下浮子所受的波浪力计算方法。其次,根据浮子在竖直方向的推力和电机的电磁负荷,提出了一种应用于该装置的圆筒形永磁直线发电机。该电机具有体积小、功率密度大、输出效率高等特点。最后,根据有限元法分析出直线发电机的输出特性数据,并验证理论计算与数值计算方法的正确性。提出的设计模型和方法适用于同类波浪能发电的研究领域中。

一种动力调谐陀螺仪大加矩力矩器设计

为满足捷联惯性导航系统用动力调谐陀螺仪大跟踪速率的要求,提出了一种新的力矩器永磁磁钢结构。新结构参考Halbach永磁体阵列,在常规的双径向充磁磁环中间增加了一个轴向充磁磁环。利用电磁场仿真软件Maxwell对典型结构和新结构力矩器的工作气隙磁场进行分析,分析结果表明,新结构力矩器的力矩系数可提高36%。陀螺仪样机的实测结果验证了分析的结果。

穿墙套管固定法兰涡流损耗分析及优化研究

针对现有变电站穿墙套管固定法兰存在的涡流损耗大、温升明显的问题。对这种结构进行了优化,提出了在传统结构上开槽和设置永磁体整列的方案。对比分析利用该方法的改进结构和传统结构二者相同位置的损耗,得出改进结构能有效抑制其内部的涡流损耗。进而研究改进结构上槽体数量和设置不同的永磁体阵列对其内部磁感应强度的抑制效果,最终得出槽体为4并且设置永磁体阵列的法兰结构为最优方案。