超磁致伸缩执行器驱动磁场理论分析与实验研究

在分析超磁致伸缩材料的驱动原理和超磁致伸缩执行器结构的基础上 ,重点对执行器内部的驱动磁场进行了理论分析和实验研究 ,得出了超磁致伸缩执行器驱动电流与超磁致伸缩棒的驱动磁场之间存在一定的非线性和滞回的结论 ,并分析了其产生原因 。

大间隙磁力传动系统驱动磁场的产生方法研究

针对永磁轴流式血泵大间隙磁力传动系统,提出了单磁极切换和双磁极切换两种产生驱动磁场的方法;基于ANSYS有限元分析软件仿真分析了磁场的耦合机理,计算比较了2种磁场驱动下系统的驱动力矩;通过轴流式血泵负载实验,利用大间隙磁力传动系统能量传递效率及电磁体损耗的数学模型,计算并比较了2种磁场驱动下系统磁力传动部分的能量传递效率及电磁体损耗情况.结果表明2种磁场均能实现永磁转子在高频、高速时平稳运转,根据比较结果,选用双磁极切换方式作为系统驱动磁场的产生方法.

超磁致伸缩驱动器驱动磁场研究与仿真分析

为充分发挥GMM棒的伸缩特性,提高GMA驱动磁场的输出性能,通过分析GMA的工作原理,以GMM棒中轴线上的磁场强度为评价标准。依据磁路基尔霍夫定律、安培环路定律、高斯磁通定律及欧姆定律建立GMA磁路数学模型,推导出GMA磁路结构参数对GMM棒中轴线磁场强度的影响;用Ansoft Maxwell对磁路进行仿真分析,得出磁路结构参数、磁场强度大小和磁场强度均匀性间的映射规律。结果表明:在给定安匝数的闭合磁路中,GMM棒中轴线的磁场强度受导磁环、导磁套的半径和厚度影响;磁场强度均匀率受驱动线圈轴向长度、磁路各部件磁导率、导磁片直径、厚度的影响。

超磁致伸缩薄膜耦合特性驱动磁场的设计方法

针对超磁致伸缩薄膜对驱动磁场的要求,设计了一种能产生高均匀度、高强度磁场的赫姆霍茨线圈,并对该线圈的尺寸结构进行了优化设计,同时对磁场轴向和径向的均匀度进行了理论计算和ANSYS仿真。实验验证了该线圈提供的驱动磁场具有很高的均匀度和足够的强度。在此基础上进一步探索性地研究了薄膜内部磁场的动态特性。

超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性的研究

给出超磁致伸缩换能器驱动磁场均匀性概念后,论述了超磁致伸缩换能器驱动磁场宜用电磁感应强度表示。建立了ANSYS 2D有限元模型,分析了超磁致伸缩棒、线圈长度、磁路闭合与否、补偿线圈等对磁场均匀性的影响,得出了明确的结论。该分析结果已经用于指导超磁致伸缩换能器的设计,取得良好的效果。

超磁致伸缩驱动器驱动磁场仿真分析

为了充分发挥超磁致伸缩驱动器的特性,提高超磁致伸缩驱动器驱动磁场的性能,通过采用电流励磁法,建立基于磁感应强度为控制变量的单层空心线圈、多层空心线圈和带超磁致伸缩棒的多层线圈的轴线磁感应强度数学模型,分析超磁致伸缩棒、线圈长度和线圈半径对驱动磁场的均匀性和驱动磁场大小的影响。仿真结果表明,减小超磁致伸缩棒与驱动线圈之间的气隙,能提高驱动磁场的线性度;在满足设计要求的范围内,增加线圈长度,减小线圈半径,能够提高驱动磁场均匀性;仿真结果对超磁致伸缩驱动器驱动磁场的设计提供了一定的理论依据。

磁场驱动用螺旋碳纳米线截断筛选及磁性修饰

为实现螺旋碳纳米线新型微纳米机器人磁场驱动运动,开展了螺旋碳纳米线截断、磁性修饰及磁场驱动运动研究。提出硝酸氧化-超声振动-滤纸过滤的长度截断筛选方法,实现了螺旋碳纳米线分散且可控截取长度2~8μm。实验对比研究了磁控溅射镍、化学镀镍、水热法生长Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的磁性修饰方法。通过扫描电子显微镜、能量色散X射线谱分析等方法对修饰效果进行了评价,获得了具有较强磁性的螺旋碳纳米线。微流道液体中磁场驱动特性实验表明:磁控溅射修饰的螺旋碳纳米线可实现较为快速(3.35μm/s)的微纳米机器人运动特性,轨迹运动精度可控小于5μm。

载药磁性水凝胶微球的制备与驱动

磁性水凝胶在药物递送领域具有非常大的潜力,本文为实现药物负载的定向运输,分析了其微球运动原理;基于微流控技术,制备了尺寸均匀的载药磁性水凝胶微球;搭建了该微球的驱动平台,并通过控制产生磁场的频率和方向,控制其速度和方向,验证了磁性水凝胶在药物运输领域的可行性。

磁性纳米胶囊穿越血脑屏障的分子动力学及驱动磁场的仿真研究

在外磁场引导下,磁性纳米胶囊可将药物运输到细胞内或特定区域,达到治疗的目的。本研究使用分子动力学模拟的方法研究了不同速度下同体积的富勒烯球(C720)和碳纳米管(CNT)2种纳米胶囊穿越细胞膜过程的受力,利用系统识别方法建立了穿膜速度与受力之间的传递函数,推导出磁性纳米胶囊在磁场中的受力与外部驱动磁场之间的解析模型,并结合磁场发生设备的技术参数求解出磁性纳米胶囊穿越血脑屏障所需的外部驱动磁场强度。结果显示,相同体积的纳米胶囊匀速穿膜时,富勒烯球所需克服的力要小于碳纳米管。此结果可作为MRI扫描仪发生磁场驱动磁性纳米胶囊完成穿膜的仿真依据,为载药磁性纳米胶囊穿越血脑屏障提供理论支持。

高频驱动超磁致伸缩致动器的磁场设计与分析

针对超磁致伸缩致动器集中于静态与准静态领域的不足,开发设计出一款用于高频驱动的超磁致伸缩致动器。建立完善用于高精度励磁场的轴线磁场强度、三维空间磁场强度的ANSYS模型,完成励磁场均匀度分析,为高频磁场的设计提供理论基础。

磁悬浮旋翼驱动磁场对支承磁场的影响

通过理论分析以及有限元仿真分析,研究磁悬浮旋翼盘式电机的驱动磁场、磁悬浮系统的支承磁场以及二者之间的相互影响,得到影响的主要因素L0。提出当关键临界尺寸L0=11.87 mm时,驱动磁场对支承磁场的影响处于临界状态使其不失稳。通过等效试验对临界尺寸进行了试验验证。根据临界尺寸L0提出磁悬浮旋翼的设计准则,和一套可行的磁悬浮旋翼设计方案。

磁场准等熵驱动飞片技术原理性实验研究

探索了磁场准等熵驱动飞片发射的实验技术,在FP-1装置上成功实现了多种尺寸飞片的驱动实验,并利用VISAR系统获得了飞片的速度历史曲线。在回路放电峰值为3 MA的情况下,获得飞片最高速度为797.3 m/s。初步获得了准等熵加载的原理性技术及其基本原理,促进了磁驱动准等熵加载、发射飞片实验技术,以及后续的物态方程研究的开展。

双驱动电动换能器电磁场和声-结构耦合场分析

电动换能器的设计涉及电磁场和声-结构耦合问题,本文利用COMSOL多物理场分析软件提供的该两种分析模块进行组合,以电磁理论为基础推导出了适合COMSOL数值计算的公式,把两种耦合场的分析结合起来,利用电磁场分析过程计算所需要变量,代入声-结构耦合场进行分析,得到声场分布情况。文章也大致介绍了COMSOL的有限元建模和该两种模块的使用方法。本文对电动换能器结构如何优化不做讨论。

体内医疗微型机器人的外磁场驱动与控制系统研究

本文以胶囊状体内医疗微型机器人为研究对象,着眼于无线胶囊内窥镜的外磁场主动驱动,在分析人体消化道能动性特点的基础上,设计了一种外磁场驱动方案,建立了胶囊状微机器人外磁场驱动的动力学模型,同时给出了驱动控制系统方案设计,为微型机器人在人体消化道内进行无损检查和微创手术提供了一种设计思路。

胶囊内窥镜机器人的外磁场驱动方法

研究了利用外部磁场驱动胶囊内窥镜机器人的方法.我们将梯度线圈和匀场线圈进行组合,通过调整线圈加载电流以及线圈绕可平移病床的旋转来合成空间上梯度均匀、低场强区域可动态调整的驱动磁场,作用于机器人内置的永磁体,从而获得期望的驱动力和辅助转矩.仿真表明组合线圈构成的磁场环境对于驱动相当有利.我们提出的驱动方法具有良好的可控性和安全性,为进一步研究梯度磁场驱动适于体内各种腔管的微机器人奠定了基础.

薄壁储液罐壳体磁场驱动焊接系统的研制

介绍了一种用于轿车空调储液罐壳体环缝焊接的磁场驱动自动焊接系统。根据薄壁储液罐壳体磁场驱动焊的特点,采取了一些措施。实践表明:采用磁场驱动焊焊接的薄壁储液罐能通过压力为10.3MPa的油压试验。薄壁储液罐壳体磁场驱动焊是一个高效率、高质量的压力熔化焊方法。

EPR在体测量专用调制磁场驱动装置

利用电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance,EPR)在体测量人牙齿可以实现无损伤地快速评估人体辐射剂量,具有实际应用价值.本文针对EPR在体测量牙齿剂量的应用特点,研制了专用调制磁场驱动装置,包括功率放大器、调制磁场激励线圈、调制频率设定模块、感应型调制幅度显示模块等.功率放大器采用脉冲功率放大方式取代传统的线性放大方式,用多N-MOSFET管H桥电路,功率容量大、效率高、结构简单,且调制频率设定自如.实验结果表明:(1)此装置可在大于9 cm磁极间距的中心样品位置产生调制幅度为0~0.9 mT的调制磁场,调制频率为10~100 kHz;(2)用该装置与EPR在体测量谱仪配合使用,可以明显观测到1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)样品谱线调制增宽过程以及辐射诱发的整体牙齿中的自由基信号,验证了该装置的高调制效率和实用性.

核磁共振陀螺高精度磁场驱动技术

核磁共振陀螺(NMRG)是利用激光与核磁共振气室中的碱金属原子和惰性气体原子的相互作用使核子以拉莫尔频率进动,并通过磁场驱动技术对气室磁场实现闭环控制和对剩磁进行补偿来维持核子的共振状态,进而能够检测载体的角速度信息。磁场驱动技术作为磁场闭环控制的重要部分,直接影响核磁共振陀螺的磁场控制精度和稳定性。为了解决核磁共振陀螺磁场控制精度和稳定性不足的关键问题,采用交直流分离设计的压控电流源方案改善磁场驱动问题,基于噪声分析理论对电路进行建模和噪声分析,并通过实验验证对三轴线圈的横向磁场控制精度达±0. 046 2 n T,纵向磁场控制精度为±0. 003 1 nT,实验证明该技术方案具有较强的工程应用价值。

基于振荡匀强磁场驱动的磁力微机器人

提出了一种基于磁场驱动的蝌蚪形微型机器人系统。系统主要包含基于Helmholtz线圈搭建的磁场控制平台和一个特征长度为4 mm的具有蝌蚪外形的微机器人。通过在线圈中施加符合特定变化规律的电流信号来产生绕定轴振荡的外驱动磁场,再驱动位于控制平台内的磁力微机器人进行同频摆动,依靠微机器人尾部将摆动转化为前进的推力,从而模拟蝌蚪在液体环境下运动。实验中在频率为2.5 Hz、磁感应强度为5.7 mT的弱外磁场驱动下,成功驱动了微机器人向前运动,且初步设计的原型机运动速度约为1 mm/s,验证了提出的驱动方式和设计的驱动系统的可行性和有效性。

磁场驱动法制备低热膨胀环氧梯度功能材料

为降低环氧树脂的热膨胀系数,基于负热膨胀填料LaFe_(10.5)Co_(1.0)Si_(1.5)制备了低热膨胀的LaFe_(10.5)Co_(1.0)Si_(1.5)/环氧树脂复合材料,研究了LaFe_(10.5)Co_(1.0)Si_(1.5)填料含量对材料力学性能和热膨胀性能的影响规律,并通过磁场驱动法诱导填料粒子在树脂基体中的梯度分布,制备了热膨胀梯度变化的功能材料。结果表明,LaFe_(10.5)Co_(1.0)Si_(1.5)可以有效降低环氧树脂基复合材料在228~323 K间的线膨胀系数,加入70 wt%的LaFe_(10.5)Co_(1.0)Si_(1.5)填料,复合材料线膨胀系数即可降低了58%。此外,通过TGA、导热系数、拉伸强度等性能的变化规律证明,在外加磁场的驱动下LaFe_(10.5)Co_(1.0)Si_(1.5)粒子顺着磁场方向呈现梯度分布。同时,复合材料的热膨胀性能也呈现出显著的梯度变化。这证明了磁场驱动法是一种制备低热膨胀环氧梯度材料的有效简便方法。