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。

1.2 T Halbach阵列永磁体的设计

随着核磁共振技术(NMR)的不断发展,其应用范围越来越广泛,涉及复合绝缘子老化检测、石油勘测、医疗诊断等领域。在核磁共振技术中,建立高磁感应强度和高均匀度的静态磁场对于提高检测信号信噪比具有重要的作用。目前,采用永磁体建立静态磁场是常用的方法,但是高磁感应强度的永磁体体积较大,应用场景受到了极大限制。为了让核磁共振技术进一步扩大运用领域,一款使用更便捷、性能更优良的永磁体就必不可少。为此研究了一种通过Halbach阵列构成的永磁体,其磁感应强度可达到1.2 T,磁场均匀度在10 ppm以内,占用空间较小且易携带,为核磁共振技术运用到更多领域提供了前期准备。

Halbach阵列永磁型无轴承电机特性研究

在分析永磁型无轴承电机径向悬浮力产生机理及转子永磁体Halbach阵列基础上,设计了一种Halbach阵列永磁型无轴承电机,采用耦合电路瞬态有限元分析方法对径向磁化永磁转子和Halbach阵列永磁转子的气隙磁密波形及高次谐波、径向悬浮力、反电动势及转矩进行比较分析。研究结果表明:永磁型无轴承电机转子永磁体采用Halbach阵列结构能显著提高气隙磁密幅值及其正弦特性,增大径向悬浮力与转矩,减小悬浮力、转矩及反电动势的脉动。

异形永磁体圆柱型直线电机的优化设计

为了进一步提高直线电机的推力密度,结合异形永磁体圆柱型直线电机(T-CLM)和传统Halbach结构提出了异形永磁体Halbach阵列圆柱型直线电机(TH-CLM)。建立了异形永磁体Halbach阵列圆柱型直线电机的磁路分析模型,研究了异形永磁体的异形角对电机磁场和推力的影响,得到了推力密度最大时的永磁体角度。对比分析了异形永磁体结构的两种圆柱型直线电机的推力密度,结果表明异形永磁体Halbach阵列圆柱型直线电机增强了电机的气隙磁通密度,具有更高的推力密度,并与传统的圆柱型直线电机进行了比较,验证了异形永磁体结构圆柱型直线电机在推力密度方面具有一定的优势。

基于Halbach阵列的斥力型磁悬浮模型有限元分析

针对传统斥力型磁悬浮系统永磁部分磁密利用率低、悬浮高度不高、悬浮力小等问题,引入Halbach永磁阵列,对传统模型进行改进,其主要思想是在不改变模型材料与尺寸的前提下,将传统模型底部主磁环设计为Halbach阵列,利用Halbach阵列单边磁场的特点,提高底部主磁环的磁场利用率。分析结果表明,Halbach斥力型磁悬浮模型的磁场分布强度比传统模型大将近2倍;对于相同的悬浮高度,Halbach阵列结构模型的悬浮力明显高于传统模型,悬浮高度越低,二者的差异越大;对于同样重量的悬浮物,Halbach阵列结构可以获得更大的悬浮气隙。研究结果为斥力型磁悬浮模型的结构尺寸优化和悬浮控制提供依据。

凸型Halbach阵列的永磁直线电机磁场分析

永磁直线电机由磁阵列构成的动子和线圈构成的定子组成。其中,磁阵列多采用Halbach永磁阵列。直线电机的运行稳定性与永磁体的气隙磁场的分布情况有直接联系。因此,改善气隙磁场的正弦分布是改善直线电机工作特性的关键。本文提出了改进的Halbach永磁阵列,每个磁块的形状为凸型。论文对其磁场的分布特性进行了理论分析,利用有限元方法对改进的Halbach永磁阵列的磁场进行了仿真,并且和普通矩形的Halbach永磁阵列磁场进行了比较。仿真实验表明,凸型磁块构成的磁阵列可大大改善气隙磁场的正弦特性,而且一定程度上提高了其磁场强度。

凸型Halbach阵列在永磁电动悬浮系统中的应用

针对传统矩形永磁Halbach阵列应用于电动悬浮系统时存在浮阻比不足的问题,采用一种磁场分布更合理的凸型Halbach阵列对此进行改善。首先对悬浮系统力学特性进行理论解析,分析磁场分布对系统浮阻比的影响;其次比较凸型和矩形2种不同Halbach阵列磁场水平分量和竖直分量分布情况,根据凸型阵列磁场分布特点结合理论分析结果得出其能够优化浮阻比的原因;最后将凸型Halbach阵列应用于电动悬浮系统,并采用仿真计算的方法验证其浮阻比优化效果。结果表明,与传统矩形结构永磁体组成的Halbach阵列相比,凸形结构永磁体可以改善Halbach阵列的磁场,使其分布更加合理,应用于电动悬浮系统时可有效提高系统浮阻比。研究结论可用于永磁电动磁浮列车等系统运行性能的优化,提高永磁电动悬浮技术在轨道交通领域的适用性。

磁共振用Halbach永磁阵列的仿真分析

阐述了Halbach永磁阵列的原理及所产生的静磁场的特点,利用Maxwell仿真软件对一种可用于核磁共振小型化的圆柱型Halbach阵列进行了静磁场仿真分析——首先对理想情况下圆柱型Halbach阵列在不同离散磁块数、磁性材料和磁块尺寸时所产生的磁感应强度进行了对比,然后将充磁方向和磁块性能存在误差的非理想情况与理想情况下的Halbach阵列产生的静磁场进行了对比,最后将Halbach阵列与H型常规永磁体进行了对比.结果表明:组成Halbach阵列的磁块数目、磁性材料的性能和磁块尺寸是影响磁感应强度的主要因素;磁块选材、充磁等加工工艺对Halbach阵列的磁场均匀性有很重要的影响;相比于常规永磁体,Halbach阵列在用料和产生的磁场强度方面具有一定的优势.

基于HALBACH阵列的永磁同步盘式无铁心电机磁钢设计

介绍了永磁体的一种新型排列方式—Halbach阵列。在此阵列的基础上,以每极主磁通和气隙磁场波形为研究对象,通过磁场分析确定永磁同步盘式无铁心电机的最佳磁钢结构尺寸。

梯形永磁体盘式无铁心电机的设计与研究

针对永磁盘式无铁心同步电机的轴向磁场结构,在现有Halbach永磁阵列的基础上,提出一种梯形结构永磁体阵列。详细阐述该电机的结构与优点,利用有限元方法研究了不同梯形结构永磁体阵列对气隙磁密的影响,根据气隙磁场中的谐波含量及空载反电势畸变率选取最优转子结构。该结构在保证与传统结构永磁体材料用量相当的前提下,有效提高气隙磁密的基波,降低谐波含量。由于轴向磁场结构的特殊性,给出该电机的设计规则,如磁极尺寸和导体占空比的确定。计算了电机在负载工况下不同定子电流对交直轴电感的影响,为该类电机的设计提供了一定的参考价值。

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。

基于磁荷法的环形Halbach永磁阵列三维磁场计算

提出一种新的适用于永磁体三维磁场的计算方法。将没有自由电流的永磁体产生的磁场视为有源无旋场,其源为磁化强度的散度。类比于电场设定磁荷与标量磁位,从而简化场量的计算。以环形Halbach永磁阵列为算例,用VC++开发的程序可以快速得出三维磁场解。与ANSYS仿真数据对比表明,该方法正确且计算精度与有限元方法相同。

Halbach阵列及其在永磁电机设计中的应用

介绍了永磁体的一种新型径向和切向混合排列方式（ Ｈａｌｂａｃｈ 阵列），在永磁电机设计中可用以增加气隙磁通和削弱转子轭部磁通。

用于高功率微波器件的永磁体的设计和测试

报道了用于高功率相对论返波管振荡器的永磁体的设计和试制。以Halbach阵列结构为基础,通过选择高性能的永磁材料,调整磁钢的充磁方向、排列方式和尺寸,优化设计了可用于某相对论返波管振荡器的永磁体结构,其均匀区磁场强度0.98T。采用粒子模拟方法,进行了永磁体与返波管振荡器的一体化设计,设计结果表明:器件输出功率超过1GW,设计的永磁体能够满足器件对磁场强度和位形的要求。对永磁体进行了试制和测试,测试结果为:均匀区磁场0.88T,均匀区长110mm,磁体重量约306kg。

无铁心HALBACH阵列对盘式永磁同步电机控制性能的影响

从对无铁心绕组及Halbach阵列永磁磁钢自身性能特点的分析出发,分析了无铁心Halbach阵列对永磁同步电机控制性能的影响,并与传统永磁同步电机进行了对比分析。

轮毂多盘式无铁心永磁同步电机永磁体结构优化

将不等厚排列技术与90°Halbach阵列以及不等宽排列技术相结合应用到两个外转子磁钢分析,中间盘采用普通磁钢排列,通过改变磁钢排列的厚度及宽度,来进一步提高多盘式无铁心永磁同步电机气隙磁密的基波幅值和波形的正弦性,从而提高电机性能。对16极盘式永磁同步电机进行仿真建模,将"不等宽排列技术+90°Halbach阵列"模型以及其优化模型"不等厚排列技术+90°Halbach阵列+不等宽排列技术"进行静态气隙磁场对比分析。仿真数据表明,"不等厚排列技术+90°Halbach阵列+不等宽排列技术"使得周向磁密波形和切向磁密波形都大为改善,磁场波形更接近于正弦分布特征,其中周向磁密波形畸变率改善了67.02%,气隙周向磁密幅值提高了8.15%。

圆柱型Halbach永磁魔环研究进展

受局部饱和和局部退磁效应的影响以及磁材料性能的限制,永磁体的气隙磁场一般难以达到4T。Halbach永磁魔环结构磁材料利用效率高,且能够产生比剩磁更高的静磁场,因而近年来在磁共振成像领域得到了广泛关注。本文针对Halbach永磁魔环的构成形式,介绍了永磁魔环、阵列永磁魔环、永磁双魔环和单边永磁魔环的研究现状,分析了这些魔环结构由于永磁磁块形状、尺寸,永磁材料受温度变化影响,和加工工艺等因素引起的磁场均匀性较差等主要问题,并对圆柱型Halbach永磁魔环在NMR、MRI和便携式分析仪器等方面的应用进行了展望。

圆筒型Halbach永磁直线发电机磁场结构的优化

为了提高永磁发电机的发电功率和永磁体的利用率,提出了一种新型的用于海浪发电的圆筒型Halbach永磁直线发电机。该发电机内的电磁场具有轴对称性,故将其三维电磁场简化为二维场进行分析,建立了二维有限元方程。应用ANSYS软件对使用常规永磁阵列与Halbach永磁阵列时发电机的气隙磁场进行了比较,也对Halbach永磁阵列中相邻永磁体块的磁化角度差δm分别为45°、60°、90°时发电机的气隙磁场进行了比较,得出了结果较优的方案,结果可靠。

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。