Three-Dimensional Analytical Modeling of Axial-Flux Permanent Magnet Drivers

In this paper, the axial-flux permanent magnet driver is modeledand analyzed in a simple and novel way under three-dimensional cylindricalcoordinates. The inherent three-dimensional characteristics of the deviceare comprehensively considered, and the governing equations are solved bysimplifying the boundary conditions. The axial magnetization of the sectorshapedpermanent magnets is accurately described in an algebraic form bythe parameters, which makes the physical meaning more explicit than thepurely mathematical expression in general series forms. The parameters of theBessel function are determined simply and the magnetic field distribution ofpermanent magnets and the air-gap is solved. Furthermore, the field solutionsare completely analytical, which provides convenience and satisfactoryaccuracy for modeling a series of electromagnetic performance parameters,such as the axial electromagnetic force density, axial electromagnetic force,and electromagnetic torque. The correctness and accuracy of the analyticalmodels are fully verified by three-dimensional finite element simulations and a15 kW prototype and the results of calculations, simulations, and experimentsunder three methods are highly consistent. The influence of several designparameters on magnetic field distribution and performance is studied and discussed.The results indicate that the modeling method proposed in this papercan calculate the magnetic field distribution and performance accurately andrapidly, which affords an important reference for the design and optimizationof axial-flux permanent magnet drivers.

转子温度空间分布差异诱发永磁电机局部失磁特性研究

永磁材料磁特性受工作温度影响较大,高工作温度下存在的不可逆失磁现象是永磁电机高可靠性设计的主要瓶颈。针对内置式磁路结构的高功率密度永磁电机用钕铁硼永磁材料的不可逆失磁问题,基于电机全域空间损耗、温度分布的差异,该文提出一种永磁体局部失磁分析模型与特性计算方法。通过磁体虚拟分块法建立基于温度、退磁率等变量的永磁材料磁特性分析模型,利用电磁场和温度场双向耦合的三维多物理场计算方法,得到电机转子永磁体损耗、温度和局部失磁的空间分布特性。最后,通过对一台115 kW、8极永磁电机样机转子永磁体温度和转子表面磁场的实验测试,验证了分析模型与计算方法的准确性,为永磁电机局部失磁问题研究及精细化防失磁设计提供依据。

基于双轴磁场轨迹的架空线路接地故障定位方法

为解决当前配电网区段定位困难的问题,探究了架空线下磁场的分布及其与三相电流之间的关系,提出一种基于磁场的非接触式故障定位方法。通过最小二乘法拟合得到x轴、y轴上的磁场正弦函数;将合成的李萨如图形与椭圆一般方程相对应,得到磁场轨迹结构的特征量表达式;通过分析双轴合成的磁场椭圆在故障点上、下游特征量的差异来定位故障区段。相较于其他基于电气量的定位方法,所提方法因具有磁阻传感器低成本的优势,可获得更多的线路运行状态信息,更适用于复杂配电网的故障定位。大量仿真验证表明,该方法适应于不同类型的故障工况。

多极磁性橡胶编码器的空间磁场分布仿真分析

基于空间磁场理论对多极磁性橡胶编码器的空间磁场分布开展仿真分析与试验研究,获取磁感应强度在气隙高度方向和径向方向的变化规律,证明了仿真分析的准确性。对磁极对数、磁性橡胶层厚度和宽度对多极磁性橡胶编码器的磁感应强度影响规律的仿真结果可为多极磁性橡胶编码器的设计提供指导。

电梯曳引钢带钢丝不同截面积损伤的漏磁检测

电梯曳引钢带长周期运行后,钢带内部钢丝会出现断丝、断股、磨损等类型损伤,这些损伤会严重影响电梯的运行安全,为此,开展了电梯曳引钢带钢丝不同截面积损伤的漏磁检测。通过建立含有不同截面积损伤的电梯曳引钢带有限元模型,得到了不同截面积缺陷的漏磁场空间分布状态和变化规律,然后在实验室条件下对钢带钢丝不同缺陷的漏磁信号进行检测。理论分析和试验结果表明,漏磁检测能有效检测出电梯曳引钢带钢丝的不同截面积损伤,为电梯曳引钢带运行维护提供一定的决策依据。

干式空心电抗器五环简化缩比模型最优结构对比分析

在干式空心电抗器的空间磁场预测方面,三环简化缩比模型是一种实用的方法,针对其预测精度不高的问题,该文提出了干式空心电抗器的五环简化缩比模型。首先推导原模型和两种简化缩比模型空间磁场分布的计算公式,然后拟合原模型高径比H/D和简化模型参数的函数表达式,最后搭建磁场测量平台对仿真结果进行验证。研究结果表明:线圈匝数不变只调整位置时,五环简化模型由于两两线圈间漏磁更小,其对应的方均根误差(RMSE)和绝对百分比误差(MAPE)分别比三环简化模型降低了18%和17%,决定系数(R^(2))提高了4%;线圈的匝数和位置均可调整时,五环简化模型不但可以减小漏磁,还可以同时减小4个监测方向上的误差,其对应的RMSE和MAPE相比三环简化模型分别降低了40%和21%,具有较高的等效精度;试验表明,五环简化模型最优结构对应的RMSE和MAPE分别比三环简化模型降低了21%和22%。建立某空心电抗器的三环和五环简化缩比模型,并进行了现场试验,结果表明,五环简化缩比模型在准确等效电抗器空间磁场分布的同时,RMSE和MAPE分别比三环简化模型降低了38.7%和4.9%,证明了五环简化缩比模型具有更高的准确性。

矩形永磁体三维磁场空间分布

针对矩形永磁体的静磁分布问题,测量了矩形磁体空间的磁场分布,分析了三维磁场分布形态,得到了单磁体磁化方向分量以及磁化方向的垂直方向分量沿不同坐标轴的量值分布.并且得出了相斥双磁体磁场及相吸双磁体磁场各分量的空间分布形态及分布特征,验证了磁场空间矢量叠加的性质.

注聚井中电磁流量计测量特性分析

基于计算流体动力学技术,计算了仪器与油管环形测量区域内聚合物溶液流速剖面分布;采用有限元方法,得到了四电极电磁流量计磁场分布,在确定流量计权重函数分布情况下,从理论上考察了清水与聚合物溶液流体分布条件下四电极电磁流量计响应输出特性。根据实验测量结果,从理论上解释了清水与聚合物溶液中仪器响应产生差别的原因。此外,还考察了流场中存在铁磁性悬浮物颗粒及仪器倾斜因素对仪器响应输出的影响,为注聚井中四电极电磁流量计流量测量精度改进提供了理论依据,采用流场及磁场有限元分析技术,有助于提高电磁流量计测量特性。

CSR二极磁铁积分磁场测量系统

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL CSR)积分磁场测量系统以及积分测量的基本原理和数据处理方法,对测量结果的分析表明整个系统运行可靠稳定,可用于CSR磁铁的积分测量.

振动线数据采集和数据处理方案设计与验证

振动线理论提供了一种高精度准直方法,将振动线理论应用于共架磁铁准直,可大大提高共架磁铁间的准直精度。介绍了应用振动线准直共架磁铁的实施方案,从总体方案出发,以振动线理论为依据提出了一种振动线系统数据采集和数据处理设计方案,并对传感器工作点对准、导线电流测量、数据采集设备选取、磁感应强度计算、磁场中心计算等关键问题进行分析,给出了解决方案。最后通过实验验证了方案的可行性以及系统的测量精度。

地下水封石油洞库渗水量预测与统计

渗水量规模与空间分布特征是地下水封石油洞库建设中的关键问题。以中国首个大型地下水封石油洞库项目为背景,采用经验公式、有限元法计算和现场实测等方法研究了该洞库渗水量规模和空间分布特征。在大量现场岩体渗透性试验基础上,获得了可靠的岩体渗透系数,采用经验公式和数值计算等方法对洞库渗水量规模和空间分布特征进行了预测。根据现场揭露的渗水形态,统计了洞库渗水量规模,获得了渗水量空间分布特征,调查了渗水部位地质特征,据此提出了渗水量控制标准和有针对性的工程注浆防渗对策。通过对比预测与统计结果,讨论了渗水量规模预测方法适用性和渗水量空间分布特征离散性等问题。研究成果为提高中国地下水封石油洞库建设水平提供了理论支持,并为复杂条件下地下工程渗流特性研究提供了工程实例。

交流电磁场检测数值仿真及其信号敏感性分析

基于开发交流电磁场检测 (ACFM )可视化技术的需要 ,采用数值模拟方法对ACFM技术进行了探讨。以ANSYS软件系统为工具 ,建立了ACFM数值仿真模型。该模型解决了利用裂纹物理参数和几何厚度建模以及裂纹导致的奇异性处理两方面的问题 ,能够精确获得任意形状裂纹的电磁场分布。分析了材料性质与提离两种因素对磁场分布影响的敏感性。仿真结果表明 ,ACFM对磁导率、电导率和提离的变化均不甚敏感 ,与涡流检测技术相比 ,更适合于低碳钢的裂纹检测。此研究为开发ACFM装备的数字化样机提供了理论依据。

一种新型磁刺激场测量用传感器

提出了一种用于磁刺激场测量的新型点磁场测量传感器的理论设计．通过对有解析表达式的刺激磁场实际测量和理论计算比较，传感器对点磁场测量误差小于±５％，可用于磁刺激场分布的准确测量．

基于模拟退火算法的舰船磁场高精度建模方法

在舰船消磁与防护中,需要利用混合模型对舰船磁场的空间分布规律进行数学建模,而混合模型将磁偶极子阵列等距分布忽视了舰船结构的影响,且没有考虑测量数据的真实性,导致所建模型精度不高、稳定性较差.文章以混合模型系数矩阵条件数为目标函数,采用模拟退火算法(Simulated Annealing algorithm,SA)优化系数矩阵条件数,得到磁偶极子阵列的最优位置分布;然后通过考察单个点的拟合情况剔除误差大的测量点,优化测量数据;最后利用逐步回归求解模型方程,获得舰船磁场高精度稳定模型.实测数据建模表明:与磁偶极子等距分布的混合模型建模相比,本文方法所建模型精度可达96%,对测量数据误差的敏感性低,抗干扰能力强,具有较好的鲁棒性.本方法可用于复杂海况背景下的舰船磁场高精度建模,以及水面磁性目标探测与定位系统.

线性霍尔传感器在直线位移中的应用

为了实现实时的无接触直线位移测量,通过线性霍尔传感器获取磁场强度信号,采用定时中断方式完成数据采集,并以MSP430F169单片机作为运算及控制单元。考虑到普通的永磁无法形成梯度、线性的磁场分布,因此,在改进磁铁结构的基础上,提出了线性霍尔传感器非线性方法的测量方案,实现了对位置信号的无接触实时精确测量。实验结果表明,该霍尔变送器系统能实现对位置值的准确测量。

磁场分布测量系统的设计

介绍了磁场分布测量系统的硬件结构和软件设计方案。该系统将单片机为核心的小系统,结合霍尔传感器作为前端的数据采集系统,将采集到的数据利用串口传送到PC主系统。在LabVIEW环境下对数据进行分析、处理、显示并保存。经测试,系统能方便灵活地测量磁场,3个方向的测量范围均可达到-900^+900 Gauss,测量精度达1%,并且磁场的测量结果能通过三维图形显示。

被测物场空间分布对电磁测量系统相位检测的影响分析

电磁层析成像技术在过程检测中因其低成本与非侵入性而具有广泛的潜在应用价值。研究显示,相位测量的精确度与成像质量具有密切联系。为了深入了解与相位测量相关的制约因素,进而优化测量系统,提高系统敏感性和测量精度,提高成像质量,利用有限元仿真软件(COMSOL Multiphysics)对电磁层析成像系统的空间分布相位测量影响进行仿真分析,包括改变物场内电性参数分布以及改变物体自身空间位置,且对仿真结果进行实验验证,对电磁层析成像测量系统工作状态下场的分布情况及状态给予估计,为图像重建的优化使用提供参考。

交变磁场测量的研究进展

通过对磁场的种类和相关测量理论及方法分析,归纳了当前国内外交变磁场测量方法以及测量传感器和仪器的研究现状。针对医疗仪器等行业的需求,指出中频强磁场和空间点磁场测量方面的一些难点和取得的进展,介绍了最新研发的中频强磁场测量仪。最后分析了磁场测量技术的发展趋势,随着磁场测量应用的范围和各种要求的提高,测量磁场的频率、强度和空间分布变得越来越重要。

运动载体涡流磁场数值计算与特性分析

为提高运动载体涡流磁干扰建模与补偿的精度,对载体运动引起的涡流磁场的产生机理和分布特性进行分析研究。首先,对涡流磁场的产生机理进行了溯源分析;然后,采用有限元法对涡流磁场进行数值计算研究。考虑到计算空间包含结构的磁导率单一问题,采用了有限元节点法矢量磁位计算方式,并针对舱体壁计算单元,考虑了耦合积分电势自由度,同时考虑到磁场周期变化,采用了瞬态有限元计算方式;最后,通过数值计算分析,揭示了运动载体涡流磁场与外磁场变化频率的关系,并分析了涡流磁场沿径向和轴向的空间分布特性和传播规律,为运动载体涡流磁场干扰的高精度建模与补偿奠定了基础。

重载流多芯电缆周围的磁场I.理论模型

多芯电力电缆在低压配电系统中常被用作配电干线 .这种重载流电缆周围的极低频磁场可能干扰附近敏感电子设备的正常运行 ,甚至影响暴露于该场下的人体的健康 .为分析这种磁场的分布特性 ,建立了多芯电缆周围磁场的载流平行螺旋线模型 ,并推导了周围磁场的简化计算公式 .基于所提出的理论模型对电缆周围磁场的特性进行了分析 ,发现在电缆的半径方向上磁场随距离衰减的速度大于指数衰减速度 .在平行于电缆轴线的直线上和在电缆的同轴圆周线上 ,磁场的幅值和相角都随观测点的位置周期变化 .理论计算结果表明 ,常用规格的多芯电力电缆在载额定电流的情况下 ,距电缆 2 m外空间中的磁场已小于有关国际标准的限值 .