考虑多约束条件的磁浮列车节能型永磁电磁磁铁优化设计

为降低悬浮能耗,在不改变中低速磁浮列车F型轨道结构和车辆结构前提下,提出一种适合工程应用要求的全尺寸永磁电磁混合磁铁的结构优化设计方法。给出一种永磁体安装于铁心一侧、永磁体极面积可调整的混合悬浮磁铁方案。根据混合磁铁电磁力的非线性模型,分析承载能力与永磁体的厚度、极面积、最大磁能积以及电磁线圈安匝数的约束关系,提出基于有约束的非线性规划策略的混合磁铁的结构优化设计方法。单转向架试验表明,该新型混合磁铁与常规电磁铁的悬浮能力相当,悬浮功耗显著降低。     

在线铁谱仪中的磨粒沉降机理研究

为给研制在线铁谱仪提供理论依据，建立了在线铁谱仪中的磨粒沉降运动模型，采用有限元法仿真了直流电磁铁磁场的分布情况，研究了磨粒在磨粒探测器中的沉降运动机理，分析了油样粘度ηc、初始高度y0、磨粒直径D等参数对磨粒沉积位置的影响。仿真结果表明：在两个磁极之间存在一个夹角β的条件下，在线铁谱仪既具有较高的磨粒沉淀率，又避免了大磨粒的“堆积”。     

集群磁流变磁场分布模型与优化设计

为了增加磁流变抛光过程中抛光膜的有效面积以及实时调控抛光膜产生的抛光力,解决磁流变抛光时磁力线主要集中在磁铁边缘,磁铁中部磁场较弱不利于抛光膜的形成,抛光膜的面积大大减小导致效率低下等问题。通过对铁芯打倒角和开不同边缘角的环形槽的方法,减弱磁铁的边缘效应,优化了电磁铁上方2 mm的磁场分布,利用集群原理提高抛光膜的面积。仿真结果表明开边缘角为75°的环形槽磁场分布最优,优化后的电磁铁中心磁场强度均大于300 mT,最大磁场强度为420 mT。电磁铁上方磁场强度变化梯度减弱,由优化前的200 mT变为80 mT,更有利于磁流变液的均匀分布。因此铁芯开一定角度环形槽和倒角,并运用集群原理,能为磁场分布提供了一种有效的优化方法。     

单磁铁的静态磁场和悬浮力分析

以上海TR高速磁悬浮列车为分析对象，用ANSYS软件建立单磁铁模型，对其额定工况进行了静态磁场分析，着重分析了励磁电流和气隙高度的变化对悬浮力的影响，为悬浮电磁铁优化设计和磁浮列车的静止悬浮稳定性控制提供了依据。最后，通过电磁铁组合模型的静态磁场分析，证明了单磁铁分析结果的准确性。     

手表防磁实验的设备改造

在描述了技术中心原有的"手表防磁设备"试验条件的基础上,提出了改造方案,改进原单向磁场电磁铁为水平、垂直双磁场电磁铁,加大电磁铁线圈,应用计算机控制电磁铁的磁场,对磁铁产生的磁场强度数据进行计算机采集、处理、绘图、保存和打印,不仅提高了试验的效率,而且还提高了试验的磁场强度和精度,安装了视频采集摄像头,增加了操作便捷性,同时还可以为科研提供较先进的实验手段。就双向磁铁的应用、磁铁线圈数的增加和数据输入输出等改进手段进行了讨论。     

自动化便携式铁谱仪的设计与实验研究

设备油液中的磨粒携带的各种特征信息是设备进行故障诊断与维护的重要依据，铁谱仪是分析研究机械设备磨损状态的专用设备。为满足铁谱仪自动化以及制谱分析过程快捷方便的要求，设计了一套便携式铁谱仪系统。该铁谱仪采用单片机控制，运用PID速度环控制方法，实现了从制谱到清洗的全自动过程，成功制得沉积效果良好的谱片。结合自动扫描显微镜观测部分，以图像灰度方差函数为目标函数，采用变步长遍历搜索法，实现了图像的自动聚焦与采集，验证了自动化便携式铁谱仪的制谱效果。     

电磁轴承磁场分析和优化设计

电磁轴承通过控制电磁力实现转子的无接触悬浮.为了更好的控制电磁力,须对电磁铁磁场分布进行研究.对八磁极电磁铁磁场进行了磁路分析和有限元方法的计算,并计算了电磁轴承的承载力,以最大承载力为目标,对气隙和磁极柱宽度进行了优化,对优化结果进行了分析,分析结果对电磁轴承设计有一定的指导作用.     

铁谱图像分析方法中数据处理及实现

论述了磨粒在铁谱仪磁场下的分布状态及规律，构建了图像分析的数学模型，求解了磨粒分布函数，利用VB编程实现数据的处理，作图直观描述出磨粒的分布，提出了铁谱分析的一种新方法。     

高频电磁泵瞬态驱动特性研究

通过经验公式计算得到高频电磁铁基本结构参数;利用电磁仿真软件Ansoft分析了电磁铁在静态磁场下的行程力特性,并据此对隔磁环、挡铁和衔铁进行了优化设计;最后分析了在瞬态磁场下复位弹簧和衔铁对电磁铁高频特性的影响,对电磁铁复位弹簧参数进行了优化,最终仿真得到电磁铁的最大运动频率。     

用于磁敏免疫测量的激励磁场设计

文中从大气隙C型磁铁出发,设计了一个用于磁敏免疫测量的激励磁场。当磁芯的直径与气隙的大小的比值小于4时,大气隙C型磁铁气隙磁场具有很大的不均匀性。通过理论计算与仿真分析,设计了以补偿环的方式来实现磁场的修正。当给大气隙电磁铁磁极的边缘套接一个1.3 mm厚,0.9 mm长的补偿环之后,可以使得气隙中轴线上的磁场的最大不均匀度从13.84%降低到9.553%。     

大间隙磁力传动系统驱动规律的仿真研究

针对已提出的大间隙行波磁场驱动的磁力传动系统,采用现代计算技术和数值计算中的有限元理论,运用ANSYS软件的磁场分析功能,建立了磁力传动系统的实体模型和有限元模型,通过模拟永磁体的角位移和电磁体线圈的通电状态,对系统工作过程进行了仿真;研究了系统永磁体在转动过程中的受力情况和各参数对系统驱动能力的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明:通过增加线圈匝数、线圈通电电流、永磁体外径和永磁体磁化强度,减小电磁体和永磁体间耦合距离,将电磁体和永磁体的相对位置沿x方向两侧(左侧或右侧)置于5 mm～10 mm范围内等方法,可提高系统的驱动力矩。     

中低速磁浮列车悬浮磁铁特性研究

悬浮磁铁是中低速磁浮列车运行的关键部件,其工作特性直接影响悬浮系统的控制精度和稳定性。使用有限元分析软件ANSYS对中低速磁浮列车悬浮电磁铁的磁场进行静态分析,验证有限元模型的准确性;根据悬浮列车运行中存在的电流情况,分析悬浮电磁铁瞬态磁场,获得瞬态电流变化下悬浮电磁铁悬浮力,磁通密度和能量损失的变化规律;基于不同斜率的瞬态电流加载,分析了电流斜坡加载斜率与悬浮电磁铁悬浮力,电流斜坡加载斜率与能量损失之间的关系。研究可为磁悬浮列车的悬浮控制和节能设计提供参考。     

[车辆工程与测控]基于增强磁场涡流的高速轨道缺陷检测方法

在高速轨道运输领域中,电涡流检测以其非接触、易实现自动化等特点,被广泛应用于钢轨表面缺陷的检测,然而,由于趋肤效应的存在,涡流检测很难探测出内部伤损。提出了一种增强磁场涡流以抑制趋肤效应的方法：在涡流检测线圈之上增加一个通入直流电流的U形电磁铁,用磁轭导磁到钢轨以增强磁轭下的磁场。通过ANSYS软件进行有限元仿真,分析了增强磁场后涡流渗透深度的改变,同时仿真研究了磁轭的提离和间距对检测效果的影响。搭建了高速轨道检测的实验平台,进行了增强磁场涡流实验,结果表明,适当地增大背景磁场能够使涡流检测到深层次的缺陷并可以提高检测信号的信噪比。     

互感式自检测磁悬浮轴承系统的检测原理研究

基于差动变压器原理，提出从控制电磁铁线圈的两端提取因偏置磁通随位移变化而互感的诱导电压（电流），作为反馈信号构成闭环控制的自检测磁悬浮轴承系统。偏置电磁铁采用脉宽调制（PWM）电压信号驱动。所要检测的互感电压（电流）信号的PWM的电流频率的成分是电磁铁互感系数的函数，互感系数又是转子气隙位移的函数。该信号经过全波整流得到与转子位移成比例的电压信号，将该位移信号由PID控制器转换为调整转子位移的控制信号。     

A New On-Line Visual Ferrograph

An on-line visual ferrograph (OLVF) characterized by direct reading and on-line analysis was developed based on magnetic deposition and image analysis. A digital sensor was integrated with a CMOS image sensor to obtain images of deposited wear debris under illumination conditions. An electromagnetic instrument was designed to deposit the wear debris flowing through an oil flow channel. The oil flow channel, fixed on the electromagnet, was arranged parallel to the magnetic flux in the air gap between two electromagnet poles. The deposition effect on wear debris was analyzed theoretically. The result shows that the wear debris in different sizes can be deposited in the same zone by controlling the oil flow rate and magnet field intensity. Corresponding application software for image sampling and processing was developed. An index of relative wear debris concentration, IPCA (Index of Particle Coverage Area), is given as an output in addition to wear debris images. Finally, two kinds of experiments were specified to assess the effect and validity of the OLVF. The results show that the OLVF has effective deposition and identification for both relatively large and small wear debris with rational control parameters. The validity examinations with the commercial particle quantifier (PQ) and direct reading ferrograph (DR) show that the OLVF has an approaching trend to the reference instruments in both heavily and lightly contaminated oil.     

自检测磁悬浮轴承系统的研究

基于差动变压器原理 ,提出从控制电磁铁线圈的两端提取因偏置磁通随位移变化而互感的诱导电压 (电流 ) ,作为反馈信号构成闭环控制的自检测磁悬浮轴承系统。偏置电磁铁采用脉宽调制 (PWM )电压信号驱动。所要检测的互感电压 (电流 )信号的PWM的电流频率的成分是电磁铁互感系数的函数 ,互感系数又是转子气隙位移的函数。该信号经过全波整流得到与转子位移成比例的电压信号 ,将该位移信号由PID控制器转换为调整转子位移的控制信号     

大间隙磁力传动系统设计及性能比较

为提高大间隙、高转速条件下磁力传动系统的可靠性,研究了行波磁场驱动的大间隙磁力传动技术.在分析系统主动磁极(电磁体)和从动磁极(永磁体)之间运动状态的基础上,确定了系统电磁体磁极状态切换方法和永磁体运动状态的关系,提出了3种系统驱动方案;基于磁路基本原理,通过磁场分析、系统传递力矩计算模型的建立和系统空间磁场的实验研究,确定了具有较强驱动能力的系统设计方案.     

磨粒在磨粒探测器中的沉降运动研究

研究了在线铁谱仪磨粒探测器中的磨粒沉降运动规律,建立了磨粒在流道-磁极倾角方案下的运动模型,采用有限元法仿真了直流电磁装置的磁场分布情况,并研究了初始高度y0和磨粒直径D等参数对磨粒沉积位置的影响。结果表明,在油样流动方向和磁极之间存在倾角γ的条件下,磨粒在磨粒探测器中按照尺寸大小有序沉积,且沉积位置和油样入口端之间的距离随着初始高度y0增加而增加。