基于软磁复合磁心的一体成型电感设计及性能分析

利用绝缘包覆处理后的Fe-Cr-Si-B非晶合金和羰基铁粉制备了复合磁心。软磁性能测试结果显示,其在1 MHz处有效磁导率为12.8;开展目标感值为2.0μH、6 mm×6 mm×3 mm典型规格一体成型电感设计研究,利用电磁仿真软件ANSYS Maxwell建立电感模型并进行了电磁特性仿真分析,获得优化的线圈结构参数,在线圈直径D=3 mm、匝数N=8.5时可实现感值2.09μH、饱和电流约20 A;根据设计参数制作了一体成型电感样品,实测性能指标与仿真结果较为接近。     

气隙对表面贴装功率电感直流叠加及频率特性的影响

制作了表面贴装功率电感,结合Ansoft Maxwell软件仿真研究了气隙长度与气隙分布对表面贴装功率电感直流叠加及频率特性的影响。结果表明,随着气隙长度的增加,初始电感值逐渐减小,直流叠加特性不断优化,电感值的频率衰减特性随之减缓。采用内核磁心两端气隙分布,增大一侧的气隙长度,可降低功率电感直流叠加特性的衰减幅度,但调控其两端气隙分布对功率电感频率衰减特性的影响不大。     

直流电磁铁磁场的设计

生产和实验中常常需要建立2～3×10~3奥斯特(160～240千安/米)的直流磁场。众所周知,电磁铁磁场比螺旋管磁场更合理些,这是因为线圈中放入铁磁材料做成的铁芯后,磁路中铁磁介质磁阻很小,磁场所消耗的功率大为节省,磁能量集中地分布于气隙中。在永磁材料的生产和使用过程中,充磁(磁化)、热磁处理、磁场成型、磁性检验     

一体成型电感设计仿真软件的开发与应用

参考罐形磁芯等效磁路和环形电感计算公式和磁力线分布,给出一体成型电感等效磁路和感量计算公式。用Visual BASIC 6.0语言编译了一体成型电感线圈结构设计仿真软件,给出该软件的结构、特点及其使用方法。用该软件对几种一体成型电感进行了仿真计算,并制作出器件,仿真结果与实验测试结果的差异在10%以内。使用此软件可缩短电感设计周期、提高效率,还可以计算出一体成型电感的直流电阻,对器件的温升预判有一定参考价值。     

磁控超导限流器直流绕组结构改进方法仿真研究

通过改变直流绕组结构,可以改变磁控超导限流器(饱和铁心型)磁场分布,有利于减小励磁成本。提出了一种具有新型直流绕组结构的磁控超导限流器,按照设计要求对铁心与线圈的主要参数进行了详细设计。针对超导绕组的电磁特性提出了改变直流绕组的结构及采取不均匀绕制方法,用以减小超导绕组分布的磁场强度,增大其通流能力的方法。通过ANSOFT有限元分析软件分析了限流器不同结构下的磁场强度分布及最后的限流效果。仿真结果表明,改变限流器直流绕组结构,能有效增大交流侧磁饱和程度,减小直流超导绕组磁场分布,增大其通流能力,磁控超导限流器限流能力满足预期要求。     

羰基铁粉/纳米晶FeSiCrB合金复合高频软磁材料制备及应用特性

利用Na2SiO3水溶液对羰基铁粉(Fe)和FeSiCrB纳米晶合金粉进行表面绝缘处理,制备不同质量比Fe/FeSiCrB的复合磁心,考察了两种磁粉质量比对复合磁心微观结构、磁性能和力学性能的影响.随着羰基铁粉占比的增大,复合磁心的密度提高、内部孔隙率降低,有效磁导率相应提高,直流偏置性能呈现小幅降低,压溃强度增大.当Fe:FeSiCrB质量比为6:4时,复合磁心在1 MHz处有效磁导率为33.9,在100 Oe偏置场作用下μ(H)/μ(0)为86.4％.基于上述复合磁心的一体成型电感仿真结果显示,电感值随着羰基铁粉占比增大相应提高,同时电感外部的漏感能量分布比例逐渐降低.     

Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶薄带的磁感应效应

研究了交流信号电压、直流磁场和限流电阻对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶薄带磁感应效应和磁感应效应变化幅度的影响。结果表明,当信号为正弦交流电时,线圈感应电压也为同频率的正弦交流电压;当信号为矩形脉冲电压时,线圈感应电压则为同频率的尖脉冲电压。当信号为正弦交流电时,磁感应效应随着交流电压幅值的增大而增强,随着直流磁场强度和限流电阻的增大而减弱,磁感应效应变化幅度随着直流磁场强度和交流电压幅值的增大而增大,随着限流电阻的增大呈现出先增大后减小的趋势。     

逆方法设计用于3T磁共振成像的乳腺射频线圈

射频(RF)线圈是磁共振成像(MRI)系统的关键部件之一,用于射频信号的发射或接收,乳腺3 T MRI中采用专用的射频线圈可进一步提高磁共振成像的质量。为了获得简单的线圈绕线形状并使得射频磁场分布均匀,研究利用了L曲线自动选取和手动选取惩罚因子对线圈绕线形状和磁场分布均匀性的影响,并结合目标场方法和流函数方法,提出了一种用于3 T(磁感应强度为3 T)乳腺磁共振成像的射频线圈设计方法。研究结果表明:1×1、2×1、2×2、4×1等4种半球形相控阵射频线圈的绕线形状随着阵列增加而变复杂;惩罚因子取利用L曲线自动选取的值时,磁感应强度线性方程的解最精确,阵列1×1在[10-25,10-18]区间内无论怎样选取惩罚因子,灵敏区内的磁场分布误差(即实际值与理想值之间的误差)都40%,阵列2×2和4×1的磁场分布误差10%,但是线圈绕线形状非常复杂,工程上难以实现;手动选取惩罚因子的值,可以使得磁场分布误差40%,而且线圈的绕线形状简单;与相同半径和高度的圆柱型射频线圈相比,所提出的半球型射频线圈磁场分布更为均匀。可得结论:惩罚因子越小,则线圈绕线越复杂,而磁场分布越均匀;反之,惩罚因子越大,则线圈绕线越简单,而磁场分布越不理想。在简单的线圈绕线形状和保证射频磁场分布均匀之间取得平衡需要根据L曲线手动调节选取惩罚因子的值。     

二次横磁场热处理对Fe75.5Si12.9B7Cu1Nb1.8V1.4Co0.4纳米晶磁芯恒电感的影响

采用单辊熔融旋淬工艺制备了Fe_(75.5)Si_(12.9)B_7Cu_1Nb_(1.8)V_(1.4)Co_(0.4)非晶合金薄带,分析了二次横磁场热处理对铁基纳米晶磁芯电感的电感值的影响。结果表明,二次横磁场热处理工艺可以显著改善纳米晶磁芯的恒导磁特性,经过热处理后,纳米晶磁芯电感的电感值在较宽频率范围内保持稳定;在380～510℃对磁芯进行二次横磁场退火,磁芯电感的电感值随着退火温度的升高呈现先增大后减小的趋势;在20～100 A的外加直流电流下,磁芯电感的电感值稳定性随着电流的增大呈现先增大后减小的趋势。控制变量法试验分析得出影响磁芯恒导磁特性的主要因素是二次退火温度和外加的磁场强度,最佳热处理工艺为:二次退火温度410℃,保温时间120 min,外加直流电流60 A。     

FeSiCr合金粉与羰基铁粉及其在一体成型电感中的应用对比分析

采用FeSiCr合金粉与羰基铁粉,通过干压成型分别制作外径8 mm的磁芯环和尺寸为4 mm的一体成型电感,并分别对比分析了FeSiCr合金粉与羰基铁粉磁芯环及一体成型电感的性能。试验结果表明,FeSiCr材料具有更高的磁导率和品质因数Q,且防锈性能更优异,但直流偏置特性相对较差。     

矩形螺旋集成电感的仿真分析

利用Maxwell 2D/3D软件对矩形螺旋芯片电感进行建模仿真,分析了矩形螺旋电感的绕线宽度、绕线间距、导体厚度以及线圈匝数四个结构参数对电感值和Q值的影响。仿真结果表明,在电感尺寸确定时,线圈间距小能够使电感值大而且Q值也大;在一定条件下,当匝数为4.5匝左右,线宽为48μm左右,厚度为70～80μm时可获得性能较佳的电感。     

圆柱型平板线圈永磁直流直线电动机

提出了一种圆柱型平板线圈永磁直流直线电动机的结构,对磁体、气隙、线圈等结构参数进行了优化设计,并加工出样机进行了性能测试与分析。驱动器尺寸控制在Φ6mm×10.5 mm下。矩形平板线圈的对边分别处于两个极性相反的气隙磁场之中,气隙磁场位于两块拱形截面永磁块之间,通过外筒、端盖导磁体的磁路闭合。在电磁有限元分析软件Maxwell 9.0中进行了优化设计,优化了气隙磁场。对加工出的样机测试了推力输出,结果表明该微小型永磁直线电动机平均推力可达0.6 N,适宜于应用在特殊受限空间环境中。     

用于高压无线供电设备的线圈研究

用于无线电能传输(WPT)的线圈品质因数Q是决定传输距离与传输稳定性的关键因素。为减小线圈阻值并提高Q值,利用HFSS软件与VNWA逻辑分析仪,分析并验证线圈在高频情况下的电路参数,设计出多层导体并联的线圈结构,使线圈电阻减小,电感增大,进而使线圈Q值增大到一定范围内。经过分析,此结构达到了设计要求,可应用于WPT领域中。     

三维有限元法求解无轴承开关磁阻电机电感

以一台12/8结构的无轴承开关磁阻电机为研究对象,选用不同未知量作为自由度,分别采用双标量磁位法、矢量磁位法和棱边有限元法对电机进行建模及计算,分析端部效应对电机磁场特性的影响;利用增强型能量增量法计算电机主、悬浮绕组的静态电感,研究无轴承开关磁阻电机的电感特性.通过与电感二维计算值和测量值的比较得到:无轴承开关磁阻电机端部效应严重,在不对齐位置处2D计算误差较大;棱边有限元法相对于另两种三维方法在求解高度非线性磁场问题时具有较高的计算精确度.     

开关磁阻电机的三维有限元分析及非线性研究

针对开关磁阻电机双凸极结构导致的磁场严重非线性,利用三维有限元分析法对开关磁阻电机的电磁场进行研究。在三维分析中,考虑了端部效应对电机电磁场分布的影响。采用整体建模的方法,并在施加载荷时引入跑道线圈这一概念。通过仿真表明,三维有限元分析能更好地反映电机实际的磁场分布,得出电机静态曲线,为电机的控制研究奠定了基础。将有限元分析所得磁化曲线及电感、转矩数据用于改进的开关磁阻电机调速系统的模型中,来验证电机的静态性能和动态性能。     

一种高精确度N相直线电机电感与磁力特性

为了设计一种N相高精确度直线电机,对电机定子和动子磁场分布、电感与磁力特性进行研究。根据定子电流层和动子永磁层的周期性分布特点,运用傅里叶级数方法得到磁场二维解析式。在此基础上,计算磁场随N值、气隙高度、电流层高度的变化趋势。通过对定子分布绕组的磁场进行积分,从而获得电感解析式,并以样机为例分析各次谐波电感特性。提出永磁阵列虚拟电流概念,结合改进的磁共能法计算出各次磁力脉动值。仿真结果表明:当气隙大于1 mm时,定子与动子磁场基本呈正弦分布,高次谐波电感与磁力脉动可忽略,仿真结果与解析解的误差小于5%。     

三相电压调整模块中“EΠ”形耦合电感的建模与设计

为适应新一代微处理器低压、大电流和快速暂态响应的功率需求,提出一种用于三相电压调整模块(VRM)的"EΠ"形耦合电感结构,通过分析耦合电感的磁通分布,建立了磁路模型及包括气隙边缘磁阻和绕组外面空气磁阻的改进磁路模型,采用空间切割的方法得出空气磁阻的计算公式,从而得出自感、漏感和互感的计算公式,给出耦合电感的设计方法,并通过电感值的三维有限元仿真和实验验证了所提"EΠ"形耦合电感结构的有效性及其磁路模型和设计方法的正确性。     

基于等效磁荷法的永磁电机Halbach阵列磁极磁场分析

基于等效磁荷法推导出永磁电机转子磁极——瓦形磁体在空间的磁场分布。同时用有限元法进行了分析,表明两者之间偏差较小,等效磁荷法满足计算精度要求。进而利用该方法建立了永磁电机的Halbach分布转子磁极静态磁场的模型,通过改变影响转子磁极磁场分布的极弧比和副磁极磁化角度两个因素,得到在不同磁极结构下的转子磁极静态磁场径向分量变化规律:每一极中主磁极空间跨度变大会导致Halbach永磁电机转子磁极静态磁场的径向分量基波幅值变大,而谐波含量先减小后增大;随着副磁极磁化角度变大,转子静态磁场的基波幅值先变大后减小,而谐波含量刚好相反,先减小后变大。     

新型轴向磁通转子错角斜极SRM研究

由于开关磁阻电机定转子呈双凸极结构以及其磁场具有饱和性和强非线性,使该电机在运行时会产生较大的转矩脉动和噪声。本文针对开关磁阻电机转矩脉动较大的特点,提出了一种新型电机结构——轴向磁通转子错角斜极电机,并对该电机进行了有限元仿真,详细分析该电机结构的电感、转矩脉动、损耗等特性并将改进的电机结构与传统开关磁阻电机进行了对比。仿真结果表明,结构改进后的电机改善了传统磁阻电机的性能,增大了平均转矩,减小了转矩脉动,提高了电机效率。     

基于外加线圈的开关磁阻电机无位置传感技术

针对开关磁阻电机在运行时需要知道准确的转子位置信息,提出一种基于外加检测线圈法的无位置传感器控制技术。该方法是在电机定子槽中加装检测线圈并在其中通入高频电压信号,随着转子在不同的位置时,检测线圈中的磁场会经过不同的磁路而使得其电感值发生变化,因此,可以通过检测线圈中的电感曲线或者电流包络线来判断转子的位置信息。利用Ansoft软件分析了电机的基本电磁特性并完成了基于外加检测线圈法的开关磁阻电机无位置传感器仿真。通过对仿真实验数据的分析可以看出,外加检测线圈法满足对转子位置信息的检测,并且加入的检测线圈对于电机本身的性能和电磁特性基本没有影响,验证了该方法的有效性和可行性。