稀土超磁致伸缩驱动器激励线圈设计与仿真

激励线圈作为电磁转换构件,主要为GMA提供驱动磁场,调节输入电流大小并控制其输出位移。因此,优化设计激励线圈结构参数、材料选取是提高电磁转换效率和充分发挥GMM特性的关键因素。通过分析GMA的工作原理,将GMM棒中轴线上的磁场强度均匀性作为评价标准和主要设计原则;分析其磁导率选取合适的激励线圈材料并对磁场强度、热损失等重要影响因素进行综合考虑,对激励线圈参数进行优化设计;使用Ansoft Maxwell仿真分析激励线圈的磁路。结果表明磁场分布更均匀,使均匀度提高到98.65%。     

线性测微电感的精化

为提高测微电感传感器的测量精度,提出了基于赫姆霍兹线圈理论设计螺线管线圈的方法,改善了螺线管线圈内轴向上磁场的分布均匀性。首先,分析了螺线管线圈模型,建立了螺线管线圈参数与轴向磁场强度分布相互关系的广义函数模型。然后,通过线圈与磁芯的尺寸确定了系统轴向磁场强度分布函数模型,结合磁芯移动区间范围设置磁场均匀度最小误差目标函数,通过对目标函数寻优得到各螺线管线圈的各项参数。最后,搭建了测微电感传感器的测试系统,测试了传感器性能。实验结果表明:与传统线圈相比,改进型螺线管线圈在100μm测量范围内的线性度由0.46%提高到0.30%。实验显示通过对不同规格的螺线管线圈进行组合,可使得螺线管内轴向上磁场强度分布均匀,从而提高了测量精度。     

基于Maxwell的磁场发生装置设计及分析

为了实现混有钕铁硼粉末的水凝胶磁化,设计了一种基于亥姆霍兹线圈的新式磁场发生装置.利用Maxwell软件3D模块绘制出磁场系统的三维模型,采用Magnetostatic静磁场求解器分析了增设的辅助线圈距离变化对场强的影响,得到了磁场发生装置的优化结构;再对比磁场发生装置和亥姆霍兹线圈的中心磁场强度和磁感线分布密度,验证...     

双线圈超磁致伸缩换能器三维磁场分析与优化

针对超磁致伸缩换能器工作性能以及磁场环境问题,对超磁致伸缩换能器磁场强度、漏磁以及超磁致伸缩材料(GMM)棒磁场均匀率进行了研究,并基于GMM设计了一种双线圈换能器。在分析了GMM特性以及超磁致伸缩换能器工作原理的基础上,提出了以增大GMM棒磁场强度、减少漏磁和提高磁场均匀率为设计原则,将GMM棒轴线方向上磁场强度作为评价标准,采用COMSOL Multiphysic有限元仿真软件对双线圈超磁致伸缩换能器进行三维磁场仿真,分析了超磁致伸缩换能器在工作过程中上下导磁体和导磁回路的结构参数对磁场均值大小和磁场均匀率大小的影响规律。研究结果表明:随着导磁体半径的增加,GMM棒磁场均匀率先增加然后增幅缓慢趋于平衡,磁场均值先不变,然后大幅降低;随着导磁回路相对磁导率增加,GMM棒磁场强度均值大幅增加,当相对磁导率达到1 500时,磁场强度均值基本趋于平衡,经过优化,磁场均匀率从59.7%提高到90.5%,增幅为30.8%。     

EAST液态锂试验测试平台磁体系统的MATLAB辅助设计

为了设计一套液态锂台面试验测试平台磁体系统,并保证磁体线圈的安全稳定运行,采用了MATLAB对其进行辅助设计,并对计算结果进行了校核计算。通过对线圈产生的磁场及其电参数和水参数的计算,可知:线圈的安匝数、线圈半径等对线圈磁场的分布、冷却水的流速及平台的综合成本具有显著的影响。计算结果对于磁体线圈的参数设计,以及冷却水泵和电源的选型具有重要的指导意义。     

一种磁流变液性能测试用的凹字型磁路结构设计与研究

剪切屈服应力是反映磁流变液流变特性的主要参数之一,稳定可控的磁场直接影响磁流变液剪切屈服应力的测量精度,因此磁场设计是否合理对磁流变液的流变性能测试具有重要的影响。针对外置式线圈产生的磁场强度较低且存在漏磁现象、对称式线圈中磁流变液装载不便导致测量过程持续性差等问题,设计了一种凹字型磁路,通过调整线圈位置来改变磁场结构,使磁力线垂直穿过磁流变液流动方向,同时可拆卸的组合式磁路设计在保证磁场强度需要的前提下实现了磁流变液的连续性测量。此外,还分析了不同电流下的磁场强度分布规律,并基于优化的磁路开展了磁流变液剪切屈服应力等力学性能参数的测试。与主流标准测试仪器相比,具有凹字型磁路结构的磁流变液测试系统所测得的剪切屈服应力平均相对偏差值约为10%,重复误差在6.34%以内,说明该磁路结构是磁流变测试中磁场装置设计的一种可行方法。     

基于两层嵌套线圈的磁场快速模拟方法

针对地磁导航半实物仿真系统仿真时钟滞后于自然时钟这一问题,提出一种基于两层嵌套亥姆霍兹线圈的磁场快速模拟方法。首先,从理论上分析了磁场模拟滞后的原因。然后,提出一种采用两层嵌套线圈模拟磁场的方法,将待模拟磁场分解为稳定磁场和变化磁场两部分,其中,外层线圈匝数较多电感较大,用于模拟较大的稳定磁场,不参与动态磁场的模拟;内层线圈匝数较少电感较小,用于模拟小范围的变化磁场,实现磁场的快速变化。同时,提出了两层嵌套亥姆霍兹线圈的设计流程,以此为指导加工制作了一套小型磁场模拟装置,并对其进行了误差校正和精度验证。最后,对该磁场模拟装置的实时性进行了实测实验,实验结果表明,该设计方法较传统方法实时性提高了4.1倍,能够极大地提高磁场模拟的实时性,可以为地磁导航半实物仿真系统实时性的提高提供一种参考。     

阀用超磁致伸缩致动器偏置磁场分布结构设计

在液压阀工作空间环境限制的条件下,设计了一种体积精小、结构紧凑的阀用超磁致伸缩致动器。针对该种致动器内部偏置磁场强度均匀性较差的问题,利用有限元仿真方法对其偏置磁场分布结构进行了分析及设计,通过引入磁场不均匀度及平均磁场强度两性能指标对偏置磁场分布结构进行区别,同时结合实际情况,确定了最佳偏磁分布结构为超磁致伸缩棒段数n=3时;制作了阀用超磁致伸缩致动器试验样机,并对样机磁场强度进行了测试。实验结果表明,超磁致伸缩棒表面的磁场分布与仿真结果具有相同的变化趋势,其磁场不均匀度约为22.7%,说明所设计偏置磁场结构是合理的,该研究对于液压阀件的设计具有一定意义。     

超磁致伸缩致动器优化设计与特性测试

设计了超磁致伸缩致动器(GMA),对线圈尺寸及绕线进行了优化设计,并测试了超磁致伸缩致动器的静、动态特性。在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了GMA基本结构,并确定了偏置磁场的加载方式。研究了线圈尺寸参数对线圈轴线上磁场分布和线圈的电-磁转换效率两方面的影响,优化设计了线圈的尺寸;提出了线圈功耗表达式并分析了绕线直径对功耗的影响,择优选取了绕线。实验表明GMA具有较好的静态、动态特性,且GMA工作特性与设计参数相吻合,证明了线圈优化设计的合理性。     

基于内部级数法的高均匀度磁传感器标定装置设计

在对磁传感器进行标定时,Maxwell线圈在磁梯度场均匀度要求高且对线圈空间尺寸有严格限制时并不适用,针对这个问题设计了一种具有高均匀度的磁梯度线圈作为磁传感器标定装置。应用内部级数法对单个轴对称线圈产生的磁场进行数理分析,进而得到其磁场梯度分布的一般特性,在此基础上计算出高均匀度磁梯度线圈的结构参数与均匀度。对线圈模型进行仿真分析并完成了磁梯度线圈装置的设计和制作。最后,根据仿真结果与实际测量得到的数据,验证了设计的正确性。     

基于Comsol的矩形磁控溅射靶磁场模拟与分析

磁控溅射靶表面磁场分布与靶材刻蚀特性、薄膜沉积均匀性密切相关。为确定合适的磁控靶结构参数以改善靶材表面水平磁场分布均匀性,采用Comsol软件建立矩形平面磁控溅射靶三维模型,对靶材表面磁场分布进行模拟与分析,研究永磁体结构尺寸和磁轭尺寸对磁场分布的作用规律,得到靶材表面水平磁场分布均匀、水平磁感应强度范围合理的溅射靶结构参数。研究结果可提高磁控溅射靶磁场模拟准确性,对溅射靶结构参数的选择具有指导作用。     

The perturbed magnetic fields caused by mechanical stress

In the framework of the linearized magnetoelastic theory, the perturbed magnetic fields caused by mechanical stress and deformation were investigated theoretically. Governing equations and boundary conditions to determine the perturbed fields were derived. The effect of mechanical deformation on the magnetic fields was taken into account by coupling structural displacement into the perturbed magnetic field continuous conditions on the boundary of the structure. As an example, the perturbed field of a half-plane magnetized structure caused by a point force was calculated by the Fourier transform method. The results show that the calculated magnetic intensity component normal to the boundary of the structure reaches its maximum at the point force acted while the component tangent to the boundary inverses its direction sharply. The magnetic induction of the perturbed field is proportional to the applied force. Magnitude analysis proved that since the applied magnetic field has a relative weak intensity such as the Earth’s magnetic field, influence of the magnetic field on deformation of the structure can be neglected.     

材料自蔓延合成磁场环境的产生方法及强磁体研制

为了研究磁场环境对自蔓延高温合成的影响,从而利用磁场环境合成出所需材料,本文设计和制作了用于开展磁场环境下自蔓延高温合成(SHS)材料试验的强磁体。通过永磁铁磁场和通电线圈产生磁场的叠加,在实验区域产生特斯拉级强度。其中的关键技术有:同时改变永磁铁磁场方向或通电线圈中电流大小,实现连续改变实验区磁场强度(0~1 T),采用蓄电池供给短时间大电流。与同等强度的传统磁体比较,该磁体重量和成本降低1/10。     

纸基蜂窝芯零件高速铣削固持系统设计

为了提高纸基蜂窝芯零件高速铣削时的加工精度，降低加工成本，提出了两种基于磁场和摩擦吸附固持原理固持平台的设计方案，即采用电磁装置激发磁场和采用永磁材料激发磁场，并进行了加工制造。通过理论分析和计算确定了在给定铣削力的条件下，可靠固持蜂窝芯材料所必需的磁感应强度。利用有限元软件分析了磁极高度、厚度以及磁极间距等结构参数对磁感应强度的影响。利用制造的两套固持平台进行了铣削试验，得到了满意的固持效果。     

超磁致伸缩谐波电机致动器设计方法与特性研究

针对普通谐波齿轮传动需由电机经波发生器输入运动和动力,空间利用率低、惯性大、高速响应差的问题,提出一种由超磁致伸缩材料驱动的有源谐波电机。致动器作为谐波电机动力源及换能装置,对其磁场强度、均匀性、漏磁及空间限制等均有严格要求,据此提出分段内置式永磁结构布局,充分利用空间并改善均匀性;通过对偏置磁场和驱动磁场强度及均匀性影响因素研究,优化致动器参数;随后利用有限元法建立致动器模型并对磁场特性仿真分析;根据优化结构研制出超磁致伸缩谐波电机致动器样机,并对其输出特性试验研究。理论分析与试验结果表明,分段内置式永磁结构漏磁极小,所提出的设计理论和方法,保证了磁场强度和均匀性的同时也保证了致动器工作在准线性范围内,输出规律符合啮合要求,易于实现精准控制,为超磁致伸缩谐波电机走向实际应用奠定了基础。     

基于Kp微扰算法的磁场中MMM信号特征的研究

金属磁记忆(MMM)法可以对铁磁性金属构件微观损伤区域进行早期预判和评估,但是磁记忆信号很容易受到外界强磁场的干扰,给检测结果带来偏差。为研究磁场强度对磁记忆信号的影响规律,采用Kp微扰算法,在K空间,通过有效玻尔磁子数p建立多元超原胞磁力学模型,计算在外界磁场作用下,磁力学定量变化关系。研究结果表明,在外界磁场作用下,电子轨道运动增强,晶格结构发生畸变,原子磁矩增大。当磁场较小时,磁记忆信号随外界磁场强度增大而线性增大;当磁场强度达到临界值时,原子磁矩近似等于独立原子的磁矩,磁记忆信号趋于定值;当磁场强度大于临界值以后,应力集中区的磁记忆信号将被磁场覆盖。磁记忆检测实验结果与理论分析结果具有很好的一致性。     

调制式永磁齿轮气隙磁场及转矩分析计算

针对有限元法(Finite element method,FEM)计算调制式永磁齿轮的气隙磁场及转矩时,计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长等缺点,采用"场"、"路"结合的分析方法,建立适于计算机建模的气隙磁场及转矩的数学解析模型。根据恒定磁场中的标量磁位理论,通过求解不同边界条件下的微分方程,获得调制式永磁齿轮中高速永磁圈在无调磁环状况下的气隙磁场数理模型;将引入调磁环后所产生的调制效应表示为等效磁路中的气隙磁导,进而获得调制函数,并以此建立高速永磁圈在有调磁环状况下的气隙磁场数理模型;再将低速永磁圈中的永磁体等效为电流模型,并根据电流在磁场中所受的洛仑兹力进行转矩建模。经算例计算表明,所建模型与FEM计算精度相当,但速度更快,且适于计算机程序化,易于实现调制式永磁齿轮的结构参数分析与优化。     

旋转永磁场光整加工中的磁场装置研究

阐述了利用永磁场和磨粒加工内孔表面的加工机理,通过改变铁芯的形状设计出了几种磁场装置,并用ANSYS对这些磁场装置进行了仿真,根据仿真结果得出了各装置的优缺点以及它们的适用范围。     

磁粉夹持正压力理论分析和实验研究

采用磁粉柔性夹持某些整体结构件、异构件和薄壁件时,磁粉夹持正压力的大小影响着磁粉夹持效果。介绍了磁粉产生夹持力的基本原理,通过将磁粉颗粒简化为磁偶极子模型来分析处于磁场中的磁粉对工件产生的正压力,得出影响磁粉正压力的各种因素,通过实验验证理论分析结论的正确性。研究结果表明:磁粉的目数、磁导率和磁感应强度越大,磁粉对工件的夹持正压力越大。