正方形亥姆霍兹线圈的磁场均匀性

利用三个正方形亥姆霍兹线圈构建三维匀强磁场,并分析其匀强磁场区域特性。将正方形亥姆霍兹线圈视为四段载流导线,采取分段计算然后矢量叠加的方法,分析正方形亥姆霍兹线圈轴线上和空间磁场强度及其均匀性,及其仿真数据结果。最后得到正方形亥姆霍兹线圈三维匀强磁场的结构模型及相关数据分析,证明了三维亥姆霍兹线圈产生的磁场满足匀强磁场要求。     

三轴正交亥姆霍兹线圈的磁场均匀性分析

内窥镜胶囊机器人的外磁场控制已经成为介入诊疗技术的主要驱动方式。本文对三轴正交亥姆霍兹线圈的磁场均匀性进行分析,在对单轴线圈空间内任意位置磁场进行建模的基础上,通过坐标变换扩展为三轴线圈叠加磁场。对三轴磁场均匀性进行了分析,利用坐标变换对旋转平面内磁场精度进行作图分析,得到相应磁场均匀度分布规律,为三轴正交亥姆霍兹线圈的设计提供了理论依据,为提高旋转磁场的控制精度奠定了基础。     

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...     

一种新型两自由度永磁电机动力学模型

提出了一种新型结构的两自由度永磁电机,阐述了基本结构及各部分功能。电机转子仅由径向磁化永磁体构成,定子部分为三轴亥姆霍兹线圈组,显著降低了永磁电机内部多维磁场的复杂程度。根据径向磁化永磁体对空间万向旋转磁场的随动效应,即径向磁化永磁体轴线会转动直到与空间万向旋转磁场轴线重合这一现象,通过空间万向旋转磁场控制电机输出端到达空间指定位置,实现空间两自由度任意运动。动力学仿真验证了基于随动效应的两自由度永磁电机方案的可行性,可控制电机输出端到达指定位置。     

三轴正交组合线圈结构参数优化设计

为克服现有电磁驱动球型关节各自由度间电磁耦合和力学耦合关系复杂及建模困难等难题，提出一种新型电磁变刚度球型手腕，通过万向节输出端所构成随动机构内置的径向磁化永磁体，在三轴正交组合线圈生成的空间万向旋转磁场同轴随动磁矩直接驱动下可实现侧摆、俯仰二自由度转动。针对电磁变刚度球型手腕对高集成度和高能量输出密度的实际需求，采用2组鞍形线圈和1组亥姆霍兹线圈的正交组合线圈驱动方案，建立线圈内部的磁场模型和球型手腕输出力矩模型，通过遗传算法对三轴正交组合线圈进行结构设计和参数优化。仿真结果表明，对比三轴亥姆霍兹线圈，优化后三轴正交组合线圈磁场均匀度更高，具有更高能量输出密度，结构紧凑，更满足球型手腕的需求。     

临床应用方形与圆形亥姆霍兹线圈对比研究

为了实现胶囊机器人临床应用,需要设计一种大尺寸的三轴亥姆霍兹线圈,根据圆形和方形亥姆霍兹线圈的结构与物理特性,建立满足人体容纳空间的三轴亥姆霍兹线圈电磁模型,分析了空间磁场的均匀度。以总视在功率为目标函数,通过序列二次规划法对方形和圆形线圈结构参量进行优化和对比,研究结果表明:在中心磁感应强度、内部有效容纳空间和通入交流电流相同时,方形线圈总视在功率最低、均匀度更高,易于装配,总体性能更好。     

C8051F340在亥姆霍兹磁场测量中的应用

亥姆霍兹线圈产生的磁场具有广泛的物理应用。利用霍尔传感器件,自带USB2.0以及10位快速A/D的高性能单片机C8051F340,研制了单芯片（SOC）高速磁场数据测量装置,编写了磁场数据采集处理程序,设计了中心距可调的亥姆霍兹线圈,并用所研制的仪器进行了轴向磁场分布测量。结果表明,该实验装置测量精度高,实时性好,实验手段先进,可扩展为多个设计性物理实验。     

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。     

一般环境中亥姆霍兹线圈的检测与补偿

在一般环境中,由于背景磁场梯度的干扰,亥姆霍兹线圈显示的磁场相关数据不能证明他本身的性能,也无法进行正常的工作.因此如果条件所限只能居于一般环境,那么,首先必须尽量回避和清除外围的磁性物质及衍生的磁异常;必须修正检测的磁学数据以验证线圈系统对亥姆霍兹原理的把握;进而可以利用原线圈结构设立补偿绕组,随机抵消局域磁场梯度.实验证明,所得标志性参数仅比理论值差0.16%,与无磁场或均匀磁场空间所得结果可比.     

多层圆线圈在电磁计算中全空间磁感应强度B的分布

励磁类线圈在线圈通电流时在线圈内外空间产生相应的磁感应强度,如亥姆霍兹线圈。从毕奥-萨伐尔定律出发,通过矢量运算和几何关系,利用多层圆线圈磁场的对称性推导出全空间磁感应强度分布的积分表达式,并运用Ansoft Maxwell软件仿真模拟磁场的分布。     

In situ calibration of rotating sensor coils for magnet testing

An in situ procedure for calibrating equivalent magnetic area and rotation radius of rotating coils is proposed for testing accelerator magnets shorter than the measuring coil. The procedure exploits measurements of magnetic field and mechanical displacement inside a reference quadrupole magnet. In a quadrupole field, an offset between the magnet and coil rotation axes gives rise to a dipole component in the field series expansion. The measurements of the focusing strength, the displacement, and the resulting dipole term allow the equivalent area and radius of the coil to be determined analytically. The procedure improves the accuracy of coils with large geometrical irregularities in the winding. This is essential for short magnets where the coil dimensions constrain the measurement accuracy. Experimental results on different coils measuring small-aperture permanent magnets are shown.     

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。     

Manufacturing of a superconducting magnet system for 28 GHz electron cyclotron resonance ion source at KBSI

A magnet system for a 28 GHz electron cyclotron resonance ion source is being developed by the Korea Basic Science Institute. The configuration of the magnet system consists of 3 solenoid coils for a mirror magnetic field and 6 racetrack coils for a hexapole magnetic field. They can generate axial magnetic fields of 3.6 T at the beam injection part and 2.2 T at the extraction part. A radial magnetic field of 2.1 T is achievable at the plasma chamber wall. A step type winding process was employed in fabricating the hexapole coil. The winding technique was confirmed through repeated cooling tests. Superconducting magnets and a cryostat system are currently being manufactured.     

A polyvalent harmonic coil testing method for small-aperture magnets

A method to characterize permanent and fast-pulsed iron-dominated magnets with small apertures is presented. The harmonic coil measurement technique is enhanced specifically for small-aperture magnets by (1) in situ calibration, for facing search-coil production inaccuracy, (2) rotating the magnet around its axis, for correcting systematic effects, and (3) measuring magnetic fluxes by stationary coils at different angular positions for measuring fast pulsed magnets. This method allows a quadrupole magnet for particle accelerators to be characterized completely, by assessing multipole field components, magnetic axis position, and field direction. In this paper, initially the metrological problems arising from testing small-aperture magnets are highlighted. Then, the basic ideas of the proposed method and the architecture of the corresponding measurement system are illustrated. Finally, experimental validation results are shown for small-aperture permanent and fast-ramped quadrupole magnets for the new linear accelerator Linac4 at CERN (European Organization for Nuclear Research).     

永磁体形性特征对磁水复合支撑式艉轴承润滑特性的影响

螺旋桨重力会导致船舶推进轴系发生挠曲,造成艉轴承边缘润滑状态恶劣。采用一种磁水复合支撑形式的艉轴承,通过引入永磁体磁力作用,改善桨重因素对艉轴承边缘润滑状态的不利影响;构建永磁体三维磁力特性分析方法,探究不同永磁体材料磁性质和布置形式对磁力承载性能的影响规律;基于艉轴承弹性流体动压润滑分析方法,获取永磁体形性特征对润滑特性的影响规律。结果表明：磁承载力受永磁体材料剩磁的影响明显,材料剩磁越大,永磁体承载力越大,轴承润滑状态相对越好;沿周向增加磁块数目或增加永磁块轴向长度可以增大永磁体的承载力,但永磁体承载效率可能下降,设计时需综合考虑;磁体的布置形式也对磁力承载性能和润滑性能影响显著,在永磁体体积相同的情况下,更为合理的布置形式可使永磁体承载力与艉轴承最小水膜厚度明显增大。     

电液伺服转阀耐高压双向旋转比例电磁铁

针对传统旋转比例电磁铁不耐高压的不足,提出一种耐高压的旋转比例电磁铁结构。永磁体产生的极化磁通与线圈产生的控制磁通相互叠加,使电磁铁输出与控制电流成比例的双向转矩(转角)。通过磁路、磁场仿真分析和试验研究,分析其静态力矩特性和动态幅频特性,仿真结果与试验结果基本吻合,表明该旋转比例电磁铁结构紧凑、无控制零位死区、输出力矩大(最大输出力矩为±0.65 N•m)、响应快(幅频宽约为190 Hz),具有正磁弹簧刚度、良好的线性度(非线性误差小于3％)及较小的滞环(小于4.5％),可用于直接驱动电液伺服转阀。     

永磁型磁流变液联轴器的磁路设计及性能研究

采用永磁体作为磁流变液联轴器的磁源,设计出一种新型的永磁型磁流变液极限联轴器。磁流变液的工作间隙尺寸远小于永磁体的轴向尺寸,可忽略端部效应,将磁流变液联轴器的磁场求解简化为二维平面磁场。基于磁路设计的基本原理,采用有限元分析软件,对永磁型磁流变液联轴器的磁场分布进行模拟,并研究了不同工作间隙对磁场分布及磁流变液剪切应力的影响,推导出永磁型磁流变液联轴器传递的极限力矩与相关设计参数的关系。     

圆筒型直线伺服电机研究

直线电机是将电能直接转换成直线运动机械能而不需要任何中间转换机构的动力装置。圆筒型永磁直线伺服电动机由初级(圆饼式线圈、控制盒等)及次级(外管、永磁体、磁极等)组成。电机工作时,可以初级固定,次级带动负载运动;也可以次级固定,初级带动负载运动。文中重点介绍了圆筒型直线伺服电机的结构及设计方案。