大间隙磁力传动系统参数对驱动力矩的影响

根据大间隙磁力传动系统的工作原理及成人生理指标对轴流式血泵的工作要求,设计并搭建了用于系统驱动力矩实验研究的装置。通过改变系统中电磁体和永磁体沿Z轴方向的耦合距离、电磁体和永磁体沿Y轴正、负方向的相对位移,以及电磁体线圈通电电流等参数,进行系统驱动力矩的实验研究,得到各参数对驱动力矩的影响规律,为系统的优化设计提供了依据。     

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.     

大间隙磁力驱动系统主动磁极空间磁场分布规律研究

磁力传动技术研究与应用越来越广泛,为获得大间隙驱动系统的主动磁极空间磁场的分布规律,提高大间隙磁力驱动力,以"T"型电磁体为研究对象,采用了ANSYS分析软件,计算了NS、SS、SN、NN四种状态的磁感应强度大小及其分布规律.对空间磁场进行了实验测定,发现其空间磁场磁感应强度分布规律曲线的仿真值与实测值重合度很高,说明采用ANSYS软件建模的正确性,通过仿真和实验找出了耦合距离、通电电流大小、线圈匝数等因素对磁感应强度的影响规律,得到了该类型电磁体作为主动磁极时与永磁转子在空间的最佳安装位置在主动磁极正上方偏两磁极对称中心线(即Y轴)5～10 mm处,为轴流式血泵等从动件获得最大的驱动力提供了可靠的依据.     

大间隙磁力驱动系统空间磁场分布规律研究

为提高大间隙、高转速条件下磁力传动系统的可靠性,以双T型电磁体为例,分析了大间隙磁力传动系统空间磁场耦合机理,利用ANSYS软件,仿真了电磁体在NS、SS、SN和NN等四种状态时空间磁场的分布规律,并通过实验验证了空间磁场仿真模型的正确性,找到了双T型电磁体作为主动磁极时与永磁转子在空间的最佳安装位置,为轴流式血泵等永磁转子获得较大的驱动力矩提供了依据.     

能量天平电磁体系统非线性误差研究

在功率天平和能量天平实验中,当磁体由铁磁材料构成时,悬挂线圈通电后产生的磁场会引入非线性误差。功率天平法采用的永磁体系统,磁场较强,引入的非线性误差小于1×10-9。而在能量天平法中,电磁体系统产生的磁场较弱,同时存在闭磁路,磁路模型复杂,其非线性误差需要进一步研究。磁体的非线性误差主要与两个因素有关,一个是悬挂线圈电流大小,一个是磁轭在BH曲线上的工作点。在电磁体系统中,这两个因素都与激励电流有关。通过对电磁体系统磁路模型的分析,得到非线性误差随激励电流的关系曲线,发现磁轭适当的磁饱和可以减小非线性误差。通过调整激励电流,电磁体系统中的非线性误差可基本消除。磁路模型分析与实验结果在10-7量级上相符合。     

大间隙磁力传动系统驱动能力优化及加速控制方法

以大间隙磁力传动系统的电磁体为研究对象,研究了电磁体铁芯材料与结构参数对系统驱动能力的影响,确定了电磁体铁芯采用Z10-T25取向硅钢片可提高系统驱动能力;根据所建立的系统启动过程动力学模型,研究了实现轴流式血泵快速平稳启动的加速控制方法,并将实验数据与理论仿真解析结果进行了对比:在电磁线圈通电脉冲频率从0Hz到150Hz的启动过程中,血泵转速从0r/min加速到9 000r/min,血泵出口压力p和流量Q的实验值均与理论仿真值变化趋势一致。研究表明驱动系统可在4s以内使轴流式血泵的输出压力和流量达到控制目标值。     

基于MATLAB的永磁体直线电机的设计

理想面电流模型建立在充分均匀磁化的单块矩形永磁体上,在MATLAB程序语言中根据毕奥一萨伐尔定律公式进行编程,运用符号运算推导出磁体外一点的磁感应强度的微分符号表达式,然后通过数值积分得到矩形永磁体的空间磁场分布数据,并绘制出曲线图.再进一步利用多块矩形永磁体构成简单的直线电机磁场模型,通过编程对通电线圈的受力情况做分析计算,线圈在磁场中的受力变化曲线图通过数值积分的方法得到.通过线圈受力曲线分析,对直线电机工作原理与设计进行初步探讨.     

血泵转子远场驱动的原理及分析

驱动问题是血泵研究的关键性问题之一,传统的穿皮导线传递能量的方式易带来术后感染等问题.因此.现在依靠磁力来实现血泵转子的远场驱动成为研究的一个主题,本文提出运用永磁同步电机的原理,依靠线圈组的交变电流产生交变磁场来驱动永磁体转动.建立永磁转子驱动模型,利用磁场及电磁场和有限元理论,分析、计算不同情况下永磁转子所受耦合力矩.研究表明,通过该方法实现转子的转动的方法是可行的,避免了在体外结构的机械转动,对以后的研究工作有一定的参考和指导意义:     

巡检机器人的双线圈磁力驱动方法

针对现有的高压直流磁力驱动巡检机器人在大坡度线路段出现驱动力不足、承载能力低的问题,在原有磁力驱动物理模型参数不变的前提下,提出了一种双线圈磁力驱动方法。通过分析高压直流导线周围的磁场特性,建立了双线圈磁力驱动物理模型。分析了载流线圈所受安培力的大小与载流线圈匝数关系、线圈匝数与其在物理驱动模型中的几何位置的关系。通过对两种模型提供的磁力驱动力的理论计算,证明了在模型其他参数相同的前提下,双线圈模型可大大提高磁力驱动力。最后运用仿真软件对双线圈磁力驱动模型进行仿真,仿真结果与理论计算结果一致,证明了双线圈磁力驱动模型原理的正确性。     

圆柱永磁体磁场及磁力分析

运用ANSYS高级分析技术APDL开发了专用的圆柱永磁体分析程序。该程序对两个圆柱永磁体间磁场及磁力进行了参数化有限元仿真分析,得出两个圆柱永磁体间磁力线分布、磁通量密度云图、场强大小云图和磁力与永磁体间位移的关系曲线。通过实验验证了此方法的可行性。避免了复杂的公式计算,为磁力机械设计提供参考。     

一种基于复杂永磁体阵列的悬浮式振动能量采集器的精确模型及验证

为提高振动能量采集器的输出性能和工作频带，基于永磁体阵列和多自由度器件受到广泛关注。然而这类器件存在磁场分布复杂，动态特性难以模拟等问题。以一种基于复杂永磁体阵列的可调频磁悬浮振动能量采集器为研究对象，建立器件解析模型和有限元模型的联合分析模型，理论模型显示系统具有非线性振动特性，其动力学模型可简化为Duffing方程形式，并通过有限元模型简化了对非线性系统的分析。利用COMSOL有限元仿真研究器件磁场分布、非线性磁力特性，分析磁力和线圈位置对器件输出特性的影响。搭建测试平台对研制的可调频磁悬浮振动能量采集器进行试验表征，以验证联合分析模型。试验结果表明，在20～35 mm的固定磁铁间距离变化范围内，器件谐振频率变化范围为8.6～13.1 Hz，0.35g加速度下输出电压峰峰值为352.9～658.2 mV，联合分析模型与试验之间具有一致性。     

基于磁能传递的血泵驱动系统研究

能线带来的耦合力矩量是血泵正常工作的动力,能量传递方式直接影响血泵在临床的应用效果,利用磁场传递能量可以避免穿皮导术后感染等不利因素。在建立磁力驱动。在血泵体积和重量受限制的条件下,模型的基础上,利用磁场和有限元等理论,分析、计算不同条件下磁场通过改变永磁体的极对数,可以改善磁力驱动扭矩。计算结果和实测结果表明,磁能作为血泵穿皮能量传递的方式是可行的,所建立的分析模型和推荐的提高驱动扭矩的方法,对后续研究工作具有一定的指导作用。     

非接触磁力驱动装置的磁特性仿真分析

非接触磁力驱动装置的前进运动是通过永磁体与铁质导轨齿条凸齿间的吸引力配合伺服电机的驱动力实现的,永磁驱动轮与铁质导轨齿条之间没有直接的表面接触,其具有加工容易、非接触传动、成本较低、维修方便等优点,可作为一种经济型的长距离前进磁力驱动装置。为了对驱动装置的传动特性进行研究,对驱动装置的磁场进行分析计算,利用有限元软件仿真分析驱动装置的磁感应强度分布,得出驱动装置的力特性曲线。     

微型振动能量采集器的抗磁悬浮结构分析

抗磁悬浮结构是微型振动能量采集器的核心结构,其由提升永磁体、悬浮永磁体以及上、下热解石墨板组成。该能量采集器主要通过悬浮永磁体的运动使感应线圈中的磁通量改变,从而将振动能转化为电能。为了研究悬浮永磁体对外界激励的响应情况,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysic ~(TM)4.4计算出悬浮永磁体在不同空间位置时所受的磁力与抗磁力,通过Matlab拟合工具箱得到磁力与抗磁力关于距离的非线性方程,结合磁力与抗磁力方程建立悬浮永磁体对外界激励响应的SIMULINK仿真模型,进而得到悬浮永磁体在外界激励下的运动规律,确定了悬浮永磁体的共振频率,同时对抗磁悬浮结构的倾斜状态进行了分析,得到了抗磁悬浮结构正常工作时所允许的最大倾斜角度。     

基于磁定位的消化道遥控药物释放胶囊的研究

对药物释放胶囊内部结构进行设计,用电磁线圈和永磁体之间斥力作为驱动来实现药物的挤压释放.以胶囊内的干簧管作为磁继电器,由体外通电线圈的磁场对药物释放动作进行遥控触发.在分析永磁体空间磁场分布规律的基础上,讨论药物释放胶囊的磁定位技术,并进行了相关信号处理电路的设计.     

永磁弧形导轨电机的三维电磁场优化分析

针对常规电机在特定角度范围内往复运动应用的不足,提出一种新型永磁弧形导轨电机,能够直接驱动负载在有限角度范围内往复运动,具有结构简单、工作可靠、效率高等特点。从永磁体的充磁方式和螺线管线圈的通电方式入手,并对永磁体偏转角进行参数化设置,对比分析不同的充磁方式与通电方式对电磁力的影响。结果表明,通电方案一下,沿外磁场磁力线方向磁化时Y向电磁力与竖直磁化相比,最大提高了近51.23%,电磁合力最大提高了约45.91%。基于偏转角在30以内时,X向电磁力方向水平向右,不利于永磁体滑动组件的摆动,综合分析几个通电方式的优缺点,得到全摆角下的最优通电组合方式,具有一定的应用价值。     

激光-电磁超声一体式系统电磁超声结构优化

为了研制激光-电磁超声一体式探伤装置,利用该装置通过一次扫描同时获得金属板宽度和深度方向信息实现板内部和表面的同时探伤,文中主要针对激光-电磁超声一体式装置中电磁超声部分进行了结构优化。首先,利用有限元仿真软件,建立了激光-电磁超声一体式探伤装置的有限元仿真模型,验证了激光-电磁超声一体式探伤系统的可行性;然后,针对该一体式装置的电磁超声传感器部分结构参数进行了研究,提出在铜箔与永磁体之间粘贴一层泡沫缓冲层用于抑制永磁体内的感应电流、阻断超声波的传播,并分析了永磁体与线圈之间的提离距离对换能效率的影响。结果表明：当永磁体与线圈提离距离保持在0.8～1.2 mm之间时,信号强度和可识别性均增强。最后,利用实验验证理论分析及仿真模型的正确性。     

胶囊机器人磁驱动力建模与测量

可吞式无线磁驱胶囊机器人在胃肠道内的诊疗效果与机器人受到的外部磁驱动力密切相关。本文建立了外部磁驱动力的理论模型,基于等效磁荷模型推导了两径向充磁环形永磁体相互作用的数学表达式,采用自适应递归式计算方法开展了数值计算。此外,发展了环形永磁体间磁力实时测量方法,并开发了磁力-间距同步测量仪器开展实验研究,且建立了3D环形永磁体有限元仿真模型。实验测量磁力-间距关系曲线与理论计算和有限元仿真结果吻合较好,误差小于4%,验证了理论模型和有限元仿真模型的准确性和可靠性。通过参数分析,揭示了胶囊机器人内置永磁体长度、厚度和体积对磁力的影响规律。研究结果为精准驱动胶囊机器人在胃肠道内运动奠定了理论基础。     

微型抗磁悬浮振动能量采集器结构研究与分析

针对微机电系统供电问题,提出一种新型的抗磁悬浮振动能量采集器结构。该结构消除了传统机械悬浮的能量损失,利用提升永磁体与悬浮永磁体之间的磁吸力抵消悬浮永磁体的重力,两个热解石墨薄板与悬浮永磁体之间的抗磁力作为回复力使悬浮永磁体回到平衡位置。通过有限元软件MAXWELL仿真计算,悬浮永磁体的最大活动范围1.3mm;同时,分析了在悬浮永磁体悬浮的范围内磁力的增量与抗磁力增量大小对比,得出了抗磁能量采集器的运动特性和稳定工作的范围为0.7mm。     

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。