电磁冲击加载平板线圈的有限元分析

电磁冲击加载中,成形线圈是电能转化为磁场能的载体,使毛坯产生塑性变形的关键部件。介绍了平板线圈电磁驱动基本原理,通过ANSYS多物理场模拟平板线圈的简化模型,系统研究了线圈几何参数对轴向电磁力的影响;探讨了线圈驱动下驱动片上所受轴向电磁力分布规律及线圈参数对成形设备能量利用率的影响。仿真结果显示:随线圈匝数增加电磁力呈指数增加,随匝间距的增加呈指数减少,随起点距呈近似指数减小;轴向电磁力在线圈距中心轴2/3区域达到最大值;减小电感值有利于提高成形效率。     

TC4钛合金焊接管件端口电磁胀形校圆线圈的分析

校形线圈的结构参数是影响管件校形精度的重要因素,针对直径23mm,壁厚1mm的TC4钛合金焊接管件端口进行电磁校圆,通过改变线圈截面形状、层数以及线圈与管件的相对位置,采用数值模拟方法研究胀形时管件受到的电磁力和不同结构参数下校形线圈的电感和电阻,得到了成形瞬间的放电电流波形。将模拟结果与实际情况进行比较,结果表明:放电回路电感一定时,矩形线圈自身电阻较小,产生的电磁力较大;校形能量低时可以采用增加校形线圈层数来提高管件校形精度,过多增加校形线圈层数后校形精度提升不明显;合理选择校形深度可以改变电磁力的分布,提高管件端口圆度。     

面向光纤熔融拉伸的电磁力施加装置设计与实验

设计了相应的电磁力施加装置以实现对超细径光纤熔融拉伸力的精确控制。采用有限元法分析不同线圈参数下电磁线圈与永磁铁之间电磁力的大小,获得电磁力与线圈各参数间的数学关系式。以拉伸系统性能要求及线圈骨架的外形尺寸为限制条件建立约束方程及目标函数进行优化求解,得到最优参数。在依据优化参数制作电磁线圈的基础上设计了电磁力控制电路,通过调节线圈电流精确控制电磁力。最后,进行电磁力施加装置性能实验。实验结果表明:光纤拉伸力的范围达到26.073 mN;光纤拉伸力的分辨率达到7.473 μN,满足超细径光纤熔融拉伸对拉伸力范围及分辨率的要求。     

径向磁力轴承定子结构参数的确定

通过分析径向磁力轴承的结构形式、磁极数以及线圈槽形，针对径向磁力轴承定子的结构设计，在充分考虑材料的电磁性能的基础上，提出了一种结构参数的确定方法，为磁力轴承的优化设计及参数驱动的智能设计提供了参考。     

磁悬浮推力轴承结构参数优化设计

建立了磁悬浮推力轴承结构参数优化设计数学模型。在保证最大承载力条件下,以定子铁芯和电磁线圈总质量最小为目标函数,温升及饱和磁感应强度为约束条件,确定推力轴承结构参数。利用M atlab非线性有约束多元函数fm incon进行优化计算,获得合理结构尺寸。     

适应于飞轮储能系统的主动磁悬浮轴承专家控制方法研究

针对电磁力支撑的轴承转子因加工精度影响存在不平衡及定子线圈缠绕不均匀,导致相同PID控制参数不同转速下,支撑效果不一的问题,提出一种应用于主动磁悬浮轴承的分工况智能PID专家控制方法,使主动磁悬浮轴承控制系统具备一定抗干扰和抗积分饱和的能力。根据主动磁悬浮轴承的工作特点,将其转速分成若干区间,对每一个区间参数预整定,通过专家控制方法实现对控制器参数在线修正。以600Wh飞轮储能径向磁悬浮轴承为实验对象,提取的转子轴心轨迹表明:由于在控制器设计时考虑了转子不平衡和定子缠绕不均对系统的影响,系统具有较好的动态和静态特性的同时提高了系统抗干扰能力。     

基于ANSYS的电子提花机电磁阀性能研究

通过建立基于ANSYS电磁阀组件的电磁分析模型,得到其磁力线、磁通密度、电磁强度、电磁力,分析稳态状态下电磁力与电压的二次关系,并通过MATLAB建立F/U的拟合关系式,从而对驱动电压进行优化设计,并可对电磁阀组件的结构参数如电磁铁形状、线圈匝数、吸合面积、磁性材料、复位弹簧参数等进行优化设计。     

电磁轴承最优刚度与系统结构参数关系的研究

电磁轴承系统中最重要的两个机电结构参数是定转子间气隙和定子静态偏置磁通密度,影响着支承刚度和承载力的基本特征;轴承的支承刚度大小和承载力的线性范围决定了轴承的基本性能。在Maxwell电磁力公式基础上,研究了这两个机电结构参数与轴承的基本性能的关系,得到了电磁力与位移之间线性与非线性关系的解析界限,并推导了在线性控制系统作用下,相对不同电磁轴承系统结构参数的最优线性范围和对应的最优刚度。     

机械加工误差对主动磁悬浮轴承性能的影响

针对5自由度主动磁悬浮轴承,分析了每种误差类型对主动磁悬浮轴承工作状态的影响机理及特征;定量分析了机械加工误差、系统设计参数和径向磁悬浮轴承线圈干扰电流之间的关系。研究结果表明,机械加工误差会导致径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承相互耦合,增加系统控制难度;同时会导致径向磁悬浮轴承励磁线圈中附加干扰电流,降低径向磁悬浮轴承的有效载荷;通过分析径向磁悬浮轴承励磁线圈中的干扰电流的特征可以推断系统的误差形式,从而采取相应的措施进行改善。研究结果为更合理地确定主动磁悬浮轴承的设计参数、分析主动磁悬浮轴承系统的装配误差、提高主动磁悬浮轴承的性能提供了理论依据。     

自感式磁浮轴承位置传感器

根据电磁轴承的工作原理及结构特点,提出利用磁轴承线圈的差动电感替代电磁轴承系统中的涡电流位置传感器,简化了系统结构。推导了该自感型传感器的传输关系．通过实验得到了它的线性度．同时,可排除电磁场对涡电流位置传感器的影响．论证了该自感型传感器在电磁轴承系统中的可行性,提高了系统性能。     

电磁轴承结构参数设计研究

以实际工程应用为背景,针对电磁轴承的结构参数设计,分析了忽略铁磁材料磁阻对磁路计算带来的误差。通过对控制器参数的研究,表明磁轴承最终的控制刚度不仅与控制器有关,而且受结构参数的制约。从提高控制线圈电流和磁力的响应速度出发,给出了工作气隙、磁极面积与控制线圈的设计原则。这些结构参数与控制性能相关性的研究对于提高电磁轴承的总体性能有积极的作用。     

陀螺效应使永磁悬浮心脏泵稳定平衡

为使人工心脏泵可以永久使用，作者研制出一种仅采用永磁轴承实现磁悬浮的离心泵。其保留了电磁悬浮泵的优点，又避免其不足之处。然而，传统理论认为永磁悬浮是不可能稳定平衡的。作者利用陀螺效应解决了此问题。径向驱动的离心泵包括一个转子和一个定子。转子由驱动磁钢和叶轮组成；定子由电机线圈和泵壳构成。两个永磁轴承抵消电机线圈铁心与转子驱动磁钢之间的吸引力。 生理盐水试验表明，当血泵转速超过3250转／分、流量大于1升／分时，转子可以在定子中悬浮起来。高转速是达到陀螺效应的条件，大流量是良好水动力性能的前提。     

径向磁力轴承磁极布置对磁场和磁力的影响

使用有限元方法对8极径向磁力轴承的磁场进行了建模,计算了气隙磁通密度和磁力,对比分析了在转子不同的偏心情况下两种磁极布置形式(NSNS交替磁极布置和NNSS成对磁极布置)的磁力轴承的气隙磁通密度和磁力,并通过实验测试验证了有限元磁场建模和计算的准确性.结果表明,在同样大小的电流激励下,NSNS布置比NNSS布置的气隙磁通密度大,偏心时产生的磁力也较大,适合小尺寸的磁力轴承,而NSNS布置磁极之间的磁耦合比NNSS布置形式强,增加了控制系统的复杂性.研究结论对磁力轴承的结构设计和控制系统设计具有一定的指导意义.     

电磁辅助支承非线性系统的稳定性分析

对电磁执行器直接安装在主支承上的一种新型支承结构--电磁辅助支承系统的稳定性进行研究.首先分析一模拟的单自由度电磁辅助支承系统,建立非线性运动方程,采用相平面法进行分析;然后采用数值分析方法分析多自由度电磁辅助支承系统.分析结果表明, 在电磁执行器作用期间,转子系统处于一种局部稳定状态,其振动不能超过所允许的最大振动值.而该转子系统允许的最大振动值受静态励磁电流Ib的影响较大,受P控制参数的影响较小.     

Fault tolerant homopolar magnetic bearings with flux invariant control

The theory for a novel fault-tolerant 4-active-pole homopolar magnetic bearing is developed. If any one coil of the four coils in the bearing actuator fail, the remaining three coil currents change via an optimal distribution matrix such that the same opposing pole, C-core type, control fluxes as those of the un-failed bearing are produced. The hompolar magnetic bearing thus provides unaltered magnetic forces without any loss of the bearing load capacity even if any one coil suddenly fails. Numerical examples are provided to illustrate the novel fault-tolerant, 4-active pole homopolar magnetic bearings.     

飞轮储能磁轴承系统结构及其悬浮特性

介绍了一种由径向永磁轴承与电磁推力轴承组成的单轴主动控制的飞轮储能磁轴承系统结构 ,径向永磁轴承提供径向恢复力与轴向悬浮力 ,电磁推力轴承提供轴向恢复力。并对系统的结构参数计算及其磁悬浮特性进行了分析与讨论。研究结果表明 ,永磁轴承动、静磁环轴向位移对系统承载力与刚度有明显影响 ,采用多对磁环永磁轴承 ,有利于提高系统承载力与径向刚度     

基于LabVIEW的磁悬浮轴承的静态刚度测量系统

磁悬浮轴承主要利用电磁力使转子悬浮于定子中,其刚度特性是磁悬浮轴承的重要技术指标,因此磁悬浮轴承的刚度测量是检验磁悬浮轴承性能的必要环节。文中建立了适用于混合控制的磁悬浮轴承在开环控制下的静态刚度测量系统。该系统利用LabVIEW软件开发测量平台,由X-Y-Z电控精密位移台、六自由度力传感器、激光位移传感器及高分辨率电流表等设备组成,并由工控机统一控制各测量单元,实现自动测量、自动采集与数据存储等功能,具有自动化程度高的优点。     

Modeling and performance evaluation of machining spindle with active magnetic bearings

Active magnetic bearings (AMBs) are increasingly employed in the machine tool industry to exploit their advantages over classical bearings such as high speed capability, rotation accuracy, high stiffness, and accurate displacement tracking capability. Furthermore, the possibility of on-line monitoring of the machining process (e.g., cutting force measurement, tool wear) makes AMB spindles very appealing to the High-Speed Machining (HSM) industry. Despite significant progress already reached in HSM technology, there remain numerous open challenges in modeling and control of magnetic bearings as applied to machining spindles. These include optimum control given AMB magnetic saturation levels, management of nonlinear effects, reduction of chatter, and rotor properties. This paper describes a five-degree-of-freedom, high-speed machining spindle supported on AMBs. The rotordynamic modeling and experimentally extracted transfer functions are presented and analyzed. The experimentally measured tool tip compliance is used to compare PID and mu-synthesis control schemes. The primary finding is that the achieved tool tip stiffness is substantially higher with the μ-synthesized controllers than with the best PID we were able to design.     

基于NdFeB永磁材料的动圈力马达磁场分析

动圈式力马达是一种借助于永磁体建立磁场,使带电线圈在磁场力的作用下做直线运动的一种电-机转换元件.不同的永磁体材料直接影响着动圈力马达的性能.本文借助ANSYS磁场分析软件,对基于NdFeB永磁材料的动圈力马达做了磁场分析研究.通过研究发现使动圈力马达获得相同的输出力,当采用NdFeB永磁材料时,可以减小动圈力马达的结构尺寸,提高其动态特性.     

Analysis of the induction heating for moving inductor coil

Induction heating is a process that is accompanied with magnetic and thermal situation. This paper presents a simulation of a magneto-thermal coupled problem of an induction heating process for moving inductor coil. In the magnetic and thermal analyses, temperature-dependent magnetic and thermal material properties were considered. As the inductor coil moves in the process, solution domains corresponding to inductor changes into those of the air, and the solution domains of air change into those of the inductor. For these reasons, modeling of induction heating process is very difficult with general purpose commercial programs. In this paper, induction heating process for moving coil was simulated with the concept of traveling the position of the heating planes. Finite element program was developed and finite element results were compared with the experimental results.