电磁平衡头自锁力矩随永磁体参数变化规律研究

电磁平衡头自锁力矩具有驱动和自锁作用,其评价指标分别为自锁力矩一个步距角内做功和自锁力矩峰值。在保持齿盘参数不变的前提下,通过建立平衡头自锁磁路的三维模型,基于Ansoft Maxwell-3D瞬态求解器,采用有限元分析方法,研究不同永磁体数量、材料、形状和位置参数下自锁力矩峰值、做功及其比值的变化规律。结果表明:自锁力矩峰值、整周期做功随永磁体数量、长度、直径的增加而增加,随气隙增加而减小,随偏心率变化呈抛物线改变;峰功比在磁路轴向投影不变时近似为常数0.34,在永磁体数量变化时近似为0.31,随永磁体直径的增加呈指数减小。     

电磁超声横波换能器中永磁体的建模与优化

为提高电磁超声横波换能器的换能效率,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics计算电磁超声横波换能器中永磁体产生的磁场强度,得到磁场的分布规律,对永磁体从长度、宽度和厚度三个方面进行了优化,以指导电磁超声横波换能器结构的设计。研究表明,永磁体产生的磁场强度明显大于蝶形线圈产生的磁场,在考虑电磁超声横波换能器时,可忽略蝶形线圈产生的磁场的影响;永磁体厚度对换能器效率有明显影响,当厚度增大,磁场强度增强,但趋势逐渐减缓;永磁体宽度和长度的设计不存在固定的比例准则,需要根据线圈的实际尺寸参数进行设计。     

高速主轴在线动平衡调控实验研究与特性分析

为了解决高速主轴运行过程中产生的振动造成主轴加工精度低、零件表面质量差等问题,运用NI虚拟仪器对振动信号采集、处理,通过输出信号控制电磁式平衡装置内部的铁齿与配重盘上的永磁体相互作用,实现主轴在线动平衡。搭建实验平台,通过多次实验找到了主轴共振转速范围,并分析机械主轴转速与实验平台振动之间关系。改进了旋转机械初次试加质量块经验公式,分析初次试加质量大小与主轴振幅之间关系。结果表明:运用影响系数平衡方法,主轴振动降幅明显、平衡效率提高,残余不平衡量降低,电磁式平衡装置在线动平衡实验结果为高速主轴平衡调控提供理论依据与实验支持。     

电磁球式平衡系统平衡方法及结构设计研究

针对电磁球式主动平衡系统，分析其工作原理，归纳钢球对应补偿能力的计算方法，讨论由已知不平衡量计算两个钢球相位的过程，并将多球情况按一定规则简化为两球情况，得到不平衡量和钢球数量、相位的关系。在特定转子直径下，建立平衡系统结构的三维模型，基于Ansoft Maxwell有限元分析平台，采用控制变量法依次研究了永磁体排布方式、直径、厚度和电磁结构对平衡转速和补偿量等的影响规律，最终完成了结构设计。结果表明：采用相邻永磁体极性相反交替排布，永磁体直径为6 mm、厚度为4 mm,电磁结构外壳长度略小于铁心长度时，平衡系统能取得较为合理的转速和最大补偿量。     

水轮发电机转子磁极主引线在线监测技术

水轮发电机转子磁场不稳定、磁拉力不平衡，容易导致主引线状态异常，影响到整个水力发电系统运行安全，研究水轮发电机转子磁极主引线在线监测技术。确定水轮发电机不稳定磁场下，不平衡磁拉力是主引线故障状态的主要指标。采集磁拉力的数据，采用波阈值去噪算法进行数据去噪处理。结合模糊神经网络建立主引线在线监测模型，获取模型的概率密度分布，结合梯度下降法设定发电机转子磁极主引线异常阈值门限，从而实现水轮发电机转子磁极主引线在线监测。实验结果表明，该方法的查全率、查准率、平均监测精度较高，数据去噪处理效果好，主引线异常瞬时功率曲线与实际曲线非常接近，监测效果好，可以在主引线在线监测领域得到进一步应用。     

铁磁材料电磁超声无损检测数值模拟

电磁超声无损检测由于具有无需耦合剂、检测速度快、效率高等优点而被应用于众多工程领域。文章研究了碳素钢电磁超声无损检测数值模拟中的重点问题——磁性材料内部磁场分布的数值模拟方法。以麦克斯韦方程组为理论基础,基于等效磁极化法开发了铁磁材料内部的磁化强度计算方法和程序。数值模拟中采用有限元-边界元混合方法,并采用等效电流模型计算永磁体磁场分布,以实现铁磁性材料内部三维静态磁场数值模拟。通过对数值模拟结果的分析及与ANSYS计算结果进行比对,验证了方法的有效性。     

永磁转子表磁检测偏心修正系统开发

针对永磁转子在表磁检测过程中存在的偏心的现象，基于分子环流模型，利用毕奥-萨伐尔定理对永磁体的空间磁场分布进行分析，开发了一种用于表磁偏心修正的系统。首先，介绍了该偏心修正方法的原理及工作流程，并针对数据处理模块引入了基于三次样条的双向插值；其次，设计搭建了修正系统平台；最后，通过采集对比实验数据，评估系统性能。实验表明，使用分子环流模型分析永磁转子空间磁场分布具有较强的适用性；同时，三次样条双向插值使测得的磁场数据与真实值更加贴合；最终呈现为经过该系统修正后的磁场数据与真实值的相对误差可控制在0.9%以内。     

基于影响系数法的主轴在线动平衡实验研究

针对高速机械主轴动不平衡、振动等原因对主轴加工精度造成破坏等问题,采用影响系数法对主轴进行在线动平衡。搭建实验平台,应用电磁驱动式平衡装置,通过机械主轴在不同工作转速下的动平衡效果,找到了主轴共振转速,主轴经过临界转速进入了柔性工作状态,采用了双面影响系数法在线动平衡方法,通过水平和垂直方向同时检测主轴振动,客观表达主轴振动状态。实验结果表明:双面影响系数法平衡精度明显高于单面影响系数法,主轴振幅降低显著,平衡效率提高。影响系数法在线动平衡实验为高速机械主轴在线动平衡调控提供了依据。     

基于ANSYS的幅向取向磁环压制模具设计

设计了一种通过NdFeB永磁体环产生幅向取向磁场的压制模具,利用Solidworks软件构建模型,采用ANSYS软件分析了压制模具型腔部分的磁场分布。结果表明,通过ANSYS仿真分析,选择了合理的模具材料和尺寸以及NdFeB永磁体环扇形磁体数目。     

永磁体空间磁场的计算与分析

磁场计算与磁体设计系统,可用于解决永磁体尺寸及性能设计、空间磁场计算与演示、磁体性能粗略等与永磁体应用、检测、设计密切相关的问题,具有快速、准确、方便等特点,是磁体计算与磁体设计理想实用的计算机辅助设计工具。     

基于三维有限元动态模拟圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场

根据电磁场有限元分析的基础理论，对储罐底板圆柱形表面腐蚀缺陷，应用ANSYS三维有限元静态分析了圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场，得到了圆柱形表面腐蚀缺陷漏磁场的空间分布。在一定条件下，静态模拟的缺陷漏磁场受励磁结构中永磁铁磁场的影响较大，造成在永磁铁附近漏磁场分布的畸变。而动态模拟下得到的漏磁场只在缺陷附近有明显的变化，缺陷漏磁场受励磁结构中永磁铁磁场的影响很小，有利于对腐蚀缺陷的分析。     

一种永磁同步电主轴转矩脉动和电磁力波的抑制方法

针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题,提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型;综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响;在最小气隙长度不变的前提下,确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值),并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案(方案一结构和方案二结构);最后,通过有限元法验证转子气隙磁场解析模型的有效性,并对原结构电主轴、方案一结构电主轴和方案二结构电主轴的转子气隙磁场谐波、转矩脉动、齿槽转矩、平均转矩和径向电磁力波进行对比分析。结果表明:该优化方法可以得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案,实现原电主轴指定阶次磁通密度谐波、转矩脉动和径向电磁力波的综合抑制。     

数控机床永磁直线电动机磁悬浮运行机制研究

为实现数控机床永磁直线同步电动机的磁悬浮运行,须对电动机的电磁推力和悬浮力进行实时控制。电磁推力和悬浮力的计算是数控机床磁悬浮永磁直线同步电动机设计及控制的基础。根据数控机床永磁直线同步电动机的磁悬浮运行机制,推导出电动机的电磁推力和悬浮力与电流之间关系的数学模型。并用Ansoft对电磁推力和悬浮力进行有限元分析,将解析计算结果与Ansoft的计算结果进行比较,验证了数学模型的有效性与正确性,为数控机床永磁直线同步电动机磁悬浮控制系统的分析与设计提供依据。     

分裂齿集中绕组永磁游标电机电磁转矩特性分析

为了研究分裂齿集中绕组永磁游标电机(PMVM)的电磁转矩特性,基于磁场调制原理建立PMVM的磁动势磁导模型,给出永磁体和电枢绕组单独作用下气隙磁密谐波的次数和转速表达式,分析产生平均转矩和转矩脉动的谐波次数。采用麦克斯韦应力张量法计算各主次谐波产生转矩的大小,确定各主次谐波对电磁转矩的影响。通过有限元分析对结果进行了验证。结果表明：PMVM的电磁平均转矩绝大部分由16次谐波产生,占比98.83%,转矩脉动主要由16、34、48次谐波产生,占比52.29%。PMVM电磁平均转矩的来源主要为永磁体产生的气隙磁密基波,因此可改变永磁体的用量和形状增大其产生的气隙磁密基波以提升PMVM电磁转矩性能。     

新型高频动圈式直线力马达的研究

直接反馈两级滑阀式电液伺服阀的动圈式直线力马达存在质量比较大、电磁力小、响应时间长和响应速度慢的问题。通过分析传统动圈式直线力马达的永磁体放置方法及其永磁体磁化方向,发现磁力线分布不均匀,磁通密度低,而且与线圈电流方向不垂直。在现有的技术基础上,提出根据磁力线方向的异同在轴向放置3组线圈,形成一种新型五环型Halbach磁化阵列动圈式直线力马达。静态磁场与动态特性的仿真结果表明:新型直线力马达产生的电磁力提高2.5倍左右,阶跃响应时间为6 ms,频宽达到277 Hz。     

磁场复合电解加工间隙磁场的有限元分析

为了研究永磁体不同设置对磁场复合电解加工间隙磁场分布的影响，建立了磁场复合电解加工间隙磁场分析的数学模型和有限元模型，采用ANSYS软件对其进行了分析。结果表明：当永磁体置于阳极下方且磁化方向垂直于阳极时，磁场对电解加工几乎无影响；而当永磁体置于阳极下方且磁化方向平行于阳极时，间隙中的磁场强度较为均匀且磁场方向与电场方向垂直，有利于提高电解加工的效率和型面的加工精度。分析结果与试验结果一致。     

磁粉探伤爬壁机器人设计与研究北大核心

针对目前钢制管道壁面检测工作主要依靠人工手持探伤设备进行检测的情况,设计四轮驱动磁粉探伤爬壁机器人。对机器人的两种危险状况进行静力学分析,得出永磁轮最小吸附力为250 N。建立永磁轮尺寸优化模型并将它导入有限元分析软件Ansoft Maxwell,优化得到永磁轮轭铁厚度为6 mm、半径为20 mm。对永磁轮进行磁场分析并研究轭铁厚度与半径变化对吸附力的影响;组装机器人样机进行实验。结果表明:所设计的机器人能够沿壁面稳定行走与转向,验证了机器人设计的合理性。     

液压阀用双稳态电磁换向机构的优化设计

针对液压换向阀中双稳态电磁换向机构采用经验法试算永磁体和迭代校核结构的设计计算繁琐的问题,利用磁路法推导出全局优化模型并得到了Maxwell仿真验证,基于工程实际提出约束条件,利用MATLAB中fmincon函数模块进行求解,经过工程化处理得到较为理想的结果。优化模型使得设计目标更为明确,计算过程更为简洁,一定程度上提升了设计效率。