基于新型正八边形励磁线圈的高精度电磁流量测量技术研究

受外界扰动和流速分布的影响,电磁流量计在进行流量测量过程中仍然存在测量精度不高的问题,改进电磁流量计励磁线圈结构是提高精度的重要手段之一.本文基于新型正八边形励磁线圈实现了电磁流量测量精度的提高,首先在研究权重函数优化原理的基础上,通过分析了正八边形线圈的磁场理论模型得出了基于均匀磁场理论的电磁流量计优化思路;其次,基于有限元分析软件建立了正八边形励磁线圈电磁流量计的仿真模型,确定了正八边形励磁线圈磁场分布最优的结构参数,并通过对比圆形和方形线圈同等条件下的权重函数分布,证明了正八边形线圈权重函数分布均匀性优势;最后搭建实验平台,进行磁场测试实验和流体测试实验进行验证.磁场测试结果表明,正八边形线圈电磁流量计磁感应强度在管道中心区域能够维持在2.063mT左右,总体磁感应强度波动范围在0.11mT以内,说明正八边形线圈磁场具有良好的均匀性;流体测试结果表明,当流量在0.743m/s-2.582m/s时,单点相对示值误差最大仅为0.950%,系统重复性误差在1.034%以下,经过优化后的系统提升了测量精度,对后续电磁流量测量计的励磁线圈设计具有指导意义.     

径向磁力轴承的结构分析与优化设计方法

针对径向电磁轴承的结构及优化问题进行分析研究。以8磁极径向电磁轴承为对象,分析了简化的非极靴模式设计磁极结构尺寸的两种设计方法,并推导了具体的步骤。分析结果表明：在仅考虑电磁轴承的结构影响,且当磁极与线圈的周向宽度比约为1：2时,设计的电磁轴承可以获得最大的力。给出了一个实际的算例,将其结果与传统的仿电机磁极极靴模式设计进行对比,从定性与定量的角度分析了两者的异同。     

磁耦合谐振式无线电能传输线圈的磁聚焦仿真

为通过磁聚焦技术提高无线电能传输效率,对磁耦合谐振式无线电能传输系统中的磁场分布特性进行分析,并采用Comsol Multiphysics多物理场软件,对不同类型线圈、不同线圈排列结构的磁场聚焦特性进行仿真.结果表明:本文设计的5线圈结构通过角度、距离、尺寸的逐级优化,其磁场聚焦特性不断增强,最终得到一种结构简单、可靠性高的线圈结构.     

内窥镜无线供电系统功率传输稳定性优化研究与设计

针对内窥镜运动时存在的供电稳定性和效率较低的问题,通过对接收端姿态和位置运动变化的分析,研究了提升无线电能传输功率的方法。采用椭圆坐标系模型,推导了三维接收线圈在Helmholtz发射线圈作用下位置和姿态变化时磁感应强度的变化规律,以及对互感和耦合系数的影响。设计了内窥镜无线供电系统的实验装置,通过仿真和实验可以看出,Helmholtz发射线圈能够产生均匀的高强度磁场,在轴向偏移和角度偏转的情况下,比柱状螺旋发射线圈提高了100mW 的传输功率。实验结果表明,该方案可以满足无线内窥镜工作的电能供应需要。     

周期式高梯度磁选机磁系磁场的分析与应用

当励磁电流为200 A时,计算了周期式高梯度磁选机线圈轴线轴向和距轴线0.15 m处径向的磁感应强度,并运用ANSYS有限元分析软件分析了屏蔽铁铠和磁极对线圈磁场特性的影响,同时采用该设备进行了高岭土磁分离除铁实验. 结果表明,距线圈中心0.1 m轴线轴向为0.326 T的均匀磁场,随着与中心距离的增加磁感应强度大幅下降;距轴线0.15 m径向的磁感应强度很小,在端面效应的作用下达到最大值0.064 T;安装屏蔽铁铠和磁极,线圈中心均匀磁场的磁感应强度提高至0.95 T. 在矿浆流速为0.7 cm/s,背景磁感应强度为1.1 T下,一次磁选将高岭土的Fe2O3的质量分数由1.35%降至0.63%,白度由68%提高至89%.     

感应熔炼冷坩埚内磁场的分布规律

实验测定了冷坩埚内无负载时空间磁场的分布,考察了输入功率、位置对磁感应强度的影响,计算了无坩埚时空心圆柱线圈内空间磁场的分布,比较了在有无坩埚两种情况下磁场分布特点.结果表明,随着输入功率的逐渐增大,磁感应强度逐渐增大;磁感应强度沿径向分布规律为在坩埚中心位置最小,向坩埚内壁边缘逐渐增大,在坩埚内壁处达到最大;磁感应强度沿轴向分布为中心附近最大,向两端逐渐衰减;坩埚的加入并没有改变空心圆柱线圈内磁场的空间分布规律,还是中间大、两端小,但由于屏蔽作用,大小却有所变化,衰减到线圈内无坩埚时的50%左右,磁场分布趋于平缓.以上实验结果为有效的利用冷坩埚进行感应熔炼提供了实验依据.     

球壳电流系统磁感应强度级数解

针对目前大多数电磁场问题解析解的表示均为磁场的矢量位函数,难以满足磁感应强度精确解的应用需求的问题,推导了球坐标系轴对称条件下的磁感应强度的级数解通式,并以球型线圈的静磁场问题为例,验证了解析式的正确性,最后应用推导出的解析通式分析了铁质球壳对电流线圈磁场的影响。     

新型经颅磁刺激三层-8字形线圈的结构设计

基于磁场的叠加与抵消,设计与优化具有特殊结构和电流方向的三层-8字形线圈. 利用COMSOL仿真软件,分析三层-8字形线圈尺寸和沿切线旋转角度的改变对刺激性能的影响,优化线圈结构. 与8字形线圈相比,优化后的三层-8字形线圈的刺激强度提高33.92%,聚焦性提高25.43%. 结果表明,在目标靶点处,优化后三层-8字形线圈具有更强的刺激强度和聚焦性,有效减弱对非目标区域的不良影响,保证TMS治疗的安全性. 通过刺激真实头部模型,验证优化后三层-8字形线圈的性能优势.     

圆形与椭圆线圈在平板电磁成型中的应用比较

通过对椭圆形线电流产生的磁感应强度的推导,得出椭圆线圈所产生的磁感应强度的分布规律,并进一步得出圆线圈所产生的磁感应强度的分布规律,以及工件所受的磁场力的分布规律. 进行了两组实验:采用小孔模具,用圆形与椭圆形线圈进行成型,比较了两个工件的变形深度;采用盒形模具,用圆形与椭圆形线圈进行成型,比较了两个工件在中心部位的变形以及长度方向的变形充分程度. 结合磁感应强度的分布规律对实验结果进行分析,得出了两种线圈的适用情况:对于长形工件,采用椭圆线圈要优于圆形线圈;对中心部位变形要求较高的工件,应尽可能采用圆形线圈.     

基于改进遗传算法的核磁共振成像主磁体形状优化

针对核磁共振(NMR)成像永磁型主磁体极靴的形状优化问题，应用磁场数值分析和形状优化的理论和方法。探讨了大空间内磁场均匀的技术．以改进的遗传算法作为优化设计中搜索最优方案的工具，达到了在较大空间内磁场相对均匀的目的。     

双流低频电磁连铸过程中磁场分布的数值模拟

采用数值模拟的方法研究了双流低频电磁连铸过程中磁场分布规律.建立了单、双流低频电磁连铸中包括铸锭、结晶器、线圈和屏蔽罩的二维轴对称有限元模型.利用ANSYS软件包进行划分网格及计算,模拟出了磁场在连铸结晶器区域的分布.研究了电流频率、电流强度、电流方向和线圈距离对金属熔体内磁感应强度的影响.计算结果表明：单流时,电流频率升高,磁感应强度降低;电流强度增大,磁感应强度升高.双流时,无论电流方向是同向还是反向,同一铸锭的远端磁场强度要大于其近端磁场强度,相邻线圈电流方向为反向时,铸锭内磁场强度高于相邻线圈电流方向为同向的情况;增大线圈之间的距离时,铸锭远端和近端的磁感应强度的差值降低.     

型面电解加工复合磁场试验研究

针对复杂型面电解加工流场设计难的问题,根据磁场和电场相互作用的原理,在电解加工装置中安置磁路,使磁场作用于作为导电介质和反应介质电解加工间隙中的流体,影响间隙中离子的分布,进而影响流场,以简化流场设计.为了提高电解加工间隙的实际磁感应强度,在夹具和阴极中的磁铁两头安置轭铁;同时分别采用磁感应强度不同的铁氧体和钕铁硼,以修正零件两头与中部流场的差异.试验表明磁场配置对减轻型面的杂散腐蚀有一定影响.     

基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化

损耗和金属导体用量是干式铁心电抗器优化设计过程中需要考虑的关键因素,为有效降低损耗和成本,该文提出基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化方法。首先以干式铁心电抗器为研究对象,建立磁场-流场-温度场模型,将磁场计算获得的铁心和线圈损耗密度作为热源,经过流-热耦合计算得到电抗器温度分布;建立磁场-结构场模型,将基于磁场计算得到的电磁力作为应力项,计算得到铁心及线圈振动位移分布,通过有限元仿真与拉丁超立方试验设计相结合的方法,得到不同结构参数下铁心电抗器温升与振动位移结果。为进一步简化优化流程,采用灵敏度分析方法进行参数降维,针对关键参数建立设计参数与温升、振动之间的代理模型,并采用多目标遗传算法得到满足电抗器性能要求的Pareto前沿解集。考虑到电抗器金属导体用量与损耗之间相互冲突,引入VIKOR综合决策方法,在确定优化目标权重的基础上,计算Pareto解集的利益比率大小,以最小利益比率确定最优设计参数组合,最后通过仿真验证优化设计方法的正确性。优化后的铁心电抗器与优化前相比,在损耗增加4.4%的情况下,铁心和线圈金属导体用量分别减少了3.0%和16.6%,同时温升及振动在满足设计要求的基础上分别降低了7.4%和16.7%。所提方法可以有效提升电抗器性能,为电抗器优化设计提供指导。     

直拉式单晶硅生长炉超导磁体研究

高集成度芯片发展使半导体行业对硅单晶材料提出尺寸与质量的要求。直拉法（Cz 法）可生成大尺寸硅单晶,但生长中产生热对流,边界层不稳定,晶体易生杂质。因磁场对导电熔体内对流有抑制效果,通过外加磁场可提高生成大尺寸晶体的品质。基于现有研究结果提出了一种用于单晶炉的瓦状结构超导磁体,确定线圈结构参数、导体类型、屏蔽体厚度及磁芯高度,使其满足大尺寸、高品质单晶硅生长所需的磁场强度（约 0.5T）及磁场位型,从而降低漏磁。借助数值分析优化超导磁体结构参数,有望为后续的 MCZ 硅单晶生长工艺参数提供参考。     

大功率非晶合金电子变压器的优化设计

大功率电子变压器是开关电源(SMPS)的核心部件,占据开关电源绝大部分的体积和重量,因此其设计的优劣将直接关系到开关电源的使用寿命和性能。针对大功率电子变压器损耗大的问题,对非晶合金电子变压器的优化设计方法进行了研究。分析了电子变压器的磁芯损耗和绕组损耗。研究了以变压器的效率为主要的优化目标,磁芯的工作磁感应强度和导体电流密度为变量的优化方法。用MATLAB编写了计算程序,计算了电子变压器的主要参数。通过分析计算结果,得到了在不同的工作磁感应强度和电流密度下,变压器损耗和效率的关系。考虑最优效率原则,给出了具体的变压器设计参数,并对温度场和电场用ANSYS进行了仿真分析,验证了设计的合理性和可行性。     

凸极电机转子线圈结构参数对热流场影响

为了研究凸极电机转子磁极线圈参数变化对电机内流场和温度场分布的影响,本文以某凸极电机为例,建立了整机1/8计算域物理模型并给定相应边界条件,基于计算流体动力学原理,采用有限体积法进行数值模拟求解,分析了磁极线圈高度由80 mm变为90 mm和线圈主绝缘厚度由4.5 mm变为2 mm时,电机内流场和转子温度场的变化。结果表明:线圈高度增加会使磁极峰值温度升高、平均温度下降,极靴表面对流换热系数减小;绝缘减薄使磁极平均温度、峰值温度均有所降低,对极靴表面对流换热系数几乎无影响。为凸极电机结构设计提供理论支持。     

基于响应面法的轴向磁场永磁记忆电机多目标优化设计

针对新型轴向磁场永磁记忆电机的结构优化问题,采用响应面法对电机进行优化设计.通过电磁性能方程和正交实验,初步分析了电机关键参数的影响.为了有效地设计该电机,初步选取了软磁占比、转子极数、气隙长度三个影响因素作为正交试验的设计因子,再采用响应面优化方法,将所选的感应电动势、感应电动势的总谐波畸变率和齿槽转矩三个性能作为优化目标.使用有限元软件Ansoft Maxwell和响应面设计软件Design Expert建立响应面实验,得到电机的不同影响因素组合模型下的仿真参数和拟合曲线.本文结合不同的优化方法,以满足具体的设计要求,理论分析和实验结果都验证了所提出的电机和优化方法的可行性和有效性.通过对试验数据分析对比,得出了优化方案,结果表明:优化设计之后的电机在缩减了永磁材料成本的情况下,还保证了比原电机更优的感应电动势、更小的感应电动势总谐波畸变率和齿槽转矩.     

磁性工件的X射线检测方法研究

带有图像增强器的X射线实时成像系统检测磁性工件时,图像易发生畸变,进而影响评片的准确性.分析了图像增强器的工作过程和图像畸变产生的原因,针对工件产生的磁场引起X射线像增强器内部电子束发生偏转最终导致图像出现畸变的现象,提出采用了动态磁场补偿器来改变驱动电流的大小和方向.此方法是通过改变磁场强度和磁场极性,消除磁性工件对图像增强器内电子束运动的影响.该动态补偿器结构简单,操作简便,性能稳定可靠.实验验证,此方法有效改善了成像质量,消除了图像畸变,得到清晰准确的检测图像.     

基于遗传算法的超磁致伸缩执行器优化

提出了超磁致伸缩执行器(GMA)优化设计模型,并应用多目标遗传算法对超磁致伸缩执行器进行优化设计.模型优化目标包括：减少执行器导磁回路磁阻使Terfenol D棒上磁场强度高;空心线圈产生的磁场强度高;Terfenol D棒上磁场均匀;线圈的效率系数大和线圈与Terfenol D棒间气隙小.优化变量包括：Terfenol D棒的尺寸、执行器导磁回路结构尺寸、导磁回路材料的磁导率和线圈结构.根据设计要求选取变量范围,利用非支配排序遗传算法(NSGA)在整个参数空间内搜索,得到执行器的主要参数,应用有限元软件ANSYS分析验证了该结构设计的合理性,并试制了执行器.     

谐波励磁小型三相凸极同步发电机的设计

本文论述谐波励磁三相凸极同步发电机的设计参数:电枢线组的每相串联匝数、极弧系数、气隙比、极靴高度,对谐波励磁系统的性能和电压调整率的影响。12和18KW谐励发电机的分析和试验结果证明这种发电机的设计具有它的特点。只要四个设计参数选择的和它们间的搭配都适当,发电机的固有电压调整率能够达到较高的水平。为此,在设计这种电机时,电枢绕组的每相串联匝数不宜过多;并根据极靴中的最大磁密不超过19500的原则选择气隙比(1.1～1.3),极靴系数(0.70～0.73),和极靴高度。