基于MagNet的电动力水下航行器尾段漏磁分析

利用电磁场有限元分析软件MagNet,对某型水下航行器尾段在空间的漏磁进行了分析,研究了其漏磁场的分布情况,并通过相应实验,验证了结论的正确性。     

某水下航行器电机支架的动力学分析

振动噪声是水下航行器的重要指标,水下航行器的电机支架是振动传递的关键,因此以某水下航行器电机支架为研究对象,采用CAD软件Sol-id Edge建模,用有限元软件ANSYS Workbench对其进行动力学分析,包括模态分析和谐响应分析。通过有限元计算得到电机支架的固有频率和对应的振型,进而计算出结构的频率响应曲线,分析峰值频率对应的应力与变形,找出电机机架的共振频率,最后评估水下航行器电机支架的动态性能,为支架进一步结构设计提供了理论依据。     

小型水下航行器重心调节机构设计

为提高小型水下航行器的操控性与机动性,设计了可应用于水下航行器的重心调节机构,利用该机构可实现对航行器俯仰角的控制.系统选用了51系列单片机和L298集成控制电路,对步进电机进行控制,并带动高精度滚珠丝杠驱动重物块来改变航行器重心位置.通过仿真实验验证了机构在调节航行器俯仰姿态中的可靠性和准确性.     

水下无人航行器壳体抗毁伤性能的数值仿真研究

应用ABAQUS通用有限元软件中的声固耦合算法,对水下无人航行器壳体在远场水下爆炸冲击波作用下的抗毁伤性能进行了数值仿真研究。在数值仿真中,计算出在三硝基甲苯炸药爆炸时,不同方向及爆距条件下航行器壳体结构的动态响应过程,确认了航行器壳体的易损舱段及位置,得出抗爆炸毁伤的安全距离,为水下无人航行器的结构设计和抗毁伤性能指标考核提供了参考。     

无人水下航行器壳体流体动力的计算

采用计算流体力学方法对无人水下航行器壳体流体动力特性进行数值模拟与计算。计算结果与风洞试验结果对比表明,该方法对无人水下航行器壳体流体动力特性的预测精度较高。该研究成果对无人水下航行器的外形设计具有缩短周期,节约费用和降低风险的效果。     

无人自治水下航行器外形及推进系统优化设计

无人自治水下航行器(AUV)的航程直接影响了其执行水下调查任务的能力,提高航程的关键在于减小其外形阻力及提高推进系统效率。根据航行器Myring外形的曲线方程及阻力求解公式,通过程序编写对不同外形参数下AUV的阻力进行迭代求解,获得了优化的低阻力外形;并根据AUV周围的流场结构,利用升力线理论设计了适用于无人自治水下航行器的高效率螺旋桨叶型。最后提出与螺旋桨相匹配电机的选择方案,以保证整个推进系统的效率最优。通过理论分析计算与工程实践相结合的方式,为中、小型大航程Myring外形AUV的阻力预报、艇型及推进系统设计提供了参考。     

高机动自主水下航行器的仿生设计研究

基于黄鳍金枪鱼的生理结构特征,以及鱼类的体干尾鳍推进模式（BCF）和中鳍对鳍推进模式（MPF）,运用仿生工程学原理,开发出高机动自主水下航行器。通过柔性鱼体机构、推进器、沉浮水舱、控制系统和航行稳定性的仿生设计,航行器在水下实验中可自主完成高速巡航和多种机动方式水下作业。建立的水下试验平台可有效应用于仿生推进模式特征参数和推进性能内在关系的研究同时为改善自主水下航行器的机动性能提供了新的设计思路。     

水下航行器推进系统机械噪声与辐射噪声相关性分析及方法研究

针对现代水下航行器的减振降噪设计,分析了某水下航行器主要辐射噪声故障频谱特性,介绍了水下航行器推进系统辐射噪声故障定位和诊断方法,通过针对性的减振降噪优化设计,经系统实航噪声测试表明,系统噪声显著降低,可供降噪设计借鉴。     

电机控制器的热效应模拟研究

电机控制器本身主要由多个电子元器件构成。在一个封闭空间里,长时间的航行导致各个电子元器件散发的热量堆积,空间温度升高,影响各电子设备的工作有效性,有可能导致电机失效。对某型号电动力水下航行器的电机控制器进行热分析,以验证其工作的有效性,通过模拟不同航速下航行器的运行情况并进行热分析,确保了电机控制器工作的可靠性。     

仿生水下航行器的设计分析

面对海洋探测等领域对水下航行器的迫切需求,本文对当前水下航行器的现状和分类进行了分析,在此基础上结合仿生学方法,以水下鲸目动物为模板,设计建立了仿生水下航行器三维模型,基于流体动力学仿真软件对航行器机身与关键结合部位的压强、流线分布等力学特性进行了分析研究,研究工作对水下航行器设计优化具有借鉴意义。     

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承漏磁分析

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承的定转子气隙间存在漏磁现象,为了准确计算漏磁的大小,从而精确地对磁轴承进行磁路设计,利用有限元法对该现象进行了分析.通过ANSYS软件针对一台磁悬浮飞轮样机用径向磁轴承的磁场分布进行分析,提出了一种等效气隙漏磁系数的计算方法,得到样机用磁轴承的漏磁系数.样机试验结果表明,用这一方法计算得到的漏磁系数进行磁轴承参数设计及性能分析具有足够的精度,能够满足实际工程需要.     

可变磁路式永磁悬浮系统的动力学特性研究

介绍一种由伺服电机、盘状径向磁化永磁铁和导磁体组成的可变磁路式永磁悬浮系统。该系统中永磁铁提供悬浮力,伺服电机驱动盘状永磁铁旋转,改变通过悬浮物的磁通量,实现悬浮力的实时控制。该悬浮系统可以实现零吸引力,避免接触吸附问题,可以实现稳定状态下的零功率悬浮,达到节能减排的目的;可以任意改变磁极特性,实现在多自由度系统上的灵活应用。在综合考虑系统漏磁特性的条件下建立系统的参数化模型,分析系统的动力学和控制特性,然后进行系统的悬浮特性仿真研究,结果表明该系统在一定外扰下可实现稳定悬浮,并且具有较理想的时域和频域响应特性。     

磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理,给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型,对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算,并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机,制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统,对系统进行实验研究,获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。     

离散位置的永磁无刷电动机矢量控制系统探究

介绍了永磁电动机的控制技术,对永磁无刷电机的矢量控制思路做比较,分析借助离散位置信号进行矢量控制系统的原理与实现过程。得出利用霍尔位置传感器进行系统实现,此方式在不增加永磁无刷电机和其控制成本的前提下,可有效的对电动机方波电流提前换相弱磁控制调速范围过小的问题,提高了电动机在全速范围内的可控性,具有一定的优势。     

一种永磁直线同步电机的有限元仿真与分析

在传统永磁直线同步电机的基础上,设计了新型永磁直线同步电机的结构,并根据电磁场的基本理论,利用Ansofi有限元分析软件进行建模,分析了电机静态时磁场和磁通密度的分布以及电机启动和稳定运行时的动态特性。研究结果为以后进一步研究此类直线电机提供了一条有效的解决问题的途径。     

Design parameter study of a permanent magnet biased magnetic actuator for improving stiffness and linearity

This paper presents a study on the design parameters of a permanent magnet (PM) biased magnetic actuator (MA) for improving stiffness and linearity of the system by using a dimensional analysis. To reduce the number of parameters and to generalize the results for similar systems, the design parameters were non-dimensionalized by significant variables characterizing the system. For the study, a 1-DOF PM-biased MA was built and the magnetic circuit model including leakage paths and core material reluctances was set up. The dimensional analysis shows that the dimensionless permanent magnet thickness is the key parameters for the linearity of the magnetic force and constancy of coil inductance and PM magnetic flux and that the non-dimensional leakage resistance is a main factor for the bound of the efficiency and the linearity.     

超磁致伸缩谐波电机致动器设计方法与特性研究

针对普通谐波齿轮传动需由电机经波发生器输入运动和动力,空间利用率低、惯性大、高速响应差的问题,提出一种由超磁致伸缩材料驱动的有源谐波电机。致动器作为谐波电机动力源及换能装置,对其磁场强度、均匀性、漏磁及空间限制等均有严格要求,据此提出分段内置式永磁结构布局,充分利用空间并改善均匀性;通过对偏置磁场和驱动磁场强度及均匀性影响因素研究,优化致动器参数;随后利用有限元法建立致动器模型并对磁场特性仿真分析;根据优化结构研制出超磁致伸缩谐波电机致动器样机,并对其输出特性试验研究。理论分析与试验结果表明,分段内置式永磁结构漏磁极小,所提出的设计理论和方法,保证了磁场强度和均匀性的同时也保证了致动器工作在准线性范围内,输出规律符合啮合要求,易于实现精准控制,为超磁致伸缩谐波电机走向实际应用奠定了基础。     

轴向磁化永磁微电机磁场分析及设计方法研究

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布。分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的其气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm。磁场分析结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用。对计算结果做了理论分析,并将计算结果和实验结果进行了比较,计算值和实测值基本一致。     

轴向磁化永磁微电机的磁场分析及定子线圈制作工艺

为研究尺寸效应对轴向磁化永磁电机性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布.分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的转子产生的气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm.对高深宽比微结构的制作工艺进行了研究,最终采用深刻蚀成型电铸工艺制作出了直径10 mm微电机在硅片上的平面定子线圈.并将直径20 mm电机的一系列转矩计算结果和实验测得结果进行了比较,计算值和实测值基本一致.分析方法和结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用.     

新型肠道胶囊式微型机器人的运动特性

提出一种胶囊微机器人的外旋转磁场驱动方法,原理是以径向磁化瓦状多磁极构成的圆筒形NdFeB永磁体为外驱动器,以胶囊微机器人内嵌同磁极结构NdFeB永磁体为内驱动器,通过外驱动器旋转产生旋转磁场的磁机耦合作用,形成内嵌驱动器对胶囊微机器人的驱动力矩,在胶囊表面螺旋与流体形成的动压力作用下,实现胶囊微机器人在肠道内旋进。首先介绍胶囊微机器人系统的结构,然后根据雷诺和Navier-Stokes方程建立管道环境内胶囊微机器人的运动数学模型,对其螺旋参数与速度的关系进行理论与试验研究,并发现了临界间隙现象。试验表明,该胶囊微机器人具有驱动力矩大、适合大粘度液体封闭管道内行走等特点,在人体肠道和血管内具有很好的应用前景。