脉冲磁场发生器中用Braunbeck线圈的分析

研制一台用于肿瘤治疗的脉冲磁场发生器的关键单元是磁场线圈的设计和研制。为设计一种均匀区域更大、均匀度更高、工作更稳定的磁场线圈,在总结课题组前期工作的基础上,提出用一种4线圈系统的Braunbeck线圈替代传统的Helmholtz线圈。并对Braunbeck线圈的几何参数和中心磁场进行了理论计算、用COMSOL Multiphysics有限元软件进行内部磁场分布仿真以及研制出实物并对其性能进行了实测,结果显示该Braunbeck线圈工作性能稳定,磁场均匀度>95%的区域达到了在线圈径向-0.18～0.18m、轴向-0.17～0.17m之间,较课题组前期设计的Helmholtz线圈有了较大改进,为后续医学实验奠定了基础。     

数字式标准磁场发生器的设计与实现

为了实现对磁场测量仪器进行计量检定,设计并实现一种高准确度的磁场发生器标准装置。该装置采用磁屏蔽技术,设计了坡莫合金材料制作的多层屏蔽结构,形成了标准磁环境;设计由数模转换器（DAC）、互导放大器、CPU、输出控制电路、直流基准电源、消磁电流源、显示器和键盘等外围设备组成的数字式磁场控制器,磁场控制器控制通过加勒特线圈的电流以达到输出标准磁场的目的。该装置将模拟量转换成数字量,产生的标准磁场具有高分辨率和高准确度的特点。     

基于NSGA-Ⅱ和BP神经网络的杯状纵磁触头结构优化设计

在直流开断工况下,现有常用工频触头需要开断高频反向电流,但其在高频电流下的电弧调控性能还需要进一步研究。该文以工频常用杯状纵磁触头为例,首先对其在1 000Hz电流下进行磁场仿真,发现电流峰值的触头间隙中心可产生3.17mT/kA的纵向磁场,磁场分布极不均匀;然后为了提高磁场强度最大值以及分布均匀度,提出一种基于BP神经网络与遗传算法相结合的方法对触头结构进行优化设计,建立以触头开槽宽度、开槽长度、径向开槽旋转角度、触头杯斜槽高度和斜槽倾斜度为输入,触头间隙中心电流峰值磁场强度最大值和磁场分布不均匀度为输出的BP神经网络模型;最后通过NSGA-Ⅱ算法对杯状纵磁触头的结构参数进行优化。优化的结果表明：当杯状纵磁触头的参数L₁为2.9mm、L₂为18.0mm、θ₁为20.0°、H为17.5mm和θ2为26.0°时,电流峰值的触头间隙中心可产生4.34mT/kA的纵向磁场,不均匀度从6.89减小到3.39,均匀度得到了较大提升,从而可以提高纵向磁场对真空电弧的调控能力。     

用于动物长期实验的大型工频磁场曝露系统

为给环境磁场对人体健康影响的研究提供基础,设计并测试了一种用于动物长期曝露实验的大型工频磁场曝露系统。首先通过分析计算2个方形载流线圈的磁场分布确定了产生特定均匀磁场的电磁参数。据此设计、制造出的4组磁场曝露系统均为一对间距2m、边长5m的正方形线圈。计算和测试表明:制造的线圈内,磁场强度在目标场值±10%范围内的工作区域约为4m×4m的正方形,比使用Helmholtz线圈时的工作区域面积增加56%;采用双线双绕方法制作的对照组和磁场组线圈具有相同的形状和电流,可消除线圈散热和电源噪声等因素对实验的影响;采用无功功率补偿的方法降低了电源的输出电压,可以节约成本。结果表明所设计的工频磁场曝露装置可以用于长期磁场曝露对动物健康影响的实验。     

磁控溅射用旋转阴极磁场装置的结构设计及磁场分析

针对现有磁控溅射装置在镀膜工作中靶面阴极磁场分布不均匀的问题,设计了一种新型旋转阴极磁场装置。该装置通过旋转机构带动磁场做圆周运动,利用凸轮机构使磁场做上下直线运动。首先,利用3D软件绘制出该装置的三维模型;其次,对阴极磁场磁感应强度进行了有限元分析;最后,通过调整磁轭高度、伸出臂长度以及磁轭-靶材间距优化了磁场,并将优化前后的数值模拟曲线进行了对比分析。结果表明,优化后阴极磁场磁感应强度曲线的均匀度由21%改善到6%,有效改善了靶面磁场均匀性,有利于保证磁控溅射的稳定运行。     

梯度磁场标准装置组成及不确定度分析

介绍了梯度磁场标准装置的系统组成和工作原理,并对其测量不确定度进行分析.装置可单独产生梯度磁场,也可以在梯度磁场上叠加均匀磁场,两种磁场方向相同,以确保合成磁场仍具有优良的线性度,复现梯度磁场的范围1.5～120μT/m,测量不确定度为1.5×10–3(k=2).装置可用于校准矢量梯度磁强计,也可以用于校准原子式磁强计的梯度容差.     

电感式磨粒传感器线圈参数对磁场均匀性影响研究

磁场均匀性是影响电感式磨粒传感器检测精度的重要因素,为了提高传感器磁场均匀性,研究线圈参数对传感器磁场分布规律,根据磁场叠加原理,建立了电感式磨粒传感器三线圈数学模型,推导出传感器磁场计算公式,提出磁场均匀性评价系数K。对电感式磨粒传感器磁场进行仿真,分析了线圈内径、线圈宽度、线圈间距以及线圈匝数对传感器磁场分布的影响。通过极差分析和方差分析分别得到磁场均匀性最优线圈参数组合和线圈参数对磁场均匀性影响的显著性。实验结果表明:当线圈为最优参数时,传感器对70～200μm的磨粒有良好的监测能力,磨粒在不同径向的监测结果偏差小于5%,为传感器线圈的设计提供了参考。     

工频磁场高精度均匀区域计算与测试

为校验磁场测量仪器的准确性 ,分析了四重平行正方形线圈产生磁场的均匀性 ,仿真出线圈范围内空间的磁感应强度 ,给出 0 .95准确度下磁场在以线圈几何中心为原点 ,xyz三维方向各 75 %范围内是均匀的 ,实测与计算结果相近。     

一种具有横纵磁场的新型真空灭弧室触头三维磁场仿真

对一种由螺旋槽横磁触头和杯状纵磁触头并联组成的新型真空灭弧室触头结构进行了磁场仿真,该触头内部的横磁触头和环形触头片材料为CuCr50,外部的纵磁触头的杯座材料为不锈钢。建立了三维触头结构模型,采用有限元分析方法对电流处于峰值时和电流过零时动、静触头表面和触头间隙中心处的静态磁场和瞬态磁场进行仿真,瞬态磁场计算过程中考虑到了涡流的影响。结果表明,该结构触头产生的纵向磁场在动、静触头表面及触头间隙中心处分布较均匀且磁通密度满足要求,有效磁通密度区域占触头表面积较大,电流过零后剩余磁场少,磁场滞后时间小,且导体电阻小。     

产生匀强磁场的球状线圈设计

根据Biot-Savart定律和磁场叠加原理,提出了一种产生匀强磁场的三维正交球状反馈线圈系统的设计方法.为分析该系统内部的磁场分布,建立了球状线圈内磁场分布的数学模型,并讨论了其磁场分布、分布均匀度与线圈匝数,线圈间距和有关参数之间的关系.分析结果表明球状线圈能在较小的几何尺度内产生较大范围的均匀磁场,可根据磁传感器几何尺寸和对匀强磁场均匀度的需求,利用此设计方法确定球状线圈的线圈匝数和线圈间距等绕制参数,实现磁传感器的磁场反馈.     

脉冲强磁场及其发展动态

叙述了国内外脉冲强磁场技术的发展状况 ,并给出了脉冲强磁场的几种产生方法、发展水平和目前在磁场设备中亟待解决的问题 ,最后对未来强磁场的发展进行了展望。     

A novel method applicable to large-scale active magnetic shielding system which effectively compensates gradient magnetic fields originated from the surrounding buildings

We propose the novel magnetic compensation method which is suitable to compensate gradient magnetic fields. The method is to be applied to a conventional large-scale, tri-axial active magnetic shielding system such as a spacecraft magnetic testing facility. The essences of this method are the adoption of compensation coils which have degrees of freedom in their coil orientations, and their installation position, which is chosen to have certain distances from the center of the shielding area. The method works with at least four compensation coils. In this research, we actually demonstrated the method with a scaled-down experiment. Disturbance magnetic field (B) at the target zone was suppressed from 21.33 nT to −1.54 nT and magnetic field uniformity (ΔB) within the test zone was improved from 2.3 nT to 0.015 nT. In terms of magnetic field gradient, improvement from over 4 nT/m to below 0.5 nT/m was achieved.     

高速磁悬浮列车气隙磁场的测量

高速磁悬浮列车气隙磁场的研究对高速磁悬浮列车的悬浮系统、推进系统和导向系统的设计和控制有着重要的指导意义。重点介绍了高速磁悬浮列车气隙磁场的实验测量方案 ,并将测量结果与有限元分析结果进行了对比 ,两者表现出很好的一致性。     

Stabilization for thermomagnetic instability of CuNi/NbTi superconducting wire in spatially distributed magnetic field

Thermomagnetic instability in superconducting wires composing multistrand cables is a problem in the development of cables with large current capacity. This paper elucidates the quenching properties of ac superconducting wires in a distributed magnetic field applied to the strands in the cable, and the stabilization of the ac superconducting wires considering the effect of the longitudinal magnetic field or the fraction of copper embedded in each strand. First, the degradation of the quench current of CuNi/NbTi superconducting wires in a distributed magnetic field is exhibited with simple test samples. Second, the quench properties of the strand in a (6 + 1)³ cable and the optimal twist pitch of the cable for high stabilization are discussed. Last, the effect of copper on the quench properties of the strand and the appropriate fraction of copper for suppression of quench current degradation in a distributed magnetic field are discussed. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 135(4): 26–34, 2001     

材料线性特性对铁心磁路磁场计算的影响分析

以常见的螺线管致动器为例,简述了磁路法计算电磁参数时对铁磁材料特性的处理方法及其局限性.将铁磁材料设定为线性和非线性磁导率,采用磁场数值模拟分别计算了磁场参数.通过对计算结果的对比分析,定量讨论了对铁心赋予不同材料特性条件下磁场设计参数所受的影响.     

利用亥姆霍兹线圈测量地磁场强度及磁倾角

根据亥姆霍兹线圈轴线上磁场分布的特点,能在其轴线中点附近产生较广的均匀磁场区,根据磁场的叠加原理,推导了地磁场的水平分量、垂直分量及地磁场强度、磁倾角的实验计算公式.采用了FD-HM-Ⅰ型亥姆霍兹线圈,利用高灵敏度毫特斯拉计,探测亥姆霍兹线圈公共轴线中点的磁感应强度.通过改变亥姆霍兹线圈中电流的正、反方向,测量了延安地区当地的地磁场强度及磁倾角.测量结果与延安地区当地的地磁场要素基本相符,说明该方法是确实可行的.该实验方案充分利用了实验室现有仪器,培养了学生的创新意识,因此在实验课教学中具有较高的推广价值.     

一种解决非线性磁场计算收敛问题的最佳方法

讨论了非线性磁场的计算问题，指出如何确定磁场磁阻率是影响计算收 敛的重要因素。提出在磁场饱和情况下保证采用线性迭代法计算也收敛的方法，通过进一步分析提出在磁场中铁磁物质的磁化曲线上有拐点情况下保证计算收敛的最佳方法。     

异步电机定子磁链的间接观测方法

磁场控制是实现高性能交流调速方法（矢量控制、直接转矩控制等）的基础。目前,为了尽可能地减少调速系统对电机参数特别是转子参数的依赖,提高控制系统的鲁棒性,按定子磁场控制的磁场控制法已越来越得到重视。磁场控制的关键是磁链的正确计算,本文仔细分析了目前常用的几种异步电机定子磁链的观测方法,讨论了各自的实质及其优缺点,通过数值仿真对其误差收敛性及由参数变化造成的观测误差进行了定量分析。     

圆筒式永磁联轴器磁场仿真分析及结构优化设计

为确保乏燃料后处理厂混合澄清槽搅拌装置的永磁联轴器长期安全可靠运行,对永磁联轴器进行磁场仿真分析及结构优化设计。采用有限元方法建立三维磁场仿真模型,建模过程充分考虑联轴器的实际运行工况。首先,考察磁极对数、磁极厚度、磁场气隙、磁转角对磁转矩的影响。其次,通过温度场仿真分析考察转速对联轴器温升的影响。最后,以降低联轴器的隔离套温升为目标,对其进行结构优化设计并进行仿真分析。结果表明:优化结构的隔离套温升得到明显减小。控制联轴器温升可有效降低永磁联轴器退磁失效风险。研究成果可为同类型联轴器设计提供参考。     

基于永磁形状的BLDC永磁电机转矩分析与优化

无刷直流永磁电机因节能高效、便于使用等优势而受到广泛关注。然而,该类电机通常因空载感应电动势波形不理想而具有转矩脉动较大等问题。以24槽4极无刷直流永磁电机为例,基于气隙磁场调制理论分析了转子永磁型无刷直流电机的空载感应电动势等电磁特性,以磁场调制原理中的永磁初始磁动势源为切入点,探讨影响电机空载感应电动势波形系数的因素并揭示感应电动势形成的内在机理。首先,针对24槽4极传统转子永磁无刷直流电机的运行原理和空载气隙磁场进行分析,并根据得出的结论采取永磁体谐波削极的方式优化电机空载感应电动势波形系数,最后通过仿真验证了理论分析和优化方案的合理性。