一种电磁式发动机电磁机构设计与分析

为解决电磁式发动机电磁机构的设计问题,提出一种采用有限元法与磁路法相结合的目标设计法。根据电磁机构的结构特点,推导出磁导、磁漏、磁阻、总磁通、磁势等参数间的关系表达式,确定出电磁线圈及铁芯尺寸的计算模型。利用三维有限元方法,分析电磁线圈通电时,电磁机构内的衔铁与铁芯在分离和接触两种状态下,磁场强度及电磁能分布情况。设计实验对电磁机构力学性能进行测试,结果表明该电磁机构设计合理,磁场强度及磁能分布均匀,且具有极高的导磁的能力。     

超磁致伸缩微位移驱动器设计

针对超磁致伸缩材料,设计一种超磁致伸缩微位移驱动器并实现对其控制。在分析超磁致伸缩材料工作特性和超磁致伸缩驱动器工作原理的基础上,确定超磁致伸缩驱动器的结构参数,并应用有限元软件对超磁致伸缩驱动器的机械结构进行电磁场分析,比较无偏置磁场和含偏置磁场下超磁致伸缩材料所处位置的平均磁场强度,验证驱动器机械结构的合理性。同时设计压控电流源,利用基于数字信号处理器的控制器中数模转换电路控制压控电流源,使激励线圈配合偏置线圈产生所需磁场。实验表明,在给定预紧力和偏置磁场条件下,超磁致伸缩材料在2A激励电流下可输出行程为27.1μm,位移精度0.1μm,磁滞回线的平均厚度为3.29μm,验证了超磁致伸缩驱动器结构设计的合理性。     

大功率超磁致伸缩作动器的仿真与试验

分析了结构参数对大功率超磁致伸缩作动器动态性能的影响。为了提高作动器的动态性能,其驱动线圈采用减少匝数、增加线径、大电流驱动的设计方案;选取了超磁致伸缩材料(GMM)棒最佳的预压应力和磁场强度,计算确定了GMM棒的几何参数;建立了以牛顿第二定律为基础的作动器阶跃响应、参数变化的模型,利用MATLAB对其进行了仿真分析。结果表明,GMM棒长度和直径、负载端质量对作动器力和位移输出有重要影响。研究结果可为超磁致伸缩作动器的结构优化与设计提供参考。     

基于Parylene薄膜的微型电磁驱动器的设计与工艺

主要讨论了一种微型电磁驱动器的设计和制作工艺。该驱动器结构简单，由Parylene振动膜和硅基片两层组成，将驱动线圈与硅片集成在一起。分析了平面电磁线圈的驱动特性和驱动器振动膜的形变，对其关键尺寸进行优化。采用电镀工艺在硅基片上电镀驱动线圈、在Parylene薄膜上电镀NiFe合金阵列，并采用牺牲层工艺得到振动膜的悬空结构。     

超磁致伸缩驱动器驱动磁场仿真分析

为了充分发挥超磁致伸缩驱动器的特性,提高超磁致伸缩驱动器驱动磁场的性能,通过采用电流励磁法,建立基于磁感应强度为控制变量的单层空心线圈、多层空心线圈和带超磁致伸缩棒的多层线圈的轴线磁感应强度数学模型,分析超磁致伸缩棒、线圈长度和线圈半径对驱动磁场的均匀性和驱动磁场大小的影响.仿真结果表明,减小超磁致伸缩棒与驱动线圈之间的气隙,能提高驱动磁场的线性度;在满足设计要求的范围内,增加线圈长度,减小线圈半径,能够提高驱动磁场均匀性;仿真结果对超磁致伸缩驱动器驱动磁场的设计提供了一定的理论依据.     

柔性膜微型电磁驱动器的设计与制作工艺

主要讨论了一种微型电磁驱动器的设计和制作工艺。该驱动器结构简单，由Parylene振动膜和硅基片两层组成，将驱动线圈与硅片集成在一起。对平面电磁线圈的驱动特性和驱动器振动膜的形变进行了分析，并对其关键尺寸进行优化。采用电镀工艺在硅基片上电镀驱动线圈，在Parylene薄膜上电镀NiFe合金阵列，采用牺牲层工艺得到振动膜的悬空结构。     

大行程精密定位超磁致伸缩驱动器的设计与控制

实现一种新型的固态智能材料驱动大行程精密驱动器的设计和控制。基于超磁致伸缩驱动原理和柔性铰链放大机构,采用非永磁和永磁偏置驱动器粗—精驱动组合设计,研制大行程精密超磁致伸缩组合驱动器。建立永磁偏置下的电磁、永磁复合磁场激励的驱动器位移控制系统传递函数模型,实现了粗、精分级精密定位控制方法。实现一套超磁致伸缩组合驱动器原型样机,并进行了精密定位驱动试验验证测试。试验结果证明系统模型的准确性和控制方法的有效性,样机驱动行程可达0.71 mm。并测得在温升负效应情况下,控制行程在0.6 mm范围内,所设计超磁致伸缩组合驱动器位移分辨率为±30 nm,驱动位移精度达±90 nm。研究成果可广泛用于基于固态智能材料驱动的大行程精密驱动装置的设计和实现。     

超磁致伸缩致动器优化设计与特性测试

设计了超磁致伸缩致动器(GMA),对线圈尺寸及绕线进行了优化设计,并测试了超磁致伸缩致动器的静、动态特性。在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了GMA基本结构,并确定了偏置磁场的加载方式。研究了线圈尺寸参数对线圈轴线上磁场分布和线圈的电-磁转换效率两方面的影响,优化设计了线圈的尺寸;提出了线圈功耗表达式并分析了绕线直径对功耗的影响,择优选取了绕线。实验表明GMA具有较好的静态、动态特性,且GMA工作特性与设计参数相吻合,证明了线圈优化设计的合理性。     

一种可抑制电磁冲击盲区的新型电磁超声检测技术研究

电磁超声检测中,激发(TX)线圈利用强脉冲电流激励超声波的同时,会对接收(RX)线圈造成电磁冲击。在电磁冲击期间,RX线圈无法工作并需要稳定时间,从而形成电磁冲击盲区。针对此问题,提出一种可抑制电磁冲击盲区的新型电磁超声检测技术,该技术中采用了一种特殊RX线圈结构。一方面,该线圈结构中相邻线段之间间距满足超声波相长干涉的匹配关系;另一方面,该线圈与TX线圈的互感为0,使其能从电磁超声的脉冲激励系统中退耦。分析了所提新型电磁超声检测技术抑制电磁冲击的原理,并从理论上给出了该特殊RX线圈的设计方法。最后,通过实验表明该技术对电磁冲击抑制达到94.8%,从而验证了有效性。     

超磁致伸缩驱动器磁场性能分析与优化

为使超磁致伸缩驱动器(Giant Magnetostrictive Actuator,GMA)获得稳定的机械输出性能,以尺寸10mm×100mm的GMM棒所设计的GMA为研究对象,建立GMA驱动线圈和偏置永磁圆筒磁场有限元模型,利用ANSYS Maxwell软件进行仿真分析,得到了不同因素对GMA轴线上平均磁场强度和磁场均匀度的影响;并利用正交试验设计方案得到了影响GMA磁场均匀度4个因素的主次顺序和最佳组合方案。研究结果表明:4个因素的主次顺序是偏置永磁圆筒壁厚dp、驱动线圈厚度dq、驱动线圈长度Lq和偏置永磁圆筒长度Lp;最优组合方案是dp=1mm,dq=14mm,Lq=104mm,Lp=106mm,研究结果为GMA磁场优化及结构设计提供了一种方法。     

Coil design optimization for an induction evaporation process: Simulation and experiment

For the purpose of utilizing induction heating in the evaporation process, the effects of induction coil design and droplet size on induction heating efficiency are investigated. Electro-magnetic simulations with various induction coil designs were conducted to predict the electro-magnetic field distribution. The induction coils were fabricated in order to verify the simulation results under atmospheric evaporation test conditions. The electro-magnetic simulation results indicated that the magnetic field became widened around the Zn droplet when the size of the Zn droplet increased. This in turn attributed to the increase in induction heating energy efficiency. The energy efficiency of the induction coil with 4-windings was the highest among the 3-, 4-, and 5-windings induction coils. Energy efficiency tendencies derived by the atmospheric evaporation tests corresponded well to the simulation results, and maximum energy efficiency was measured to be 42% under the atmospheric evaporation tests.     

大间隙磁力传动系统驱动规律的仿真研究

针对已提出的大间隙行波磁场驱动的磁力传动系统,采用现代计算技术和数值计算中的有限元理论,运用ANSYS软件的磁场分析功能,建立了磁力传动系统的实体模型和有限元模型,通过模拟永磁体的角位移和电磁体线圈的通电状态,对系统工作过程进行了仿真;研究了系统永磁体在转动过程中的受力情况和各参数对系统驱动能力的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明:通过增加线圈匝数、线圈通电电流、永磁体外径和永磁体磁化强度,减小电磁体和永磁体间耦合距离,将电磁体和永磁体的相对位置沿x方向两侧(左侧或右侧)置于5 mm～10 mm范围内等方法,可提高系统的驱动力矩。     

基于Maxwell的磁场发生装置设计及分析

为了实现混有钕铁硼粉末的水凝胶磁化,设计了一种基于亥姆霍兹线圈的新式磁场发生装置。利用Maxwell软件3D模块绘制出磁场系统的三维模型,采用Magnetostatic静磁场求解器分析了增设的辅助线圈距离变化对场强的影响,得到了磁场发生装置的优化结构;再对比磁场发生装置和亥姆霍兹线圈的中心磁场强度和磁感线分布密度,验证结构优化的可靠性。结果表明:当辅助线圈距离为70 mm时,中心磁场强度最大;安匝数相同时,磁场发生装置的中心磁场强度要明显高于亥姆霍兹线圈,最终优化后的磁场发生装置中心磁场强度可达到1.37 T,磁感线分布更加均匀、密集。该仿真结果能够对磁场发生装置结构设计与工作特性分析提供参考,缩短了磁场发生装置设计成本与开发周期。     

平板件电磁成形用线圈的设计

通过对线圈产生的磁感应强度的推导，并结合实验结果分析，得出线圈形状选择时遵循的原则：长形工件采用椭圆形线圈要优于圆形线圈，中心部位变形要求较高的工件应尽可能采用圆形线圈。通过对平板件上电磁力分布特点的分析，确定在成形特定尺寸的工件时，存在一个最小线圈尺寸，若线圈最外圈尺寸小于该尺寸，则工件边缘部分所受磁场力垂直向上，不利于工件的变形。从设备能量利用率的角度进行分析，得出在设备能量相同的情况下，板料厚度等于趋肤深度时，设备能量利用率最高，板料变形程度最大。在设备电容确定的情况下，可以通过改变线圈导线的材料、规格、线圈的匝数、匝间距等获得最高的设备能量利用率．     

周向导波电磁超声探头(EMAT)设计与优化

为了利用SH0模超声周向导波检测油气管道纵向裂纹,提出了一种新的周向导波电磁超声探头(EMAT)结构设计,其结构特点是磁铁顶部放置碳钢片,相邻磁铁之间放置非磁性材料片.为了提高周向导波EMAT的换能效率,采用ANSYS仿真对其结构参数进行了优化.优化的结果为:磁铁顶部应放置厚度大于1mm的碳钢片,线圈中导线间距要尽量小.在直径200 mm壁厚、4mm的管材上进行实验,结果表明,优化设计后的探头能有效地激励出周向SH0导波.     

温控形状记忆合金的驱动响应模型

基于传热学理论和驱动几何关系建立了温控形状记忆合金(SMA)驱动器的驱动响应模型,动态修正了模型中受温度影响的参数值,提高了驱动模型的响应精度,分析并得到了SMA丝正多边形截面边数小于8时提高响应速度的规律。基于理论分析结果,测试了直径1.2 mm、长度10πmm、初始圆心角30°的SMA丝在电流6A下的驱动响应,响应模型的计算结果同实验结果的对比表明,驱动全过程的最大误差(驱动终点)降至1.8 s,模型能较精确地描述驱动过程。     

无线供电形状记忆合金驱动的尿道阀驱动特性研究

为了解决尿道括约肌损伤或神经功能障碍引起的重度尿失禁问题,设计了一种磁耦合谐振式无线供电形状记忆合金弹簧驱动的尿道阀。建立了尿道阀的驱动力模型和无线电能传输耦合模型,仿真分析了弹簧结构参数对驱动力的影响规律,通过实验研究了无线供电系统的控制参数和线圈结构参数对尿道阀驱动特性的影响规律以及尿道阀的启闭特性。研究结果表明,该尿道阀原理可行;增大弹簧线径,减小弹簧中径和匝数,增大信号源电压,增大线圈直径、线径和匝数以及合理设定信号源频率,均可提高驱动特性;尿道阀启闭特性良好。研究结果可为尿道阀结构设计提供依据,也可为人体其他括约肌自主控制的设计提供参考。     

低温安全阀调节弹簧结构的改进设计

介绍了低温安全阀调节弹簧应具有的特性,论述了组合弹簧的结构设计和强度、干涉及稳定性等的校核方法,分析了组合弹簧与单个弹簧的参数与性能差异。     

基于特征映射的超临界机翼整体壁板板坯快速建模技术研究

将整体壁板分解为特征的集合,并进一步将特征分解为特征的位置、方向、几何尺寸、布尔运算等信息的集合。采用曲面优化展开映射实现了特征映射,通过特征的分解、映射与重构解决了超临界机翼整体壁板板坯快速建模的问题。喷丸成形实验表明,采用特征映射法计算完成的板坯成形后尺寸达到了设计要求的精度。     

Effects of magnetic field distributions on wire sawing performance

To transport more abrasive grains into the cutting zone, the method of magnetic-induction free-abrasive wire sawing is proposed. A uniform magnetic field is used to magnetize a steel wire and forms a high gradient magnetic field around the wire. The magnetic abrasive grains are adsorbed on the magnetized wire and are transported into the cutting zone, which improves the wire sawing performance. The adsorption of the magnetic abrasive grains is observed using an experimental setup along the wire cross-sectional direction. The results suggest that magnetic abrasive grains are increasingly adsorbed in the paramagnetic region of the wire with increasing magnetic field intensity. Single-wire sawing experiments are conducted on a WXD170 reciprocating wire sawing machine at variable magnetic field intensity and distribution. The results suggest that the change in magnetic field intensity strongly affects the cutting efficiency, kerf loss, and surface roughness. The performance of the magnetic-induction free-abrasive wire sawing under different magnetic field intensities and distributions are compared. The wire sawing performance improves when the uniform magnetic field is evenly distributed in the cutting zone and at the top of cutting zone.