磁场产生器的三维磁场计算及优化设计

用ANSYS软件对不规则模型的磁场产生器进行三维静磁场计算，阐述了在漏磁不能忽略的情况下磁场产生器的磁场计算过程，分析影响漏磁大小的主要因素并说明其原因，重点讨论了空气隙的大小对漏磁的影响。利用ANSYS软件优化设计方法对模型尺寸进行优化。     

离散电流对精密线圈磁场影响的研究

研究了通常用电流片模型来近似计算线圈磁场时被忽略的由于导线电流的离散而引起的附加磁场的变化规律,指出此种附加磁场会随着离开导线距离的增加而迅速衰减.此结论可用于指导精度要求较高的线圈磁场系统的设计,如用于质子回旋磁比γp′测量的高精度亥姆霍兹线圈的设计和用于普朗克常数h测量的焦耳天平系统中的精密互感线圈的设计等.     

双线圈超磁致伸缩换能器三维磁场分析与优化

针对超磁致伸缩换能器工作性能以及磁场环境问题,对超磁致伸缩换能器磁场强度、漏磁以及超磁致伸缩材料(GMM)棒磁场均匀率进行了研究,并基于GMM设计了一种双线圈换能器。在分析了GMM特性以及超磁致伸缩换能器工作原理的基础上,提出了以增大GMM棒磁场强度、减少漏磁和提高磁场均匀率为设计原则,将GMM棒轴线方向上磁场强度作为评价标准,采用COMSOL Multiphysic有限元仿真软件对双线圈超磁致伸缩换能器进行三维磁场仿真,分析了超磁致伸缩换能器在工作过程中上下导磁体和导磁回路的结构参数对磁场均值大小和磁场均匀率大小的影响规律。研究结果表明:随着导磁体半径的增加,GMM棒磁场均匀率先增加然后增幅缓慢趋于平衡,磁场均值先不变,然后大幅降低;随着导磁回路相对磁导率增加,GMM棒磁场强度均值大幅增加,当相对磁导率达到1 500时,磁场强度均值基本趋于平衡,经过优化,磁场均匀率从59.7%提高到90.5%,增幅为30.8%。     

磁力泵磁性联轴器的磁场数值计算

磁性联轴器的结构参数、磁场情况关系到传递磁转矩的能力、磁力泵机组的效率和可靠性,因此有必要对磁性联轴器的内外磁钢转角、磁极数、轭铁厚度、气隙等参数及其构成的磁场进行深入研究。基于磁路设计的基本原理,采用ANSYS软件,探讨磁力泵磁性联轴器的磁场分布及其磁转矩的影响因素。通过磁场分析、建模,对其永磁磁场进行数值计算,结合实例计算出内外磁转子不同转角时的磁力线分布及其磁转矩、气隙内磁感应强度。分别研究在不同磁极、不同轭铁厚度时的磁场分布情况及不同气隙时的转矩值。磁力泵磁性联轴器的磁场数值计算具有重要的理论和实际应用价值。     

并列线圈在平板电磁成形中的磁场力分布与受力分析

建立平板电磁成形3D有限元模型,分析线圈与板料间隙磁感应强度的分布,并与试验数据对比,验证了模拟方法的准确性。设计并列圆形与并列方形线圈结构,对于线圈加载不同方向电流,采用有限元模拟方法研究了线圈在被成形平板件上产生的磁场力分布规律。分析了并列圆形与并列方形线圈结构的受力状况和失效模式,提出了线圈结构设计改进方案与失效预防措施。根据并列圆形与并列方形线圈结构的特点,为并列线圈成形不规则工件的工程应用提供了指导。     

面向电磁MEMS的微流通道流体运动特性的数值模拟研究

基于正交磁场和速度场的弱耦合作用,建立微流孔通道内导电流体的二维直流磁流体动力学模型,采用数值模拟方法研究电磁MEMS微流道内的导电流体运动特性。数值模拟基于Galerkin有限元方法,采用SIMPLE压力修正算法,求解瞬态不可压层流运动。模拟结果表明微流道内上游抛物线型速度分布的流体加速明显,并在控制段形成M型速度分布,当Hartmann数增大到一定数值后,并不能显著增加系统压力降,反而可能在电极区形成回流涡。     

线圈径向导热系数的实验测定和数值模拟

研究线圈的导热系数,对于线圈的浇注、固化等过程有着重要的指导作用.基于稳态传热法基本原理,通过自设实验装置对模拟线圈径向导热系数进行了测定和计算,得出线圈(不含导线)的导热系数λ为0.3W/(m·K),并用数值模拟验证了其正确性.     

一般空心平面线圈电感计算的数值方法与计算精度控制

为适应一般空心平面线圈电感的分析与设计需要,本文由有限长直导线磁场空间分布出发,给出了一种空心平面线圈电感与互感的数值求解方法.算法根据电感的计算精度指标、导线线径与线圈曲线部分平均曲率半径,确定线圈直线逼近划分与线圈面积细分方式,进而给出对应电感计算原理性误差界限,由磁链法计算得到一般形状平面线圈的自感,及其对其他线...     

基于磁场折射的电磁齿轮气隙磁场分布理论分析计算

有限元法是求解电磁分布边界值问题的主要方法。在对考虑磁场折射问题的电磁齿轮气隙磁感分析基础之上,采用有限元法,进行了电磁齿轮气隙磁场分布的理论分析计算,并推导出相应理论方程组,分析所得结果为进一步研究基于磁场折射的电磁齿轮气隙磁场分布有限元后处理的理论推导问题提供了一定理论基础。     

含铁氧体磁芯的电涡流传感器线圈阻抗理论模型和数值计算

针对铁氧体磁芯对电涡流传感器线圈阻抗的影响问题,建立了含铁氧体磁芯的线圈阻抗理论模型,推导了单匝线圈阻抗的级数和矩阵形式,并通过积分获得圆柱线圈的阻抗表达式。因表达式参数多且计算复杂,用有限元法对含Ni-Zn铁氧体磁芯的线圈阻抗进行数值计算,并分析了铁氧体磁芯及其几何参数对传感器性能的影响。研究表明：通过理论模型和有限元法都可获得线圈阻抗值,但后者求解更加简便;铁氧体磁芯可将磁场限定在一定范围之内,提高了传感器的灵敏度;磁芯参数对传感器性能的影响因被测体材料而异。本文的研究可为传感器探头结构优化和性能改善提供理论依据。     

对接接头焊接温度场的三维数值模拟

焊件在快速加热和冷却过程中温度场的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件.文中采用Gauss分段移动热源模型,考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系,建立了焊接过程的数学模型和物理模型,并应用APDL语言实现了焊接全过程温度场的三维动态模拟,其结果与理论值完全吻合,证明了数值模拟的可靠性.     

一种磁轴承的两永磁环间磁作用力的计算

提出一种混合型磁轴承系统,建立了这种磁轴承系统中所用的两个永磁环相吸时它们之间磁相互作用力的数学模型,给出了相应的数值计算方法,最后列举了一个计算实例并对计算结果作了简要的分析。     

外磁场方位及磁珠位置和团聚对巨磁阻生物传感器检测的影响

实现GMR生物传感器对磁珠及其偶联的生物分子的定量检测,必须考虑磁场方位及磁珠位置和磁珠团聚对检测方法的影响。本文首先利用Comsol软件模拟了这3个因素对GMR传感器输出信号的影响,模拟结果表明,外磁场倾斜、磁珠位置偏离电阻条中心和磁珠团聚均会使信号减小,其中外磁场倾斜影响尤甚;当外磁场倾斜为0.5°时,磁珠的信号会减小80%。为了与模拟结果进行比对,制备了与模型相同的线宽为5μm的GMR生物传感器,并测量了输出信号与磁珠覆盖率的关系。测试结果显示,二者呈线性趋势,但与线性关系存在一定程度的偏离。另外,当磁珠覆盖率为23.6%时,实验测得的信号为63μV,比模拟结果的247μV偏小。实验显示这两种偏差均源于前述3个因素对GMR信号的影响。因此,用GMR传感器对磁珠进行定量检测时,为使信号大小与磁珠个数呈线性关系,应保证以下测试条件:外磁场尽可能垂直于传感器平面;测试过程中外磁场倾斜角不能变化;设法使磁珠集中于电阻条中间区域;尽量保证磁珠不团聚。     

基于平面驻波磁场的二维位移传感器 测量原理与结构优化

在芯片制造、智能制造、航空航天等领域,精密平面定位迫切需要平面两维度位移的同步独立精密测量。本文提出一种基于电磁感应原理的平面位移传感器,由动阵面和定阵面组成。定阵面由m×n个平面螺旋线圈阵列串联而成,通入交变励磁电信号时在测量平面产生平面驻波磁场。动阵面由四个螺旋线圈以2×2矩阵形式排列,感应出振幅随x轴和y轴位移变化的四路调制信号,并利用Cordic算法求解两维度位移量。本文首先介绍了传感器的工作原理,对电磁模型进行有限元分析,并对位移解算算法进行数值模拟。根据仿真结果对测量误差进行分析溯源,优化传感器结构。制作传感器样机开展了实验验证,验证了传感器结构和位移解耦方法的可行性。实验表明,传感器在节距内最大误差为48.7μm,分辨率为0.317μm,在147 mm×147 mm量程范围内,传感器线性度达到0.15%,为高精度电磁感应式平面二维位移传感器的进一步发展提供了理论支撑和实验指导。     

电磁推力轴承的磁场分析及磁路概念设计

用有限元法对同向和反向偏流输入情况下,各种结构布置形式的电磁推力轴承系统,按整体模型进行磁场和承载力的计算分析,较清楚地揭示了它们的变化规律和影响因素。尝试将电磁推力轴承系统的磁路模拟为等效的电路网络,通过串、并联电路分析,对有限元分析结果进行了解释和归纳。据以提出若干指导电磁推力轴承系统磁路设计优化的原则建议。     

超环面机电传动外定子空间磁场解析计算与仿真分析

介绍了超环面机电传动的结构及其驱动原理。以等效磁荷法为基础,对超环面机电传动外定子永磁梁的空间磁场分布进行了解析计算。通过空间坐标变换原理推导出超环面机电传动系统中外定子产生的空间磁场的计算公式,对行星轮与外定子之间的气隙磁场进行了解析计算,得到了分布规律。采用有限元软件对外定子磁场进行了仿真分析,仿真结果证明了解析计算的正确性。该研究为进一步探究超环面机电传动输出力矩提供了理论依据。     

导电板上方涡流检测探头阻抗的快速计算与仿真

采用一种基于Maxwell方程组、矢量磁位和空间解域截取的级数展开快速计算方法,导出级数形式的导电板上方通电线圈阻抗变化表达式;通过设定适当的解域截取半径和级数求和项数,可以在保证计算精度的同时提高计算速度。在多种线圈激励频率下,分别采用级数展开法与有限元仿真法,对线圈的阻抗变化进行了计算,两种方法的计算结果非常吻合,相互验证了两种涡流检测计算模型的正确性。     

叠堆式超磁致伸缩致动器磁场分布建模及分析

为提高超磁致伸缩致动器(GMA)偏置磁场的均匀度,设计了叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA),建立了SGMA的磁场分布模型,并对模型进行分析研究。首先,通过分析传统GMA偏磁施加方式的特点和不足,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式,设计了SGMA;然后,将磁路模型和毕奥-萨伐尔定律相结合,建立了能够准确描述SGMA磁场特点的磁场分布模型;接着,利用所建立磁场分布模型分析了不同参数对SGMA磁场分布特征的影响,提出了SGMA结构设计方法;最后,通过实验完成了模型验证。结果表明:采用本文建立的模型描述SGMA磁场分布时,最大相对误差低于4%;在预测SGMA的输出位移时,最大相对误差低于5%。该模型有助于准确刻画SGMA的工作状态,提高SGMA的系统精度,并为SGMA结构设计提供参考依据。     

马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器

为了简化光纤磁场与温度传感器的结构并提高传感器灵敏度,设计并制作了马赫-曾德尔干涉集成化的全光纤磁场与温度传感器。将单根光纤的马赫-曾德尔模间干涉结构和双臂马赫-曾德尔干涉结构结合:将总长度为1.2m的单模光纤部分制备成长度为2.7cm、锥腰直径为30.1μm的锥形微纳光纤,并得到了拉锥时间与锥腰直径的关系。将锥形微纳光纤放置尼龙槽内并包覆磁凝胶构成传感头,实现模间干涉的马赫-曾德尔磁场传感器;将磁场传感器通过两耦合比为50%∶50%的耦合器并联带有可调谐光衰减器的单模光纤形成马赫-曾德尔干涉的温度传感器。从理论上分析了光谱漂移对磁场和温度传感的特性关系,实验测得室温下磁场强度在25~50mT时,磁场传感的灵敏度为0.301 14nm/mT;在磁场强度为0,温度由25℃升高到30℃时,温度传感的灵敏度为0.518 86nm/℃。该传感器可广泛应用于电力系统放电检测、材料加工、安全监控等领域。     

Design and fabrication of a novel polishing tool for finishing freeform surfaces in magnetic field assisted finishing (MFAF) process

Surface finish is a critical requirement for different applications in industries and research areas. Freeform surfaces are widely used in medical, aerospace, and automobile sectors. Magnetic field assisted finishing process can be used very efficiently to finish freeform surfaces. In this process, magnetorheological fluid is used as the polishing medium and permanent magnet is used to control its rheological properties to generate finishing force during polishing. To avail sufficient magnetic field in the finishing zone, it is necessary to design an optimum polishing tool. In the present study, a specially designed polishing tool is designed using a finite element based software package (Ansys Maxwell^®) based on Maxwell equations. At first, dimension of the permanent magnet is determined for designing optimum tool geometry. After that, dimension and configuration of the magnet fixture are optimized. A special type of metal named mu-metal which is a nickel-iron based alloy is selected for magnet fixture due to its magnetic-field shielding property. Mu-metal directs the magnetic flux lines in such a way that in the finishing zone the magnetic flux can be concentrated on the workpiece surface required for finishing. Also, the Mu-metal magnet fixture shields the magnetic field from outside environment so that MR fluid as well as any surrounding magnetic materials do not stick to the polishing tool. Experiments are carried out to validate the Maxwell simulation results to compare the magnetic flux distribution on the workpiece surface which shows good agreement between them. Also, finishing of flat titanium workpieces are carried out and it is found that the novel polishing tool has the capability to finish the workpieces in the nanometer range.