永磁体在磁流体中悬浮平衡动态数值模拟

永磁体在磁流体中达到临界平衡状态时可以自悬浮.而以解析方法求解圆柱形永磁体浸入磁流体中受到的磁性力难度很大.基于磁流体中磁场分布模型及力学公式,利用有限元分析方法,采用新型移动边界控制方式,建立虚拟环境和模型并进行磁场变化动态仿真.描绘永磁体位移与作用力关系曲线,精确求解获得悬浮高度.试验结果表明,φ10×20永磁体存在唯一悬浮平衡高度9.6mm,数值计算数据与试验数据吻合,证明悬浮平衡位置的存在性和唯一性,同时验证了动态数值分析结果真实有效性.     

永磁体在磁流体中自悬浮能力的数值计算

永磁体能否在磁流体中自悬浮,是实现磁流体惯性传感器的关键。通过标量磁势法计算封闭容器里永磁体在磁流体中产生的磁场以及对磁场分布进行数值计算,借助边界积分求得永磁体在磁流体中的受力大小,分析永磁体在磁流体中的悬浮能力。结果表明,在没有外磁场作用情况下,合理选择磁流体、永磁体及容器参数,可以实现永磁体在磁流体中自悬浮。     

大间隙磁流体密封的磁场有限元分析及实验验证

采用有限元法,研究了密封间隙值为0.4～0.8 mm范围内大间隙并联型磁流体密封结构的磁场分布及密封能力与磁源个数的变化关系,采用实验的方法验证了大间隙对多磁源磁流体密封性能的影响,并对计算结果进行了分析和讨论.结果表明:大间隙并联型磁流体密封能力随着密封间隙的增加而减小;多磁源的密封结构可以显著提高大间隙磁流体的密封性能;永磁体与极靴结合处的漏磁及部分磁源没有完全发挥作用,是导致并联型磁流体密封结构的密封能力与单磁源的耐压能力成非线性关系的原因.     

基于高斯积分的音圈电机受力解算方法

基于等效磁荷法求解了音圈电机中圆柱形永磁体的空间磁场分布,在此基础上解算出载流线圈的受力模型.对于不解析的积分计算,采用高阶高斯积分逼近法快速地获得了高精度的计算结果.通过对磁体空间磁感应强度分布的实测,得到与理论值高度吻合的测量结果,结果表明:其精度优于1%,验证了磁场模型建立的合理性与高斯积分求解的优越性,克服了传统方法进行磁场建模与积分计算精度低、速度慢的缺点.     

磁流体重力悬浮的研究

从磁流体的伯努利方程出发,对磁流体在磁场作用下所具有的悬浮能力进行了理论推算;结合超顺磁理论分析了磁流体重力悬浮过程中磁场梯度,磁场强度以及磁流体本身性质等因素的作用,并对磁流体重力悬浮过程作了描述;采用自制磁流体进行实验,实验结果同所作的分析及计算基本相符;成功地把Pt,Pb等致密物质悬浮起来。     

一种新型磁流体加速度传感器

为了解决传统磁流体加速度传感器体积大、灵敏度低、线性度差、使用频率范围低等缺点,设计了一种新型磁流体加速度传感器。采用圆柱形永磁铁作为惯性质量,将加速度转化为磁场的变化,利用高灵敏度线性霍尔检测磁场变化,从而实现加速度到电信号的转变。通过仿真和实验分别对磁流体的悬浮效应、阻尼效应以及圆柱形永磁铁的磁场分布情况进行了研究,结果表明:在永磁铁体积较小的情况下,永磁铁受到的悬浮力很小;在磁场作用下,磁流体具有非常优越的阻尼性能。基于永磁铁的磁场分布情况的研究结果,选取磁场变化梯度最大且线性度最好的位置安装霍尔元件,从而提高传感器灵敏度。利用振动实验台,对所设计的传感器性能进行实验验证,结果表明,新型磁流体加速度传感器具有较好的线性度和较大的可用频率范围,在其他结构不变的前提下,磁流体的使用将加速度传感器的可用频率范围提高了256%。本文为研究磁流体的悬浮效应和阻尼效应提供了一种策略,也为加速度传感器的研究和改进提供了一种新的思路。     

永磁球形电机定子绕组的永磁体模型及磁场分析

采用等效磁网络法分析了永磁球形电机定子磁场．在永磁体的体电流模型基础上,推导了电流密度与永磁体磁化强度的关系,得到了定子绕组的永磁体模型．在此基础上,在柱坐标下对分析模型进行剖分,并将不同磁场边界条件表达为磁阻单元对应节点或支路的不同状态,建立了永磁球形电机定子绕组磁场的二维等效磁网络模型．推导了各单元磁阻及磁动势的表达式,并利用平均磁能法求得了磁通密度在空间的分布．结果表明,定子绕组近场和远场具有不同的分布特征,远场时磁通密度小且变化相对平缓．通过与有限元法的析结果比较可知,相对误差均在6％左右,证明了所提方法具有较好的计算精度．     

不同场冷高度对永磁体组合和超导体间电磁作用力的影响

阐述了永磁体与超导体间电磁作用力(悬浮力或吸引力)受永磁体磁场分布和超导体性能等的影响。研究了不同场冷高度对永磁体组合和超导体间电磁作用力的影响,利用永磁体组合和超导体,在77 K温度下测量了二者之间的电磁作用力,场冷高度Zfc分别为60、50、40、30、20、10、5、3、2 mm。结果表明:场冷高度Zfc从60 mm减小到2 mm时最大悬浮力Fmlf从22.3 N减小到7.3 N,最大吸引力Fmaf从0.12 N增加到4.37 N,悬浮力刚度随场冷高度的减小而增大;最大悬浮力在场冷高度60～10 mm缓慢减小,10 mm以下迅速减小;最大吸引力绝对值在场冷高度60～10 mm缓慢增大,10 mm以下迅速增大。     

大间隙磁力传动系统驱动力矩的计算方法

提出了行波磁场驱动的大间隙磁力传动系统,通过磁场分析,以系统电磁体4个磁极状态之一的NS(电磁体左极表示为N,右极为S)为例,对电磁体的空间磁场分布进行研究,建立了系统空间磁场数学模型;通过数值计算和推导,建立了系统驱动力矩计算模型;以Matlab为平台对大间隙磁力传动系统的驱动力矩计算模型进行解析求解,并应用ANSYS软件对系统的驱动力矩进行仿真.研究结果表明:通过增加线圈匝数、线圈通电电流和永磁体磁化强度,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y方向两侧(左侧或右侧) 置于5～10 mm范围内等方法,可提高系统的驱动力矩.     

基于磁荷模型的永磁体空间磁场的有限元分析与计算

基于等效磁荷模型对永磁体空间磁场进行分析，并利用泛函理论建立了与该模型对应的交分形式，再利用变分原理详细地讨论了有限元计算方法．由于等效磁荷模型使用仅有一个自由度的标量磁位，因而计算起来比具有3个自由度的矢量磁位的等效电流法更简便．从永磁磁力轴承磁场的算例中可以看出，用等效磁荷模型的有限元法计算永磁体空间磁场是非常简便和有效的。     

应用有限元法计算磁流体密封间隙磁场

本文应用有限元法对磁流体密封的非线性轴对称磁场进行了分析计算,讨论了密封间隙大小、永磁体性能对密封的最大承压能力△P_(mxa)的影响.计算结果表明,△P_(max)随密封间隙增大而迅速下降,随永磁体性能提高而上升,而且在间隙较小时,永磁体性能对△P_(max)的影响更大.     

磁流体惯性传感中二阶浮力试验因素分析

阐述基于磁流体新材料惯性传感器的基本工作原理,二阶浮力是传感器正常工作的前提,提出活动磁块受力模型。基于此模型,分析影响二阶浮力的主要因素:活动磁块材料、活动磁块尺寸、磁流体及温度,为二阶浮力试验提供理论支持。     

一种排斥式磁悬浮平台的磁场设计方法

本文提出了一种排斥式磁悬浮平台的磁场设计方法。本方法选用电磁永磁混合单体,通过优化设计的排列组合方式形成产生排斥力的基底磁阵。由仿真结果可以看到均匀且成周期性的磁场分布。     

底吹氩气和旋转磁场复合作用对两相流动行为影响

提出利用旋转磁场作用于底吹氩气钢包冶金反应器的方法,建立了底吹氩气和旋转磁场作用下钢包冶金反应器内两相流动行为的数学模型,分析了改变吹气位置和磁场强度等参数对气泡运动行为的影响.结果表明:无旋流时,不断上升的气泡形成"倒锥形"的气柱.在旋转磁场和底吹气共同作用时,上升的气泡形成了"螺旋状气柱",这和试验结果相吻合.当吹气位置离中心的距离和磁场强度增大时,气泡在反应器内运动的路程分别呈线性和指数形式增加.     

核磁共振全直径岩心分析仪磁体的研制

采用核磁共振进行石油岩心分析，可以从一块岩样中得到孔隙度(总孔隙度、有效孔隙度、粘土束缚水孔隙度等)、自由流体指数(可动流体百分数)、孔径分布以及渗透率等多种参数，具有无损检测、一机多参数、一样多参数的显优点．我国油田以陆相沉积油田为主，其主要特点是储层存在严重的非均质性，所以采用核磁共振全直径岩心分析非常有必要性，和核磁共振标准岩心分析同样重要，磁体是核磁共振岩心分析仪的核心部件，这种磁体相对体积较小，有效气隙大，重量轻．在设计磁体时，首先要根据经验初步确定磁体类型和结构尺寸，然后再用有限元方法进行计算，得出准确的尺寸，装配完的磁体通过无源匀场使磁体的均匀度达到要求，磁场的均匀度和FID(free induction decay)信号衰减程度密切相关，FID衰减的越快，说明磁体均匀度越差，磁体经调试完毕后，使用煤油和四氯化碳模拟孔隙介质组成的标准样做FID测试，通过磁体的测试，可知磁体的均匀度、磁场场强的温度稳定性、磁体的总体稳定性良好，完全可以给核磁共振全直径岩心分析仪营造一个合适的匀场环境。     

车用永磁式缓速器电磁场分析方法

分析了新型行车辅助制动装置-永磁式缓速器制动机理,提出了永磁式缓速器磁路计算模型,由Maxwell方程导出了导体产生电涡流场定解问题.采用有限元法建立了分析模型,通过对有限元分析结果和试验仿真结果进行对比,说明本文的分析模型和计算方法是有效的方法,可用于工程实践.     

磁场计算中的等效磁荷法

本文从单个磁偶极矩产生的磁场,引出等效体磁荷密度和面磁荷密度的概念,进而分析了应用这些磁荷模拟磁质磁化场、永磁体磁场和载流线圈磁场的可能性,从而为电磁场的数值计算提供了数学模型。