磁悬浮开关磁阻电机电磁力耦合特性的有限元分析

以一台12／8结构的磁悬浮开关磁阻电机为对象,分析了悬浮力产生机理．借助有限元分析软件MAXWELL2D建立了实体仿真模型,分析了电磁力的耦合特性,包括悬浮力在径向两自由度上的耦合特性、悬浮力和转矩的耦合特性以及转子径向位移对电磁力耦合的影响．分析结果表明,悬浮力的径向耦合主要体现在定转子齿极交叠初期,悬浮力和转矩的耦合主要表现为转矩调节对悬浮力的影响,径向位移的出现在一定程度上影响了悬浮力的径向耦合关系．这些结论为电机优化设计、数学模型研究及解耦控制算法的设计提供了有益的参考．     

双定子无轴承开关磁阻电机径向力解析模型

传统双绕组无轴承开关磁阻电机旋转转矩与悬浮力之间存在着复杂的耦合关系,而双定子无轴承开关磁阻电机结构上实现了转矩和悬浮力的独立控制,从而简化了控制的复杂性.基于双定子无磁阻电机的结构和运行原理,提出了一种考虑转子偏心影响的径向力分析方法,推导出了该电机的径向力解析模型.在建立内定子等效磁路的基础上,求取了由气隙磁导表示的悬浮绕组的自感和互感表达式,进一步分析出转子偏心位移、电机结构参数、悬浮绕组电流与转子径向受力之间的数学关系,与有限元分析结果比较验证了数学模型的正确性.该数学模型的重要贡献在于提供了转子偏心运行时径向力的解析计算方法,为双定子无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮旋转控制提供了基础,同时为磁轴承和无轴承类电机转子偏心时的径向受力分析提供了参考.     

超导电动磁浮列车悬浮和导向特性

以超导电动磁浮列车为研究对象,建立了单个转向架与悬浮和导向线圈的场-路-运动耦合数值模型,然后对该模型进行求解并验证了其正确性。基于该模型,分析了不同垂向位移和横向位移下单个转向架所受的悬浮力与导向力,并揭示了无交叉连接和交叉连接“8”字形线圈之间的关系。结果表明：无交叉连接“8”字形线圈产生的作用力主要为悬浮力,交叉连接“8”字形线圈产生的作用力主要为导向力;随着横向位移的增大,导阻比先增大后减小;随着垂向位移的增大,浮阻比先增大后减小。     

无轴承外转子异步电动机的设计及有限元分析

为了提高飞轮储能系统运行的精度和可靠性,减小转矩脉动及悬浮脉动对系统运行的影响,对无轴承外转子异步电动机径向悬浮力及转矩与电动机结构参数的关系进行了分析,提出了减小转矩脉及悬浮脉动的一般方法.介绍了无轴承异步电动机工作原理,基于此推导了电动机数学模型.结合传统异步电动机设计方法,设计了一台功率为0.5 k W,转矩绕组极对数Pt=2,径向悬浮力绕组极对数Ps=1的无轴承外转子异步电动机.基于有限元软件计算了无轴承外转子异步电动机的磁场分布,确定径向悬浮力、转矩和悬浮绕组电流之间的关系,并得到电动机气隙长度和磁场饱和对径向悬浮力的影响规律,而且考虑了不同槽配比和定子极弧系数对悬浮力及转矩的影响.结果表明,当电动机转矩绕组电流和悬浮绕组电流分别为额定电流2.5 A和2.0 A时,转矩为1 N·m,转子径向悬浮力为105 N,能够实现转子的稳定悬浮.     

永磁球形电动机定子线圈座的应变分析

利用气隙磁通密度解析模型和洛仑兹力公式建立了球坐标系下空心定子线圈所受切向电磁力和径向电磁力的解析模型。利用定子壳体和线圈座的有限元模型计算定子线圈座在电磁力作用下的应变,分析了定子壳体厚度、线圈座连接杆长度和直径对应变的影响。最后利用有限元法和解析法对样机进行分析并对结果进行比较,验证了解析模型的正确性和准确性。分析表明,当定子壳体厚度和连接杆直径线性减小而连接杆长度线性增大时,定子线圈座在电磁力作用下产生的应变量在一定范围内线性增加,然后显著增加。     

基于ANSYS的无轴承电机两套绕组极数配合分析

分析了无轴承异步电机径向悬浮力产生原理基础,推导了其最大径向悬浮力数学模型.采用有限元分析和计算方法,讨论了无轴承异步电机在两套绕组励磁电流相等情况下,两种极数配合产生的径向悬浮力,得出最优极数配合.为无轴承异步电机获得最大径向悬浮力的优化设计提供了一定依据.     

无轴承异步电机的定子磁场定向解耦控制

集旋转与悬浮于一体的无轴承异步电机是一个非常复杂的非线性系统,电磁转矩与径向悬浮力的非线性解耦是实现电机稳定悬浮运行的基础.为了降低控制系统对电机参数的依赖程度,本文采用定子磁场定向控制,同时为了克服此方法在低速时的不足,应用U-I法和I-ω法相结合观测定子磁通和气隙磁通,在matlab/simulink中构造了定子磁场定向控制的无轴承异步电机矢量控制系统.仿真结果表明:实现了电磁转矩与径向悬浮力之间的解耦,验证了此方法的有效性.     

磁浮开关磁阻电机悬浮力的变结构控制

以磁浮开关磁阻电机轴向力为对象,研究了其转子稳定悬浮的控制.根据电磁场理论,建立了轴向悬浮力数学模型,针对悬浮力控制的非线性特点,采用基于离散时间趋近率的变结构控制方案,完成了电流、位移双环控制的轴向悬浮力控制器,实现了轴向悬浮力的稳定控制,分析了实现稳定跟踪的滑动模态的存在条件,并进行了仿真分析,仿真结果验证了该控制策略的有效性.     

一种基于电磁驱动的非圆异形孔加工方法

为了对镗杆施加径向可控随动作用力．在镗床主轴与镗杆之间设置一个柔性铰链变形机构(转子)，而在其外围设置一个多磁极加力机构(定子)，两者形成一个回转式电磁微位移驱动机构．定子与转子之间的作用力取决于定子线圈中的控制电流，改变控制电流可以改变转子与定子之间的作用力，实现转子相对于定子的径向微位移．通过对电磁驱动力的数值建模，提出了实现电磁驱动机构同步驱动的控制方法；通过对电磁驱动力线性化误差进行分析，给出了电磁驱动器关键参数的设计方法．在正常工作范围内，电磁驱动器微位移与控制电流之间具有较好的线性关系．模拟试验表明，通过改变控制电流的大小，转子(镗杆)中心的回转半径随之变化，从而带动镗杆在径向上做精密微位移．     

AZ4903光刻胶在微电机定子绕组制作中的应用

为满足电磁型平面微电机对定子绕组线圈的高深宽比及厚度要求,提出一种利用AZ4903光刻胶制作电磁平面微电机定子绕组的方法。通过反复摸索,得到了该光刻胶的较理想的转速胶膜厚度、前烘时间温度的关系曲线及合适的曝光、显影时间。制作出了厚度为40μm、陡直度良好的定子绕组线圈。把利用该工艺制作的定子绕组和转子装配后形成了微电机,通过对该电机转速和输出力矩的测试结果表明,电机运转平稳、力矩波动小。     

磁流体中永磁悬浮磁场解析模型试验验证(英文)

永磁体在磁流体中能够自悬浮,准确获取悬浮位置信息是验证理论模型、调节各种影响磁场力的参数以实现悬浮位置可控的关键.磁场分布具有唯一性原理,通过磁场分布模型计算推导,可以得出永磁体悬浮位置模型HZ.该模型与永磁体位移r具有唯一对应关系.利用这种对应关系即可对磁流体中的永磁体进行定位.采用霍尔检测方法逐点测量磁场与永磁体位置之间关系,验证解析模型.结果表明试验与理论曲线匹配度好.在试验中测量得到悬浮位置为43.13±0.05 mm,与根据模型计算结果43.34 mm非常吻合,证明永磁体悬浮位置模型应用于悬浮高度预测中是正确有效的.     

电磁悬浮技术中导体元受电磁力的计算

为解决电磁悬浮技术中导体受电磁力的估算 ,用解析函数拟合级数代替对无穷级数求和 ,得到圆电流磁场的解析解 .分析了圆电流非近轴区导体元所受的电磁力 ,讨论了在圆电流和螺线磁场中导体受趋肤效应的影响 .为电磁悬浮设计线圈提供一种简明的计算方法 .     

高K值LC谐振互感耦合系统的设计与分析

主要研究了LC谐振互感耦合系统的耦合性能。从平面螺旋电感线圈互感模型分析了LC谐振互感耦合系统的耦合因数与距离、线圈尺寸之间的关系,设计并制作多组不同参数的电感线圈进行比较实验。结果表明当传感器的尺寸大小受外界环境限制而固定时,线圈内径的增大、匝数的减小(线宽和线间距一定);线宽、线间距和内径的减小(匝数一定)能有效增大耦合因数;并提高了互感耦合系统的传输效率,更有利于对LC谐振传感器信号的提取;为LC谐振传感器应用在高温、高压等恶劣环境奠定了基础。     

含砾岩样中切削齿冲击载荷变化规律试验

通过直径为19 mm的单齿切削含砾岩样试验,研究砾石直径、胶结强度、切削深度、切削齿后倾角等对切削齿所受冲击载荷的影响规律,分析PDC钻头钻进砾石层的损坏机制。结果表明:切削齿受到的冲击力随着砾石层胶结强度、砾石直径的增加而增大,随切削齿切削深度的增加呈指数增加;相同切削面积下,切削齿受到的冲击力随着后倾角的增大而增大;当冲击载荷大于切削齿的极限冲击强度时,切削齿将直接产生碎裂;即使冲击载荷不能达到切削齿的极限冲击强度,周而复始的冲击载荷达到切削齿的冲击韧性时,切削齿将发生冲击疲劳损坏。     

平面电涡流线圈的结构参数设计

为提高平面电涡流传感器的灵敏度,以Biot-Savart-Laplace定理为基础,研究了传感器线圈结构参数对其灵敏度的影响。推导了平面电涡流线圈的磁场分布梯度公式,仿真计算、分析了不同结构参数条件下线圈的磁感应强度-距离曲线,并进行了实验验证。结果表明:增加外径和圈数,减小内径,可以有效地提高平面电涡流线圈的灵敏度。     

隧道开挖对临近不同相对刚度比桩基影响研究

为了系统研究桩土的相对刚柔性对隧道开挖引起的邻近桩基附加位移和附加内力的影响规律,本文采用三维数值分析方法,通过变换桩基弹性模量、半径和桩长而获得不同桩土相对刚度比,对比分析了隧道开挖时不同桩土刚度比的桩基附加位移和内力的变化规律。结果表明:在桩长一定的情况下,桩土刚度比越大,隧道开挖对桩基产生的附加内力越大,附加位移越小,尤其是桩基的竖向附加沉降量随桩土刚度比的减小而急剧增大;在弹性模量和桩径一定的情况下,桩土刚度比越大,桩基产生的附加内力越小,位移越大。因此,隧道开挖时需对不同刚柔性桩基加以区别保护,研究成果可为隧道施工和设计提供参考。     

大颗粒流化床中颗粒受力的数值模拟

通过数值计算模拟了大颗粒鼓泡流化床中颗粒的受力情况．在模拟过程中，气相采用了欧拉描述方法，颗粒相运动过程的模拟采用了离散单元法．利用软球模型模化颗粒之间的碰撞力，分别研究了3种流化数下温度为300K、内含11000个直径3mm颗粒的流化床中，瞬间颗粒受力在床内的分布情况．结果表明：在通常情况下，乳化相区域颗粒受到的气体曳力平均值一般是其自身重力的1～2倍；除气泡内部外，颗粒所受到的碰撞力亦高于颗粒自身的重力；流化数越高，则床内碰撞力越大，当流化数为1．67后，碰撞力已成为影响床内颗粒无规则运动的主要因素．     

无源LC传感器耦合线圈参数优化设计研究

通过对比实验,研究了无源LC传感器的相关电感线圈参数对耦合距离的影响,为传感器的参数优化设计提供指导。实验得出,线圈内径小的传感器耦合距离较远,但增加不明显;线圈外径越大的传感器的耦合距离越远,但是外径过大增强效果不明显;线宽1 mm的传感器相比线宽0.5 mm和0.3 mmm的传感器耦合距离增大较明显。由于线圈电阻的增加,匝数10以上的传感器并不能较大的增大耦合距离。圆形电感线圈传感器的耦合距离明显大于方形电感线圈的传感器,并且在相同耦合距离下圆形电感线圈的传感器的耦合效果要好于方形电感线圈的传感器。综上,在进行无源LC传感器电感线圈设计时,在一定的尺度范围内,线圈的内径要做小,外径和线宽要做大,匝数取10为宜,形状选取圆形。     

水箱拉丝机拉丝过程的有限元模拟仿真分析

以初始钢丝生产线为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件对水箱拉丝机第一道次拉拔过程进行模拟仿真,研究在拉拔过程中拉拔模锥角、摩擦系数和压下量对拉拔力的影响,并对其轴向应力和径向位移分布特点进行分析。结果表明,随着模锥角的增大,拉拔力呈先减小后增大的趋势,当模锥角为8°时,拉拔力最小;随着摩擦系数、压下量的增大,拉拔力随之增大;在出口处钢丝的外层轴向应力达到最大,由外层向内层轴向应力逐渐减小,钢丝前端应力达到均匀,且钢丝的模拟径向直径小于理论直径。     

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.