Halbach阵列永磁球形电动机转矩的三维有限元分析

为分析Halbach阵列永磁球形电动机复杂边界条件对电机性能的影响,采用有限元法对电机转矩特性进行了研究．建立了Halbach阵列永磁球形电动机三维有限元模型,得到了电机转矩的空间分布,并与解析法得到的结果进行了对比分析．在保证Halbach阵列永磁球形电机体积不变的情况下,分析了电机结构参数对电机性能的影响．对不同磁体结构球形电动机产生的自转转矩和倾斜转矩进行了比较．漏磁、磁场谐波及各自由度之间的电磁耦合对转矩特性的影响可以在有限元法中得到体现,使其与解析法得到的结果有所差别．永磁球形电动机采用Halbach阵列磁体结构后,转矩的输出能力得到了提高．在电机结构参数中,转子磁体厚度、定子线圈高度、内径及外径对电机的输出转矩能力具有较大的影响．结果表明在提高电机转矩输出能力上,电机结构参数存在最优值．     

软磁复合材料球形感应电机定子磁场分析

球形感应电机转子结构简单,均匀球体各方向的转动惯量相同,有助于减小电机多自由度运动时的转速波动,减小控制系统的设计难度．软磁复合材料(SMC)具有损耗小、适用于三维磁路设计、易于加工且成本较低的优越性．针对一种SMC材料的球形感应电机研究了其定子磁场的分析方法,首先,根据SMC球形感应电机定子线圈排布方式在空间中的对称性,提出了一种由单组线圈磁场综合球形感应电机整体磁场的研究策略,通过分析单组线圈通电磁场的等效磁路验证了该研究策略的可行性;其次,将球形感应电机单组线圈三维磁场简化为单组线圈二维磁场模型,进而建立了二维模型的等效磁网络模型并求解了气隙磁密分布,通过球谐波系数(SHC)的旋转变换获得了球形感应电机整体定子磁场;结合有限元仿真分析了等效磁网络模型同单组线圈三维磁场和单组线圈二维磁场的相对误差,相对误差的平均值分别为13.34%和18.53%,在气隙磁密较大的区间内,三者的相对误差最大不超过4.50%,从而验证了等效磁网络模型求取气隙磁密的正确性;最后,搭建了样机的软硬件实验平台,获得了不同工况下样机的气隙磁密数据．实验结果表明,样机的磁场特性与理论分析基本一致,验证了所提出的...     

肿瘤热疗交变磁场中场强分布测量装置

为了得到热疗用交变磁场场强的空间分布,设计并研制了基于DSP的磁场测量装置.该装置由3个部分构成:交变磁场传感器、感应电压信号处理采集模块和线圈传感器的三轴运动导轨.交变磁场传感器由面积很小的单匝线圈构成,相对较大的磁场分布空间,通过小线圈的磁场可近似视为均匀.线圈测得的磁场信号经过前端处理转化为数字信号.通过三轴运动导轨控制传感器的位置可以得到空间各点的磁场强度信号.由于DSP F2812具有良好的运动控制功能以及片载A/D较高采样的频率,可用来控制整个系统.根据磁场强度的分布可以确定热疗中升温效果最好的空间.     

螺线管磁场分布特征及应用

加磁切削可以大大减少刀具磨损，有必要研究切削区空间磁感应强度的分布状况。本文给出单线圈、单层密绕线圈和多层密绕线圈近轴任意点处磁感应强度分布系列化计算公式。推导过程没有采用传统的完全椭圆积分，而是直接利用毕奥一萨伐尔定津得出结论。方法简单，便于对此类磁场进行计算机辅助分析。     

永磁球形电动机转矩特性的数值计算与分析

提出了一种新型永磁球形电动机的基本结构与运行机理,建立了其三维有限元分析模型;针对驱动电机自转的转矩进行了数值仿真,得到了永磁球形电动机的电磁转矩特性曲线和磁阻转矩特性曲线．通过比较分析球形电机不同转子极充磁方式、定子线圈铁心磁导率以及定子外壳是否采用铁磁材料时电磁转矩特性的变化,得出了提高球形电机输出转矩的有效途径．系统地分析了球形电机主要参数的变化对电机转矩的影响,得到了永磁球形电动机最大静转矩随定子极高度、定子铁心半径、永磁含量系数、线圈安匝数以及气隙长度等参数的变化规律．分析结果为永磁球形电动机的优化设计提供了依据．     

亥姆霍兹线圈磁场的理论计算与实验讨论

首先,基于毕奥-萨尔定律分析了单个载流圆线圈在空间的磁场分布,得到了空间任意一点磁感应强度的积分表达式,并通过相应的计算得到了磁感应强度沿轴向和径向分量的解析结果;其次,将单个载流圆线圈在空间的磁场分布推广到亥姆霍兹线圈,获得了亥姆霍兹线圈在空间任一点磁感应强度的解析表达式,并利用Mathematica形象描绘了其磁感线分布;再次,通过数值计算分析了亥姆霍兹线圈的均匀磁场区;最后,结合"电磁感应法测量亥姆霍兹线圈磁场"实验作了相应的分析与讨论.     

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．     

磁悬浮球体磁阻电机的三维磁场分析

磁悬浮球体磁阻电机的磁场分析计算是比较复杂的问题,因为其定、转子结构和磁场分布呈现三维性.通过三维磁场数值计算,对磁悬浮球体磁阻电机的磁分布进行分析,绘制出电机定子在不同电流下定子凸极与转子凸极不同位置的磁通密度分布曲线.     

通电螺线管空间点的磁场

利用直接积分先计算单匝通电线圈在空间点的磁矢势,通过磁场强度矢量与磁矢势的微分关系,求出空间点的磁场,最后通过积分求出螺线管空间点的磁场.     

永磁直流电机定子的振动分析

永磁直流电机的定子振动具有鲜明的特性,对它的分析对于分析其他各类电机的振动具有借鉴作用。该文用解析法分析了电机内的磁场和径向电磁激振力,从物理概念上定性解释了直流电机振动的特征。特别地,指出永磁直流电机槽频电磁激振力的阶数与定子振动形态的空间阶数不同。为准确计算电机振动,利用电磁场有限元仿真了电机内的磁场与电磁力分布,并采用结构场有限元对定子振动进行了仿真。针对试验测试,指出为得到定子振动形态特征,需要在定子上测量足够多的测点。并在一台实际的直流电机上进行振动测试,试验结果与仿真结果相符。     

通电螺线管空间点的磁场

利用直接积分先计算单匝通电线圈在空间点的磁矢势，通过磁场强度矢量与磁矢势的微分关系，求出空间点的磁场，最后通过积分求出螺线管空间点的磁场．     

磁场调制型永磁容错轮缘推进电机设计与优化

针对永磁容错轮缘推进电机定子槽数过多、电机质量较大、转矩密度较低的问题,提出一种磁场调制型永磁容错轮缘推进电机结构.采用解析法分析了电机的工作原理,采用单参数扫描法研究了定子关键结构参数对电感和反电动势的影响,采用响应面法和多目标遗传算法对电机进行优化,得到最优的定转子参数.利用有限元仿真软件分析了电机的气隙磁密、反电...     

复合转子异步电机磁场的三维分析及参数计算

采用定子面电流沿电机轴向分布不变的假设,对复合转子异步电机的磁场进行了二维与三维解析求解,得到了描述电机磁场的各电磁量的解析表达式.基于磁场求解的结果,通过引入坡印亭向量得到了复合转子阻抗等参数的计算公式.样机的实验结果与计算结果相吻合,证明了磁场分析与参数计算的正确性.     

一种永磁多维球形步进电机稳定位置计算

文章对一种新型的永磁球形步进电机进行了模型简化;同时应用功能原理对简化模型进行分析,通过瞎子爬山法对该球形电机在不同定子线圈通电策略下转子球稳定位置的情况进行了仿真计算,为电机起动状况控制及电机旋转控制策略的研究奠定了基础。     

三段式Halbach阵列永磁电机解析建模与研究

针对传统子域模型在分析电机电磁性能时无法考虑软磁材料磁导率的缺陷,提出了一种考虑软磁材料磁导率为具体值的三段式Halbach阵列永磁电机多层解析模型。根据内部激励源和媒介的不同,将永磁电机全域划分成Halbach阵列永磁体层、气隙层、定子齿尖层和电枢绕组层4类磁场求解层。利用柯西乘积和复数形式的傅里叶级数来描述磁场求解层中媒介磁导率分布情况。基于麦克斯韦方程组建立了每个磁场求解层的拉普拉斯方程或泊松方程,结合边界条件求解出每个磁场求解层的磁矢位。利用多层解析模型计算了电机的气隙磁密、空载反电动势和输出转矩等电磁特性,并与有限元模型计算结果进行了对比。计算结果表明：多层解析模型和有限元模型计算得到的气隙磁密波形吻合得很好,两者的空载反电动势峰值和输出转矩平均值的相对误差均小于1%,证明了多层解析模型的正确性。最后利用多层解析模型研究了槽开口宽度、磁极宽度和充磁夹角对电机输出转矩的影响规律,给出了输出转矩最优的设计方案。仿真结果表明：优化后的输出转矩脉动削减了75.7%,证明所提出的多层解析模型不仅计算准确而且计算速度快,在电机的初始设计和电磁性能影响规律的探究上具有明显的优势。     

圆筒型无铁心永磁直线电机空载磁场解析计算

针对轴向充磁圆筒型无铁心永磁直线电机,提出一种在圆柱坐标系下基于磁荷法的空载磁场解析计算方法.利用该解析法对无铁心直线电机的空载磁场分布进行分析,得出空载磁场的轴向和径向磁场分布表达式,并结合电机结构参数,推导出电机的反电势和推力.之后分别采用该解析法和有限元法计算了某型号圆筒型无铁心永磁直线电机的空载磁场、反电势和推力.最后使用有限元法分析了负载电流对电机磁场的影响.结果表明,所提出的解析计算方法的结果与有限元结果非常接近,验证了该解析法的正确性;负载电流对永磁体表面处的电机磁场分布几乎无影响,体现了该种电机结构的优点.     

脉冲磁场测量系统的研制和标定

为了评估雷击建筑物或其附近室内的脉冲磁场水平,研制了一套由自制磁场探测线圈与光纤传输系统集成的脉冲磁场测量系统.光纤传输系统的灵敏度系数通过正弦波发生器进行标定.8/20μs冲击电流发生器输出端连接直径为0.3 m的单匝线圈组成磁场发生器,磁场探测线圈通过固定在单匝线圈的中心进行标定.试验结果表明,该系统能够有效地测量脉冲磁场,磁场探测线圈的B/U标定系数误差小于3%.     

多导脑部磁刺激仪的设计与仿真

大脑神经系统可由外部的时变磁场加以无创刺激，考虑到要对大脑多个不同部位同时进行刺激的情况，提出了一种由多线圈组成的多导脑部磁刺激系统．用有限元分析软件ANSYS模拟了线圈阵列工作时所产生的磁场，并与实验测得的磁场进行了比较．结果表明，软件仿真的数据精度误差在6％以内，并总结出变化规律：随着刺激线圈个数的增加，中心线圈轴线上同位置处的磁感应强度逐渐加大，与单线圈工作时相比，磁刺激深度得到了有效改善．     

单匝线圈电感的计算

计算了单匝线圈的磁场与电感,得到的结论为：磁感应强度随着距线圈中心距离的增加而增大,线圈电感与线圈半径成正比     

多种矩形截面导线的磁场计算解析式及奇异积分处理

采用局部坐标法，对任意位置的导线，通过三维空间的坐标变换，推导出了具有矩形截面直线形、圆弧形截流导线产生的三维磁场的计算解析式；并处理了积分过程中的奇点问题。由此可便于精确计算电机绕组、变压器线圈和螺线管线圈等具有上述特征的载流导线所产生的三维磁场。