核磁共振超导磁体的设计

本文根据六阶线圈原理对核磁共振超导磁体进行了设计,给出了主线圈的结构参数,并利用有限元方法对所设计磁体的场强进行了模拟仿真计算,得到的计算结果与场强的设计要求基本一致.     

基于内部级数法的高均匀度磁传感器标定装置设计

在对磁传感器进行标定时,Maxwell线圈在磁梯度场均匀度要求高且对线圈空间尺寸有严格限制时并不适用,针对这个问题设计了一种具有高均匀度的磁梯度线圈作为磁传感器标定装置。应用内部级数法对单个轴对称线圈产生的磁场进行数理分析,进而得到其磁场梯度分布的一般特性,在此基础上计算出高均匀度磁梯度线圈的结构参数与均匀度。对线圈模型进行仿真分析并完成了磁梯度线圈装置的设计和制作。最后,根据仿真结果与实际测量得到的数据,验证了设计的正确性。     

勾形磁场的优化设计与实现

本文采用有限元法对8英寸单晶炉（16寸坩埚）勾形磁场的磁场分布和磁场强度,以及影响磁场强度的线圈匝数、导线面积、线圈间距等因素进行了模拟分析和优化,并依据模拟结果得到磁场结构的优化设计参数。最后通过实验对磁场的设计参数进行了验证,结果表明：磁场分布和磁场强度模拟结果与实际测试结果可较好吻合;磁场的关键参数满足晶体生长的磁场要求;模拟方法是正确的、符合实际的。此方法为磁场设计提供了一种可靠的模拟新方法和经验数据。     

材料自蔓延合成磁场环境的产生方法及强磁体研制

为了研究磁场环境对自蔓延高温合成的影响,从而利用磁场环境合成出所需材料,本文设计和制作了用于开展磁场环境下自蔓延高温合成(SHS)材料试验的强磁体。通过永磁铁磁场和通电线圈产生磁场的叠加,在实验区域产生特斯拉级强度。其中的关键技术有:同时改变永磁铁磁场方向或通电线圈中电流大小,实现连续改变实验区磁场强度(0~1 T),采用蓄电池供给短时间大电流。与同等强度的传统磁体比较,该磁体重量和成本降低1/10。     

基于MATLAB的永磁体直线电机的设计

理想面电流模型建立在充分均匀磁化的单块矩形永磁体上,在MATLAB程序语言中根据毕奥一萨伐尔定律公式进行编程,运用符号运算推导出磁体外一点的磁感应强度的微分符号表达式,然后通过数值积分得到矩形永磁体的空间磁场分布数据,并绘制出曲线图.再进一步利用多块矩形永磁体构成简单的直线电机磁场模型,通过编程对通电线圈的受力情况做分析计算,线圈在磁场中的受力变化曲线图通过数值积分的方法得到.通过线圈受力曲线分析,对直线电机工作原理与设计进行初步探讨.     

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%。     

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。     

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。     

感应式磁声成像脉冲磁场发生系统的研究

介绍了感应式磁声成像系统的关键部件脉冲磁场发生系统的设计.给出了脉冲磁场发生系统的电路构成和工作原理;在对储能电容器RLC电路进行分析的基础上,确定了对电容的充电和放电的控制时序,对各元件的参数进行了计算;介绍了其中的关键部件8字形线圈的构成,并对8字形线圈产生的脉冲磁场随充电电压、线圈正中央垂直高度的变化关系进行了分析,给出了实验波形.     

基于圆环磁体阵列的线型零磁场系统研究

磁性粒子成像是一种新型示踪剂成像技术,该技术利用磁性粒子在零磁场中的非线性磁化特性对被测物进行成像,其中零磁场的精细度决定其空间分辨率,而零磁场的精细度由空间磁场梯度决定。为了提高空间分辨率,设计了能产生大磁场梯度的静磁场结构,将其与驱动结构组合成线型零磁场系统。首先设计了基于圆环磁体阵列的静磁场结构,利用大梯度的静磁场构造精细线型零磁场;其次设计了基于亥姆霍兹线圈的驱动结构及其驱动方式,确定线型零磁场扫描范围与驱动电流之间的关系;最后计算线型零磁场系统的空间分辨率,研究磁场梯度、粒子粒径与空间分辨率之间的规律性。实验结果表明:基于圆环磁体阵列的静磁场结构产生的磁场梯度为4.804 T/m,当使用30 nm磁性粒子作为示踪剂时,系统的空间分辨率为0.540 mm,此时线型零磁场能在30 mm的范围内对被测物进行平移扫描。证明了基于圆环磁体阵列的线型零磁场系统用于提高磁性粒子成像分辨率的可行性。     

基于有限元和遗传算法的厚壁线圈均匀梯度磁场优化设计

以可产生较大磁场和梯度的厚壁型Maxwell线圈为研究对象,探讨了线圈的截面参数和间距对目标场梯度大小和均匀度的影响。基于传统厚壁型线圈设计思路的不合理性,采用COMSOL和MATLAB软件实现有限元计算和自适应混合遗传算法的混合编程,并以线圈体积作为优化目标函数,磁场梯度和均匀度作为约束条件,实现了厚壁Maxwell线圈结构参数的优化设计。保证了磁源体积最小的同时,使其在目标区域产生的磁场满足强度、梯度和均匀度等参数要求。     

轴向磁化永磁微电机磁场分析及设计方法研究

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布。分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的其气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm。磁场分析结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用。对计算结果做了理论分析,并将计算结果和实验结果进行了比较,计算值和实测值基本一致。     

感应式磁声成像脉冲磁场的测量方法

阐述了利用电磁感应法测量脉冲磁场的磁感应强度,首先测量放置在标准的已知正弦波磁场里的探测线圈的线圈常数,再用这种已知线圈常数的探测线圈进行脉冲磁场的测量。介绍了微型磁场探测线圈的绕制和固定方法,设计了脉冲磁场的实际测量装置,给出了线圈平面的调整方法,利用该装置实际测量了感应式磁声成像系统中的脉冲磁场,并对测量结果进行了误差分析。     

新型磁流变减振器的磁路设计与有限元分析

磁路设计是磁流变减振器设计的关键部分.利用磁路欧姆定律对磁流变减振器的磁路进行计算,确定了励磁线圈的相关参数,并用有限元分析软件ANSYS中的磁场分析功能对结构参数进行了仿真分析.仿真结果表明,理论计算部分存在一定的误差,修正设计参数,重新进行仿真分析,磁路设计基本满足了减振器的设计要求.     

轴向磁化双环嵌套磁场的解析模型及其应用

以在线式全流量可视铁谱仪为背景,对静磁场的磁路进行设计,采用轴向充磁,双环异极嵌套的安装方式,两环间隙用不导磁材料做成的圆环作为衬套,并从磁荷模型出发,利用标量磁位法,并引入广义二项式定理分别对同心双环嵌套磁体、偏心双环嵌套磁体产生的磁感应强度进行解析计算,通过对比磁感应强度的理论值和实际测量值发现解析表达式很好地反映出静磁场的磁感应强度分布规律,并对误差进行分析。同时,通过对比这两种磁体的磁感应强度的分布,选择合适的静磁场以满足在线式全流量可视铁谱仪在润滑油高流速条件下有效吸附铁磁颗粒的要求。在此基础上,将所设计的静磁场应用到某新型涡喷航空发动机性能监测中,对监测到的磨粒进行分析,分析结果间接验证所设计的静磁场在润滑油高流速条件下吸附铁磁颗粒的有效性。     

轴向磁化永磁微电机的磁场分析及定子线圈制作工艺

为研究尺寸效应对轴向磁化永磁电机性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布.分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的转子产生的气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm.对高深宽比微结构的制作工艺进行了研究,最终采用深刻蚀成型电铸工艺制作出了直径10 mm微电机在硅片上的平面定子线圈.并将直径20 mm电机的一系列转矩计算结果和实验测得结果进行了比较,计算值和实测值基本一致.分析方法和结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用.     

稀土超磁致伸缩驱动器激励线圈设计与仿真

激励线圈作为电磁转换构件,主要为GMA提供驱动磁场,调节输入电流大小并控制其输出位移。因此,优化设计激励线圈结构参数、材料选取是提高电磁转换效率和充分发挥GMM特性的关键因素。通过分析GMA的工作原理,将GMM棒中轴线上的磁场强度均匀性作为评价标准和主要设计原则;分析其磁导率选取合适的激励线圈材料并对磁场强度、热损失等重要影响因素进行综合考虑,对激励线圈参数进行优化设计;使用Ansoft Maxwell仿真分析激励线圈的磁路。结果表明磁场分布更均匀,使均匀度提高到98.65%。     

磁性液体正弦微压力信号源的磁场和力的分析

针对现有正弦压力信号源需要外加机械激励振动源,输出压力信号频率高,机械控制难度大等问题,设计出一种基于磁性液体的低频正弦微压力信号源。通过对螺线管线圈施加正弦激励电流对磁性液体施加磁场力,使之产生交变的磁浮力对外输出正弦微压力信号。研究对螺线管线圈参数进行优化得到较均匀的梯度磁场,计算了一定范围内输出正弦微压力信号与输入电流幅值及频率间的关系并对其影响因素进行简要分析。用有限元仿真方法得到模型内磁性液体中磁场分布及其所受磁场力分布并搭建实验平台进行测试。实验表明,该压力信号源在电源激励频率为0～2 Hz范围内输出的压力信号波形相对最稳定,调节输入电流的幅值与频率控制信号源输出低频正弦微压力信号。     

传感器轴承多极环形磁体磁场有限元分析

首先基于ANSYS对传感器轴承的环形磁体进行建模并定性和定量地分析了沿x轴方向上的磁感应强度变化,然后将这一结果与理论推导计算进行对比,从原理和方法上比较了两者的异同以及对磁体表面磁场强度的影响,最后对传感器轴承多极环形磁体表面的磁场进行分析,探讨了实际加工生产的多极环形磁体对传感器轴承输出精度的影响.     

磁流变液的力觉反馈系统研究

提出一种基于磁流变液的力觉感知驱动装置,该装置具有内、外两个线圈,并且绕向相反,其中内部线圈缠绕在活塞外部,外部线圈则缠绕在缸体外部,通过内、外线圈磁场力的相互作用使其具有复位功能.根据磁流变液的特性及磁流变效应,结合线圈参数、结构参数和磁路设计等原则,给出了主动式磁流变阻尼器的结构设计模型,并建立了Bingham模型和修正的Bouc-wen模型的Simulink软件仿真,仿真结果验证了该装置结构设计的合理性,为其在力觉反馈系统中的应用提供了依据.