磁流变减振器自供能系统设计研究

针对目前磁流变减振器自供电能量采集装置体积庞大、结构复杂、能量采集效率低等问题,提出了一种盘式永磁电机振动能量采集系统,该系统由滚珠丝杠副结构驱动,集成在双伸出杆磁流变减振器内部。利用有限元软件Ansys/Ansoft Maxwell 3D对盘式永磁发电机进行了静态磁场仿真,得出的气隙磁场与样机实测值吻合;并用瞬态电磁场模块对振幅为5mm不同频率的正弦激励下的空载反电动势和减振器电阻作为负载的场路耦合进行了仿真,仿真结果表明该能量采集系统的可行性和有效性。     

基于ANSYS的盘式永磁同步电动机转子的结构分析

盘式永磁同步电动机的转子是盘式永磁电动机的重要部件,它直接影响着电机的可靠性及功率密度。运用ANSYS有限元分析软件对转子盘体的应力和变形分布规律进行了分析研究,为转子结构的优化设计提供了依据,对提高盘式永磁电动机的功率密度具有重要意义。     

一种汽车磁流变半主动悬架的研制

为了改善车辆平顺性和行驶安全性,设计了一种基于单出杆式磁流变减振器的汽车半主动悬架。在分析传统的磁流变减振器力学模型的基础上,提出了一种改进的磁流变减振器多项式模型,试制了磁流变减振器样机,进行了磁流变减振器的力学特性试验,设计了半主动悬架天棚控制器、地棚控制器和LQG控制器,进行了不同控制策略的对比仿真分析,开发了磁流变半主动悬架试验测试系统,开展了该磁流变半主动悬架的LQG控制台架试验测试。结果表明,所研制的磁流变减振器耗能效果良好,能够最大限度地发挥振动衰减功能。与被动悬架相比,在4Hz和5Hz正弦激励下磁流变半主动悬架的簧载质量加速度分别降低15.80%和23.36%,在随机路面激励下簧载质量加速度降低19.46%。     

正弦扭矩激励下单跨转子的电机电流特性

为了通过监测电机电流以实现转子系统扭矩激励的辨识与有关故障的诊断,建立了三相异步电动机——机械转子系统机电耦合模型,在mATLAB/Simulink环境下进行仿真分析,并运用Fourier变换对电机电流信号进行处理,研究了转子系统的正弦扭矩激励与其拖动电机电流的耦合特性。研究结果表明:所建立的机电耦合模型可以研究转子系统在正弦扭矩激励下电机电流的特性,并实现某一频率的正弦扭矩激励的辨识,为研究转子系统动力学设计和故障诊断提供理论依据。     

工业机器人用盘式永磁电机设计与优化

为提升工业机器人所用电机的带负载能力,提出一种内置式盘式永磁电机。建立内置式盘式永磁电机的三维有限元模型和盘式永磁电机转矩计算公式;通过对内置式盘式永磁电机的电磁性能进行仿真分析,验证了模型的正确性;对电机的输出转矩进行优化仿真,结果表明：相较于之前的表贴式永磁电机输出转矩得到了22.5%的提升。     

磁流变互联悬架的馈能特性及动力学性能分析

针对兼顾汽车行驶平顺性和馈能特性的需求,提出了一种新型磁流变互联悬架模型.先构建磁流变减振器力学与馈能的理论模型,并通过Simulink软件搭建磁流变减振器模型和磁流变互联悬架模型,分析影响馈能特性的主要参数;基于整车仿真模型,以30 km/h车速和一段C级路面为激励输入,对磁流变互联悬架与传统液压互联悬架进行对比仿真,分析互联悬架在实际路面激励下馈能特性和汽车行驶平顺性的变化规律.结果表明:磁流变互联悬架的减振效果更好;在满足车辆行驶平顺性需求的前提下,具有有效回收互联悬架振动能量和提高抗俯仰侧倾的能力.     

高速永磁电机转子静力学与模态分析研究

高速永磁电机运行时转子产生较大离心力,为了避免电机转子失效,在设计阶段对电机转子静力学与模态分析至关重要。以转速高达90000 r/min永磁发电机为研究对象,通过三维软件UG建立该高速电机转子模型,在ANSYS软件中对转子进行静力学分析,得出电机转子在高速工况下变形和应力分布规律;通过模态分析,得到了电机转子结构固有频率和振型云图,最后进行了样机制作并配套永磁发电机。相关研究工作为高速永磁发电机设计提供了一定参考价值。     

新型液电馈能式汽车减振器的设计

采用机电液耦合系统,设计了一种新型液电馈能式汽车减振器。这一减振器将直线往复运动转换为液压马达旋转,推动发电机产生电能,实现能量回收。这一减振器结合了电磁式减振器和液压式减振器的优点,既具有电磁馈能的高效性,又具有液压系统布置的灵活性。对新型液电馈能式汽车减振器的工作原理进行了分析,通过试验验证了这一减振器设计的可行性。     

磁流变液减振器中磁场强度的数学建模及有限元分析

在论述磁流变液减振器工作机理的基础上,采用一种数学建模方法建立了磁流变液减振器中磁场强度的数学模型,然后运用ANSYS编写了相应程序对该磁场强度模型进行了有限元分析,将这两种方法得到的数据进行比较分析后,最终得到了磁场强度与磁流变液减振器主要设计参数和控制参数（激励电流和线圈匝数）之间的简化数学模型,为有效的在磁流变液减振器中控制阻尼孔处磁场强度等后续工作打下基础。     

压电单晶梁发电机的能量效率

压电发电装置的能量转换效率主要取决于其结构形式、几何参数及材料性能等.为提高压电发电机的机电能量转换效率及其发电能力,利用欧拉一伯努利方法建立了发电装置的能量转换模型,研究了结构及参数等对压电发电机能量转换效率及发电能力的影响规律.结果表明,存在最佳厚度比(基板/总厚)可使发电机获得最大的能量转换效率和发电量;随杨氏模量比(基板/陶瓷)的增加,最佳厚度比降低,但效率提高.钼、铝基板发电机的最佳厚度比和效率分别为(O.4,2.74%)和(O.7,2.25%).此外,压电发电机的发电能力还与激励方式有关,恒力激励时存在的最佳杨氏模量比使产生的电量最多,恒位移激励时产生的电量随杨氏模量比的增加而增加.因此,设计时应根据激励方式确定基板的材料及合理的厚度比.     

Semi-active Sliding Mode Control of Vehicle Suspension with Magneto-rheological Damper

The vehicle semi-active suspension with magneto-rheological damper(MRD) has been a hot topic since this decade, in which the robust control synthesis considering load variation is a challenging task. In this paper, a new semi-active controller based upon the inverse model and sliding mode control(SMC) strategies is proposed for the quarter-vehicle suspension with the magneto-rheological(MR) damper, wherein an ideal skyhook suspension is employed as the control reference model and the vehicle sprung mass is considered as an uncertain parameter. According to the asymptotical stability of SMC, the dynamic errors between the plant and reference systems are used to derive the control damping force acquired by the MR quarter-vehicle suspension system. The proposed modified Bouc-wen hysteretic force-velocity(F-v) model and its inverse model of MR damper, as well as the proposed continuous modulation(CM) filtering algorithm without phase shift are employed to convert the control damping force into the direct drive current of the MR damper. Moreover, the proposed semi-active sliding mode controller(SSMC)-based MR quarter-vehicle suspension is systematically evaluated through comparing the time and frequency domain responses of the sprung and unsprung mass displacement accelerations, suspension travel and the tire dynamic force with those of the passive quarter-vehicle suspension, under three kinds of varied amplitude harmonic, rounded pulse and real-road measured random excitations. The evaluation results illustrate that the proposed SSMC can greatly suppress the vehicle suspension vibration due to uncertainty of the load, and thus improve the ride comfort and handling safety. The study establishes a solid theoretical foundation as the universal control scheme for the adaptive semi-active control of the MR full-vehicle suspension decoupled into four MR quarter-vehicle sub-suspension systems.     

直线式波浪能发电装置设计

针对旋转式波浪能发电装置由于存在中间环节转换而导致发电效率降低的问题,围绕直线式波浪能发电装置设计中的关键技术,通过三维建模技术和Ansoft/Maxwell仿真软件,开展了铁芯槽口大小优化、磁铁充磁方式选择、磁铁间隙优化以及铁芯纵向端部效应改善和弥补方法等研究,提出了一种直线式波浪发电装置,对优化后的直线发电机模型进行了电磁瞬态仿真分析,进而得出该发电机的电磁力矩曲线、磁链曲线、以及所产生的感应电动势曲线图,为直线式波浪能发电装置设计提供了理论依据。研究结果表明,该发电机的励磁源选择了钕铁硼永磁材料,具有功率大、性能指标较优越、结构紧凑简洁、噪音低、效率高等显著优势,端部铁芯齿宽度增大可以解决和弥补纵向边端效应的问题。     

低速高效垂直轴风力发电机及其特性分析

针对低风速区风力发电机需要低风速切入问题,研究了一种低速高效的定子无铁芯轴向磁通永磁风力发电机。对影响发电机性能的关键参数对进行了归纳,提出了一种单层非重叠集中绕组和优选"切饼"型磁极组合的设计理念。确定了定子无铁芯轴向磁通永磁风力发电机性能分析参数方案。利用三维有限元发电机设计平台,对发电机的空载输出特性,交、直流负载输出特性和不同转速下的负载输出特性进行了对比研究。研究结果表明,该结构发电机的各项基本电磁参数和输出特性均能满足低速风力发电系统的特殊要求:优选的磁极结构使发电机总永磁体耗用量节约11.5%,发电机最大输出效率达87.75%;低转速范围运行时,效率维持在85%以上;不同工况下输出电能总谐波畸变率低于3%。     

一种新型液压阀用电磁驱动机构的设计与研究

针对液压阀换向时带来较大冲击的不足，设计了一种新型液压阀用电磁驱动机构，该驱动机构由1个双稳态永磁操动机构、1个磁流变液阻尼器（MRD）和1个隔磁铜片（安装在上述2个装置之间）串联而成，具有降低、调节液压冲击的作用。根据双稳态永磁操动机构的静态保持力和换向力的要求，对双稳态永磁操动机构进行设计，然后利用Maxwell软件对其进行电磁仿真分析；根据双稳态永磁操动机构换向过程中的受力情况，对MRD所需产生的阻尼力的大小及调节范围对MRD提出要求；结合Maxwell软件对MRD进行电磁场仿真分析，利用MATLAB软件对MRD的结构进行优化设计。     

新型棘轮止逆波能收集装置建模及数值分析

针对现有波浪能收集装置结构复杂、可靠性低及转化效率低等瓶颈问题,设计出一种新型棘轮止逆波能收集装置,该装置能够全周期可靠高效地利用海浪发电。建立了以海浪特性为外部激励的系统动力学非线性方程,推导了考虑发电机负载作用的能量转换效率公式。对系统参数进行了敏感性分析并结合某海域典型海浪特性,对浮体关键参数及装置转换效率进行了仿真预测。研究结果表明,选取较差波况条件下,发电机仍具有周期性的转矩输入特性及较高的平均发电效率。     

Study on damping properties of magnetorheological damper

To research the properties of a new kind of smart controllable MR (magnetorheological) fluid, in this paper, the rheological models are discussed. On the basis of analyzing the structural forms of MR dampers, an improved structure of the MR damper is introduced; the properties of the novel MR damper are then tested. The experimental results reveal that the Herschel-Bulkley model predicts the force-velocity well; the damping properties of the ameliorated structure of the MR damper have improved; when the excitation is a trigonal signal, the MR damper reveals a thinning effect at high velocity; and when the excitation is a sinusoidal signal, the MR damper reveals a nonlinear hysteretic property between the damping force and relative velocity. Finally, the main unsolved problems have been put forward. __________ Translated from Ningxia Engineering Technology, 2005, 24 (4) (in Chinese)     

基于波浪能的海洋浮标发电系统

波浪能是一种新型的清洁能源,近几年提出多种对波浪能进行开发的方案,但大多都是在波浪和发电机之间加入转化装置,这样效率低,成本高。为简化波能转化装置,提高波浪能的利用率,降低波能转化装置的成本,设计一套基于波浪能的海洋浮标发电系统,可以直接将波浪能转化为电能。详细叙述海洋浮标发电系统方案设计;并对海洋浮标进行运动建模和参数推导分析;基于Matlab对发电机在不同海况下进行仿真,得到空载电压波形,根据波形理论分析出影响发电机性能的主要因素为波高和频率。理论分析及仿真结果可以指导导磁结构的圆筒型直线发电机的理论研究,并为基于波浪能的海洋浮标发电系统的工程应用提供依据。     

梯形钢阻尼器盆式橡胶支座的吸能特性研究

针对在单向力作用下梯形钢阻尼器的变形情况,建立整体结构的水平力-位移表达公式,通过ABAQUS软件进行仿真,得到支座荷载-位移的滞回曲线,分析不同影响因素对支座滞回曲线的影响规律.通过地震荷载响应分析,得到地震荷载下的荷载-位移曲线,同时分析了单向与双向加载下的吸能特性.结果表明:新型支座具有良好耗能特性,可以有效地减...     

磁流变减振器磁场特性分析及试验研究

设计了磁流变减振器磁芯磁路,建立了磁路的仿真模型,仿真研究了磁路的磁场特性,用实验的方法对仿真模型进行了验证和修正;在此基础上,建立了整个磁流变减振器的仿真模型,仿真研究了其磁场分布规律及不同参数下阻尼孔附近的磁通密度.研究结果表明,磁芯直径、工作缸壁厚、阻尼通道长度和线圈电流是影响磁场特性的主要因素,合理选择磁路结构参数可使其性能得到最大发挥.设计并制造出一种车辆单筒充气式磁流变减振器,对其进行了台架试验,得到不同电流下的减振器示功特性图,研究发现,通过调节减振器励磁线圈中的电流获得不同强度的磁场,在磁场作用下,磁流变液粘度发生变化,从而改变减振器的阻尼特性,减振器的饱和工作电流约为2A.试验验证了磁路设计的正确性,并为实现车辆磁流变半主动空气悬架控制研究奠定了基础.