超磁致伸缩驱动器驱动磁场仿真分析

为了充分发挥超磁致伸缩驱动器的特性,提高超磁致伸缩驱动器驱动磁场的性能,通过采用电流励磁法,建立基于磁感应强度为控制变量的单层空心线圈、多层空心线圈和带超磁致伸缩棒的多层线圈的轴线磁感应强度数学模型,分析超磁致伸缩棒、线圈长度和线圈半径对驱动磁场的均匀性和驱动磁场大小的影响.仿真结果表明,减小超磁致伸缩棒与驱动线圈之间的气隙,能提高驱动磁场的线性度;在满足设计要求的范围内,增加线圈长度,减小线圈半径,能够提高驱动磁场均匀性;仿真结果对超磁致伸缩驱动器驱动磁场的设计提供了一定的理论依据.     

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%。     

双棒型磁致伸缩换能器的结构设计和特性分析

针对高频激励下磁致伸缩换能器磁场环境较差和能量损耗过高的问题,提出一种新型双棒驱动的磁致伸缩换能器设计方案.基于COMSOL仿真软件,从超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)、磁路结构和驱动线圈3个方面对双棒型磁致伸缩换能器进行优化设计.按照设计方案制作了一台双棒型磁致伸缩换能器样机,对样机的输出特性进行了实验测试,结果表明该双棒型磁致伸缩换能器在6.4 kHz的高频激励下,输出振幅达48 μm,输出力幅值能稳定在15 N左右,输出特性良好,为高频磁致伸缩换能器的结构设计和仿真优化提供了较好的依据.     

双棒型磁致伸缩换能器的结构设计和特性分析

针对高频激励下磁致伸缩换能器磁场环境较差和能量损耗过高的问题,提出一种新型双棒驱动的磁致伸缩换能器设计方案.基于COMSOL仿真软件,从超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)、磁路结构和驱动线圈3个方面对双棒型磁致伸缩换能器进行优化设计.按照设计方案制作了一台双棒型磁致伸缩换能器样机,对样机的输出特性进行了实验测试,结果表明该双棒型磁致伸缩换能器在6.4 kHz的高频激励下,输出振幅达48 μm,输出力幅值能稳定在15 N左右,输出特性良好,为高频磁致伸缩换能器的结构设计和仿真优化提供了较好的依据.     

双棒型磁致伸缩换能器的结构设计和特性分析

针对高频激励下磁致伸缩换能器磁场环境较差和能量损耗过高的问题,提出一种新型双棒驱动的磁致伸缩换能器设计方案.基于COMSOL仿真软件,从超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)、磁路结构和驱动线圈3个方面对双棒型磁致伸缩换能器进行优化设计.按照设计方案制作了一台双棒型磁致伸缩换能器样机,对样机的输出特性进行了实验测试,结果表明该双棒型磁致伸缩换能器在6.4 kHz的高频激励下,输出振幅达48 μm,输出力幅值能稳定在15 N左右,输出特性良好,为高频磁致伸缩换能器的结构设计和仿真优化提供了较好的依据.     

超磁致伸缩泵驱动磁路建模及数值分析

提出了一种面向固液混合作动器的新型超磁致伸缩泵结构。对超磁致伸缩泵驱动磁路进行了数学建模,采用有限元法对其磁场分布进行了数值模拟,并与理论计算结果进行对比,发现超磁致伸缩棒上磁感应强度的理论计算值与仿真结果基本吻合。采用磁场有限元法分析了超磁致伸缩棒的轴向磁场与径向磁场均匀性,发现径向磁场均匀性明显高于轴向;针对不同长度的棒进行了轴向磁场均匀性分析,揭示了其影响与作用规律;在此基础上对驱动磁场进行了动态数值模拟,发现在输入电压恒定时超磁致伸缩棒内的磁感应强度随着输入信号频率的提高而衰减,实验与仿真结果的对比验证了仿真的正确性。     

稀土超磁致伸缩换能器磁路设计与仿真

稀土超磁致换能器的主要作用是实现电—磁—机三种能量的转化,即交变电流作用下在线圈中激发磁场,使位于偏置磁场和线圈激发磁场中的稀土超磁致伸缩棒,在叠加磁场的激励下产生伸缩运动,输出机械力和位移,该过程中磁能起到了举足轻重的重要作用。基于稀土超磁致材料设计了一种可以应用于超声挤压强化加工领域的直动型双向输出换能器,并采用了有限元软件ANSYS对其进行了磁路的优化和仿真。结果表明:闭磁路系统辅以偏置磁场有利于稀土超磁致棒区域磁场强度的均匀分布,解决倍频现象,同时也得出了稀土超磁致换能器的最佳电流驱动密度,这对换能器的结构设计和磁路优化具有重要意义。     

超磁致伸缩致动器能量损耗特性分析

提出了超磁致伸缩棒内部平均磁场计算方法,结合动态J-A模型以及线圈阻抗公式得到了超磁致伸缩致动器的能耗特性。分析了超磁致伸缩棒能耗、线圈能耗以及超磁致伸缩致动器总能耗随频率的变化趋势。分析结果表明,超磁致伸缩棒以及线圈能耗均随着频率的增大而增大,而且超磁致伸缩棒能耗占超磁致伸缩致动器总能耗的比例会随着频率的增大而增大。计算了油冷条件下超磁致伸缩棒的表面温度,计算结果与实验结果较为吻合,证明了能耗模型的正确性。分析过程及方法为超磁致伸缩致动器的设计和控制提供了有益的参考。     

用于超精密隔振的稀土超磁致伸缩致动器设计

介绍了超精密隔振平台的结构和振动控制原理 ,设计了稀土超磁致伸缩致动器作为驱动装置 ,并阐明致动器的结构和工作原理 ;分析了致动器工作磁场的组成及线圈轴向磁场的分布情况 ;研究了致动器振动控制的频率特性。实验表明所设计的稀土超磁致伸缩致动器具有良好的振动控制效果。     

超磁致伸缩电-机转换器的驱动磁路设计

在介绍了超磁致伸缩电-机转换器(Giant Magnetostrictive Actuator,简称GMA)的基本结构和工作原理的基础上,分析了磁场特性对转换器性能的影响.利用相关电磁学和磁路设计的基本理论,采用双线圈式驱动形式,对转换器的磁路进行设计和分析,给出了驱动线圈和偏置线圈结构参数的计算方法.为优化超磁致伸缩电-机转换器的磁路结构提供了理论依据.     

正方形亥姆霍兹线圈的磁场均匀性

利用三个正方形亥姆霍兹线圈构建三维匀强磁场,并分析其匀强磁场区域特性。将正方形亥姆霍兹线圈视为四段载流导线,采取分段计算然后矢量叠加的方法,分析正方形亥姆霍兹线圈轴线上和空间磁场强度及其均匀性,及其仿真数据结果。最后得到正方形亥姆霍兹线圈三维匀强磁场的结构模型及相关数据分析,证明了三维亥姆霍兹线圈产生的磁场满足匀强磁场要求。     

基于多目标遗传算法的高频磁致伸缩换能器优化设计

磁致伸缩换能器在高频激励下存在铁心涡流损耗大、磁场分布不均匀、电磁转化效率低等问题,需要从换能器本体优化设计方面寻求解决。首先对换能器的线圈高度和磁轭回路结构进行仿真分析以初步确定磁路结构;然后基于非支配排序遗传算法对换能器提出了一个整体的多目标优化设计模型,该模型以增大磁致伸缩棒内磁场强度、提高棒内的磁场分布均匀度和减少换能器高频损耗为优化目标,引入规范化排序和熵权法对该优化方法得到的Pareto前沿解进行决策支持,筛选一组最优设计方案;最后对该最优解进行仿真分析,磁场分布和数值计算结果验证了该优化方法的有效性,根据优化结果制作了一台换能器样机,样机输出特性的测试结果表明了优化设计方法的可行性。     

高频电子电路用圆形截面环形磁芯的漏磁分析

环形磁芯在高频电子电路中大量使用,当线圈绕于磁芯部分表面,而磁芯磁导率不是很高时,磁芯中的漏磁不容忽视。该文基于麦克斯韦方程组得到的圆形截面环形磁芯中电场强度和磁场强度的解析计算公式,详细研究了漏磁随频率、磁导率、及绕组分布的变化,计算结果表明漏磁随着频率的增加而增加,随着磁导率的增加而减小,当磁导率很高或线圈均匀分布于磁芯表面时,漏磁很小,可以忽略。     

叠堆式超磁致伸缩致动器磁场分布建模及分析

为提高超磁致伸缩致动器(GMA)偏置磁场的均匀度,设计了叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA),建立了SGMA的磁场分布模型,并对模型进行分析研究。首先,通过分析传统GMA偏磁施加方式的特点和不足,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式,设计了SGMA;然后,将磁路模型和毕奥-萨伐尔定律相结合,建立了能够准确描述SGMA磁场特点的磁场分布模型;接着,利用所建立磁场分布模型分析了不同参数对SGMA磁场分布特征的影响,提出了SGMA结构设计方法;最后,通过实验完成了模型验证。结果表明:采用本文建立的模型描述SGMA磁场分布时,最大相对误差低于4%;在预测SGMA的输出位移时,最大相对误差低于5%。该模型有助于准确刻画SGMA的工作状态,提高SGMA的系统精度,并为SGMA结构设计提供参考依据。     

电磁MEMS磁珠操控微线圈三维磁场数值计算与模拟

磁珠具有偶联容量高、比表面积大、易于操控等特点,基于磁珠技术的电磁MEMS可实现磁珠液滴非接触式操控,其微线圈三维磁场分析是磁珠操控优化设计的基础.对静态液体磁珠操控进行了理论分析,确定了影响磁珠操控的主要因素,并应用毕奥-萨伐尔定律和积分方程法,对关键部件微线圈的三维微磁场分布特性进行了分析.运用成熟的商业有限元分析工具Ansys建模分析微线圈三维静态磁场,所得结果与数值计算方法进行了比较,表明所用方法对于磁珠微系统三维恒定磁场的分析是可行的.     

基于磁敏元件的寄生式时栅传感器仿真分析

传统寄生式时栅位移传感器采用线圈传输电信号,不能保证线圈本身及绕线质量,导致寄生式时栅位移传感器体积大、灵敏度低、功耗大。根据寄生式时栅位移传感器的工作原理,选择一种基于磁敏元件代替绕制线圈的方法。用ANSOFT/Maxwell对磁钢和磁敏元件的气隙磁场、磁敏元件与被测齿轮之间的距离、磁钢大小和形状进行仿真,比较分析可知3mm×3mm×2mm的长方体磁钢在气隙为3mm的情况下能够满足磁敏元件的工作要求。     

An electromagnetic localization method for medical micro-devices based on adaptive particle swarm optimization with neighborhood search

In order to non-invasively track a medical micro-device in gastrointestinal tract, an alternating electromagnetic tracking method was presented and a prototype was developed. In the tracking method, several energizing coils were excited by time-sharing sinusoidal signal to generate varying magnetic fields by one coil and then another coil. A wireless magnetic sensor measured the magnetic field strength at the location of the micro-device. The root-mean-square value of the magnetic field strength is a high-order nonlinear system of equations with respect to the position and orientation of the micro-device. Based on the adaptive particle swarm optimization (PSO) with neighborhood search, the position and orientation of the micro-device could be obtained. The experimental results show that the tracking method is valid and the modified algorithm succeeds in dealing with the nonlinear system of equations in localization. Comparing to the standard PSO algorithm, it does not require a good initial guess to guarantee convergence. Furthermore, it has high precision and fast convergence.     

磁靴开孔对磁场影响的理论计算与实验研究

为满足实验要求 ,必须在产生均匀磁场的磁靴上开一个观察孔 ,这样磁场均匀度势必会受到影响。本文介绍了均匀磁场的设计方法并进行了具体设计 ,对开孔带来的影响进行了数值模拟。利用有限元法分析了磁场均匀性与边界条件之间的关系并给出了具体的磁场分布数据表图。在理论分析的基础上 ,进行了实验验证 ,最后得到了满足设计要求的均匀磁场     

涡流引起的钢棒磁化滞后时间理论计算

在漏磁检测中,当检测速度增大时,漏磁场随之减小。针对这一现象,对钢棒在瞬变磁场下的磁化模型进行分析,在线圈中通入方波电流激励模拟外磁场瞬间变化的情况。通过求解谐波形式的Maxwell方程组得到单频电流激励下钢棒内磁矢量及磁场强度分布;对方波激励情形,通过Fourier变换将方波分解成谐波的叠加,计算得到各频率下的响应函数,再通过逆变换得到磁场的时域响应;计算电导率、磁导率对磁场达到稳定所需时间的影响。结果表明,在外磁场瞬间变化时,钢棒表面处的磁场几乎随外磁场同步变化,而中心处的磁场明显滞后于外磁场的变化,这一滞后效应导致了高速检测时钢棒内磁化不足,从而进一步影响了漏磁场的大小。