摘要：基于印制电路板(PCB)技术的盘式永磁电机(AFPMM)提出一种新型halbach阵列的转子结构,该阵列结构简单、易于优化。运用矢量磁位法对新型转子产生的空载气隙磁密进行解析推导,获得关于气隙磁场的数学模型。基于该模型,保持永磁体总用量不变,以永磁体极弧系数比和径向长度比作为优化变量,气隙磁密基波幅值和谐波畸变率作为优化目标,确立最优转子结构参数。三维有限元仿真结果表明,解析法所得的气隙磁密波形与有限元法基本一致,验证了所提出解析模型的合理性。与传统halbach阵列相比,新型halbach阵列气隙磁密基波幅值提升了10.3%,同时谐波畸变率由19.8%降至4.8%,优化效果明显,可以有效降低高频工况下电机的涡流损耗、提升电机效率。最后制造一台样机进行相关实验测试,验证了解析和仿真分析的正确性,对PCB定子AFPMM的设计具有一定参考价值。

摘要：针对混合磁轴承传统偏置永磁结构永磁体承载能力不高、涡流损耗较大等问题,提出一种2极3段式halbach磁环阵列型偏置磁场结构,运用ANSYS Electronics Desktop软件建立其2D、3D有限元仿真模型,仿真结果表明其单边聚磁效果明显增强。进一步研究了极弧系数、磁化夹角、主副磁极拓扑结构等关键设计参数对halbach混合径向磁轴承磁悬浮力的影响规律,给出了提高永磁体利用效率、降低涡流损耗的参数设计方法。

摘要：针对电磁超声换能器(EMAT)激发的Lamb波存在多模态和换能效率低的问题,提出一种基于halbach阵列的电磁超声换能器设计,其永磁体磁极方向按照halbach阵列排布。与传统EMAT单一磁铁对比,相同尺寸下halbach阵列产生的静磁场强度有明显提高。为提高Lamb波单一A0模态的信号幅值,对换能器曲折线圈和磁铁阵列参数进行优化。通过理论分析和二维有限元仿真,结果表明,halbach阵列的换能器最大磁通密度、磁通密度x分量和y分量分别是传统型的2倍,halbach阵列换能器激发的Lamb波在铝板表面处位移是传统型的8.8倍。

摘要：为解决储罐爬壁机器人永磁吸附效率低的问题,设计了基于halbach阵列的永磁吸附装置,并对吸附装置的结构参数进行了优化分析。首先,根据吸附单元实际运用中的漏磁问题,通过增加轭磁铁来减少漏磁;其次,基于halbach阵列永磁体充磁方向特性,对两种不同排列方式的吸附装置进行仿真对比分析,选择在相同变量下吸附力更大的排列方式;最后,通过控制变量的方法对吸附装置结构参数进行优化分析。仿真表明:优化后的单位体积吸附力提升了21.2%,达到了5.19 N·cm^(-3),提高了磁能利用率。

摘要：为了提高板式电涡流阻尼单元的耗能效率,在板式电涡流阻尼单元中引入了halbach永磁阵列,并开展了参数分析和优化设计研究。首先制作了一个halbach阵列板式电涡流阻尼单元,并通过试验验证了采用三维电磁有限元分析计算其阻尼系数的可靠性。然后基于三维电磁有限元分析方法,研究了永磁体厚度、磁极数、磁极对数、极长比及永磁体背铁对halbach阵列板式电涡流阻尼单元阻尼系数的影响。最后提出了二维电磁有限元分析与MATLAB遗传算法相结合的板式电涡流阻尼单元永磁阵列参数优化方法,并通过算例分别对有背铁halbach阵列、无背铁halbach阵列、垂向极化阵列和纵向极化阵列等4种方案进行了优化设计。研究结果表明:在一定范围内增加永磁体厚度能显著提高halbach阵列板式电涡流阻尼单元的阻尼系数;在永磁体阵列总长度不变的情况下,阻尼系数随着halbach阵列磁极数量的增大而增大,但增速逐渐减慢;设置永磁体背铁可提高halbach阵列板式电涡流阻尼单元的阻尼系数,但永磁体厚度较大或磁极数较多时,其影响逐渐减弱;存在最优极长比使阻尼系数最大,其中有背铁时约为0.65,无背铁时约为0.5。针对优化设计算例,从耗能能力来看,有永磁体背铁的halbach阵列大于垂向极化永磁体阵列大于无永磁体背铁的halbach阵列大于纵向极化永磁体阵列;通过参数优化,可大幅提升板式电涡流阻尼单元的耗能能力。

摘要：为提高永磁游标电机(PMVM)的输出转矩,发挥halbach永磁体阵列的聚磁优势,提出转子侧halbach阵列永磁体游标电机。采用解析分析法和有限元法,对比分析PMVM和halbach永磁体阵列A型结构永磁游标电机(HPMVMA),结果显示采用halbach永磁体阵列后提高了电机的空载反电势和输出转矩,减少了永磁体用量,但也带来了电机转矩脉动的增加。因此,在HPMVMA调制齿之间加入永磁体,构成新型halbach永磁体阵列B型结构永磁游标电机(HPMVMB),对HPMVMB进行了永磁体、调制齿、定子齿宽等结构参数的优化,经过运行性能和经济指标对比分析,结果表明,与HPMVMA相比,HPMVMB永磁体用量增加20%的情况下,永磁体利用率和电机转矩密度分别提高了40.8%和69.01%,而转矩脉动下降了11.74%。通过有限元仿真验证了电机理论的有效性,并为游标电机的设计与优化提供了一定思路。

摘要：针对无铁心永磁同步直线电机(PMLSM)存在推力波动问题以及磁极结构对永磁体利用率的影响,从结构方面着手,提出一种梯形halbach交替极磁极结构的无铁心永磁同步直线电机,对halbach阵列进行优化设计。首先通过有限元法对比在halbach交替极、双层halbach磁极与梯形halbach交替极3种磁极结构中PMLSM的电磁性能,分别对气隙磁场谐波成分、空载反电动势、电磁推力以及推力体积比进行计算与对比。其次,采用等效磁化强度法定性分析磁极结构对电机出力性能的影响,并引入Kriging模型,结合多目标优化算法对关键参数进行优化以提高电机平均推力和推力体积比,降低推力波动,得到3个优化目标的Pareto前沿。最后,通过仿真分析验证设计方法的有效性以及电机性能的改善。结果表明:梯形halbach交替极磁极结构永磁体利用率更高,具有实用价值;梯形halbach交替极PMLSM能够有效抑制推力波动并保持在7%左右,适用于高精确度加工设备。

摘要：为改善传统减压阀中机械弹簧应力松弛和疲劳断裂等问题,提出一种基于halbach阵列磁弹簧的直动式减压阀。利用Maxwell对halbach阵列磁弹簧进行磁力仿真,设计出满足减压阀性能要求且铁磁耗材较低的halbach阵列。利用AMESim软件仿真分析静态压力-流量特性与动态阶跃响应特性对halbach阵列磁弹簧减压阀与机械弹簧直动式减压阀的影响规律。结果表明:相较于同规格机械弹簧直动式减压阀,halbach阵列磁弹簧减压阀压力-流量曲线更平缓,即入口流量相同的情况下,磁弹簧减压阀压力损失更小,稳压精度更高;当进出口压差为2.5 MPa时,响应速度接近,当进出口压差提升至4.5 MPa时,halbach阵列磁弹簧减压阀压力脉冲较小,即超调量较小,响应速度略有提高。

摘要：为了研究不同控制方法下永磁电磁混合halbach阵列的电动悬浮稳定性,首先,利用电磁场理论对系统悬浮力2D解析式进行了推导,并搭建有限元模型对其进行了验证;其次,建立了系统垂向动力学模型,设计了基于气隙反馈的定气隙PID控制器和变气隙PID控制器;最后,仿真分析了系统受到外界扰动时的悬浮气隙及线圈电流波形.研究结果表明:当系统受到1 mm轨道沉降扰动时,两种控制器均能使系统稳定运行于额定状态,且动态过程一致;当系统受到±1000 N扰动力作用时,定气隙PID控制器可使系统稳定悬浮于额定气隙30 mm位置,且稳态线圈电流分别为2.12 A/mm^(2)和−2.17 A/mm^(2),变气隙PID控制器则使系统分别稳定悬浮于28.5 mm及31.6 mm位置,且稳态线圈电流均为0.

摘要：永磁磁浮交通系统利用车载永磁体和永磁轨道间的磁斥力实现悬浮,理解并掌握永磁体磁力与其空间位姿参数的关系对磁浮车辆走行部及轨道结构设计具有重要意义.参考兴国县永磁磁浮交通系统,建立车载永磁体和永磁轨道的三维磁场有限元模型;计算不同悬浮间隙、横向偏移、点头角、侧滚角和摇头角条件下车载永磁体受到的磁力,重点分析车载永磁体悬浮力和横向力随5个位姿参数的变化规律及其相关程度.结果表明:车载永磁体的磁力主要受悬浮间隙和横向偏移量的影响,受摇头角的影响较大,受点头角和侧滚角的影响很小;在设定的参数变化范围内,悬浮力最小值和最大值与额定悬浮力之比分别约为0.75和1.16,横向力最大值达到额定悬浮力的50.42%;车载永磁体横向力的方向与其横向偏移方向一致,摇头力矩与其摇头方向相同,需要为永磁悬浮系统设置导向装置,防止车载永磁体横向晃动和偏航运行.