动磁式直线压缩机电磁特性分析及实验

设计开发了一种动磁式直线压缩机样机,利用磁路分析法对直线压缩机的静态特性进行定性分析,得到了电磁力、磁链关于电流、位移以及直线振荡电机结构参数之间的函数关系.又利用电磁场的二维有限元参数化分析进行定量分析,精确计算了不同位置和电流下的电磁力和磁链.修正了磁路分析的计算结果.为研究其动态特性,将有限元静态分析与状态方程法相结合,建立了动力学模型,并利用4阶Runge-Kutta法求解状态方程.实验证明,此动态特性仿真方法是有效的,样机的性能能够满足冰箱压缩机的前求.     

斯特林用直线压缩机的研究

斯特林直线压缩机的性能决定了斯特林制冷机的性能和寿命,阐述了动圈式和动磁式斯特林用直线压缩机的发展及结构特点,并介绍了斯特林直线压缩机的设计计算模型,给出了电机效率与动子质量和角频率的关系,这是斯特林直线压缩机设计的重要控制指标。     

动磁式双定子直线压缩机动态特性仿真研究

针对一种动磁式双定子直线压缩机,在分析电机运行原理的基础上,建立其等效磁路模型,推导了气隙磁链、电磁力、电磁力系数、反电动势系数和电感等重要控制参数的解析公式,并通过有限元计算对解析结果进行验证。根据控制参数计算结果,对直线压缩机系统的动态特性进行仿真研究。重点分析了电机电流、动子位移和速度随时间变化规律及活塞振幅随频率变化特性。研究结果对直线压缩机活塞的行程控制、弹簧系统的谐振设计以及后续的控制系统设计提供重要理论依据。     

斯特林制冷机直线电机磁性材料模拟分析与应用

直线电机磁性材料的选择对斯特林制冷机的性能具有重要影响。应用电机电磁场理论和有限元分析方法,建立动磁式直线电机的电磁场模型,基于Ansoft Maxwell软件对几种常用磁性材料的电磁场进行有限元分析,得到了相应的电磁推力和磁感应强度分布。经过分析比较,选择铷铁硼、铁钴钒和硅钢作为电机磁性材料,研制的斯特林制冷机应用于5L深冷冰箱,获得了-150℃的低温环境,对应温度的制冷量为7W。     

轻量化高效线性压缩机设计与实验研究

线性压缩机为线性分置式斯特林制冷机的动力源,压缩机的效率基本决定了整机的制冷效率。本文设计出一款轻量化高效线性压缩机,采用Redlich型动磁式直线电机结构,通过向量分析法模型对线性压缩机进行动力学设计,通过试验验证设计并进行优化。     

冰箱用直线压缩机系统开发

直线压缩机具有效率高、结构简单、体积小、容量调节性能优异等优点,是目前冰箱用压缩机的一个发展热点。文中介绍了冰箱用直线压缩机的结构设计、动磁式直线电机设计及直线电机的控制方法。     

脉管制冷机用直线电机

脉管制冷机是目前最常用的小型低温制冷机之一,直线电机驱动的线性压缩机是脉管制冷机的关键部件。介绍了应用于脉管制冷机的直线电机的两种主要类型,其中包括动圈式和动磁式直线电机的多种结构形式以及各形式的特点,对直线电机的设计、监测和运行三个方面进行了综述,指出了今后脉管制冷机用直线电机的发展趋势,为该领域的科研工作者提供参考。     

高效斯特林制冷机性能实验研究

围绕某型号研制任务需求,自主研制了一种气动分置式斯特林制冷机,制冷机采用动磁式直线电机驱动、压缩机对置结构,压缩机及膨胀机均采用膜片弹簧支撑方式。基于sage软件完成整机热力学、结构相关设计,针对影响制冷机的主要因素：密封间隙、充气压力和膜片弹簧刚度开展了相关的理论和试验研究,获得了压缩机与膨胀机最佳的匹配状态,样机在60 W_AC输入功率下制冷量不低于3 W/80 K,制冷机效率可达5%以上。     

多极矩分析的教与学探讨

多极矩展开是一种重要的分析方法，由静态电磁场多极矩展开得到的电多极子和磁多极子是基础而重要的物理模型.多极矩展开表示方法、多极子模型与多极子以及电磁场相互作用是多极矩分析教学的核心内容.本文从上述三个方面展开探讨：给出静态电场和静态磁场的内部和外部多极展开；讨论多极矩展开的不同表示的关系；强调多极子是基于远源处电磁势对源进行的等效点源替代；最后，从受力与力矩方面考察电多极子和磁多极子与外电磁场的相互作用.     

小型动磁直线电机驱动压缩机研究

建立了小型动磁直线电机压缩机运动理论模型,数值分析结论与实验结果验证了样机的磁路设计,获得了13.0N/A的电机比推力,电机理论效率为78%。压缩机与冷指为Φ10的气动膨胀机进行匹配试验。获得压缩机的最佳工作频率48—50Hz,电机效率71%,电机效率比理论值小7%。     

从简单模型入手探究陀螺仪在磁场中的减速问题

2019年中国大学生物理学术竞赛中,非铁磁性导体材料制的陀螺仪在磁场中减速问题的研究没有限定任何具体参数,不易根据麦克斯韦方程得到全面统一的答案.本文从无限长导体圆柱模型入手,通过合理的近似,推导得到了陀螺仪转轴与磁场方向垂直和平行两种条件下,电磁阻力矩与磁感应强度、角速度、电导率等参数依赖关系的表达式,进而给出了磁场方向相对陀螺仪转轴任意取向时陀螺仪减速阻尼系数满足的一般关系,并通过量纲分析验证了公式的合理性.实验部分设计引入直流电动机提供驱动转矩,分析测量数据可以证明,基于基本模型得到的电磁阻力矩公式可以较为准确的描述实际的陀螺仪减速过程.     

空芯大气隙高温超导直线电机电磁力实验研究

直线电机是一种无需中间传动装置而直接将电磁力转换为线性运动的特种电机,在交通运输领域具有广泛的应用前景.将高温超导技术与电机理论相结合,能够有效利用超导材料的强载流能力与高场特性提高直线电机的输出能力.本文提出了一种应用于超导磁悬浮列车牵引的空芯高温超导直线电机,首先建立空芯高温超导直线电机的二维有限元模型对电机结构参数进行初步探索,并完成了超导直线电机样机的设计与制作.通过搭建实验测试平台完成了空芯高温超导直线电机定子磁场和电磁力的实验测试.有限元计算结果与实验数据有较好的一致性,验证了模型的有效性,并利用该模型研究了定子电流,超导线圈电流以及电机气隙对电机推进力输出的影响.本文的相关成果将促进超高速磁浮交通领域关键驱动技术的研究与发展.     

Magnetoelastic modelling of composites containing randomly dispersed ferromagnetic particles

Coupled magnetoelastic behaviour is investigated for two-phase composites containing randomly dispersed ferromagnetic particles under both magnetic and mechanical loading. The pair-wise particle interactions for magnetic field and elastic field are first defined by the solution for two particles embedded in the infinite domain, which is explicitly solved by the Green's function technique. By integrating the interactions from all other particles in the representative volume element, the homogenized magnetic and elastic fields are then obtained. Effective magnetostriction due to the magnetic interaction force is further derived. Without consideration of magnetic loading, this micromechanical model provides an effective elasticity with the pair-wise particle interactions. By dropping the interaction term, this model is reduced into Mori–Tanaka's model. Finally, magnetoelasticity is numerically solved by considering the magnetomechanical coupling effect. It is predicted that the effective Young's modulus and shear modulus decrease along with the increase of magnetic loading for random composites.     

磁悬浮轨道交通演示模型的研制

详细介绍了自行开发的磁悬浮轨道交通演示模型,该模型以永磁技术为支撑,直线无刷直流电动机提供动力,自控式逆变器保证直线无刷直流电动机输入电流的频率与电动机运行速度始终保持同步,并用MC33033开环控制电路实现对直线无刷直流电机的控制.该模型运行效果较好,起到了较好的教学演示作用.     

基于ANSYS的高温超导直线感应电机仿真分析

随着直线感应电机在地铁等城市轨道交通中的不断应用和高温超导带材技术的不断完善,文中提出一种新型高温超导直线感应电动机的设计思路,依据直线感应电机电磁设计原理,对高温超导直线感应电机进行了研究和设计;利用大型有限元软件ANSYS对电机的电磁场、电磁力等进行仿真,给出仿真结果;并对仿真结果进行简要说明。最后通过对普通铜绕组直线感应电机和高温超导直线感应电机的理论和仿真分析对比,验证了高温超导直线感应电机将具有更大的优越性。     

Magnetoelastic Instability of a Long Graphene Nano-Ribbon Carrying Electric Current

This paper aims at investigating the resonance frequencies and stability of a long Graphene Nano-Ribbon (GNR) carrying electric current. The governing equation of motion is obtained based on the Euler-Bernoulli beam model along with Hamilton's principle. The transverse force distribution on the GNR due to the interaction of the electric current with its own magnetic field is determined by the Biot-Savart and Lorentz force laws. Using Galerkin's method, the governing equation is solved and the effect of current strength and dimensions of the GNR on the stability and resonance frequencies are investigated.     

关于法拉第旋度电场和爱因斯坦协变场的探讨与研究

在国家基金项目的支持下,本研究基于电子论和洛伦兹磁力否定法拉第定律和相对论电磁学,暨揭示广义洛伦兹磁力的科学研究之三:旋度电场和协变场不存在.文[1]介绍了广义洛伦兹磁力的定义及其及其证明,并论证指出广义洛伦兹磁力是真谛;文[2-3]介绍了法拉第电动势ε是虚构的,虚构的法拉第定律存在几个关键问题.正因如此,所以法拉第定律不具有普适性.感应电流的产生与磁通量变化率无关.     

Modeling and experimental analysis of the linear ultrasonic motor with in-plane bending and longitudinal mode

A novel linear ultrasonic motor based on in-plane longitudinal and bending mode vibration is presented in this paper. The stator of the motor is composed of a metal plate and eight piezoelectric ceramic patches. There are four long holes in the plate, designed for consideration of the longitudinal and bending mode coupling. The corresponding model is developed to optimize the mechanical and electrical coupling of the stator, which causes an ellipse motion at the contact tip of the stator when the composite vibrations with longitudinal and bending are excited. Its harmonic and transient responses are simulated and inspected. A prototype based on the model is fabricated and used to conduct experiments. Results show that the amplitude of the stator’s contact tips is significantly increased, which helps to amplify the driving force and speed of the motor. It is therefore feasible to implement effective linear movement using the developed prototype.     

Force,momentum and topology of a moving magnetic domain

The following general relations involving force, momentum and topological winding number of a translating magnetic domain are derived from the Landau—Lifshifz equation in a context appropriate to bubbles: The gyrotropic force tending to deflect a steadily moving domain is proportional to a mean winding number linear in Bloch-point coordinates. The time derivative of the canonical momentum for a domain of integer winding number is equal to the total force, which must include gyrotropic and dissipative terms. A new contour integral expresses the momentum in the limit of vanishing wall thickness. Approximate equations of quasi-steady domain motion are cast into a form resembling Hamiltion's equations for a particle. Discussion centers on applications to gradientless propagation, bubble saturation velocity, and the Blochline model of inertial effects, and on general limitations of the theory.