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基于优化Halbach阵列的磁粒研磨管内表面试验
1
作者 刘帅航 郭龙文 +2 位作者 应骏 肖春芳 韩冰 《金刚石与磨料磨具工程》 北大核心 2025年第5期640-654,共15页
针对磁粒研磨管内磁感应强度低、磁性磨粒更新不足导致其内表面加工效率低的问题,应用NSGA-Ⅱ算法提出一种在有限空间内提高磁感应强度与梯度的双侧Halbach阵列磁极结构优化方法。通过理论模型与仿真模型确定磁极的敏感参数,应用非支配... 针对磁粒研磨管内磁感应强度低、磁性磨粒更新不足导致其内表面加工效率低的问题,应用NSGA-Ⅱ算法提出一种在有限空间内提高磁感应强度与梯度的双侧Halbach阵列磁极结构优化方法。通过理论模型与仿真模型确定磁极的敏感参数,应用非支配排序算法NSGA-Ⅱ对预测模型进行优化以寻求Pareto最优解集,从而获得最优的磁极排列组合;结合磁极的径向往复进给,在提升研磨压力的同时促进磨粒翻滚更新,并进行磁性磨粒动力学仿真与试验验证。结果表明:采用NSGA-Ⅱ算法优化的双侧Halbach阵列磁极结构对比N-S磁极结构,其加工区域的最大磁感应强度提高58%,平均磁场梯度下降29.062 0 mT/mm;与N-S磁极的加工效率对比,双侧Halbach阵列磁极加工304不锈钢管件的加工效率提高85%;同时,采用优化后的双侧Halbach阵列磁极加工管件内表面,其加工痕迹均匀,管件内表面的氧化层等表面缺陷被完全去除,实现了管件内表面的高效率、高质量光整抛光。 展开更多
关键词 磁粒研磨 halbach阵列 多目标优化 管内表面抛光
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基于Halbach的爬壁机器人永磁组件的设计与优化
2
作者 沈顺喜 陈立志 +3 位作者 涂德贵 陈书冬 郭金泉 张立伟 《机械强度》 北大核心 2025年第11期135-141,共7页
针对传统爬壁机器人永磁组件吸附力与重量失衡、漏磁严重及吸附效率低的问题,为提升其在钢制壁面的磁吸附性能,满足船舶、塔筒等复杂环境作业需求,开展了Halbach永磁组件的设计与优化研究。选用N40M钕铁硼与Q235钢分别作为永磁体与轭铁... 针对传统爬壁机器人永磁组件吸附力与重量失衡、漏磁严重及吸附效率低的问题,为提升其在钢制壁面的磁吸附性能,满足船舶、塔筒等复杂环境作业需求,开展了Halbach永磁组件的设计与优化研究。选用N40M钕铁硼与Q235钢分别作为永磁体与轭铁材料,设计了类梯形Halbach永磁组件,上侧增设轭铁以引导磁感线减小漏磁,侧边不设轭铁;基于麦克斯韦方程组与应力张力法,建立了吸附力有限元仿真模型,采用控制变量法系统分析组件长度、宽度、厚度及轭铁厚度的影响;在尺寸约束下,通过非线性规划(Method of Moving Asymptotes,MMA)算法优化参数,搭建了岛津AGX-V2型拉伸机试验台,验证了仿真结果的正确性。结果表明,优化后吸附力从3500.6 N提升至3755.3 N,增幅7.28%;试验与仿真曲线趋势一致,最大吸附力偏差为8.1%,验证了仿真模型的准确性,为爬壁机器人吸附系统优化提供依据。 展开更多
关键词 halbach 爬壁机器人 永磁组件 有限元仿真 结构优化
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基于外能源武器的改进Halbach永磁同步电机优化设计
3
作者 乔子卓 张鹏军 +5 位作者 于云峰 石之昱 刘琪 郭威 白云 张运 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2025年第4期28-36,45,共10页
电机的转矩波动和齿槽转矩会直接影响外能源武器的射击精度,为增加外能源武器用永磁同步电机的稳定性,提出了一种改进Halbach永磁同步电机结构。通过建立电机有限元分析模型分析其在空载和负载情况下的电磁特性,验证了结构的可行性;利... 电机的转矩波动和齿槽转矩会直接影响外能源武器的射击精度,为增加外能源武器用永磁同步电机的稳定性,提出了一种改进Halbach永磁同步电机结构。通过建立电机有限元分析模型分析其在空载和负载情况下的电磁特性,验证了结构的可行性;利用正交阵列L27(3^(9),9^(1))抽样进行参数影响率分析,采用CCD响应面法建立拟合函数,使用NSGA-Ⅱ优化算法对电机进行目标优化。将优化后的电机与内置式永磁同步电机相对比,结果表明,在永磁体用量相同的情况下,改进Halbach永磁同步电机齿槽转矩下降了77.3%,电机转矩均值增加了10.8%,转矩波动下降了63.9%。研究为外能源武器用电机优化设计及提高外能源武器的稳定性提供了思路。 展开更多
关键词 外能源转管武器 永磁同步电机 halbach阵列 齿槽转矩 转矩波动 NSGA-Ⅱ算法
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基于Halbach阵列的K9玻璃磁流变抛光方法研究
4
作者 靳淇超 袁潇 +5 位作者 芦顺利 吕雷 钟太阳 刘瑾 郭磊 陈瑱贤 《光学精密工程》 北大核心 2025年第20期3214-3227,共14页
为提升磁流变抛光的励磁性能及加工质量,提出一种基于Halbach阵列的永磁体排列方式,并分析工艺参数对K9玻璃抛光性能的影响规律。通过磁场仿真对比Halbach阵列与传统N-S极交替阵列及内外交替阵列的磁场强度、磁通密度模、梯度分布及羰... 为提升磁流变抛光的励磁性能及加工质量,提出一种基于Halbach阵列的永磁体排列方式,并分析工艺参数对K9玻璃抛光性能的影响规律。通过磁场仿真对比Halbach阵列与传统N-S极交替阵列及内外交替阵列的磁场强度、磁通密度模、梯度分布及羰基铁粉受力情况;结合单因素实验,探讨工件转速、磁场转速、工作间隙及励磁间隙对表面粗糙度和材料去除率的影响规律。Halbach阵列扩大磁场有效作用面积,保持良好均匀性,提高磁场强度及磨粒受力,展现优越励磁性能;工件转速、磁场转速和工作间隙增加时,表面粗糙度呈先降后升,材料去除率先升后降;励磁间隙增大则导致粗糙度持续升高、材料去除率下降。在工件转速650 r/min、磁场转速70 r/min、工作间隙1.2 mm、励磁间隙4 mm及抛光30 min条件下,K9玻璃表面粗糙度达到0.0297μm,材料去除率为51.928 nm/min。Halbach阵列励磁方式及其抛光工艺有效提升了磁流变抛光性能。 展开更多
关键词 磁流变抛光 halbach阵列 K9玻璃 表面粗糙度 材料去除率
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Halbach阵列的磁流变化学抛光工艺研究
5
作者 徐泽超 尹韶辉 +1 位作者 王哲 马双琪 《表面技术》 北大核心 2025年第14期141-150,共10页
目的 提高磁流变化学抛光(MRFC)方法加工碳化硅的抛光效率与效果。方法 通过使用电磁场有限元分析软件Ansys Maxwell对Halbach阵列励磁装置进行仿真分析,磁感应强度B>400 mT的区域大致覆盖整个励磁装置上方,励磁面积达到18 000 mm^(... 目的 提高磁流变化学抛光(MRFC)方法加工碳化硅的抛光效率与效果。方法 通过使用电磁场有限元分析软件Ansys Maxwell对Halbach阵列励磁装置进行仿真分析,磁感应强度B>400 mT的区域大致覆盖整个励磁装置上方,励磁面积达到18 000 mm^(2),验证其能满足磁流变抛光的要求。采用正交实验方法对工艺参数进行优化,结合响应函数模型与极差分析获取最佳工艺参数;进行单因素实验,研究磨粒种类、磨粒粒径、混合磨粒对碳化硅磁流变化学抛光加工性能的影响,并测量加工面粗糙度以分析抛光效果。结果 最佳的工艺参数组合为工件转速200 r/min,抛光盘转速15 r/min,励磁间隙13 mm,工作间隙1 mm。金刚石磨粒抛光60 min后,表面粗糙度Ra达到1.6 nm,优于其他种类磨粒。金刚石磨粒粒径降低能够提升抛光效果,加工面粗糙度随磨粒粒径降低而降低,但磨粒粒径降低至0.5 um以下时,粗糙度变化不再符合此规律。复合磨粒抛光液在0.4比例下可获得更优异的抛光效果,可获得表面粗糙度Ra为0.45 nm的超光滑表面。结论 应用Halbach阵列励磁的磁流变抛光方法加工碳化硅材料,能够获得亚纳米级表面粗糙度。 展开更多
关键词 碳化硅 磁流变化学抛光 halbach阵列 表面粗糙度 金刚石磨粒
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基于Halbach阵列的电磁超声横波换能器优化设计
6
作者 沈柿强 陆铭慧 +2 位作者 程树云 胡克 胡宇 《中国测试》 北大核心 2025年第7期111-119,共9页
针对常规磁体结构的电磁超声横波换能器换能效率低的问题,提出一种基于Halbach阵列的电磁超声横波换能器,采用双层Halbach阵列永磁体结构。通过有限元仿真和实验对多种磁体结构进行对比分析。结果表明:单层Halbach阵列磁体的最大垂直磁... 针对常规磁体结构的电磁超声横波换能器换能效率低的问题,提出一种基于Halbach阵列的电磁超声横波换能器,采用双层Halbach阵列永磁体结构。通过有限元仿真和实验对多种磁体结构进行对比分析。结果表明:单层Halbach阵列磁体的最大垂直磁通密度是单磁体和传统排列磁体的2.32倍和1.54倍,具有上下层不同大小的双层Halbach阵列磁体在体积减小37%的情况下还能提升10%的最大垂直磁通密度。同时采用正交试验对换能器参数进行研究,仿真结果表明:线圈直径、同层线圈间距和双层线圈间距对回波幅值的影响显著,背板厚度和背板到线圈距离的影响则不显著,并通过实验验证正交实验结果的准确性。研究结果表明,优化后的具有双层Halbach阵列磁体的换能器激励横波的幅值相比传统单磁体、传统排列磁体和单层Halbach磁体分别提高122%、55%和10%,信噪比分别提高7.7、4.6、1.2 dB,实验和仿真两者有很好的验证效果。 展开更多
关键词 电磁超声横波换能器 双层halbach阵列 正交试验 优化设计 换能效率
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基于Halbach型磁耦合机构的多负载WPT系统研究
7
作者 何继泊 曹桂梅 +2 位作者 王豫 韩天浩 严仲明 《电机与控制应用》 2025年第5期477-486,共10页
【目的】针对多负载无线电能传输(WPT)系统中,接收线圈交叉耦合导致的系统传输效率降低的问题,本文提出了一种基于Halbach磁耦合机构的多负载WPT系统。【方法】Halbach磁耦合机构通过调控发射单元构成线圈的激励电流方向,利用构成线圈... 【目的】针对多负载无线电能传输(WPT)系统中,接收线圈交叉耦合导致的系统传输效率降低的问题,本文提出了一种基于Halbach磁耦合机构的多负载WPT系统。【方法】Halbach磁耦合机构通过调控发射单元构成线圈的激励电流方向,利用构成线圈的组合磁效应,实现了在目标区域定向聚集磁场和削弱磁场的双重调控效果。通过建立有限元仿真模型,在优化磁耦合机构设计的基础上,对接收单元和发射单元的互感特性与磁场特性进行了分析,从磁通量的角度阐述了磁场聚集和磁场削弱的原理。同时,构建SS型等效电路拓扑以推导系统输出特性。最后,搭建试验平台对系统的互感变化规律、输出特性以及磁削弱性能进行分析和验证。【结果】试验结果表明,Halbach型磁耦合机构具有双侧磁场聚集和磁场削弱功能,磁场聚集区域和磁场削弱区域错位分布,有效抑制了接收线圈间的交叉耦合,同时降低了系统的漏磁。两接收单元距离发射单元20 mm,双负载均为20Ω时,系统整体传输效率最高,达80.84%。【结论】本文所提Halbach型磁耦合机构,通过非对称磁场调控技术,成功解决了多负载WPT系统中接收线圈间的交叉耦合问题。由于采用模块化单元,该系统具有较好的可扩展性。这种模块化设计,简单且灵活,有望在多负载WPT系统中得到更广泛的应用。 展开更多
关键词 无线电能传输 halbach型磁耦合机构 磁场聚集 磁场削弱
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Halbach磁体阵列无铁心直线同步电机的性能分析
8
作者 姚艺华 印欣 卢琴芬 《微特电机》 2025年第4期10-14,38,共6页
以3槽4极Halbach磁体阵列无铁心直线电机为研究对象,通过有限元建模与遗传算法优化相结合的方法,深入分析了矩形磁体分段数、宽度及背铁材料对电机性能的影响。研究结果表明,背铁材料与磁体分段数是决定磁体优化尺寸的关键因素,当背铁... 以3槽4极Halbach磁体阵列无铁心直线电机为研究对象,通过有限元建模与遗传算法优化相结合的方法,深入分析了矩形磁体分段数、宽度及背铁材料对电机性能的影响。研究结果表明,背铁材料与磁体分段数是决定磁体优化尺寸的关键因素,当背铁采用铁磁材料时,增加磁体分段数可有效提升电机电磁性能,提高平均推力、降低推力波动并减小漏磁,但是会导致U形两排磁体间的吸引力和电机的机械强度增大,使得制造成本上升、经济性降低。因此,实际应用中需要综合考虑性能与经济性的基础上选择优化设计方案。 展开更多
关键词 halbach磁体阵列 无铁心直线电机 分段磁体 遗传算法 电机性能
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新型3段式 Halbach阵列无铁心永磁直线电机的性能分析
9
作者 姚艺华 卢琴芬 《微特电机》 2025年第10期1-4,24,共5页
为了解决无铁心永磁直线电机推力密度与推力波动难以协同优化的问题,提出了一种新型3段式Halbach阵列磁极结构。基于有限元建立了考虑充磁偏转角、永磁体宽度和高度的多参数耦合模型,采用单变量参数扫描与遗传算法结合的优化策略,得到... 为了解决无铁心永磁直线电机推力密度与推力波动难以协同优化的问题,提出了一种新型3段式Halbach阵列磁极结构。基于有限元建立了考虑充磁偏转角、永磁体宽度和高度的多参数耦合模型,采用单变量参数扫描与遗传算法结合的优化策略,得到了优化结构,其空载基波气隙磁密达到0.79 T,较传统2段式和双边对称梯形Halbach阵列分别提升3.1%和13.2%,推力波动系数控制在0.071%。结果表明,新型3段式Halbach阵列通过磁场分布优化与参数协同调控,有效平衡了推力密度与波动抑制。 展开更多
关键词 新型halbach阵列 3段式磁体 无铁心永磁直线电机 推力密度 推力波动
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新型双边Halbach磁力耦合器的多目标优化
10
作者 朱利方 程刚 宋东华 《煤矿机电》 2025年第1期13-18,共6页
针对常规双边Halbach磁力耦合器转矩性能不足的问题,引入了一种新型双边Halbach磁力耦合器。采用有限元方法对磁力耦合器进行建模和参数分析,探究新型双边Halbach阵列的充磁角度和铜盘厚度等主要参数对耦合器转矩和转矩密度的影响。考... 针对常规双边Halbach磁力耦合器转矩性能不足的问题,引入了一种新型双边Halbach磁力耦合器。采用有限元方法对磁力耦合器进行建模和参数分析,探究新型双边Halbach阵列的充磁角度和铜盘厚度等主要参数对耦合器转矩和转矩密度的影响。考虑到转矩和转矩密度难以同时达到最优,对新型双边Halbach磁力耦合器进行参数优化。采用响应面法建立转矩和转矩密度的响应面模型,结合响应面模型和粒子群算法进行多目标优化,以提高磁力耦合器的性能。经过优化后,与常规耦合器相比,新型双边Halbach磁力耦合器的转矩提高了21.9%,转矩密度提高了11%。有限元仿真结果验证了粒子群算法的可靠性,最后搭建试验平台进行试验,验证了有限元仿真的准确性。 展开更多
关键词 新型双边halbach磁力耦合器 有限元方法 多目标优化 粒子群算法
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非均匀Halbach阵列外转子永磁同步电机分析与优化
11
作者 吕品 马浩天 +3 位作者 苏勋文 徐东辉 刘紫阳 刘路路 《哈尔滨理工大学学报》 北大核心 2025年第4期58-70,共13页
为进一步提升带式输送机驱动电机转矩密度,提出了一种转子永磁体采用三段式非均匀Halbach充磁的外转子永磁同步电机结构并进行优化。首先,建立有限元模型,分析电机电磁特性,验证所提结构优越性。其次,计算参数Spearman相关性并参数分层... 为进一步提升带式输送机驱动电机转矩密度,提出了一种转子永磁体采用三段式非均匀Halbach充磁的外转子永磁同步电机结构并进行优化。首先,建立有限元模型,分析电机电磁特性,验证所提结构优越性。其次,计算参数Spearman相关性并参数分层,第一层参数采用改进樽海鞘算法开展多目标优化,第二层参数采取参数扫描优化。最后,通过仿真实验验证优化有效性,实验发现:所提出的非均匀Halbach阵列外转子永磁同步电机相较传统外转子永磁同步电机,在永磁体用量减少8.49%基础上,转矩密度增加3.86%,空载反电势基波幅值增大4.54%,谐波畸变率减小40.42%,转矩脉动和齿槽转矩分别降低61.59%和62.18%,显著提高了电机电磁性能。 展开更多
关键词 非均匀halbach阵列 外转子永磁同步电机 分层优化 多目标优化 樽海鞘优化算法
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双边Halbach外转子永磁电机原理与仿真分析
12
作者 谌昊 刘国清 +2 位作者 罗洋浩 袁中原 全雨杰 《微特电机》 2025年第7期1-8,16,共9页
为解决传统外转子永磁电机转矩密度低、发热量大的问题,提出了一种采用磁场调制原理的双边Halbach外转子永磁电机。介绍了双边Halbach外转子电机结构及永磁体分布,分析了电机的运行原理和Halbach阵列的增磁原理,根据电机的运行原理与工... 为解决传统外转子永磁电机转矩密度低、发热量大的问题,提出了一种采用磁场调制原理的双边Halbach外转子永磁电机。介绍了双边Halbach外转子电机结构及永磁体分布,分析了电机的运行原理和Halbach阵列的增磁原理,根据电机的运行原理与工作磁密谐波得到电机的空载反电动势和电磁转矩表达式;对电机进行有限元仿真分析验证,并对比了单边游标永磁电机、双边永磁电机和双边Halbach永磁电机的空载气隙磁密、空载反电动势、d,q轴电感和电磁转矩。结果表明,双边Halbach电机的转矩密度和电机效率都优于其他两类电机。 展开更多
关键词 双边励磁 halbach阵列 磁场调制 外转子永磁电机 有限元
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梯形Halbach交替极无铁心永磁同步直线电机特性分析与优化设计 被引量：7
13
作者 缪仲翠 苏乙 +2 位作者 张磊 赵璇 李燕 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期164-176,共13页
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... 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。 展开更多
关键词 永磁同步直线电机 halbach阵列 交替极 等效磁化强度法 KRIGING模型 多目标优化
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基于Halbach阵列轴向式电涡流阻尼器性能提升
14
作者 朱前坤 梁玉坤 +1 位作者 王宪玉 杜永峰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第22期45-52,共8页
为了提高轴向式电涡流阻尼器的阻尼性能,引入Halbach阵列,建立了Halbach阵列轴向式电涡流阻尼器(Halbach array axial eddy current damper,HAECD)模型。首先,阐明了HAECD的整体构造、工作原理与力学特性,采用三维电磁场有限元瞬态分析... 为了提高轴向式电涡流阻尼器的阻尼性能,引入Halbach阵列,建立了Halbach阵列轴向式电涡流阻尼器(Halbach array axial eddy current damper,HAECD)模型。首先,阐明了HAECD的整体构造、工作原理与力学特性,采用三维电磁场有限元瞬态分析方法验证电涡流单元阻尼系数计算的准确性;然后,建立四种阵列方式的电涡流阻尼单元计算模型并进行了优化分析;最后,分析了永磁体厚度、磁化角度及磁极配比对HAECD阻尼系数的影响。研究结果表明:Halbach阵列相较于其他阵列方式,在同等磁体体积情况下的阻尼系数提升率最高可达59.2%;针对本装置,适当增加永磁体厚度能有效提升阻尼系数,最优磁体厚度为31 mm;当磁化角度为2°时,阻尼系数最大;阻尼系数随着磁极配比的增大而逐渐缓慢增加,当磁极配比为2.5时,阻尼性能最优。 展开更多
关键词 桥梁结构 振动控制 阵列优化 参数分析 halbach阵列
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新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG设计与分析
15
作者 朱军 南怀春 +2 位作者 郭向伟 刘鹏辉 杨明 《江苏大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第1期105-111,共7页
为解决传统Halbach永磁阵列无铁芯轴向磁通永磁发电机(AFPMG)由于磁极永磁体用量增加而导致功率密度降低的问题,提出了一种变辅助磁极参数(极角和充磁夹角)的新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG.采用三维有限元法,对新型三段Halbach永... 为解决传统Halbach永磁阵列无铁芯轴向磁通永磁发电机(AFPMG)由于磁极永磁体用量增加而导致功率密度降低的问题,提出了一种变辅助磁极参数(极角和充磁夹角)的新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG.采用三维有限元法,对新型三段Halbach永磁阵列辅助磁极极角和充磁夹角进行了多目标优化设计,从而确定了最佳辅助磁极参数.最后对比了无铁芯AFPMG中采用不同磁极结构对发电机电压波形质量和功率密度的影响.结果表明:新型永磁发电机可以使发电机电压正弦波畸变率由2.40%下降为0.44%;相较传统两段Halbach和传统三段Halbach永磁阵列的无铁芯AFPMG,新型永磁发电机功率密度得到显著提高;新型永磁发电机的永磁体用量减少了16.68%,进而减轻了转子盘质量,使发电机更加适于低风速下稳定发电. 展开更多
关键词 轴向磁通永磁发电机 变辅助磁极参数 三段halbach永磁阵列 功率密度 电压波形质量
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基于敏感度分层优化的Halbach永磁电机电磁振动分析 被引量：5
16
作者 高建宁 高锋阳 +4 位作者 姚普 宋志翔 杨凯文 高翾宇 徐昊 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期142-153,共12页
为解决内置式永磁同步电机径向电磁力引起的电磁振动问题,提出一种分段永磁体采用Halbach充磁方式同时转子开设辅助槽的电机拓扑结构。首先,对电机气隙磁密、径向电磁力、电磁振动原理进行推导与分析,并建立有限元模型。其次,提出基于... 为解决内置式永磁同步电机径向电磁力引起的电磁振动问题,提出一种分段永磁体采用Halbach充磁方式同时转子开设辅助槽的电机拓扑结构。首先,对电机气隙磁密、径向电磁力、电磁振动原理进行推导与分析,并建立有限元模型。其次,提出基于电磁场和机械场耦合的电磁振动分析方案,对电机径向电磁力进行时间空间阶次傅里叶分解,在机械场中,分析电机定子在不同频率下的振动加速度幅值大小,并计算出定子各阶模态。在此基础上,基于响应面法和多目标遗传算法构建电机参数敏感度分层优化方案,并求得样本点帕累托前沿从而确定电机最优参数,将优化后的电机与普通V型内置式电机进行比较。最后,在机械场中仿真得到转子所受等效应力和总变形,验证得所提电机结构符合机械设计要求。分析结果表明:所提出结构电机在不损失电磁转矩的基础上,径向电磁力幅值大幅度降低,抑制了齿槽转矩,改善了气隙磁密和反电势的正弦度,在提高电机电磁性能的同时抑制了电磁振动的发生。 展开更多
关键词 内置式永磁同步电机 halbach永磁体 径向电磁力 定子模态 参数敏感度 响应面法
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考虑端部效应的动子无源型Halbach磁悬浮永磁直线电机电磁力分析 被引量：1
17
作者 张予希 颜建虎 +2 位作者 池松 周旭 郭保成 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期143-151,共9页
针对光刻机等高精确度定位平台无摩擦、无接触、无噪声需求,提出一种采用动子无源型平移和悬浮一体化Halbach磁悬浮永磁直线电机以实现定位平台的无摩擦悬浮及长距离定位运动。为了精确分析该类电机的悬浮力和推力特性,提出一种考虑动... 针对光刻机等高精确度定位平台无摩擦、无接触、无噪声需求,提出一种采用动子无源型平移和悬浮一体化Halbach磁悬浮永磁直线电机以实现定位平台的无摩擦悬浮及长距离定位运动。为了精确分析该类电机的悬浮力和推力特性,提出一种考虑动子永磁体端部效应的电机磁场解析模型并采用傅里叶分解法得到Halbach阵列永磁体磁场解析式。基于此磁场解析模型,通过洛伦兹力法得到了动子电磁力解析模型,并基于正交分解法推导了电机悬浮力和推力解耦的电磁力模型。结合有限元仿真对建立的电磁模型进行了对比验证,在此基础上,设计并制作了一台10极12槽样机,通过搭建实验平台进行推力和悬浮力测试,将实验测试值与有限元仿真值和解析值对比验证了所提出方法的准确性和快速性。 展开更多
关键词 永磁同步直线电机 磁悬浮 halbach阵列 解析分析 端部效应 电磁力
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基于响应面法的钛合金Halbach阵列增强磁流变抛光工艺参数优化 被引量：3
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作者 廖煜晖 周宏明 +4 位作者 张泽林 陈卓杰 张祥雷 周芬芬 冯铭 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期53-64,共12页
目的提高钛合金磁流变抛光的表面质量和抛光效率。方法用Halbach磁场阵列强化磁场,通过载液盘与磁铁反向旋转来增强磁流变抛光效率,使抛光头拥有更强的恢复性与自锐性。通过仿真模拟和实际测量对比研究Halbach阵列与N-S阵列的磁场分布... 目的提高钛合金磁流变抛光的表面质量和抛光效率。方法用Halbach磁场阵列强化磁场,通过载液盘与磁铁反向旋转来增强磁流变抛光效率,使抛光头拥有更强的恢复性与自锐性。通过仿真模拟和实际测量对比研究Halbach阵列与N-S阵列的磁场分布和磁场梯度。依照试验结果描述抛光剪切力、表面粗糙度与表面微观形貌随时间的变化规律。采用响应面法优化载液盘转速、磁铁转速和加工间距等3个工艺参数,建立剪切力和表面粗糙度的拟合方程数学预测模型,并对其中的不显著项进行优化。结果在响应面交互作用分析中,工艺参数对剪切力的影响的大小顺序为加工间距、磁铁转速、载液盘转速;对表面粗糙度影响的大小顺序为载液盘转速、磁铁转速、加工间距。根据不同的需求,确定选定范围内的工艺参数组合,需要快速去除材料时,使剪切力趋于最大值的工艺参数组合为载液盘转速227 r/min,磁铁转速64 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度S_(a)为34.911 nm的光滑表面。抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为0.812 N。需要最优表面质量时,使表面粗糙度值趋于最小值的工艺参数组合为载液盘转速300 r/min,磁铁转速150 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度S_(a)为26.723 nm的光滑表面。抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为0.796 N。结论Halbach阵列拥有较高的磁场强度和富有空间变化的磁感线,能够使磁流变液中的磁链呈现出更多的姿态变化。根据响应面法优化后的剪切力和表面粗糙度预测模型,预测结果与验证试验结果相差很小,预测模型的准确度与可信度较高。 展开更多
关键词 磁流变抛光 halbach磁场阵列 钛合金 响应面法 剪切力 表面粗糙度
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Halbach型磁浮列车永磁轨道的空间磁场计算模型 被引量：2
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作者 叶建和 占鹏飞 +3 位作者 曾金成 邝宏林 邓永芳 苏彬彬 《磁性材料及器件》 CAS 2024年第5期6-11,共6页
Halbach阵列因其显著的单边聚磁特性,成为提升永磁轨道悬浮性能的重要途径。针对Halbach型永磁轨道复杂的空间磁场分布行为,提出一种简捷高效的三维磁场分析方法。首先在均匀磁化假设的前提下,建立基于毕奥-萨伐尔定律的单块永磁体的解... Halbach阵列因其显著的单边聚磁特性,成为提升永磁轨道悬浮性能的重要途径。针对Halbach型永磁轨道复杂的空间磁场分布行为,提出一种简捷高效的三维磁场分析方法。首先在均匀磁化假设的前提下,建立基于毕奥-萨伐尔定律的单块永磁体的解析模型。然后基于磁通叠加得到完整轨道的三维磁场解析模型。最后通过对实测值、解析解和有限元解的对比分析,验证所提模型的可靠性和准确性。本研究结果可为永磁轨道的进一步设计和优化提供重要的参考依据。 展开更多
关键词 halbach型永磁轨道 磁感应强度 解析模型 磁密分布
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基于Halbach阵列的新型吸附结构设计及其优化 被引量：2
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作者 苏忠富 莫丽 +1 位作者 郭振兴 刘傲 《陕西科技大学学报》 北大核心 2024年第5期149-156,共8页
为解决目前爬壁机器人永磁式吸附结构难以改变吸附力大小的问题,提出了一种基于Halbach阵列的新型永磁式吸附结构,该结构由方形永磁体和圆柱形永磁体按一定的充磁方向排列组合而成,通过转动圆柱形永磁体改变充磁方向,从而改变吸附力大小... 为解决目前爬壁机器人永磁式吸附结构难以改变吸附力大小的问题,提出了一种基于Halbach阵列的新型永磁式吸附结构,该结构由方形永磁体和圆柱形永磁体按一定的充磁方向排列组合而成,通过转动圆柱形永磁体改变充磁方向,从而改变吸附力大小.采用ANSYS Maxwell软件研究了吸附结构各参数(永磁体数量、轭铁厚度、气隙大小)对吸附力和单位吸附力的影响,并对以上参数进行优选;以单位吸附力为目标参数,基于粒子群算法对两种永磁体尺寸进行优化,优化前永磁体体积为219823 mm^(3),吸附力为744 N,永磁利用率为0.00352N/mm^(3),优化后永磁体体积为160027.4 mm^(3),吸附力为819.7 N,永磁利用率为0.00510 N/mm^(3).研究结果表明:吸附结构优化后节省了27.2%所占据的空间,增加了15.1%的总体吸附力,提升了45.5%的永磁利用率,优化后吸附结构的吸附性能有了显著提高,可为永磁式吸附结构的设计及优化提供参考. 展开更多
关键词 爬壁机器人 吸附结构 halbach阵列 有限元仿真 粒子群算法
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