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悬浮电磁铁动态性能分析及结构优化

悬浮电磁铁动态性能分析及结构优化

作者：谭琦西南交通大学

学位级别：硕士

作为一种安全、高效、安静、环保的轨道交通工具,中低速磁浮列车已逐渐成为连接城际的重要交通工具。中低速磁浮列车的水平推力依靠异步感应直线电机提供,而悬浮力由悬浮电磁铁提供。悬浮电磁铁的动态性能决定了磁浮列车是否能稳定、高... 详细信息

作为一种安全、高效、安静、环保的轨道交通工具,中低速磁浮列车已逐渐成为连接城际的重要交通工具。中低速磁浮列车的水平推力依靠异步感应直线电机提供,而悬浮力由悬浮电磁铁提供。悬浮电磁铁的动态性能决定了磁浮列车是否能稳定、高效的运行。在磁浮列车加速过程中,悬浮电磁铁与钢轨发生相对运动,通过电磁感应在钢轨中产生涡流,而涡流产生的外加磁场将抵消部分悬浮电磁铁产生的原磁场,因此悬浮力受到削弱。随着列车运行速度的提高,该涡流效应将趋于明显。当悬浮力受涡流效应作用衰减时,为保证电磁铁与钢轨间悬浮气隙保持恒定,需要输入更大电流。但是在列车高速运行时,如果在电磁铁中长期通入大电流,将会导致电磁铁绕组内部持续发热,加速老化绕组间的绝缘层,如果绝缘层破损将导致绕组安匝数降低,进一步削弱悬浮力。因此,亟需对悬浮电磁铁与钢轨间的动态耦合特性进行研究。本论文主要围绕电磁铁与钢轨的动态耦合机理开展研究,解析了随速度变化涡流效应的动态变化规律,并提出抑制涡流效应的电磁铁与钢轨的优化匹配方法。本论文首先从悬浮电磁铁的悬浮原理出发,分析了影响电磁铁悬浮性能的关键因素,然后构建了“悬浮电磁铁-钢轨”的动态耦合模型,分析在不同运行速度下,悬浮电磁铁在涡流效应的作用下悬浮力的变化规律。同时,对悬浮电磁铁典型工况进行了研究,其中包括俯仰、侧滚、横向偏移和摇摆等,分析了四种工况下悬浮力的动态变化特性。然后,为抑制涡流对悬浮力的削弱作用,本文采用了叠片方式对悬浮电磁铁及钢轨的结构进行了改进,并与无叠片结构的悬浮电磁铁进行了对比。通过对比分析,采用叠片结构的电磁铁能够有效减小中低速磁悬浮列车在运动状态下轨道涡流对悬浮电磁铁产生的影响,对电磁铁悬浮力的衰减有较好抑制作用,其各项动态悬浮性能均优于无叠片结构的悬浮电磁铁。最后,为改善电磁铁端部的磁场分布,为削弱当列车移动时电磁铁入端在钢轨中产生的涡流对悬浮力的影响,本文采用了针对电磁铁端部结构的改进方案,并与悬浮电磁铁原型进行分析比较。仿真结果表明,电磁铁端部采用三角形改进结构能够在一定程度上抑制端部效应对悬浮力产生的影响,进一步提高了悬浮电磁铁的悬浮性能。

关键词：中低速磁浮列车悬浮电磁铁瞬态特性叠片结构端部效应

TbDyFe合金的高频动态磁特性及损耗特性分析

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仪器仪表学报 2020年第1期41卷 215-222页

作者：黄文美吴晓晴李亚芳翁玲河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

TbDyFe合金可应用于高频乃至超声频率器件中,高频磁场(f>1 kHz)下TbDyFe合金(Terfenol-D)磁滞现象及损耗严重。研究不同厚度TbDyFe合金叠片的动态磁特性及损耗特性对于设计高频范围的器件至关重要。采用AMH-1M-S型动态磁特性测试系统测... 详细信息

TbDyFe合金可应用于高频乃至超声频率器件中,高频磁场(f>1 kHz)下TbDyFe合金(Terfenol-D)磁滞现象及损耗严重。研究不同厚度TbDyFe合金叠片的动态磁特性及损耗特性对于设计高频范围的器件至关重要。采用AMH-1M-S型动态磁特性测试系统测量了不同厚度TbDyFe合金叠片在不同驱动磁场频率和磁密幅值下的动态磁滞回线。基于动态磁性理论和损耗计算模型,对比分析了不同厚度TbDyFe合金叠片的动态磁特性参数,并对高频范围内的损耗机理进行了深入研究。实验结果表明,当磁密幅值B_m=0.05 T、频率为5 kHz时,1 mm厚叠片结构样品与单片2 mm厚样品相比,动态磁滞回线横向变窄,所需磁场强度减小,矫顽力和磁能损耗值分别减小了26.4%和28.1%,振幅磁导率增大了11.7%。在一定磁密幅值下,TbDyFe合金的复磁导率实、虚部和振幅磁导率随频率增大,整体呈现出数值减小、减速变慢趋势;在高频高磁密条件下(f>5 kHz、B_m>0.06 T),厚度减小使TbDyFe合金损耗减小更为明显。

关键词： TbDyFe合金叠片结构高频动态磁特性损耗特性

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高比功率锂离子电池设计与性能研究

电源技术 2018年第2期42卷 195-198页

作者：阳晓霞冯辉金晶龙姜秀华王希文天津力神电池股份有限公司天津300384

兼具高比功率、高比能量的锂离子动力电池是锂离子电池发展的主要趋势,分析了电极材料、结构设计、电解液匹配等方面对电池功率性能的影响,重点研究了电池结构和电解液组成的影响,对功率型电池的内阻、倍率和温度特性进行了测试分析。... 详细信息

兼具高比功率、高比能量的锂离子动力电池是锂离子电池发展的主要趋势,分析了电极材料、结构设计、电解液匹配等方面对电池功率性能的影响,重点研究了电池结构和电解液组成的影响,对功率型电池的内阻、倍率和温度特性进行了测试分析。结果表明:在5 C或更大倍率放电时,叠片式结构设计明显优于卷绕式极组内并的结构;软包装叠片电池通过合理设计可兼顾功率性能和比能量;优化电解液组分,可显著改善功率型电池大倍率放电的循环性能,并兼顾高低温放电能力。

关键词：高比功率软包装锂离子电池叠片结构内阻循环性能

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TbDyFe合金的高频动态磁滞特性研究

兵器材料科学与工程 2020年第1期43卷 25-29页

作者：黄文美吴晓晴省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室河北工业大学电气工程学院天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室河北工业大学电气工程学院天津300130

研究不同叠片厚度TbDyFe合金的动态磁滞特性是设计高频器件的前提和基础。利用AMH-1M-S测量不同叠片厚度TbDyFe合金的动态磁滞回线,获得矫顽力、剩磁、振幅磁导率等磁特性参数,探究其随频率和磁密幅值的变化规律。对磁滞回线面积计算获... 详细信息

研究不同叠片厚度TbDyFe合金的动态磁滞特性是设计高频器件的前提和基础。利用AMH-1M-S测量不同叠片厚度TbDyFe合金的动态磁滞回线,获得矫顽力、剩磁、振幅磁导率等磁特性参数,探究其随频率和磁密幅值的变化规律。对磁滞回线面积计算获得材料的磁能损耗,研究叠片厚度对材料磁损耗和磁滞特性的影响。结果表明:当频率为定值时,TbDyFe合金的矫顽力、剩磁和幅值磁导率随磁密的增大呈近似线性增加;当频率升高时,叠片厚度大小对矫顽力、剩磁、幅值磁导率和损耗的影响愈加显著;叠片厚度小的样品其剩磁、矫顽力和损耗值偏小,幅值磁导率值偏大;当f为15kHz、Bm为0.09 T时,1 mm与2 mm厚的样品相比其损耗减小了32.2%。

关键词： TbDyFe合金叠片结构高频动态磁滞特性幅值磁导率损耗

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叠片式等壁厚螺杆钻具定子制造工艺基础研究

叠片式等壁厚螺杆钻具定子制造工艺基础研究

作者：杨建生燕山大学

学位级别：硕士

等壁厚螺杆钻具凭借优异的输出性能、简单的地面设施和定向钻井等优势,迅速的受到国内外钻具市场的青睐,但是等壁厚螺杆钻具马达截面线型啮合性能差、加工工艺复杂、制造成本高、橡胶层易脱落等问题也制约其进一步的普及应用。因此,解... 详细信息

等壁厚螺杆钻具凭借优异的输出性能、简单的地面设施和定向钻井等优势,迅速的受到国内外钻具市场的青睐,但是等壁厚螺杆钻具马达截面线型啮合性能差、加工工艺复杂、制造成本高、橡胶层易脱落等问题也制约其进一步的普及应用。因此,解决现有等壁厚定子存在的这些问题对推动等壁厚螺杆钻具的普及应用、降低钻井成本具有重要意义。首先,本文通过复矢量法对马达截面线型进行推导计算,并基于MATLAB软件开发了螺杆钻具线型计算程序。通过输入线型控制参数,得到各种线型可视化图形和数据坐标,便于设计人员进行修改和优化;同时,为提高线型啮合性能,减少橡胶层的磨损,对应用较为普遍的內摆线等距线型,进行进一步优化。然后,基于分层制造思想方法,提出叠片式等壁厚螺杆钻具定子的新型定子结构。叠片式结构将等壁厚定子复杂的三维曲面转化为二维叠片的制造,工艺上可用叠铆、压装等方法实现高效自动化的装配制造。随后,应用ANSYS软件对叠片与壳体的装配过盈量进行计算,基于各种加工方法能够达到的加工精度,对5LZ165型螺杆钻具进行叠片结构尺寸的设计,并用有限元法验证其装配强度。最后,采用Mooney-Rivlin橡胶材料模型和Debonding剥离模型,基于有限元分析,计算了叠片式等壁厚定子的橡胶压缩性能和橡胶层的剥离力。研究表明:叠片式等壁厚定子的橡胶压缩性能和橡胶层的剥离力均优于常规等壁厚定子,且优化后的定子横截面曲线轮廓有更好的啮合性能。本文提出的叠片式等壁厚螺杆钻具定子新结构、截面线型计算软件和线型优化方法,对等壁厚螺杆钻具的进一步发展具有重要的理论意义和参考价值,为低成本、高性能螺杆钻具的改进和开发提供借鉴。

关键词：等壁厚螺杆钻具截面线型线型优化叠片结构橡胶剥离