高精度石英挠性加速度计力矩器磁路仿真分析

针对石英挠性加速度计标度因数非线性误差主要来源于力矩器磁路性能非线性及不同温度下加速度计参数随力矩器中永磁体磁性能变化产生漂移的问题,建立了力矩器的1/4二维有限元分析模型,对使用新型永磁体加速度计力矩器磁路进行计算,得到了不同结构下工作气隙磁密分布规律及不同温度下工作气隙磁密的温度系数.依据仿真结果,优化设计后的气隙磁密线性长度增加了72％,实测数据证明该方案加速度计的二阶非线性误差优于5×10-6,同时该方法为仿真计算加速度计标度因数的温度系数提供了新思路.     

双边永磁励磁游标电机运行原理及电磁特性仿真研究

为了进一步提高电机的功率密度和转矩密度,以满足直驱系统低速、大转矩的运行工况,提出一种新型双边永磁励磁游标(DPMEV)电机。该电机定子和转子上均放置有永磁体,利用定、转子齿对气隙磁导的双向调制作用,将两组永磁体产生的永磁磁场调制成少极数、高转速的有效谐波磁场,并根据有效谐波磁场设计电枢绕组,从而使定、转子上两组永磁体同时与电枢绕组耦合。介绍了DPMEV电机的拓扑结构。基于等效磁路法,对该电机的气隙磁通密度进行了分析,表明该电机可利用气隙磁导的双向调制作用,实现电机功率密度和转矩密度的有效提高。在深入分析电机工作原理的基础上,通过有限元法对DPMEV电机进行了计算和分析,验证了该电机具有适用于直驱系统的高功率密度和高转矩密度特性。     

基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析

轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。     

加速度计力矩器设计

介绍了永磁式力矩器的工作原理,对力矩器磁路计算进行了推导,介绍了提高磁性材料稳定性的方法,说明了力矩器磁温补偿的原理和方法.     

基于改进磁密计算的开关磁阻电机径向力解析建模

现有的麦克斯韦应力法计算开关磁阻电机(SRM)径向力的过程中,气隙磁通密度的求取过于简化。由于麦克斯韦应力法的积分路径较简单,气隙磁通密度的准确度直接影响了径向力求取的精度。综合等效磁路法和麦克斯韦应力法,精确计算了SRM气隙磁通密度,给出了单相激励下定子径向电磁力的表达式。在角度位置控制 (APC) 方式下,推导了转子运转过程中定子径向电磁力的解析表达式。在有限元软件上进行了仿真,对比分析了解析计算得到的径向力在时域和频域的分布,解析结果和有限元仿真结果相比表明,即使在2倍额定电流下误差也能维持在10%以内。     

双定子混合励磁磁通切换电机及其电磁性能分析

提出了一种带有导磁桥的双定子混合励磁磁通切换(DSHEFS)电机。通过建立混合励磁电机数学模型,分析了混合励磁电机的优势所在;并通过建立等效磁路模型,总结了具有或不具有导磁桥的两种DSHEFS电机特性。基于二维有限元分析,对DSHEFS的电磁性能进行了评估,结果表明,其不仅具有优异的磁场调节能力,而且还具有更高的输出转矩。     

轴向磁通磁场调制型电机的解析分析

提出了一种新型二维解析分析方法用于计算轴向磁通磁场调制型电机的气隙磁场分布和电机特性。对电机每个子域列出拉普拉斯方程或泊松方程并结合边界条件,求解出每个子域的矢量磁位,进而得到气隙磁场分布、空载反电势、电磁转矩和轴向磁拉力的解析表达式。为了评估解析方法的计算精度,对二维解析分析结果和三维有限元仿真结果进行了比较,结果表明二维解析计算结果的计算误差在10.3%以内。由于解析分析在保证计算精度的前提下大大缩短了计算时间,因此该方法适用于轴向磁通磁场调制型电机初始设计阶段电机参数的确定。     

核磁共振陀螺用高均匀磁场线圈设计方法

核磁共振陀螺代表了新一代高精度、微小型陀螺的发展方向之一,随着陀螺体积的降低,磁屏蔽层与磁场线圈随之减小,且二者贴合更加紧密,高导磁性的磁屏蔽层及低导磁性的空气介质交错分布,改变了线圈的磁通路径,导致线圈的磁场均匀性下降,制约了陀螺精度的提高。针对这一问题,提出了磁场等效增益系数,模拟磁屏蔽边界对线圈磁场的影响,据此建立了磁屏蔽边界条件下高均匀磁场线圈模型,优化了线圈参数。对所设计线圈的磁场均匀性进行了测试,表明该设计方法可以得到磁屏蔽边界条件下高均匀磁场线圈,可为发展微小型、高精度的核磁共振陀螺高均匀磁场线圈设计方法提供参考。     

一种动力调谐陀螺仪大加矩力矩器设计

为满足捷联惯性导航系统用动力调谐陀螺仪大跟踪速率的要求,提出了一种新的力矩器永磁磁钢结构。新结构参考Halbach永磁体阵列,在常规的双径向充磁磁环中间增加了一个轴向充磁磁环。利用电磁场仿真软件Maxwell对典型结构和新结构力矩器的工作气隙磁场进行分析,分析结果表明,新结构力矩器的力矩系数可提高36%。陀螺仪样机的实测结果验证了分析的结果。     

变磁阻可控磁通永磁游标电机电磁性能分析

为了兼顾永磁电机低速、大转矩特性和恒功率区的运行范围,提出一种变磁阻可控磁通永磁游标(RVFCPMV)电机。以1台三相22/2对极RVFCPMV电机为例,介绍了RVFCPMV电机的拓扑结构。基于气隙磁通密度的调制,揭示了该电机具有低速、大转矩特性的实质,突破在电枢绕组中通入直轴去磁电流分量的传统弱磁方式,提出一种利用铁磁材料非线性导磁特性,通过调节励磁电流进而改变磁路磁阻方式实现永磁电机弱磁升速的方法。通过有限元方法对RVFCPMV电机进行了计算和分析,验证了该电机基速以下的低速、大转矩输出特性和基速以上的弱磁调速能力。     

基于不同定子槽模型的分段磁路分析

结合等效磁场实现转子内磁场强度至转子轭表面的转换,分别建立了开口、半开(闭)口定子槽模型,采用分段磁路法分析各段磁路长度变化情况,给出了不同定子槽模型下齿槽转矩的解析式。分析定子冲片选用不同牌号的硅钢片材料对齿槽转矩的影响。经研究表明:分段磁路法能够提高槽间磁路近似精度,且经分析优选的定子硅钢片材料可较为有效地削弱齿槽转矩。     

一种石英加速度计用磁处理系统研制

针对石英加速度计力矩器磁性能处理过程依赖人工操作、测量精度差、生产效率低的问题,研制了一种新型石英加速度计用磁处理系统。此系统可自动进行力矩器的充磁、退磁、测磁操作,不依赖人工;采用多探头设计,可同时在线测量4点气隙磁场强度;处理过程无需拆装,去除了重复拆装误差;可满足不同性能磁钢的充磁、退磁处理。新型磁处理系统能够满足石英加速度计力矩器生产需求,显著提高生产效率和测量精度。应用效果表明,该系统稳定可靠,值得推广。     

Solar Wind Control of the Magnetospheric and Auroral Dynamics

A dependence of the polar cap magnetic flux on the interplanetary magnetic field and on the solar wind dynamic pressure is studied. The model calculations of the polar cap and auroral oval magnetic fluxes at the ionospheric level are presented. The obtained functions are based on the paraboloid magnetospheric model calculations. The scaling law for the polar cap diameter changing for different subsolar distances is demonstrated. Quiet conditions are used to compare theoretical results with the UV images of the Earth’s polar region obtained onboard the Polar and IMAGE spacecrafts. The model calculations enable finding not only the average polar cap magnetic flux but also the extreme values of the polar cap and auroral oval magnetic fluxes. These values can be attained in the course of the severe magnetic storm. Spectacular aurora often can be seen at midlatitude during severe magnetic storm. In particularly, the Bastille Day storm of July 15–16, 2000, was a severe magnetic storm when auroral displays were reported at midlatitudes. Enhancement of global magnetospheric current systems (ring current and tail current) and corresponding reconstruction of the magnetospheric structure is a reason for the equatorward displacement of the auroral zone. But at the start of the studied event the contracted polar cap and auroral oval were observed. In this case, the sudden solar wind pressure pulse was associated with a simultaneous northward IMF turning. Such IMF and solar wind pressure behavior is a cause of the observed aurora dynamics.     

磁场对高超声速弱电离气体流动的影响

对偶极子磁场作用下的三维钝头体高超声速黏性绕流的化学非平衡流动进行了数值模拟。电导率利用组分公式计算,化学模型为7组元、6反应模型。应用诱导磁场方法将磁场与流场耦合,控制方程的空间离散采用有限体积法,扩散项用中心差分格式,对流项采用二阶迎风格式,时间推进采用3步Runge-Kutta法。计算结果表明,外加偶极子磁场使激波脱体距离增加,壁面摩擦系数和表面热流密度增大。与无磁场作用时相比,在0.153T外加磁场作用下,冻结流中的激波脱体距离增加约3倍,局部壁面摩擦系数最大增加63%,局部表面热流密度最大增加61%;而化学非平衡流中的激波脱体距离增加约0.5倍,局部壁面摩擦系数最大增加47%,局部表面热流密度最大增加31%,且化学非平衡流中激波层内温度的最大值约为冻结流中的64%。     

超磁致伸缩电静液作动器磁场分析与优化

提出一种超磁致伸缩电静液作动器（GMEHA）结构,采用永磁体与控制线圈组合提供驱动磁场.首先建立了该组合磁路数学模型,并给出了超磁致伸缩棒内磁感应强度计算解析式;其次,对以上结构进行了有限元分析（FEA）,得出了磁路主要结构参数与磁场分布均匀性之间映射规律;最后进行了作动器磁场试验研究并与有限元分析结果进行了对比,验证了理论与有限元模型的可预测性,给出了该电静液作动器结构设计方法.结果表明:该电静液作动器的最佳驱动频率为250Hz,最大无负载体积流量为0.85L/min,最大阻断力达到了120N.      

磁流变阻尼器磁路计算及磁通利用率分析

将分段等效磁路法应用于磁流变阻尼器的磁路计算。通过对磁路结构的综合分析,建立了磁流变阻尼器的分段等效磁路模型。采用网孔法建立了多分支复杂网络系统的非线性网络方程组。最后应用迭代法求解非线性网络方程组的磁通,计算了样机的磁通分布和磁通利用率。计算结果能够根据等效磁路模型的细分程度满足不同计算精度的需要,简化了磁路计算,具有较高的实用价值。     

Review of Ionospheric Effects of Solar Wind Magnetosphere Coupling in the Context of the Expanding Contracting Polar Cap Boundary Model

This paper reviews the coupling between the solar wind, magnetosphere and ionosphere. The coupling between the solar wind and Earth’s magnetosphere is controlled by the orientation of the Interplanetary Magnetic Field (IMF). When the IMF has a southward component, the coupling is strongest and the ionospheric convection pattern that is generated is a simple twin cell pattern with anti-sunward flow across the polar cap and return, sunward flow at lower latitudes. When the IMF is northward, the ionospheric convection pattern is more complex, involving flow driven by reconnection between the IMF and the tail lobe field, which is sunward in the polar cap near noon. Typically four cells are found when the IMF is northward, and the convection pattern is also more contracted under these conditions. The presence of a strong Y (dawn-dusk) component to the IMF leads to asymmetries in the flow pattern. Reconnection, however, is typically transient in nature both at the dayside magnetopause and in the geomagnetic tail. The transient events at the dayside are referred to as flux transfer events (FTEs), while the substorm process illustrates the transient nature of reconnection in the tail. The transient nature of reconnection lead to the proposal of an alternative model for flow stimulation which is termed the expanding/contracting polar cap boundary model. In this model, the addition to, or removal from, the polar cap of magnetic flux stimulates flow as the polar cap boundary seeks to return to an equilibrium position. The resulting average patterns of flow are therefore a summation of the addition of open flux to the polar cap at the dayside and the removal of flux from the polar cap in the nightside. This paper reviews progress over the last decade in our understanding of ionospheric convection that is driven by transient reconnection such as FTEs as well as by reconnection in the tail during substorms in the context of a simple model of the variation of open magnetic flux. In this model, the polar cap expands when the reconnection rate is higher at the dayside magnetopause than in the tail and contracts when the opposite is the case. By measuring the size of the polar cap, the dynamics of the open flux in the tail can be followed on a large scale.