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磁路设计

磁路设计
磁路设计

磁性材料设计参考永磁材料设计

永磁设计

材料从研制角度而言,是希望性能尽可能地优越。但从使用角度考虑,对已研制出的材料,如何合理利用以期获得最大的收益则显得更为重要。具体到永磁材料,则涉及到磁体的选用和磁路的设计。下面对永磁

磁路设计做简单介绍。

·永磁磁路的基本知识

磁路:

最简单的永磁磁路由磁体、极靴、轭铁、空气隙组成。磁路之所以采用路的说法,是从电路借用而来,所以传统意义上的磁路设计是与电路设计相类似的,为了更明了地说明这个问题,简单比较如下图:

磁路的基本类型有并联磁路、串联磁路,其形式同于电路。

静态磁路基本方程:

静态磁路有两个基本方程:

其中k f为漏磁系数,k r为磁阻系数,Bm、Hm、Am、Lm分别为永磁体工作点、面积和高度;Bg、Hg、Ag、Lg为气隙的磁通密度、磁场强度、气隙面积和长度。由以上两式可得:

上式中Vm=Am.Lm表示永磁体体积,Vg=Ag.Lg表示气隙的体积,(HmBm)是永磁体工作点的磁能积。

·磁路设计的一般步骤:

·根据设计要求(Bg Ag、Lg的值由要求提出),选择磁路结构的磁体工作点。在选择磁路结构时,需要结合磁体性能来考虑磁体的尺寸,设法使磁体的位置尽量靠近气隙,磁轭的尺寸要够大,以便通过其中的磁通不至于使磁轭饱和,即φ=B轭A轭,式中的B轭最好相当于最大磁导率相对应的磁通密度。如果B轭等于饱和磁通密度的话,则磁轭本身的磁阻增加很多,磁位降加大,或者说磁动势损失太大。

·估计一个Kf和Kr,利用初步算出磁体尺寸Am 、Lm;

·据磁体尺寸、磁轭尺寸,算出整个磁路的总磁导P(其中关键是漏磁系数Kf的计算),再将原工作点代入

下式:

Bg=F/[KfAg(r+R+1/P)]

·据总磁导P、漏磁系数Kf、磁体内阻r和磁轭的磁阻R,看Bg是否与要求相符,否则再从头起设计。

在已知气隙要求(Bg、Ag、Lg)和磁体工作点的情况下,欲求磁体的尺寸(Lm、Am),则需要知道漏磁系数Kf和磁阻系数Kr。Kr的值变化较小,一般在1.05至1.45之间。Kf的值在不同磁路结构(不同的尺寸、磁势分布)中,差别很大。计算Kf的方法,带有很大的经验性质,原因是磁路中的磁通(磁流)、磁动势、磁阻都是非集中参量,很难准确计算,理论计算与实际结果误差往往在10%以上。虽然如此,作为一种方法,下

面还是要对Kf的理论计算作一个简单介绍。

·漏磁系数Kf的计算:

从磁路设计和方法可见,磁路设计之关键是漏磁系数Kf的计算。对于Kf的计算,一般有磁导法和经验公

式法:

1.用磁导法计算漏磁系数,先把磁路等效成电路,计算磁路各部分的磁导,再根据基尔霍夫方程组,求Kf :

其中,Pb为气隙上下边缘的磁导,Pi为磁体外侧面的磁导。

对于各部分的磁导Pi的求法有二:

·

·

(该方法使用更广泛)

2.据上面理论,经推导可有以下关于常见磁路磁导的计算公式:

·磁体工作点的确定:

磁路设计,首先要据磁路选取合适的磁体,并确定其工作点Bm、Hm。为满足磁通稳定性的要求,磁体工作点应选在磁体最大磁能积点的上方。由于磁体工作点与磁性能和磁体尺寸有关,故选定所使用的磁体后,便是要选择合适的磁体尺寸,以得到合理的工作点。为判断所选取的工作点是否合理,我们简单谈一下如

何确定磁体的工作点:

1. 孤点磁体单位磁导(退磁系数PC)的确定:

由电磁场理论可有:孤立磁体总磁导

则单位磁导,下面分情况说明:轴向磁化圆棒:

沿辐向磁化圆棒:

块状磁体:

实际测定值与理论值有些差异,但完全可以定性地说明问题。

2. 磁体工作点的确定:

磁体退磁曲线如右:

过O点作负载线,其斜率即为导磁系数Pc,该负载线与Br-Hcb连线相交于一点,该点对应的Bm、Hm 即为磁体工作点。据此我们既可对所选磁体的工作点进行计算,从而进行下一步的磁路设计,也可在选用磁体时采用合适的磁体尺寸,使磁体工作点满足磁路设计之要求。

磁铁间吸引或排斥力的计算:

对于如下图中所示的磁铁与铁磁性材料之间的吸引力F的算法:

设气隙磁密Bg,磁场强度Hg,气隙面积Ag,气隙长Lg,则吸引力F为:

即磁体与衔铁间的磁力与气隙磁密,磁场强度及气隙面积成正比。

而对于图中两块磁体相对的情况(包括相斥和相吸),可由上述结论引申得到以下结论:

两磁铁之间的吸引力或排斥力为:2F 。

·动态磁路的设计:

气隙磁场发生变化的磁路称为动态磁路。其气隙磁场发生变化可由尺寸变化,也可由外场影响。处于动态工作的磁体一般有两种情况:牵引磁体和磁力吸盘。牵引磁体要求在一定的距离下有多大的牵引力,磁力

吸盘则要求距离为零时有多大的吸引力。在动态磁路中,磁体工作点在变化,即如图所示:

对于动态磁路,有:

即当气隙条件(Ag、Lg)和磁体性能(B1、H1、цrec、Am、Lm)确定后,气隙磁密即确定。则动态磁路

中牵引力公式为:

其中:

可见随着常数a、b不同,吸引力F与Lg曲线形状不同,但总随Lg2衰减。棒形磁体牵引力小,

但衰减慢;曰字型磁体变化快,Lg小,作用力F可以很大。

·磁路设计之有限元法:

永磁磁路设计是通过对磁通的流向予以明确化,并在分清其主导和次要因素后,予以适当的简化,从而抓住问题的主要矛盾来解决。其整套思路是在对电机设计过程中逐步发展起来的。特点是以集中参量描述磁场的分布。这一套方法对电机的设计是很效的,但在其它许多场合下,之其是磁场的分布有场形分布时,磁路算法已不在适用,而要用到数值分析方法,如有限差分法、有限元法、积分方程法等,其中发展较成

熟的是有限元法。

有限元法是基于建立起来的数字模型,用现代数学方法求出有关微分方程定解问题的解,并对计算结果进

行加工和解释。

有限元法对磁体的磁场进行求解的步骤一般为:

·场域剖分;

·单元分析;

·总体合成;

·处理边界条件;

·解方程。

更具体地说,电磁理论中将永磁体的模型建立为绕在磁导率为μ的铁芯上的同形状的无限薄电流线圈。对于磁体所产生的磁场,可用麦克斯韦电磁场理论建立方程。如对电机中经常使用的垂直于电机轴的平行平

面场,该场域上的电磁场可建立方程:对场域

第一类边界:A=A0 (规定了物理量在边界上的值称为第一类边界条件);

第二类边界:(规定了物理量法向微商在边界上的值称为第二类边界条件);(其中A为磁

矢量,J2为源电流密度)。且此时有:;;;(n 为法线

方向,t为切线方向)。

上述方程可等价为下面的变分问题:

第一类边界:A=A0式中,

对诸如上述的电磁场方程很难精确求解,如何寻找一些既实用又能达到求解要求的方法是很重要现代数学问题,而有限元法是其中之一。有限元法是将求解区域剖分为多个小单元,这种小单元称为网格。网格的选取及疏密取决于具体场域及对精度的要求。对每个网格构造插值函数(一般用线性插值或抛物线插值)A=NiAi+ NjAj+---+NnAn ,将其及对x、y的一阶偏导数代入能量方程中,将变分问题转化成能量函数W以求极值,得到节点函数的代数方程组。对于该代数问题,要用牛顿-拉斐森迭代法求解。经过适当次迭代后,右端项接近于零,从而使解趋于收敛,解得值后,通过处理即求得场量。

所以有限元法的核心是网格剖分与边界条件的确定,之后是选用现代数学进行运算求解,最后对求解结果

进行分析。

在对许多具体情况时,可使用一些建立起来的物理模型,从而可使问题简单化。而真正在设计中,现代多用电机CAD一类的高级辅助软件,进行分析、设计,保证设计的正确性、准确性及最优化。

·磁体表场及其计算:

磁性能的测量对磁体生产厂家和使用客户来说,都是一个很重要的问题。磁体的精确测量,应使用测试仪;但在对大量产品的测试中,人们更多的使用的是测试磁体的表场,但表场究竟是一个什么概念?与静态测试有何联系?如何正确评价表场值?值得探讨。对于磁体表场的理论计算,据电磁理论可有以下公式:

圆片类磁体表场计算公式:

方块类磁体表场计算公式:

其中长度为L、宽度为W、高度为T、x是测试点离磁体表面的距离。

圆环类磁体表场计算公式:

表场计算的理论公式描述了磁体表场随参量的变化规律,但与实际测量值有一定的差别,故实际我们

在计算时可在其理论值计算的基础上加一修正系数:一般我们取为0.8-0.9,或采用一些更与实际相Copyright ? 徐小龙All rights reserved 磁铁厂家,磁铁生产厂家,钕铁硼磁铁厂家,钕铁硼厂家,

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揭秘扬声器主要参数之间的关系

揭秘扬声器主要参数之间的关系 2016/2/3 10:22:36来源:艾维音响网 [ 提要 ] 扬声器性能是电学、力学、声学、磁学等物理参数共同作用的结果,由鼓纸、弹波、音圈、磁路等关键零部件的性能共同确定,其中一些参数相互制约相互影响,因 而必须综合考虑和设计。 艾维音响网讯扬声器性能是电学、力学、声学、磁学等物理参数共同作用的结果,由鼓纸、弹波、音圈、磁路等关键零部件的性能共同确定,其中一些参数相互制约相互影响,因而必须综合考虑和设计。 1、主要参数综合设计和分析 扬声器常用机电参数以及计算公式、测量方法简述如下: 直流电阻 Re 由音圈决定,可直接用直流电桥测量。 共振频率 Fo 由扬声器的等效振动质量Mms和等效顺性 Cms决定,见公式 (5) , Fo 可直接用 Fo 测试仪测量或通过测量阻抗曲线获得。 共振频率处的最大阻抗Zo 由音圈、磁路、振动系统( 鼓纸、弹波 ) 共同决定,可用替代法测量或通过测量阻抗曲线获得。 Zo = Re+[(BL)2/(Rms+Rmr)] (10) 机械力阻 Rms 由鼓纸、弹波的内部阻尼及使用胶水的特性决定,可由测量出机械品质因数Qms后通过下列公式计算: Rms =(1/Qms)*SQR(Mms/Cms) (11) 这里 SQR( ) 表示对括号 ( )中的数值开平方根,下同。 辐射力阻 Rmr 由口径、频率决定,低频时可忽略。 Rmr = 0.022*(f/Sd)2 (12) 等效辐射面积Sd 只与口径 ( 等效半径 a) 有关。 Sd =π * a2 (13) 机电耦合因子BL 由磁路 Bg 值和音圈线有效长度L 决定,也可通过测量电气品质因数Qes后用下列公式计算: (BL)2 =(Re/Qes)*SQR(Mms/Cms) (14) 等效振动质量Mms 由音圈质量 Mm1、鼓纸等效质量Mm2、辐射质量 Mmr共同决定,Mms可由附加质量法测量获得。 Mms=Mm1+Mm2+2Mmr 辐射质量 Mmr 只与口径 ( 等效半径 a) 有关。

电磁铁吸力计算(20201004205208)

电磁铁相关知识 (参考电磁铁设计手册) 、磁和电的关系: 螺皆経圏的禺塢 、电磁铁型式: 电谶鉄的型式 磁桶若向 a)螺管式电磁铁;

b)盘式电磁铁; c), d)拍合式电磁铁; e)n式电磁铁; f)装甲螺管式电磁铁; g)E形电磁铁; 应用举例: 电鈴的工作隔邂 磁通和磁感应強度 磁場旣然是假宦由許多磁力綫所构成的,郑么描述与計算磴場的数尽黄系时’用磁力耀的槪念也是最淸楚的门在电工半上規宜.矗吃撑二^积;S的磁力繙潼称为丽\通常用符号龙来表示U磁通的单位为麦克斯屯(簡称麦儿怛是仅仅用磁通的多少尸还不能确切地表达出磁場的强弱,必勿用单位載面积上斯洗过的磁力綫数的多少”才能說明該处的礁場大小〉因此,規定单位噩面租上寡过的磁力綫数称为磁感应靈度,或BS通密度,用字母E表示Q琳感应强度B的单位为高斯,用於式表%: B^S~ 式中B——磁感应强宦(高斯); 必——硝通(麦); S——戰面枳(平方厦米)e 应用上式于磁堀我磁歛內部』貝更如逍某裁面&中的镒通切为多少,就可計算出融感应强度占来,反之亦然。

凡是硝通都耍沿一定的路徑閉伞而成回賂。如果我們用一根鉄俸捕入上节所述的燥管踐圈卡,另外再在饌棒两端用鉄条联成閉路°那么,我們将发現在綫圈磴势相同的信况下,其1K通将比空心綫圈时大为增加,而且大都分的滋通都会集中地流入鉄棒和鉄条内'而沿鉄棒外碁他路徑閉合的磁通非常之少弋这是因也墜和a±t銚比通过空气阪力小僵多a因此我們把鋼鉄之类的金属称作鉄磁物质,作为磁通賂徑的鉄磁体叫做导磁体口 通常应用的电磁鉞,就是将経圈歩在一定形状的号做体上所构成的。衽这样的綫圈中'只耍通进很小的激礦电流J就可以产生很强的砸堀(即很多磁砸),产生强大的毀力。 磁势=磁通*磁阻 磁势二电流*线圈的匝数 C *R m*10-8=IW 磁阻的大小与磁胳的长度成;正此,而与硝路裁面积成反? 比〔图2-8),这个关系可表示为: = (2-4) 式中心一磁阻(1/亨); I——磁賂长度(厘二 米); 4——导磁系数(亨/厘来”

磁路设计

铁氧体磁体使用注意事项: (1)由于铁氧体磁体的单磁磁晶各向异性常数K,在0摄氏度下要显著降低。 (2)铁氧体剩磁温度系数是负的,温度升高剩磁下降。而矫顽力温度系数是正的,温度升高,矫顽力增加。 (3)铁氧体剩磁虽然低,但矫顽力却高。只要精心设计,磁隙磁通密度亦可达1T以上,体积亦可设计较小。 (4)要把握测试,确保实际使用的磁体同设计选用的磁体一致。 钕铁硼磁体使用时应注意以下事项 (1)钕铁硼磁体一般选用内磁式磁路。虽然钕铁硼磁体磁能积甚高,但磁隙中磁通密度并不容易达到高值。 (2)钕铁硼磁体矫顽力高,适宜制成薄片。 (3)钕铁硼磁体易碎、生锈。 (4)钕铁硼磁体充磁要使用专门设备,退磁困难。 钕铁硼磁体价廉而物美,美中不足的是居里点低,只有319摄氏度, 稀土地钴磁体有两类:一类习惯称之为2:17材料,通式为R2C O17,R表示稀土材料 稀土钴磁体的优点是居里点高,可达850摄氏度。 铁氧体磁路是由导磁上板、导磁板柱和磁体组成。利用铁氧体的磁性,而用低碳钢制成的导磁上板、导磁板柱形成导磁通道,在磁隙中形成一个均匀的强磁场,进而推动载流音圈振动。 磁力线能穿透一切(超导体除外)物质,无往而不在,只是导磁板磁阻较低,磁力线穿过较多,由于人们对电路熟悉,因此引用一个磁路概念,借用电路的分析手段来分析磁路。 但是电路、磁路还是有相当的不同。比如:电路中电流是循规蹈矩,否则就是事故;而磁路约束力就小得多,磁力线四处散逸。 导磁上板(华司),通常由低碳钢制成。低碳钢即含碳量较低的钢材,在扬声器导磁极最常用的是45号钢。它的成分中C为0.42%~0.50%,抗拉强度600MPA,屈服强度355MPA,伸长率16% 当磁隙中为高磁通密度时,导磁板可采用电工纯铁,其含碳量更低。 对于普通磁路,长期困扰的一个问题,就是磁通密度分布不均匀,也就是在磁隙内磁通密度是均匀的;在磁隙外,由于磁阻增加,磁通密度下降,由于磁路形状不对称,导磁板上、下两边下降速度不同。 由JBL公司最早推出的T形磁路,由于在磁隙中产生均匀磁场而受到重视。普通磁路的磁通,在磁隙上下公布是不均匀、不对称的。将导磁柱形状改一下,做成T形,在磁隙中的磁通分布上下是均匀的、对称的。这就进一步减小了扬声器的失真。由形定名,这种磁路被形象称之为T形磁路,或称对称磁路(SFG)。

新型永磁电机转子磁路结构设计与分析

新型永磁电机转子磁路结构设计与分析 方案计算中采用了二维平面电磁场时步有限元结合场路耦合的方法,采用该计算方法的优点是能够考虑机械运动、导体区域感应涡流产生的集肤效应以及绕组邻近效应的影响,通过合理的简化模型,可以获得较高的计算精度和合理的计算时间[7]。 永磁同步电机电磁场时变问题中的Maxwell方程组表达式为: (2) 当考虑到电机铁芯的饱和因素,则非线性时变运动电磁场问题的偏微分方程表达式[8]为:(3) 式中:A—矢量磁位;Js—外部强加的源电流密度;v—媒质的磁阻率;V—媒质相对坐标系的运动速度;—媒质的电导率。 3 电磁场仿真计算与分析 根据上述分析,针对以上转子磁路结构类型,本文建立了3种磁路结构的模型,分别是表贴式、内置式和本文提出的新磁路结构。 该永磁同步电动机的定子槽数(36槽)及结构尺寸相同。转子采用不同的磁路结构,即表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构和本文提出的新型磁路结构。转子极数为8极。图3、图4和图5分别为表贴式转子磁路结构、内置式转子磁路结构(转子磁路為一字型结构)、以及本文提出的新型转子磁路结构。 建立有限元仿真模型后,将分别计算3种磁路结构的空载反电动势波形,电机运行转速为1 000rpm,磁钢温度20℃。图6、图7和图8分别是表贴式转子磁路结构的空载反电动势波形、内置式转子磁路结构的空载反电动势波形和本文提出的新型转子结构的空载反电动势

波形。 通过对比图6、图7和图8的有限元仿真计算结果可知,当采用本文提出的新型转子磁路结构时,电机空载反电动势波形具有更高的正弦度,谐波含量最低,其谐波畸变率约为0.3%,远小于表贴式结构的2.6%和内置式转子结构的1.1%。 在空载工况下,对3种磁路结构电机的交直轴电感进行有限元仿真分析,得到电机交、直軸电感随时间的变化波形。计算结果如图9、图10、图11所示。 图9为表贴式转子结构的交直轴电感仿真结果。由于表贴式电机的交直轴磁导近似相等,因此仿真曲线中交直轴电感相近,即电机的凸极率近似为1。由图10可知,内置式电机的交直轴电感相差较大,其凸极率约等于1.5。图11为本文提出的新型转子磁路结构的电感仿真曲线,该结构的凸极率约为1.06,十分接近表贴式转子结构的凸极率,所以该磁路结构的控制方式与表贴式电机基本一致,使电机的控制方式更加简单。 4 试验验证 本文对新型转子磁路结构电机进行设计分析,根据设计参数制作了样机,并对样机的空载反电动势波形以及电机线电感进行试验测试。图12为新型转子结构样机空载反电动势波形。实测反电动势有效值与仿真计算值误差2.6%,满足工程设计要求。 本文通过对新型转子结构样机电感测试,得到样机线电感最大值约为105μH,线电感最小值约为90μH,因此其凸极率约为1.16,远低于内置式电机的凸极率,与表贴式电机的凸极率接近。 5 结论 本文提出了一种新型永磁同步电机转子磁路结构,通过分析得出以下结论。1)本文提出的新型永磁同步电机转子磁路结构,能够实现电机的高速运行,提高了磁钢在高速运行和冲击

扬声器基础知识

扬声器基础知识培训教材 扬声器俗称喇叭,是声音重放系统的终端,它和人类的现代生活密不可分,已进入几乎每个家庭。 扬声器是一种电声换能器,它通过某种物理效应把电能换成声能。根据换成的不同原理,扬声器可以分成电动(动圈)式扬声器、电磁式扬声器、压电式扬声器、电容式扬声器、气流式扬声器、平板式扬声器、离子式扬声器…… 电动式扬声器自1925年创制以来,已有70多年的历史。因其结构简单,性能良好,品种繁多,使用最广而成为当前扬声器生产的主流。 现代生活中实际使用的扬声器,95%以上是电动式扬声器。本教材以后提到的扬声器均指电动式扬声器。 1.电动式扬声器的基本构成与工作原理 1.1 扬声器的基本构成 ???????????? ????????????????????????????????????圈 边 压 线) 丝 线(锦 出 引 帽 尘 防 板 线 接 架 盆 . 统 系 助 辅 芯 极 罩 磁 铁 T 司) 板(华 夹 上 钢 磁 统 系 路 磁 板) 簧 波、弹 片(弹 支 位 定 盆) 音 合 盆、复 膜(纸 振 圈 音 统 系 动 振 成 构 本 基 的 器 声 扬

1.1典型扬声器结构示意图:(见封面) 1.3 扬声器零部件的作用和要求 1.3.1音圈 音圈是振动系统的策动源。人们把它比喻成扬声器的“心脏”,足见其重要。 音圈的基本要求是:直流电阻符合设计规定;漆包线与线之间,线与骨架之间粘接牢固;有一定的耐热性,在扬声器使用中和长期最大功率试验中不散圈、不分离、不烧毁;外形圆整不变形;音圈骨架有一定的强度,在使用和试验中不变形。 音圈由漆包线和骨架组成。 漆包线的有:QA线(油性线)、QZ线(高强度线)、QAN线、LOCK线(一般耐温自粘线)、SV线(耐高温强力线)、CCAW线(铜包铝线)…… 骨架材料的有:纸、铝(AL)、石棉、玻纤、环氧树脂、工程塑料(Kapton)音圈一般为二层绕制,但也有四层绕制的。 音圈的抽头一般为单面抽头,但也有双面抽头,既便于阴搞串联,并联组合,又有利于振动时的均衡受力。 音圈导线的截面一般都为圆形,其空间有效利用率仅为78%,现有截面为准矩形的扁线问世,其空间有效利用率高达96%。 为满足大功率、长冲程扬声器的特殊要求,工程技术人员采用左音圈骨架上端均匀打孔的措施来帮助散热;采用一个特长骨架分绕二组线圈与双定位支片相配,保证在大功率、长冲程条件下不擦边。 线圈一般绕在骨架外面,现在也有骨架外面,里面都绕的音圈出现。

电磁铁计算公式

第一章常用低压电器 电器:电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。 根据外界的信号和要求,自动或手动接通或断开电路,断续或连续地改变电路参数,以实现对电路或非电路对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用的电气设备。 定义:一种能控制电能的器件。 第一节电磁式低压电器的结构和工作原理 ●低压电器:用于交流1200V、直流1500V以下电路的器件 ●高压电器:用于交流1200V、直流1500V以上电路的电器。 电力传动系统的组成: 1)主电路:由电动机、(接通、分断、控制电动机)接触器主触点等电器元件所组成。 特点:电流大 2)控制电路:由接触器线圈、继电器等电器元件组成。 特点:电流小 ●任务:按给定的指令,依照自动控制系统的规律和具体的工艺要求对主电路进行控制。 一、低压电器的分类 1、按使用的系统

1)低压配电电器 用于低压供电系统。电路出现故障(过载、短路、欠压、失压、断相、漏电等)起保护作用,断开故障电路。(动动稳定性、热稳定性) 例如:低压断路器、熔断器、刀开关和转换开关等。 2)低压控制电器 用于电力传动控制系统。能分断过载电流,但不能分断短路电流。(通断能力、操作频率、电气和机械寿命等) 例如:接触器、继电器、控制器及主令电器等。 2、按操作方式 1)手动电器:刀开关、按钮、转换开关 2)自动电器:低压断路器、接触器、继电器 3、按工作原理 1)电磁式电器:电磁机构控制电器动作 2)非电量控制电器:非电磁式控制电器动作 ◆电磁式电器由感测和执行两部分组成。 感测部分(电磁机构):接受外界输入的信号,使执行部分动作,实现控制的目的。 执行部分:触点系统。 二、电磁机构

(完整word版)5.5磁路的基本概念

5.5 磁路的基本概念 一、选择题: 1、两个完全相同的交流铁心线圈,分别工作在电压相同而频率不同(f1>f2)的两电源下,此时线圈的磁通量Φ1和Φ2的关系是 ( ) A.Φ1>Φ2 B.Φ1=Φ2 C.Φ1<Φ2 D.无法确定 2、尺寸相同的环形螺线管,一为铁心,另一个为空心,当通以相同的电流,两线圈中的磁场强度H的关系为 ( ) A.H铁>H空 B.H铁Φ2,B1>B2 B.Φl<Φ2,B1 Rmb D.条件不够,不能比较。 7、某直流继电器,在维修中将吸引线圈匝数减少了一半,导线截面积不变,额定电压不变,其后果是(线圈、电阻不计) ( ) A.电流增大,磁通增大 B.电流增大,磁通减少 C.电流增大,磁通不变 D.电流不变,磁通减少 8、若一直流铁芯线圈,工作在磁化曲线的直线段,若保持电源电压不变,铁芯不变,线圈电阻不变,仅使线圈匝数加倍,则( ) A. 电流不变,铜损不变,磁感应强度B变小 B.电流变小,铜损变小,磁感应强度B变小 C.电流变小,铜损变小,磁感应强度B变大 D.电流不变,铜损不变,磁感应强度B加倍 9、下列与磁导率无关的物理量是 ( ) A.磁感应强度 B.磁场强度 C.磁通 D.磁阻 10、一个带气隙的铁心线圈,接到电压一定的交流电源上,而且线圈电阻可以忽略不计,仅改变气隙的大小,则 ( ) A.线圈中的电流变化,磁路的磁通也变化 B.线圈中的电流不变,磁路的磁通变化 C.线圈中的电流变化,但磁路的磁通不变化 D.绒圈中的电流与磁路的磁通均保持不变 11、两个铁芯材料相同,线圈匝数相同,磁路的平均长度L1=L2,截面积S1>S2,要使两铁芯磁通Φ1=Φ2,则它们的励磁电流I1和 I2的大小是() A.I1>12 B.I1<12 C.I1 =12 D.无法确定 12、若制造变压器用的硅钢片磁导率不合格,比标准降低很多,当电源电压的有效值和频

电磁铁电磁力计算方法

电磁铁电磁力计算方法 1磁动势计算(又叫安匝数)IN E = 匝数2 2)12(212d D D L d L d D D N -=-= 其中: -L 绕线宽度)(mm -2D 绕线外径)(mm -1D 绕线内径)(mm -d 漆包线直径)(mm 绕线长度 2 22322121(21)=222(21)10()4D D D D L D D l DN N d L D D m d ππππ-++-==-=?绕

根据电阻公式 222223324(21)(21)41010()d 4L D D l L D D d R d S πρρρπ----==?=?Ω绕其中: 20.0178./mm m ρ-Ω铜的电阻率 2S mm -漆包线的截面积() 根据4322224 10(21)(21)d U U Ud I L D D R L D D ρρ===?-- 故磁动势 23102(21) d U IN D D ρ=?+ 2磁感应强度计算(磁动势在磁路上往往有不同的磁降,但每一圈的磁降和应等于磁动势) 即:()IN HL = ∑ 其中: H -磁场强度(A/m) L m -该段磁介质的长度() 一般情况下,电磁阀除气隙处外,其余部分均采用导磁性能

很好的材料,绝大部分磁动势降是在气隙处, 即0()IN HL H δ= ≈?∑ 其中: 0H -气隙处磁场强度(A/m) mm δ-气隙长度()即行程 而0 00=B H μ 其中: 0B -气隙中的磁感应强度(特斯拉) -70μπ-?导磁率,410亨/米 所以:30 00=10B IN H δδμ-≈?? 又因为23102(21) d U IN D D ρ=?+ 故:2600102(21)d U B D D μρδ=?+ 3电磁力的计算 根据26000 1102F B S μ=? 其中:

磁路的基本概念和基本定律

磁路的基本概念和基本定律 在很多电工设备(象变压器、电机、电磁铁等)中,不仅有电路的问题,同时还有磁路的问题,这一章,我们就学习磁的相关知识。 一、磁铁及其性质:人们把物体能够吸引铁、钴等金属及其合金的性质叫做磁性,把具有磁性的物体叫做磁体(磁铁)。磁体两端磁性最强的区域叫磁极。任何磁体都具有两个磁极,而且无论把磁体怎样分割总保持有两个异性磁极,也就是说,N极和S极总是成对出现的。与电荷间的相互作用力相似,磁极间也存在相互的作用力,且同极性相互排斥,异极性相互吸引。 1.1磁场与磁感应线 磁铁周围和电流周围都存在磁场。磁场具有力和能的特征。磁感应线能形象地描述磁场。它们是互不交叉的闭合曲线,在磁体外部有N极指向S极,在磁体内部由S极指向N极,磁感应线上某点的切线方向表示该点的磁场方向,其疏密程度表示磁场的强弱。 1.2描述磁场的物理量: 磁感应强度B:在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受电磁力F与电流I和导线有效长度L的乘积IL的比值即为该处的磁感应强度,即B=F/IL,单位:特斯拉。磁感应强度是表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量,它是一个矢量,它与电流之间的方向关系可用右手螺旋定则来确定。 磁通∮:磁感应强度B和与它垂直方向的某一截面积S的乘积,称为通过该面积的磁通,即∮=BS,由上式可知,磁感应强度在数值上可以看作与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通,故又称为磁通密度,单位是伏.秒,通常称为“韦”。磁通∮是描述磁场在空间分布的物理量。 磁导率u是说明媒体介质导磁性能的物理量。 1.3定则 电流与其产生磁场的方向可用安培定则(又称右手螺旋法则)来判断。安培定则既适用于判断电流产生的磁场方向,也可用于在已知磁场方向时判断电流的方向。 1.直线电流产生的磁场,以右手拇指的指向表示电流方向,弯曲四指的指向即为磁 场方向。 2.环形电流产生的磁场:以右手弯曲的四指表示电流方向,拇指所指的方向即为磁 场方向。 3.通电导体在磁场内的受力方向,用左手定则来判断。平伸左手,使拇指垂直其余四指,手心正对磁场的方向,四指指向表示电流方向,则拇指的指向就是通电导体的受力方向。可用下式来表示:

磁路设计

磁性材料设计参考永磁材料设计 永磁设计 材料从研制角度而言,是希望性能尽可能地优越。但从使用角度考虑,对已研制出的材料,如何合理利用以期获得最大的收益则显得更为重要。具体到永磁材料,则涉及到磁体的选用和磁路的设计。下面对永磁 磁路设计做简单介绍。 ·永磁磁路的基本知识 磁路: 最简单的永磁磁路由磁体、极靴、轭铁、空气隙组成。磁路之所以采用路的说法,是从电路借用而来,所以传统意义上的磁路设计是与电路设计相类似的,为了更明了地说明这个问题,简单比较如下图: 磁路的基本类型有并联磁路、串联磁路,其形式同于电路。 静态磁路基本方程: 静态磁路有两个基本方程: 其中k f为漏磁系数,k r为磁阻系数,Bm、Hm、Am、Lm分别为永磁体工作点、面积和高度;Bg、Hg、Ag、Lg为气隙的磁通密度、磁场强度、气隙面积和长度。由以上两式可得: 上式中Vm=Am.Lm表示永磁体体积,Vg=Ag.Lg表示气隙的体积,(HmBm)是永磁体工作点的磁能积。 ·磁路设计的一般步骤: ·根据设计要求(Bg Ag、Lg的值由要求提出),选择磁路结构的磁体工作点。在选择磁路结构时,需要结合磁体性能来考虑磁体的尺寸,设法使磁体的位置尽量靠近气隙,磁轭的尺寸要够大,以便通过其中的磁通不至于使磁轭饱和,即φ=B轭A轭,式中的B轭最好相当于最大磁导率相对应的磁通密度。如果B 轭等于饱和磁通密度的话,则磁轭本身的磁阻增加很多,磁位降加大,或者说磁动势损失太大。 ·估计一个Kf和Kr,利用初步算出磁体尺寸Am 、Lm; ·据磁体尺寸、磁轭尺寸,算出整个磁路的总磁导P(其中关键是漏磁系数Kf的计算),再将原工作点代入 下式: Bg=F/[KfAg(r+R+1/P)] ·据总磁导P、漏磁系数Kf、磁体内阻r和磁轭的磁阻R,看Bg是否与要求相符,否则再从头起设计。

喇叭扬声器设计与制作分析

喇叭设计-扬声器设计与制作分析 1. 扬声器常用国家标准 GB/T9396-1996 《扬声器主要性能测试方法》 GB/T9397-1996 《直接辐射式电动扬声器通用规》 GB9400-88 《直接辐射式扬声器尺寸》。 GB7313-87 《高保真扬声器系统最低性能要求及测量方法》 GB12058-89 《扬声器听音试验》2. 扬声器主要电声特性 额定阻抗Znom 总品质因数Qts 等效容积Vas 共振频率Fo

额定正弦功率Psin 额定噪声功率Pnom 长期最大功率Pmax 额定频率围Fo-Fh 平均声压级SPL 3. 扬声器主要零部件尺寸设计 3.1 扬声器口径 扬声器口径必须符合客户要求,若客户没有具体要求,则优先采用国家标准GB9400-88《直接辐射式扬声器尺寸》。 3.2 支架 支架外形尺寸及安装尺寸应能满足客户需要,除此之外还需考虑鼓纸、弹波、华司等尺寸选择与配合问题,一般大功率低频率的扬声器要求支架有效高、底高、弹波接着径、华司铆接径等均较大。 3.3 磁体 磁体尺寸优选常用系列值,具体尺寸需按性能要求确定。

常用铁氧体尺寸: 32*18*6,35*18*6,40*19*8,45*22*8,50*22*8,55*25*8,60*25*8,60*32*8, 65*32*10,70*32*10,80*40*15,90*40*15,100*45*18,100*60*20,110*60*20120*60*20,130*60*20,140*62*20,14 5*75*20,156*80*20,180*95*20, 220*110*20 常用标准: SJ/T10410-93 《永磁铁氧体材料》 3.4 音圈 音圈中孔尺寸优选常用系列值,具体尺寸(如卷宽、线径)需按性能要求确定,骨架高度还需考虑到与鼓纸、支架的配合。 常用音圈中孔尺寸: 13.3 14.3 14.7 15.4 16.3 18.4 19.4 20.4 25.5 25.9 30.5 35.5 38.6 44.5 49.5 50.5 65.5 75.5 80.0 100.0 127.0 3.5 各种零件的尺寸配合

磁路设计的基本概念

磁路设计的基本概念 第一章磁路 电机是一种机电能量转换装置,变压器是一种电能传递装置,它们的工作原理都以电磁感应原理为基础,且以电场或磁场作为其耦合场。在通常情况下,由于磁场在空气中的储能密度比电场大很多,所以绝大多数电机均以磁场作为耦合扬。磁场的强弱和分布,不仅关系到电机的性能,而且还将决定电机的体积和重量;所以磁场的分析扣计箅,对于认识电机是十分重要的。由于电机的结构比校复杂,加上铁磁材料的非线性性质,很难用麦克斯韦方程直接解析求解;因此在实际工作中.常把磁场问题简化成磁路问题来处理。从工程观点来说,准确度已经足够。 本章先说明磁路的基本定律,然后介绍常用铁磁材料及其性能,最后说明磁路的计算方法。 1-1 磁路的基本定律 一、磁路的概念 磁通所通过的路径称为磁路。图1—1表示两种常见的磁路,其中图a为变压器的磁路,图b为两极直流电机的磁路。 在电机和变压器里,常把线圈套装在铁心上。当线圈内通有电流时、在线圈周围的空间(包括铁心内、外)就会形成磁场。由于铁心的导磁性能比空气要好得多,所以绝大部分磁通将在铁心内通过,并在能量传递或转换过程中起耦合场的作用,这部分磁通称为主磁通。围绕裁流线圈、部分铁心和铁心周围的空间,还存在少量分散的磁通,这部分磁通称为漏磁通。主磁通和漏磁通所通过的路径分别构成主磁路和漏磁路,图1—l中示意地表出了这两种磁路。 用以激励磁路中磁通的载流线圈称为励磁线圈(或称励磁绕组),励磁线圈中的电流称为励磁电流(或激磁电流)。若励磁电流为直流,磁路中的磁通是恒定的,不随时间而变化,这种磁路称为直流磁路;直流电机的磁路就属于这一类。若励磁电流为交流(为把交、直流激励区分开,本书中对文流情况以后称为激磁电流),磁路中的磁通随时间交变变化,这种磁路称为交流磁路;交流铁心线圈、变压器和感应电机的磁路都属于这一类。 二、磁路的基本定律 进行磁路分析和计算时,往往要用到以下几条定律。 安培环路定律沿着任何一条闭合回线L,磁场强度H的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值∑i,(代数和).这就是安培环路定律(图l—2)。用公式表示,有 (1—1) 式中,若电流的正方向与闭合回线L的环行方向符合右手螺旋关系时,i取正号,否则取负号。例如在图1—2中,i2的正方向向上,取正号;i1和i3的正方向向下,取负号;故有. 若沿着回线L,磁场强度H的方向总在切线方向、其大小处处相等,且闭合回线所包围的总电流是由通有电流i的N匝线圈所提供,则式(1—1)可简写成 HL=Ni (1—2)

实例拆解音响--教你看懂扬声器单元

前言: 作为音箱最基本的组成部分,扬声器单元(简称单元)对于普通读者来说是既简单又复杂的。为什么这么说呢?因为单元的工作原理似乎很简单,往复运动的振膜不停的振动,带动空气形成声波,似乎就这么简单。但是它同时又是复杂的,譬如,假设有人忽然拿出一张图片问您,这单元是好是坏啊?恐怕这个还真不容易回答上来。 林林总总的扬声器单元要说出个好坏还真非易事 不过本文也没有让您一下子就能肉眼辨别单元好坏的妙方,只能先为大家揭秘这么个看似简单的单元,内部究竟是个什么样,各部件有何功能等等。想进阶为音频高手的朋友,赶紧充电吧(本文参考王以真教授编著的《实用扬声器技术手册》以及网络上的一些素材以成文,特作此注)。 *特注:本文所引用的图片仅为帮助说明讲解内容,并非特指某款扬声器或某款扬声器的某部分是优秀的或劣质的。 扬声器的爆炸图(分解图):

将单元按照中轴及大致的装配顺序进行分解排列的说明图被行业人士称为爆炸图,上图便是典型的扬声器爆炸图。下面我们将以锥形扬声器为例,为大家介绍电动式扬声器大致的内部结构。 锥形扬声器的特点及其内部组成: 锥形扬声器是我们最常的扬声器类型,它的结构相对简单、容易生产,而且本身不需要大的空间,这些原因令其价格便宜,可以大量普及。其次,这类扬声器可以做到性能优良,在中频段可以获得均匀的频率响应,因此能够满足大部分普通消费者的常规听感需求。最后,这类扬声器已有几十年的发展史,而其工艺、材料也在不断改进,性能与时俱进,这也令这两款扬声器能够获得成为主流的持续的原动力。

锥形扬声器的结构可以分为三个部分: 1、振动系统包括振膜、音圈、定型支片、防尘罩 2、磁路系统包括导磁上板、导磁柱、导磁下板、磁体等 3、辅助系统包括盆架、压边、接线架、相位塞等 下面我们将为大家逐一介绍锥形扬声器内部的主要部件。 最新扬声器内部解构: 具体到上图,根据序号,他们分别是:1.磁钢、2&4.磁体、3.导磁下板、5.导磁上板、6.盆架、7.定心支片(弹拨)、8.音圈、9.振膜+折环、10.防尘帽。 振膜:电动式扬声器,当外加音频信号时,音圈推动振膜振动,而振膜则推动空气,产生声波。

音圈磁路设计

FINEMotor? 扬声器磁路系统及音圈设计程序 指导书 https://www.doczj.com/doc/5f8653286.html,

注意:如果将PDF READER的“平滑文本”选项去掉,将会解决显示汉字太淡的问题。

FINEMotor程序是模拟和设计各种喇叭单体的磁路和音圈的理想程序。这些单体不但包括中低音和圆顶喇叭而且还包括电话接收器和耳机等。 6.5英吋低音扬声器设计 启动 FINEMotor,选择 "NEW" 或 _Default.fm2。我们先试用一种现存的9.75mm卷宽的音圈. 按 "Voice Coil"音圈按钮: 选 2 层圆铜线圈,然后设定直流电阻Re=6.2欧姆. 注意 "Wire Stretch"(音圈线延展率) 设定成 4% 来配合我们实际的线圈(见calculated winding计算的卷宽). 按 "Acoustic Components" 声学组件按钮,将会出现如下对话窗口: 输入有效直径D=13.11cm( 包括悬边一半) 以自动地计算出振动面积 Sd. 下面需输固定质量,是除了音圈线以外的全部振动质量。这等于: 一半 (会动的) 边 + 音盆 + 防尘盖 + 音圈架 + 半个弹波 + 胶 +空气负荷. 我们知道这是8 克. 因为默认值 3 是针对典型的铝合金音圈架,所以我们使用 Kapton 时设定 Qms=7。

因为不知道 Fs,我们点选 "Use calculated Fs用计算的 Fs" 用FINEMotor计算。音盆加边的共振频率 Fo为22.5 Hz。我们看到边的顺性已经被计算为 6.25 mm/N。我们想要用具有变位为1.2mm/N的弹波,但是我们看见这样得出Fs = 51.04 Hz。那太高了;改弹波变位为2.0mm/N得到可接受的Fs为41.61Hz。 最后我们看一下磁铁系统。按" Motor Parts" 选定 " Use estimated leakage "用预估磁漏: 选择70x32x15磁铁,加上27.20内径的华司和现成的T铁。然后我们来看主窗口左上方的曲线图,如下: 这是系统主要曲线,显示出所有能满足前面我们输入的规格条件的各种可能卷宽的音圈。垂直的虚线指示现在卷宽的模拟结果。试着按住左键的鼠标再左右拉动,所有随卷宽变更的喇叭TS参数便同时在下面算出。 对约10mm 的卷宽,我们得到 0.46 的 Qts,这对低音反射箱用途Q值较高和 2.35mm 的 Xmax有效振幅。让我们试一个比较大的磁铁:在 " Magnet Parts Selection磁铁部件选择 " 按向下箭头选磁铁为 84x33x15mm. 按Apply生效。

电动式扬声器工作原理

电动式扬声器工作原理 电动式扬声器又称为动圈式扬声器;它是应用电动原理的电声换能器件;它是目前运用最多、最广泛的扬声器,究其原因主要有三条: (1)电动式扬声器结构简单、生产容易,而且本身不需要大的空间,导致价格便宜,可以大量普及。 (2)这类扬声器可以做到性能优良,在中频段可以获得均匀的频率响应。 (3)这类扬声器在不断改进中,几十年扬声器发展史,就是扬声器设计、工艺、材料不断改进的历史,也是性能与时俱进的历史。 电动式扬声器其形状大多是锥形、球顶形;锥形扬声器(cone speaker)的结构。 锥形扬声器的结构可以分为三个部分: 1>振动系统包括振膜、音圈、定心支片、防尘罩等; 2>磁路系统包括导磁上板、导磁柱、导磁下板、磁体等; 3>辅助系统包括盆架、压边、接线架、相位塞条。 根据法拉第定律,当载流导体通过磁场时,会受到一个电动力,其方向符合弗来明左手定则,力与电流、磁场方向互相垂直,受力大小与电流、导线长度、磁通密度成正比。当音圈输入交变音频电流时,音圈受到一个交变推动力产生交变运动,带动纸盆振动,反复推动空气而发声。 使电动式扬声器的振膜发生振动的力,即为磁场对载流导体的作用力,这个效应我们称它为电动式换能器的力效应,其大小由下式规定: F=B L i 式中:B为磁隙中的磁感应密度(强度),其单位为N/(A.m)<牛顿/(安培.米)>又称为特斯拉(T) L为音圈导线的长度,单位:米 i为流经音圈的电流,单位:安培 F为磁场对音圈的作用力,单位:牛顿 但是,在通电音圈受力运动的同时,由于会切割磁隙中的磁力线从而在音圈内产生感应电动势,这个效应我们称它为电动式换能器的电效应,其感应电动势的大小为:

第一讲磁路的基本知识

《电工基础》教案 课题:项目四第一讲磁路的基本知识 教学目的: 1、理解磁路中磁势磁阻的概念以及磁路的欧姆定律。 2、全电流定律及其应用。 教学重点:磁路中的欧姆定律和全电流定律的应用 教学难点:磁势和磁阻的概念 教学方法:启发式综合教学法 教学课时:4课时 教学过程 时间 分配新课讲授: 导入:磁路系统广泛应用在电器设备之中,如变压器、电机、继电器等。并且在电机和 某些电器的磁路中,一般还需要一段空气隙,或者说空气隙也是磁路的组成部分。 图1—1是电机电器的几种常用磁路结构。图(a)是普通变压器的磁路,它全部由铁磁材 料组成;图(b)是电磁继电器磁路,它除了铁磁材料外,还有一段空气隙。图(c)表示电机的 磁路,也是由铁磁材料和空气隙组成;图(b)是无分支的串联磁路,空气隙段和铁磁材料串联 组成;图(a)是有分支的并联磁路。图中实(或虚)线表示磁通的路径。 (a) (b) (c) 图1—1 几种常用电器的典型磁路 (a) 普通变压器铁芯; (b) 电磁继电器常用铁芯; (c) 电机磁路 1、磁感应强度(磁通密度)B 描述磁场强弱及方向的物理量称为磁感应强度B。为了形象地描绘磁场,往往采用磁感 应线,常称为磁力线,磁力线是无头无尾的闭合曲线。图1—3中画出了直线电流及螺线管电 流产生的磁力线。 (a) (b) 图1—3 电流磁场中的磁力线 150’

(a) 直线电流; (b) 螺线管电流 磁力线的方向与产生它的电流方向满足右手螺旋关系,如图1—3(a)所示。 在国际单位制中,磁感应强度B 的单位为特(特斯拉),单位符号为T ,即2 11/T Wb m = (韦伯/米2)。 2、磁通Φ 穿过某一截面S 的磁感应强度B 的通量,即穿过截面S 的磁力线根数称为磁感应通量,简称磁通。用Φ表示。即 ??=Φs dS B (1—1) 图1—4 均匀磁场中的磁通 在均匀磁场中,如果截面S 与B 垂直,如图1—4所示,则上式变为 BS Φ= 或 B S Φ= (1—2) 式中,B 为磁通密度,简称磁密,S 为面积。 在国际单位制中,Φ的单位名称为韦(韦伯),单位符号Wb 。 3、磁场强度H 计算导磁物质中的磁场时,引入辅助物理量磁场强度H ,它与磁密B 的关系为 H B μ= (1—3) 式中,μ为导磁物质的磁导率。真空的磁导率为70410/H m μπ-=?。铁磁材料的0μμ>>, 例如铸钢的μ约为0μ的1000倍,各种硅钢片的μ约为0μ的6000~7000倍。 国际单位制中,磁场强度H 的单位名称为安(安培)/米,单位符号/A m 。 4、铁磁材料 铁磁材料,一般是由铁或铁与钴、钨、镍、铝及其他金属的合金构成,迄今为止是最通用的磁性材料。虽然这些材料的性能差异很大,但决定其性能的基本现象却是共同的。 4.1 铁磁材料的磁化 研究发现,铁磁材料由许许多多的磁畴构成,每个磁畴相当于一个小永磁体,具有较强的磁矩,如图1—11所示。在未磁化的材料样品中,所有磁畴摆列杂乱,因此材料对外不显磁性,如图1—11(a )所示。当外部磁场施加到这一材料时,磁畴就会沿施加的磁场方向转向,所有的磁畴平行,铁磁材料对外表现出磁性,如图1—11 (b)所示。因此,当外磁场加到铁磁材料时,铁磁材料产生比外部磁场单独作用所引起的磁场更强。随着外部磁场强度H 的 S B

永磁磁路设计

永磁设计参考 材料从研制角度而言,是希望性能尽可能地优越。但从使用角度考虑,对已研制出的材料,如何合理利用以期获得最大的收益则显得更为重要。具体到永磁材料,则涉及到磁体的选用和磁路的设计。下面对永磁磁路设计做简单介绍。 ·永磁磁路的基本知识 磁路: 最简单的永磁磁路由磁体、极靴、轭铁、空气隙组成。磁路之所以采用路的说法,是从电路借用而来,所以传统意义上的磁路设计是与电路设计相类似的,为了更明了地说明这个问题,简单比较如下图: 磁路的基本类型有并联磁路、串联磁路,其形式同于电路。 静态磁路基本方程: 静态磁路有两个基本方程: 其中k f为漏磁系数,k r为磁阻系数,Bm、Hm、Am、Lm分别为永磁体工作点、面积和高度;Bg、Hg、Ag、Lg为气隙的磁通密度、磁场强度、气隙面积和长度。由以上两式可得: 上式中Vm=Am.Lm表示永磁体体积,Vg=Ag.Lg表示气隙的体

积,(HmBm)是永磁体工作点的磁能积。 ·磁路设计的一般步骤: ·根据设计要求(Bg Ag、Lg的值由要求提出),选择磁路结构的磁体工作点。在选择磁路结构时,需要结合磁体性能来考虑磁体的尺寸,设法使磁体的位置尽量靠近气隙,磁轭的尺寸要够大,以便通过其中的磁通不至于使磁轭饱和,即φ=B轭A轭,式中的B轭最好相当于最大磁导率相对应的磁通密度。如果B轭等于饱和磁通密度的话,则磁轭本身的磁阻增加很多,磁位降加大,或者说磁动势损失太大。 ·估计一个Kf和Kr,利用初步算出磁体尺寸Am 、Lm; ·据磁体尺寸、磁轭尺寸,算出整个磁路的总磁导P(其中关键是漏磁系数Kf的计算),再将原工作点代入下式: Bg=F/[KfAg(r+R+1/P)] ·据总磁导P、漏磁系数Kf、磁体内阻r和磁轭的磁阻R,看Bg是否与要求相符,否则再从头起设计。 在已知气隙要求(Bg、Ag、Lg)和磁体工作点的情况下,欲求磁体的尺寸(Lm、Am),则需要知道漏磁系数Kf和磁阻系数Kr。Kr的值

设计的基本概念

设计的基本概念 广义指一切造形活动的计划,狭义专指图案装钸。合理性、经济性、审美性和独创性是其基本要求和特点。十九世纪的设计,只是对美术工艺品或其他大量产品的外表附加装钸。因此当时的设计师就是装钸图案家或者纹样创作者。二十世纪后,设计的焦点转移到产品的功能、构造、加工技术等综合计划方面,并加强了与机械量产相结合的意识,于是就再难用图案一词来表示,美国毛霍里·纳吉和托马斯·玛尔德纳德等主张:“设计不是东西表面的装钸,而是在某一种目的的基础上综合社会、人类、经济、技术、艺术、心理、生理等要素,并按照工业生产的轨迹计划产品的技术。”可从不同角度对设计进行分类,有以近代机械量产为前提的广义的工业设计;有以手工艺为主精心制作的工艺美术设计;有以社会公用为对象的轻工业设计及家庭生活或个人生活范围内的家庭设计;有公共用品设计和个人用品设计等等。再者,着眼于设计的对象和材料、加工技术等,则有:室内设计、家具设计、车辆设计、广告设计、纺织品设计、木工设计、陶瓷设计、玻璃设计等。 一件完整的设计作品,是构思创意、图形塑造、构图构成、色彩配色以及表现技法等五种要素的有机结合。而图形设计计作品最基本的构成要素,也是一切造型艺术的基础。 图形,也叫形象,是事物的像貌,即是能引起人的思想或感情活动的具体形状或姿态。图形是由多种形态构成的,按其种属及来源,图形可分为概念图形和现实图形两大类。 (一)概念图形的分类 概念图形是经过高度抽象和概括的图形,足一种筒洁明快的几何学图形,它可以利用仪器绘制,并容易复制或增缩,因此,概念图形又称为几何田形或纯粹图形。 概念图形有点、线、面、立体等多种形态,它们是一切造型艺术的基本形态要素。 1 点 点,包括线和面,在上一章表现技法中已经讲述过,但是这里所说的点、线、面,是从形态造型角度论述的。从图形设计来讲,点是线的开端,终结或交又,是具有空间位置的视觉单位,点是构成一切形态的基础。点有各种形态,如方点、圆点、三角形点,以及各种不规则点等,而点的最理想形状是圆形。 点的形状越小,点的感觉越强,越大则有面的感觉。因此,点的大小不能超越当作视觉单位“点”的限度,超越了限度就失去了点的性质,而成为“形”或“面”了。但是要具体划分其差别的界限,必须从它所处的具体位置的对比关系来判断。如一叶扁舟在茫茫大海中是个点,如果把它放在室内,就是一个庞然大物。所

SPT100磁路系统设计

《磁路系统设计报告》 1. 绪论 1.1霍尔推力器磁路系统设计的意义 图 1 HET 示意图 霍尔推力器(Hall-Effect Thruster ,HET )一般具有中空共轴的结构(图 1 是HET 二维剖面图),其典型的推进剂是惰性气体氙气或氪气。推进器通道内存 在正交的电磁场,其中磁场对电子从阴极向阳极的流动过程起到阻碍作用,这样 电子被束缚在同轴加速通道出口附近,并在正交电磁场作用下产生E B ×v v 方向上的霍尔电流,同时这些被束缚的电子还形成了对中性的推进剂原子进行电离的电离区间。电子与中性粒子碰撞产生离子和更多的电子,这些产生出的电子一方面用来提供电流,另一方面可以继续电离其它的中性粒子。离子由于有较大的Larmor 半径(通常是米的数量级)通常忽略磁场对它的作用,而在轴向电场的作用下加速喷出形成推力。最后高速的离子流与外部的电子源进行中和[1]。从对HET 工作原理的描述可知HET 是以电磁联合工作为基础的,合适的磁场是HET 正常工作的基础,也是实现HET 各种工作性能的重要保证。因此,磁路设计至关重要,是 HET 本体设计的核心[2]。 HET 磁路系统设计实际上属于工程设计问题,这样就要受到特定应用需求的制约,这些需求规定了HET 的运行条件,也就限制了相应得磁场形貌和磁场强度,因此HET 磁路设计最终是一个磁路参数之间的优化问题,它涉及到导磁

材料的选择、导磁部件的几何结构与位置,以及励磁线圈的设计等诸多因素,并且这些因素中有些属于线性问题有些则属于非线性问题,情况较为复杂,所以对磁路系统设计的研究势在必行。同时,这项研究也是我国现阶段研究HET的迫切需求。由于我国对HET的研究起步较晚,大多数集中于对HET内部物理机制方面的理论研究,主要通过数值模拟方法或借助仿真软件来完成,但是由于模型建立是基于诸多假设和简化之上,与HET实际运行产生的结果还存在差异,因此建立在理论分析基础上的研究还需要通过实验进行验证,而且对HET的实验研究也是国外研究工作者主要采用的研究手段之一。目前我国用于实验研究的样机大多从国外引进,购买和维护需要投入的大量资金,这也成为制约我国HET 研究发展的重要原因之一。所以,开展HET磁路系统设计的研究对于提升我国对HET自主研发能力,加快HET在我国空间领域中的应用具有重要的意义。 1.2HET磁路系统设计的研究现状 HET磁路系统设计要产生特定需求的磁场位形,从而可以使磁场通过控制等离子体出射行为,实现不同航天器对推进器性能的要求。从HET的发展历史可以发现每一次HET磁路及相应磁场设计的改进都会带来HET性能的大幅度提高。 1.2.1国外研究现状 在20世纪60年代,Shchepkin-Morozov实验室在研制HET的过程中为了避免电子漂移受到阻碍产生二次电场引起几十安培的高放电电流,就设想了电子漂移要闭合的思路。因此遵循这一原则,在磁路结构上采用了四个缠在圆柱铁芯上的外线圈和一个内线圈来产生径向磁场位形[28,29],从而与轴向电场配合来产生电子沿周向的闭环霍尔漂,这种磁路设计结构成为HET的雏形。1971年前苏联发射的第一代HET中的磁路结构就是在径向直磁场位形的理念下设计成功的,其磁场设计原则可以归结为磁场方向沿径向和磁场强度沿通道轴向正梯度变化两个定性要求,在该磁场设计理念下,第一代HET的典型性能指标为效率约50%,羽流发散角约45o,比冲约1500s。虽然第一代HET运行性能较为稳定,但是却存在羽流发散角过大的缺点,这不仅造成了HET自身壁面腐蚀问题,还影响了航天器与地面的正常通讯[3,4,5,6,7]。上世纪90年代初,莫斯科无线电电子与自动化技术学院(MIREA)在与法国SEP公司的合作下,于1996年发布了一种新设计的HET-ATON,被称为第二代HET[8,9]。与第一代HET相比,ATON推进器最大的改进除了结构上在阳极前增加了一个缓冲腔以使工质气体均匀化之外,就是改进了通道内的磁路结构和磁场位形的设计。ATON发动机采用了一个缠在圆周方向上的外线圈和两个内线圈来产生磁场位形,其效率可达到68%,羽流发散角小于10o,比冲2000s以上,在技术水平上达到了目前绝对国际领先地位。在对ATON推进器进行实验研究中又发现推进器与真空室之间的相互作用非常强烈,为了研究其中的物理现象, A.I.Morozov和A.I.Bugrova教授又设计了一套双级稳态等离子推进器HET MAG。该推进器也具有缓冲腔结构,采用缠绕在圆周方向上的内、外两个线圈和在缓冲腔中安置一个“MIXINE”产生磁场分布,从而优化了等离子体源及其电势分布。实验结果表明在放电电压为900V,阳极流量为

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