本文關(guān)鍵詞：Halbach型磁體陣列永磁平面電機(jī)的基礎(chǔ)研究

  更多相關(guān)文章： Halbach磁體陣列 平面電機(jī) 數(shù)學(xué)模型 有限元分析

【摘要】：隨著精密加工行業(yè)的發(fā)展,對(duì)精密定位平臺(tái)提出了更高的要求。平面電機(jī)是一種新型的二維平面運(yùn)動(dòng)裝置,與傳統(tǒng)的二維平面運(yùn)動(dòng)裝置相比,它定位精度高,反應(yīng)速度快,由于減少了傳動(dòng)裝置,還具備了能量損耗小的優(yōu)點(diǎn),十分適合需要高精密定位平臺(tái)的領(lǐng)域。本文面向真空環(huán)境下工作的精密定位平臺(tái)對(duì)永磁懸浮型平面電機(jī)的需求,提出了一種永磁懸浮平面電機(jī),能夠?yàn)樵谡婵窄h(huán)境下工作的精密定位平臺(tái)提供穩(wěn)定的懸浮力。首先,綜合國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研發(fā)的平面電機(jī)提出了Y型的平面電機(jī),該平面電機(jī)由三組直線驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成,其中動(dòng)子為Halbach磁體陣列,定子為集中型兩相繞組。其次,建立平面電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,選擇矢量磁位和邊界條件,利用等效磁化強(qiáng)度法對(duì)永磁體陣列產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行解析,利用Maxwell方程組計(jì)算出氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度表達(dá)式,進(jìn)一步推導(dǎo)出反電動(dòng)勢(shì)和電機(jī)推力的解析表達(dá)式,為電流的分配與解耦打下基礎(chǔ)。第三,對(duì)平面電機(jī)進(jìn)行有限元仿真,建立Halbach磁體陣列的二維仿真模型,通過(guò)有限元分析研究永磁陣列的氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度。確定平面電機(jī)各部分的尺寸,主要包括磁鋼的充磁厚度與寬度、軛板的厚度、線圈的寬度與高度、線圈線徑的大小等。建立平面電機(jī)的仿真模型,研究空載氣隙磁場(chǎng)的均勻性,負(fù)載氣隙磁場(chǎng)的變化,以及空載反電動(dòng)勢(shì)的波形,動(dòng)子的靜態(tài)推力特性,運(yùn)用dq0解耦法求出推動(dòng)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的交變電流。最后,制作平面電機(jī)樣機(jī),制作Halbach磁體陣列,對(duì)線圈的電阻與電感進(jìn)行檢測(cè),得到線圈的電阻值平均為11.36Ω,電感平均值為12.27mh,驗(yàn)證了線圈的對(duì)稱性。利用平面電機(jī)做電流與負(fù)載的對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn),得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示電機(jī)的推力線性度良好。利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的大行程導(dǎo)軌進(jìn)行磁場(chǎng)分布實(shí)驗(yàn),得到的結(jié)果顯示磁場(chǎng)的波峰值為450m T,周期為40mm;進(jìn)行空載反電動(dòng)勢(shì)波形實(shí)驗(yàn),得到的波形周期為200ms,波峰值為1.4V,曲線接近正弦。
【關(guān)鍵詞】：Halbach磁體陣列 平面電機(jī) 數(shù)學(xué)模型 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM351
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 課題背景和研究意義9-10
• 1.2 平面電機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 磁懸浮平面電機(jī)研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.2 變磁阻型平面電機(jī)15-17
• 1.2.3 平面感應(yīng)電機(jī)17-18
• 1.3 永磁平面電機(jī)性能研究方法現(xiàn)狀18-19
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 磁懸浮平面電機(jī)的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 磁懸浮平面電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)21-23
• 2.2.1 磁懸浮平面電機(jī)的分類介紹21
• 2.2.2 磁懸浮平面電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-22
• 2.2.3 磁懸浮平面電機(jī)的工作原理22-23
• 2.3 磁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23-25
• 2.3.1 Halbach陣列簡(jiǎn)介23-25
• 2.3.2 永磁材料的選取25
• 2.4 繞組線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-28
• 2.5 平面電機(jī)的設(shè)計(jì)原則28
• 2.6 本章小結(jié)28-29
• 第3章 平面電機(jī)的數(shù)學(xué)模型分析29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 平面電機(jī)的電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)29-30
• 3.3 建立磁體陣列的物理模型30
• 3.4 空載氣隙磁場(chǎng)的解析分析30-32
• 3.5 空載反電動(dòng)勢(shì)與電磁推力的解析表達(dá)式32-35
• 3.5.1 空載反電動(dòng)勢(shì)的解析表達(dá)式32-34
• 3.5.2 電磁推力的解析表達(dá)式34-35
• 3.6 線圈的解析計(jì)算35-37
• 3.7 本章小結(jié)37-38
• 第4章 平面電機(jī)的有限元分析38-53
• 4.1 引言38
• 4.2 二維有限元仿真模型的建立38-45
• 4.2.1 靜態(tài)特性的仿真39-40
• 4.2.2 Halbach磁體陣列磁鋼尺寸的選擇40-42
• 4.2.3 軛板的選擇42-45
• 4.3 三維有限元仿真模型的建立45-48
• 4.3.1 建立仿真模型45-46
• 4.3.2 選取模型材料46
• 4.3.3 剖分求解區(qū)域46-47
• 4.3.4 邊界條件設(shè)置47-48
• 4.4 靜態(tài)模型仿真結(jié)果及分析48-51
• 4.4.1 空載氣隙磁場(chǎng)48
• 4.4.2 負(fù)載氣隙磁場(chǎng)48-49
• 4.4.3 靜態(tài)-推力特性49-50
• 4.4.4 繞組電流對(duì)電機(jī)推力的影響50-51
• 4.5 動(dòng)態(tài)模型仿真結(jié)果及分析51-52
• 4.5.1 空載反電動(dòng)勢(shì)曲線51-52
• 4.5.2 交變電流推力曲線52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 第5章 實(shí)驗(yàn)與分析53-61
• 5.1 引言53
• 5.2 平面電機(jī)樣機(jī)的制作53-54
• 5.3 電阻和電感測(cè)量54-55
• 5.4 磁感應(yīng)強(qiáng)度分布測(cè)試及數(shù)學(xué)模型確定55-56
• 5.5 空載反電動(dòng)勢(shì)測(cè)試56-58
• 5.6 靜態(tài)推力測(cè)試58-60
• 5.7 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 致謝66

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 李振波,張琛;遺傳算法在超微電動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);1999年10期

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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本文編號(hào)：652369