本文關(guān)鍵詞：空間二自由度電磁作動(dòng)器設(shè)計(jì)與研制

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【摘要】：近年來(lái)為了滿足空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)微重力環(huán)境(特別是低頻段振動(dòng))的特殊要求,航天器微振動(dòng)及其抑制隔離技術(shù)受到了研究者越來(lái)越多的關(guān)注。傳統(tǒng)的接觸式被動(dòng)隔離裝置對(duì)低頻振動(dòng)的隔離效果并不明顯,因此有必要發(fā)展新型的非接觸式振動(dòng)隔離裝置。作為隔振系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,基于洛倫茲力原理的電磁作動(dòng)器因具有效率高、響應(yīng)速度快、能量密度高、行程范圍大等顯著優(yōu)點(diǎn)引起了研究者們的極大興趣。而其中二自由度電磁作動(dòng)器較單自由度電磁作動(dòng)器,在大型隔振系統(tǒng)的布局優(yōu)化、降低系統(tǒng)成本、減小系統(tǒng)重量等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文以此為背景,研制了一種小型化、輕量化、低熱耗、適用于空間環(huán)境微振動(dòng)隔離用的二自由度電磁作動(dòng)器。針對(duì)作動(dòng)器能實(shí)現(xiàn)二自由度運(yùn)動(dòng)且適用于空間環(huán)境的需求,本文首先分析了作動(dòng)器的兩個(gè)重要組成部分,永磁體和線圈的結(jié)構(gòu)形式。然后通過(guò)比較不同的作動(dòng)器外形,定子和浮子選用的不同對(duì)作動(dòng)器性能的影響,確定了二自由度電磁作動(dòng)器構(gòu)型�；诜肿迎h(huán)流假說(shuō),建立了永磁體表面的面電流模型,推導(dǎo)并得到了環(huán)狀Halbach永磁體陣列在空間任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和作動(dòng)器電磁力的解析表達(dá)式。利用有限元分析軟件分別對(duì)永磁體陣列和整個(gè)作動(dòng)器進(jìn)行靜態(tài)電—磁耦合仿真分析,對(duì)建立的電磁理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證。在永磁體與線圈相互作用的電磁解析模型基礎(chǔ)上,結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,初步確定了作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后建立作動(dòng)器優(yōu)化模型,以線圈質(zhì)量最小、熱耗最少為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)作動(dòng)器尺寸進(jìn)行優(yōu)化,得到了輕量化、低能耗、結(jié)構(gòu)緊湊的作動(dòng)器最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。依據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果研制了二自由度電磁作動(dòng)器實(shí)驗(yàn)樣機(jī),提出了有效的重力補(bǔ)償方式并開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)作動(dòng)器工作位移的實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了其達(dá)到的行程滿足指標(biāo)要求;通過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力的實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了電磁解析模型的正確性以及作動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。
【關(guān)鍵詞】：電磁作動(dòng)器 二自由度 解析模型 優(yōu)化設(shè)計(jì) 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)
【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】：2016
【分類號(hào)】：V423
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題來(lái)源9
• 1.2 課題的研究背景及意義9-10
• 1.3 電磁作動(dòng)器發(fā)展現(xiàn)狀10-15
• 1.3.1 單自由度電磁作動(dòng)器發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.3.2 二自由度電磁作動(dòng)器發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.4 電磁作動(dòng)器電磁力建模方法研究現(xiàn)狀15
• 1.5 國(guó)內(nèi)外電磁作動(dòng)器研究綜述15-16
• 1.6 課題主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 二自由度電磁作動(dòng)器的構(gòu)型設(shè)計(jì)18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 永磁體陣列設(shè)計(jì)18-20
• 2.3 線圈布線設(shè)計(jì)20-21
• 2.4 二自由度電磁作動(dòng)器總體構(gòu)型設(shè)計(jì)21-25
• 2.4.1 作動(dòng)器構(gòu)型的設(shè)計(jì)22-23
• 2.4.2 作動(dòng)器構(gòu)型的確定23-25
• 2.5 本章小結(jié)25-27
• 第3章 二自由度電磁作動(dòng)器電磁模型建立及仿真分析27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 二自由度電磁作動(dòng)器電磁模型的建立27-33
• 3.2.1 徑向磁化永磁體磁場(chǎng)模型的建立27-30
• 3.2.2 軸向磁化永磁體磁場(chǎng)模型的建立30-31
• 3.2.3 二自由度電磁作動(dòng)器電磁力模型的建立31-33
• 3.3 二自由度電磁作動(dòng)器電磁模型的仿真分析33-36
• 3.3.1 電磁作動(dòng)器磁場(chǎng)仿真分析33-34
• 3.3.2 電磁作動(dòng)器電磁力仿真分析34-35
• 3.3.3 二自由度電磁作動(dòng)器電磁模型的驗(yàn)證35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 第4章 二自由度電磁作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 二自由度電磁作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)38-44
• 4.2.1 永磁體材料的選擇38-40
• 4.2.2 線圈材料的選擇40-41
• 4.2.3 電磁作動(dòng)器初始尺寸的確定41
• 4.2.4 電磁作動(dòng)器參數(shù)的計(jì)算41-44
• 4.3 二自由度電磁作動(dòng)器參數(shù)化模型的建立及優(yōu)化44-51
• 4.3.1 永磁體參數(shù)化模型的建立及優(yōu)化44-47
• 4.3.2 電磁作動(dòng)器參數(shù)化模型的建立及優(yōu)化47-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 二自由度電磁作動(dòng)器樣機(jī)實(shí)驗(yàn)52-63
• 5.1 引言52
• 5.2 微重力模擬和作動(dòng)器工作行程測(cè)試52-55
• 5.2.1 微重力模擬方法52-54
• 5.2.2 豎直方向行程測(cè)試54
• 5.2.3 水平方向行程測(cè)試54-55
• 5.3 電磁作動(dòng)器磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試55-57
• 5.4 電磁作動(dòng)器電磁力測(cè)試57-62
• 5.4.1 豎直電磁力測(cè)試57-59
• 5.4.2 水平電磁力測(cè)試59-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69

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本文編號(hào)：951542