大行程磁浮运动台电磁驱动建模与结构设计研究

发布时间：2022-09-17 10:21

　　大行程磁浮运动台是一种新兴的多自由度运动平台,是支撑集成电路制造装备、纳米精度加工机床等高端制造装备发展的核心部件。它通过永磁阵列、线圈阵列间的洛仑兹力直接实现垂向支承及水平向大行程运动,相对由多级一维运动叠加实现高维运动的传统方式,能够获得更高的动态响应性能和运动精度。随着加工精度与生产效率需求的持续提升,运动台对推力及其波动特性的要求更加苛刻。本文围绕永磁阵列磁场建模及谐波特性分析、线圈电磁力/力矩建模及推力波动分析、永磁阵列新构型及电磁结构综合设计展开系统研究,为高性能大行程磁浮运动台的研制提供理论依据和技术支持。本文首先分析了永磁阵列解析建模方法的特点,采用等效磁荷法计算了永磁阵列的边缘磁场,利用傅里叶级数分析法建立了永磁阵列磁场的谐波模型,分析了永磁阵列结构参数对磁场基波幅值以及高阶谐波占比的影响,为永磁阵列的优化设计提供思路。基于磁场谐波模型和洛伦兹力体积分法,利用线圈矩形简化模型推导了线圈电磁力和力矩表达式,分析了线圈尺寸及安装角度对水平推力解耦的影响,讨论了极坐标系下的线圈圆角精确解析建模;建立了磁场高阶谐波导致的推力波动模型,得出了可有效抑制推力波动的线圈长度与磁极距... 

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源、背景和意义
    1.2 大行程磁浮运动台的国内外研究现状
    1.3 目前研究中存在的问题
    1.4 本文的研究内容和结构安排
2 磁浮运动台永磁阵列的磁场建模
    2.1 引言
    2.2 永磁阵列等效磁荷法建模及边缘磁场计算
    2.3 永磁阵列傅里叶级数法建模及谐波分析
    2.4 永磁阵列参数对磁场性能的影响分析
    2.5 本章小结
3 磁浮运动台线圈电磁力/力矩建模
    3.1 引言
    3.2 基于线圈简化模型的电磁力/力矩建模
    3.3 线圈圆角建模与分析
    3.4 线圈参数对推力波动的影响分析
    3.5 本章小结
4 磁浮运动台永磁阵列构型及设计
    4.1 引言
    4.2 面向动圈式运动台的高磁通永磁阵列新构型及设计
    4.3 面向动铁式运动台的轻量化永磁阵列新构型及设计
    4.4 实验验证
    4.5 本章小结
5 磁浮运动台电磁结构综合设计
    5.1 引言
    5.2 DQ分解方案的电磁结构设计
    5.3 直接解耦方案的电磁结构设计
    5.4 电磁结构设计流程
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 本文内容总结
    6.2 本文创新之处
    6.3 研究展望
致谢
参考文献
附录1 作者在攻读博士学位期间的论文及专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]偏心驱动下气浮支承精密运动平台的稳定性和精度分析[J]. 左昊诚,姜伟,张鸣,王婧.  机械制造与自动化. 2014(01)
[2]高性能永磁同步平面电机及其关键技术发展综述[J]. 寇宝泉,张鲁,邢丰,李立毅,张赫.  中国电机工程学报. 2013(09)
[3]气浮支承精密运动平台的俯仰振动分析[J]. 吴志会,张鸣,姜伟,金建新.  机械与电子. 2012(02)
[4]光刻机工作台超精密运动与同步控制[J]. 滕伟,柳亦兵,穆海华.  机械工程学报. 2011(11)
[5]双边驱动精密XY运动平台解耦控制研究[J]. 赵冶,朱煜,杨开明,潘尚峰.  组合机床与自动化加工技术. 2010(09)
[6]新型磁悬浮运动平台力学分析与控制[J]. 段吉安,齐斌,廖平.  控制工程. 2009(02)
[7]超精密气浮平台的定位精度分析[J]. 何学明,陈学东,曾理湛,余显忠.  华中科技大学学报(自然科学版). 2008(03)
[8]电磁式超精密微动工作台研究现状与方向[J]. 李恒,朱煜,贾松涛,武晨光.  现代机械. 2007(02)
[9]磁悬浮平台系统的机电耦合动力学模型及稳定性分析[J]. 李群明,万梁,段吉安,欧阳华.  光学精密工程. 2007(04)
[10]超精密气浮工件台的微振动及其抑制[J]. 张鸣,朱煜,段广洪.  制造技术与机床. 2005(11)

博士论文
[1]极紫外光刻机工件台精密机械及控制相关技术[D]. 朱涛.中国科学院研究生院（电工研究所） 2006

硕士论文
[1]矩形永磁体三维磁场空间分布研究[D]. 刘宏娟.北京工业大学 2006



本文编号：3679051