永磁-感应子式磁力丝杠的电磁特性研究

发布时间：2017-09-21 09:29

  本文关键词：永磁-感应子式磁力丝杠的电磁特性研究

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【摘要】：直线运动多采用直线电机或旋转电机配合机械丝杠来实现。但直线电机的输出力密度较低,机械丝杠的运动精度和可靠性不高。近年来,出现了新结构的丝杠——磁力丝杠,其将螺母和螺杆间的直接机械接触改为磁力耦合,能够实现系统的无接触动力传递,从根本上解决了机械丝杠运动精度低和可靠性低的问题,而且配合旋转电机能够实现高力密度推力的输出,在直线运动系统中有着广泛的应用前景。本文的主要研究对象为永磁式、感应子式和永磁-感应子式三种结构的磁力丝杠。首先分析了永磁式磁力丝杠的结构和推力产生机理,揭示了磁力丝杠推力和转矩的关系。采用三维有限元法研究了永磁式磁力丝杠的电磁场分布特点以及推力-位移特性,在此基础上提出了推力和转矩等效结构,建立了计算磁力丝杠推力的等效二维有限元模型,并验证了等效二维模型的准确性。基于等效二维模型,详细分析了永磁式磁力丝杠几何参数对输出推力的影响,为永磁式磁力丝杠的设计和优化提供了依据。针对永磁式磁力丝杠动、转子相对位置不变时,输出推力不可调节的情况,本课题提出了一种感应子式磁力丝杠,动子采用励磁绕组励磁。采用等效二维有限元模型分析了感应子式磁力丝杠的气隙磁场分布和推力-位移特性,计算了电磁推力-位移特性,分析了电磁推力幅值与励磁磁势的关系,研究表明齿槽结构的齿高和齿宽对气隙磁场分布和电磁推力幅值的影响较大。结合永磁式和感应子式磁力丝杠的特点,本课题提出了永磁-感应子式磁力丝杠,动子上既有永磁体励磁也有电励磁。采用二维有限元法计算了永磁-感应子式磁力丝杠的气隙磁场分布和推力-位移特性,分析了永磁推力和电磁推力的关系,揭示了永磁-感应子式磁力丝杠的推力调节特性,研究表明其调节特性与输出推力方向、励磁电流方向和永磁体磁极位置密切相关。
【关键词】：永磁-感应子式 磁力丝杠 电磁特性 推力-位移特性 调节特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 单边励磁结构10-12
• 1.2.2 双边励磁结构12-16
• 1.3 磁力丝杠目前存在的问题16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 磁力丝杠的机理分析17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 永磁式磁力丝杠的机理分析17-21
• 2.2.1 永磁式磁力丝杠的结构17-18
• 2.2.2 永磁式磁力丝杠的运行机理18-19
• 2.2.3 永磁式磁力丝杠的推力产生机理19-21
• 2.3 感应子式磁力丝杠的机理分析21-25
• 2.3.1 感应子式磁力丝杠的提出21-22
• 2.3.2 感应子式磁力丝杠的运行机理22-25
• 2.4 永磁-感应子式磁力丝杠的机理分析25-27
• 2.4.1 永磁-感应子式磁力丝杠的结构25-26
• 2.4.2 永磁-感应子式磁力丝杠的运行机理26-27
• 2.5 三种磁力丝杠的联系与区别27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 永磁式磁力丝杠的电磁场计算及特性分析29-41
• 3.1 引言29
• 3.2 永磁式磁力丝杠的电磁场三维有限元计算与分析29-31
• 3.3 推力-位移特性的计算与分析31-33
• 3.3.1 推力-位移曲线31-32
• 3.3.2 极对数对推力-位移特性的影响32-33
• 3.4 永磁式磁力丝杠三维有限元模型的简化33-36
• 3.5 基于等效二维模型的永磁推力性能分析36-40
• 3.5.1 永磁体宽度系数对推力峰值的影响36
• 3.5.2 极距对推力峰值的影响36-37
• 3.5.3 气隙长度对推力峰值的影响37-38
• 3.5.4 齿高对推力的影响38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 感应子式磁力丝杠的电磁场计算及特性分析41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 感应子式磁力丝杠电磁场的二维电磁场计算41-43
• 4.3 感应子式磁力丝杠的推力-位移特性43-47
• 4.4 齿槽结构几何参数对电磁推力的影响47-51
• 4.4.1 转子齿高对电磁推力的影响47-48
• 4.4.2 动子齿高对电磁推力的影响48-50
• 4.4.3 动子齿宽对电磁推力的影响50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 永磁-感应子式磁力丝杠的特性分析52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 永磁-感应子式磁力丝杠的推力-位移特性分析52-55
• 5.2.1 永磁体单独作用时推力-位移特性52-53
• 5.2.2 励磁绕组通电流后的推力-位移特性53-55
• 5.3 永磁-感应子式磁力丝杠的动态调节特性55-58
• 5.4 齿槽结构对调节特性的影响58-59
• 5.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果65-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 宋书中;胡业发;周祖德;;直线电机的发展及应用概况[J];控制工程;2006年03期

2 ;无接触磁力进给丝杠[J];机床;1977年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王骞;圆筒型横向磁场永磁直线电机电磁场与电磁力的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

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本文编号：893706