磁悬浮平台的平面线圈直线电机电磁结构研究

发布时间：2017-04-08 11:07

  本文关键词：磁悬浮平台的平面线圈直线电机电磁结构研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着纳米制造技术研究的发展,需要一种通用的可用于纳米加工、测量以及装配的纳米制造平台。大行程、高精度、小体积的纳米级定位平台是近年来国内外相关研究单位的研究重点。而永磁直线电机作为磁悬浮定位平台的驱动部件,其驱动稳定性和平面精度是磁悬浮平台能否实现其功能的重要因素。本文旨在通过改善永磁阵列的气隙磁场的正弦性和平面线圈的平面度达到直线电机性能优化的目的。首先对磁悬浮平台的直线电机的动子永磁阵列进行了分析,采用凸型截面的永磁块构成HALBACH永磁阵列,并对其进行理论分析和有限元仿真,对其在磁场正弦性上的改善进行验证。根据课题的要求,在选定工作平面的前提下,对磁块的尺寸进行了优化,并完成永磁阵列的组装。其次对磁悬浮平台的直线电机的定子平面线圈进行了分析,提出了单层绕组方式的平面线圈,提高了电机在垂直方向的精度。利用有限元方法对线圈进行电磁力的分析,结合实际需要,构建了电机的电磁结构。采用线切割形式完成了平面线圈最后的加工和装配,极大程度的改善了平面线圈的平面度和简化了线圈的制作工艺。此外,对直线电机的驱动方式进行了研究,采用每相线圈独立驱动的方式,避免了线圈间的相互影响。根据实际要求采用磁耦隔离芯片,数模转换芯片和功率放大芯片,进行了驱动电路的设计和驱动电路板的实物制作。最后,完成了整个直线电机系统的搭建,并进行了相关仿真和实验。
【关键词】：磁悬浮平台 直线电机 永磁阵列 平面线圈 驱动
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM359.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 研究背景及选题意义10-11
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 选题意义11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-20
• 1.2.1 高精度定位平台的驱动方式研究现状11-14
• 1.2.2 平面线圈直线电机研究现状14-18
• 1.2.3 直线电机的永磁阵列研究现状18-20
• 1.3 本文的研究内容及安排20-23
• 第2章 直线电机的动子永磁阵列研究23-40
• 2.1 直线电机动子材料23-25
• 2.1.1 电机常用的永磁材料23
• 2.1.2 永磁材料的主要性能参数23-24
• 2.1.3 钕铁硼永磁材料的优点24-25
• 2.2 凸型HALBACH永磁阵列的磁场解析计算25-32
• 2.2.1 HALBACH永磁阵列简介25-26
• 2.2.2 凸型HALBACH永磁阵列的磁场解析建模26-32
• 2.3 凸型HALBACH永磁阵列的尺寸设计32-35
• 2.4 凸型HALBACH永磁阵列的磁场有限元分析35-38
• 2.4.1 凸型永磁阵列磁场解析解与仿真解对比35-37
• 2.4.2 凸型永磁阵列与矩形永磁阵列的磁场对比37-38
• 2.5 本章小结38-40
• 第3章 直线电机的定子平面线圈研究40-56
• 3.1 平面线圈的绕组方式及材料选择40-43
• 3.1.1 平面线圈绕组方式40-42
• 3.1.2 平面线圈的材料选择42-43
• 3.2 平面线圈的绕组磁场理论分析43-47
• 3.2.1 平面线圈的边界磁矢势分析43-45
• 3.2.2 平面线圈的电磁力理论分析45-47
• 3.3 平面线圈的参数确定47-51
• 3.4 线圈的工艺装配研究51-54
• 3.4.1 线切割的简介51
• 3.4.2 线圈的工艺加工制作51-53
• 3.4.3 平面线圈的平面度测量53-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第4章 直线电机的驱动控制研究56-72
• 4.1 空间电压脉宽调制技术及其原理56-60
• 4.2 磁悬浮平台的永磁直线电机控制研究60-63
• 4.2.1 控制器的需求分析及设计方案60-61
• 4.2.2 DSP的选型61-62
• 4.2.3 FPGA的选型62-63
• 4.3 磁悬浮平台的平面线圈直线电机驱动研究63-70
• 4.3.1 驱动方式的选择63
• 4.3.2 驱动电路及器件63-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第5章 实验装置及实验分析72-78
• 5.1 直线电机的实验平台72-74
• 5.1.1 直线电机的机械结构72-73
• 5.1.2 驱动电路板的制作73
• 5.1.3 直线电机的驱动控制系统搭建73-74
• 5.2 平面线圈的变形热仿真74-75
• 5.3 驱动电流测试75-76
• 5.4 电路输出信号测试76-77
• 5.5 本章总结77-78
• 第6章 总结78-80
• 参考文献80-84
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单84-86
• 致谢86

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