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驱动磁悬浮球旋转的技术研究

作　者: 刘蕾
导　师: 徐龙祥
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 磁悬浮旋转驱动轴向磁场结构多层行波理论 Ansoft 结构设计
分类号: TH703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

为实现被悬浮球体的旋转运动，本文提出一种集磁悬浮功能于一体的驱动装置，通过在驱动装置的驱动绕组中通入三相交流电，使其在气隙的周向产生旋转磁场，旋转磁场与被悬浮球体表面产生的感应电流相互作用产生旋转力矩，实现被悬浮球体的旋转运动。为便于分析装置的特性，建立了适合该驱动装置的电磁模型。利用电磁场理论分析系统内部的电磁关系，为简化计算，建立了系统的分环模型并沿驱动装置铁心周向展开为矩形结构，便于使用二维电磁场分析。采用多层行波电磁场理论分析电磁模型，给出转矩表达式，分析相关参数对转矩性能的影响。利用电磁场有限元分析软件Ansoft对模型磁场分布特点进行分析，给出了不同位置不同路径的磁通密度曲线，对驱动装置的设计与分析具有一定的指导意义。同时采用一种分环式的二维有限元分析方法模拟三维磁场分布，通过对比验证其方法的可行性。最后，制造出集成装置并对集成装置系统性能进行试验，试验结果表明：集成装置对被悬浮球体的静态稳定悬浮效果非常的好，能够对被悬浮球体进行稳定悬浮，稳定悬浮后进行驱动试验，能够使被悬浮球体在悬浮的同时实现稳定的低速旋转。通过这个试验验证了本文提出的实现被悬浮球体旋转的驱动方案是合理可行的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-20
  1.1 课题研究背景  12-14
    1.1.1 磁悬浮技术简介  12-13
    1.1.2 轴向磁场结构的磁力驱动技术简介  13-14
  1.2 课题研究现状  14-17
    1.2.1 被悬浮球体旋转驱动技术的研究现状  14-15
    1.2.2 轴向磁场结构的旋转驱动技术研究现状  15-17
  1.3 课题研究的主要内容及论文安排  17-20
    1.3.1 研究主要内容  18
    1.3.2 论文安排  18-20
第二章磁悬浮球系统组成和驱动装置设计  20-31
  2.1 磁悬浮球系统的组成  20-24
    2.1.1 磁悬浮球系统的数学模型  21-22
    2.1.2 磁悬浮球闭环控制系统  22-24
  2.2 磁悬浮球驱动装置设计  24-27
    2.2.1 磁悬浮球驱动装置的设计思路  24-25
    2.2.2 磁悬浮球驱动装置工作原理  25
    2.2.3 磁悬浮球驱动装置的结构  25-26
    2.2.4 磁悬浮球装置与磁悬浮球驱动装置的集成  26-27
  2.3 驱动装置主要参数的选择  27-29
    2.3.1 驱动装置电磁负荷的选择  28
    2.3.2 槽形选择及尺寸确定  28-29
    2.3.3 驱动绕组的设计  29
  2.4 本章小结  29-31
第三章驱动装置电磁模型及性能分析  31-41
  3.1 驱动装置电磁模型的建立  31-32
  3.2 多层行波电磁场模型及求解  32-37
  3.3 驱动装置电磁转矩分析  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章集成装置的有限元仿真分析  41-53
  4.1 有限元法简介及应用  41-42
  4.2 集成装置三维有限元仿真  42-48
    4.2.1 驱动装置三维磁场的分析  43-46
    4.2.2 悬浮磁场与驱动磁场叠加时的三维磁场分析  46-48
  4.3 驱动装置二维有限元仿真  48-51
    4.3.1 二维模型的建立  48-49
    4.3.2 二维模型磁场仿真  49-51
  4.4 仿真结果分析  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章集成装置的制造及性能试验  53-60
  5.1 集成装置的制造  53-54
    5.1.1 定子铁心加工与绕线  53-54
    5.1.2 集成装置实验台搭建  54
  5.2 集成装置对被悬浮球体的悬浮试验  54-56
    5.2.1 控制系统调试  54-55
    5.2.2 静态悬浮试验  55-56
  5.3 集成装置对被悬浮球体的旋转驱动试验  56-58
    5.3.1 驱动装置的速度控制方法  56-57
    5.3.2 旋转驱动试验  57-58
  5.4 试验中存在的问题及分析  58-59
  5.5 本章小结  59-60
第六章总结与展望  60-62
  6.1 论文总结  60-61
  6.2 工作展望  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
在学期间的研究成果及发表的学术论文  66

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