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磁悬浮平面电机的有限元分析研究

作　者: 周志祥
导　师: 周云飞
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械工程
关键词: 磁悬浮平面电机气隙磁场有限元分析遗传算法
分类号: TM359.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

磁悬浮平面电机是一种新型的驱动元件,对它的研究国内尚属空白。磁悬浮平面电机无需机械导轨支撑,可以直接实现大行程的二维平面驱动,极大简化了机械运动结构,且体积小、质量轻,可实现高速运动。此外,由于无需机械或气浮支撑,可在真空条件下实现精密运动。本文对动圈式磁悬浮平面电机的研究,以期为该新型驱动元件的成功研发提供一定依据。论文的主要研究内容如下:1.采用谐波分析法解析出磁悬浮平面电机气隙磁场、静推力和力矩的计算公式;在解析模型的基础上,基于解耦动力学模型,提出平面电机的结构设计模型和电流控制方法,实现电机各运动自由度的解耦。2.在系统地总结电机电磁场以及工程电磁场数值计算理论的基础上,运用Ansoft Maxwell软件进行有限元分析计算,得出磁悬浮平面电机的气隙磁场分布和静推力示意图。分析总结了改变绕组线圈电流、定子磁钢厚度及气隙高度等电机结构参数对电机性能的影响情况,为磁悬浮平面电机的设计提供了指导。3.基于平面电机的主要参数之间相互约束和限制,提出将遗传算法应用于电机的参数设计,利用遗传算法的特性进行辅助电机参数优化。首先确定磁悬浮平面电机的简化数学模型,然后结合电机性能的要求,确定电机设计中的评价函数,最后利用遗传算法在整个参数空间内搜索,得到磁悬浮平面电机的优化参数。仿真结果表明,基于遗传算法的磁悬浮平面电机优化设计取得了令人满意的结果,为磁悬浮平面电机的分析和设计开辟了一个新的途径,对平面电机的研究及应用具有重要的意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题的研究背景及意义  9
  1.2 磁悬浮平面电机的工作原理  9-11
  1.3 平面电机的发展现状与研究热点  11-13
  1.4 课题来源及论文的内容安排  13-14
2 磁悬浮平面电机气隙磁场和推力的解析分析  14-41
  2.1 基于HALBACH 阵列的磁悬浮平面电机的结构  14-17
  2.2 磁悬浮平面电机气隙磁场的分析计算  17-26
  2.3 平面电机静推力及力矩的计算与分析  26-35
  2.4 平面电机静推力及力矩的解耦分析  35-40
  2.5 本章小结  40-41
3 磁悬浮平面电机的有限元分析理论  41-48
  3.1 电机电磁场分析基本理论  41-44
  3.2 电磁场有限元法基本理论  44-46
  3.3 磁悬浮平面电机电磁场的分析方法  46-47
  3.4 本章小结  47-48
4 磁悬浮平面电机的电磁场及性能分析  48-63
  4.1 基于ANSOFTMAXWELL 的电机有限元分析  48-50
  4.2 样机参数  50-51
  4.3 电机有限元分析  51-53
  4.4 电机的气隙磁场分析  53-54
  4.5 电机的静推力分析  54-56
  4.6 电机动子偏移对电磁力的影响  56-58
  4.7 结构参数对电机性能的影响  58-61
  4.8 本章小结  61-63
5 基于遗传算法的磁悬浮平面电机参数优化  63-72
  5.1 优化理论在设计行业中的应用  63-64
  5.2 基于二进制编码的遗传算法  64-65
  5.3 磁悬浮平面电机参数优化  65-71
  5.4 本章小结  71-72
6 结论与展望  72-74
  6.1 结论  72-73
  6.2 展望  73-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录  78

磁悬浮平面电机的有限元分析研究

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