本文關(guān)鍵詞：空間二自由度電磁作動器設(shè)計與研制

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【摘要】：近年來為了滿足空間科學(xué)實驗對微重力環(huán)境(特別是低頻段振動)的特殊要求,航天器微振動及其抑制隔離技術(shù)受到了研究者越來越多的關(guān)注。傳統(tǒng)的接觸式被動隔離裝置對低頻振動的隔離效果并不明顯,因此有必要發(fā)展新型的非接觸式振動隔離裝置。作為隔振系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,基于洛倫茲力原理的電磁作動器因具有效率高、響應(yīng)速度快、能量密度高、行程范圍大等顯著優(yōu)點引起了研究者們的極大興趣。而其中二自由度電磁作動器較單自由度電磁作動器,在大型隔振系統(tǒng)的布局優(yōu)化、降低系統(tǒng)成本、減小系統(tǒng)重量等方面具有明顯的優(yōu)勢。本文以此為背景,研制了一種小型化、輕量化、低熱耗、適用于空間環(huán)境微振動隔離用的二自由度電磁作動器。針對作動器能實現(xiàn)二自由度運動且適用于空間環(huán)境的需求,本文首先分析了作動器的兩個重要組成部分,永磁體和線圈的結(jié)構(gòu)形式。然后通過比較不同的作動器外形,定子和浮子選用的不同對作動器性能的影響,確定了二自由度電磁作動器構(gòu)型�；诜肿迎h(huán)流假說,建立了永磁體表面的面電流模型,推導(dǎo)并得到了環(huán)狀Halbach永磁體陣列在空間任一點的磁感應(yīng)強度和作動器電磁力的解析表達式。利用有限元分析軟件分別對永磁體陣列和整個作動器進行靜態(tài)電—磁耦合仿真分析,對建立的電磁理論模型進行了驗證。在永磁體與線圈相互作用的電磁解析模型基礎(chǔ)上,結(jié)合設(shè)計指標(biāo)要求,初步確定了作動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后建立作動器優(yōu)化模型,以線圈質(zhì)量最小、熱耗最少為優(yōu)化目標(biāo)對作動器尺寸進行優(yōu)化,得到了輕量化、低能耗、結(jié)構(gòu)緊湊的作動器最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。依據(jù)設(shè)計結(jié)果研制了二自由度電磁作動器實驗樣機,提出了有效的重力補償方式并開展了實驗測試。通過作動器工作位移的實驗測試驗證了其達到的行程滿足指標(biāo)要求;通過磁感應(yīng)強度和電磁力的實驗測試驗證了電磁解析模型的正確性以及作動器結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。
【關(guān)鍵詞】：電磁作動器 二自由度 解析模型 優(yōu)化設(shè)計 樣機實驗
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V423
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題來源9
• 1.2 課題的研究背景及意義9-10
• 1.3 電磁作動器發(fā)展現(xiàn)狀10-15
• 1.3.1 單自由度電磁作動器發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.3.2 二自由度電磁作動器發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.4 電磁作動器電磁力建模方法研究現(xiàn)狀15
• 1.5 國內(nèi)外電磁作動器研究綜述15-16
• 1.6 課題主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 二自由度電磁作動器的構(gòu)型設(shè)計18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 永磁體陣列設(shè)計18-20
• 2.3 線圈布線設(shè)計20-21
• 2.4 二自由度電磁作動器總體構(gòu)型設(shè)計21-25
• 2.4.1 作動器構(gòu)型的設(shè)計22-23
• 2.4.2 作動器構(gòu)型的確定23-25
• 2.5 本章小結(jié)25-27
• 第3章 二自由度電磁作動器電磁模型建立及仿真分析27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 二自由度電磁作動器電磁模型的建立27-33
• 3.2.1 徑向磁化永磁體磁場模型的建立27-30
• 3.2.2 軸向磁化永磁體磁場模型的建立30-31
• 3.2.3 二自由度電磁作動器電磁力模型的建立31-33
• 3.3 二自由度電磁作動器電磁模型的仿真分析33-36
• 3.3.1 電磁作動器磁場仿真分析33-34
• 3.3.2 電磁作動器電磁力仿真分析34-35
• 3.3.3 二自由度電磁作動器電磁模型的驗證35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 第4章 二自由度電磁作動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 二自由度電磁作動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計38-44
• 4.2.1 永磁體材料的選擇38-40
• 4.2.2 線圈材料的選擇40-41
• 4.2.3 電磁作動器初始尺寸的確定41
• 4.2.4 電磁作動器參數(shù)的計算41-44
• 4.3 二自由度電磁作動器參數(shù)化模型的建立及優(yōu)化44-51
• 4.3.1 永磁體參數(shù)化模型的建立及優(yōu)化44-47
• 4.3.2 電磁作動器參數(shù)化模型的建立及優(yōu)化47-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 二自由度電磁作動器樣機實驗52-63
• 5.1 引言52
• 5.2 微重力模擬和作動器工作行程測試52-55
• 5.2.1 微重力模擬方法52-54
• 5.2.2 豎直方向行程測試54
• 5.2.3 水平方向行程測試54-55
• 5.3 電磁作動器磁感應(yīng)強度測試55-57
• 5.4 電磁作動器電磁力測試57-62
• 5.4.1 豎直電磁力測試57-59
• 5.4.2 水平電磁力測試59-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻64-69
• 致謝69

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本文編號：951542