永磁-感应子式磁力丝杠的电磁特性研究

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。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 磁力丝杠目前存在的问题

1.4 本文的主要研究内容

第2章 磁力丝杠的机理分析

2.1 引言

2.2 永磁式磁力丝杠的机理分析

2.3 感应子式磁力丝杠的机理分析

2.4 永磁-感应子式磁力丝杠的机理分析

2.5 三种磁力丝杠的联系与区别

2.6 本章小结

第3章 永磁式磁力丝杠的电磁场计算及特性分析

3.1 引言

3.2 永磁式磁力丝杠的电磁场三维有限元计算与分析

3.3 推力-位移特性的计算与分析

3.4 永磁式磁力丝杠三维有限元模型的简化

3.5 基于等效二维模型的永磁推力性能分析

3.6 本章小结

第4章 感应子式磁力丝杠的电磁场计算及特性分析

4.1 引言

4.2 感应子式磁力丝杠电磁场的二维电磁场计算

4.3 感应子式磁力丝杠的推力-位移特性

4.4 齿槽结构几何参数对电磁推力的影响

4.5 本章小结

第5章 永磁-感应子式磁力丝杠的特性分析

5.1 引言

5.2 永磁-感应子式磁力丝杠的推力-位移特性分析

5.3 永磁-感应子式磁力丝杠的动态调节特性

5.4 齿槽结构对调节特性的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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