halbach型磁体阵列永磁平面电机的基础研究

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1、硕士学位论文Halbach型磁体阵列永磁平面电机的基础研究BASICRESEARCHONPLANARMOTOROFHALBACHPERMANENTMAGNET常峥哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP212.9学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文Halbach型磁体阵列永磁平面电机的基础研究硕士研究生：常峥导师：马惠萍副教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP212.9U.D.C.:681.5Dissertationfo

2、rtheMasterDegreeinEngineeringBASICRESEARCHONPLANARMOTOROFHALBACHPERMANENTMAGNETCandidate：ChangZhengSupervisor：Prof.MaHuipingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMeterEngineeringAffiliation：DepartmentofAutomaticMeasurementandControlDateofDefence：June,2015Degree-Co

3、nferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着精密加工行业的发展，对精密定位平台提出了更高的要求。平面电机是一种新型的二维平面运动装置，与传统的二维平面运动装置相比，它定位精度高，反应速度快，由于减少了传动装置，还具备了能量损耗小的优点，十分适合需要高精密定位平台的领域。本文面向真空环境下工作的精密定位平台对永磁悬浮型平面电机的需求，提出了一种永磁悬浮平面电机，能够为在真空环境下工作的精密定位平台提供稳定的悬浮力。首先，综合国内外已经研发的平面电机提出了Y型的平面电机，该平面电机由三组直线驱动单

4、元构成，其中动子为Halbach磁体阵列，定子为集中型两相绕组。其次，建立平面电机的数学模型，选择矢量磁位和边界条件，利用等效磁化强度法对永磁体阵列产生的磁场进行解析，利用Maxwell方程组计算出气隙的磁感应强度表达式，进一步推导出反电动势和电机推力的解析表达式，为电流的分配与解耦打下基础。第三，对平面电机进行有限元仿真，建立Halbach磁体阵列的二维仿真模型，通过有限元分析研究永磁阵列的气隙磁场强度。确定平面电机各部分的尺寸，主要包括磁钢的充磁厚度与宽度、轭板的厚度、线圈的宽度与高度、线圈线径的大小等。建立平面电机的仿真模型，研究空载气隙磁场的均匀性，负载气隙磁场的变化，以及

5、空载反电动势的波形，动子的静态推力特性，运用dq0解耦法求出推动电机平稳运动的交变电流。最后，制作平面电机样机，制作Halbach磁体阵列，对线圈的电阻与电感进行检测，得到线圈的电阻值平均为11.36Ω，电感平均值为12.27mh，验证了线圈的对称性。利用平面电机做电流与负载的对应实验，得到的实验结果显示电机的推力线性度良好。利用实验室现有的大行程导轨进行磁场分布实验，得到的结果显示磁场的波峰值为450mT，周期为40mm；进行空载反电动势波形实验，得到的波形周期为200ms，波峰值为1.4V，曲线接近正弦。关键词：Halbach磁体阵列；平面电机；数学模型；有限元分析-I-哈尔滨

6、工业大学工程硕士学位论文AbstractPlanarmotorisanoveltwo-dimensionalmotiondevice.Comparedwiththetraditional2-Dpositioningmotiondevice,thenovelonehasthreemainstrengths.Thefirstadvantageofthenewtypeplanarmotoristhatithashighdegreeofpositioningaccuracy.Thesecondisthatithasfastresponse.Thelastoneisthatithasasma

7、llenergylossduetothereductionofthetransmissiondevice.Thus,it’sverysuitablefortherealmthathasahighrequirementtoprecisionpositioningplatform.Thepaperproposesaschemeofaplanarmotorwhichiscomposedofthreesetsoflinearunits,andthendoesafurtherr