非接触磁力驱动装置的磁特性仿真分析.pdf

《非接触磁力驱动装置的磁特性仿真分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第４期（总第１９７期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１６年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０４-００３６-０２非接触磁力驱动装置的磁特性仿真分析段振云，石建宇，金俊杰，孙凤，夏鹏澎（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳１１０８７０）摘要：非接触磁力驱动装置的前进运动是通过永磁体与铁质导轨齿条凸齿间的吸引力配合伺服电机的驱动力实现的，永磁驱动轮与铁质导轨齿条之间没有直接的表面接触，其具有加工容易、非接触传动、成本较低、维修方便等优点，可作为一种经

2、济型的长距离前进磁力驱动装置。为了对驱动装置的传动特性进行研究，对驱动装置的磁场进行分析计算，利用有限元软件仿真分析驱动装置的磁感应强度分布，得出驱动装置的力特性曲线。关键词：驱动装置；永磁驱动轮；非接触；磁特性；仿真分析中图分类号：ＴＰ３９１.７∶ＴＭ２７３文献标识码：Ａ0引言影响的范围内，永磁体与铁制导轨齿条之间的啮合会永磁齿轮非接触传动技术具有加工容易、无需润产生水平方向的前进驱动力以及竖直方向的干扰力，此滑、无摩擦能耗、无噪声、清洁、无油污、防尘防水、启动时有多块永磁铁参与工作，会产生连续的前进驱动力。［１－２］力

3、矩较低并具有过载保护作用、维修方便等优点。日本学者ＫｏｊｉＩｋｕｔａ提出了一种非接触永磁齿轮传动［３］方式。南京航空航天大学楼佩煌教授提出了一种由永磁齿轮、永磁齿条以及驱动电机组成的非接触式磁［４］力驱动装置，该系统应用于长距离传动中，其永磁齿条的价格昂贵，且永磁齿条易吸附杂物，不易维护。文献［５］采用有限元法对永磁齿轮进行了数值模拟分析。本文提出一种由永磁驱动轮、固定的铁质导轨齿图１非接触磁力驱动装置条与伺服电机组成的经济型永磁非接触前进驱动装2磁特性分析置。铁制导轨齿条在应用到长距离传动中时，具有不为了明晰永磁驱动轮沿

4、运动方向（x轴正方向）前易吸附杂质、易于维护、成本较低的优点。采用有限元进、驱动轮在不同位移处旋转一周时，永磁驱动轮与导法对该驱动装置进行磁特性分析和力特性分析，着重轨齿条间传递的力的关系，对装置磁场特性和力特性对驱动装置水平方向的驱动力和竖直方向的吸引干扰进行仿真分析。力进行了仿真分析研究。２．１有限元模型的分析条件1驱动装置结构永磁非接触前进驱动装置的有限元模型如图２所非接触磁力驱动装置如图１所示。该装置由固定示。模型中，永磁驱动轮的直径为２５ｍｍ，永磁体共的铁质导轨齿条、永磁驱动轮和伺服电机组成。８块８块，均布在驱动

5、轮表面上，长为１０ｍｍ，高为永磁体均匀地镶嵌在驱动轮的外圆上，驱动轮与伺服３．５ｍｍ；铁制导轨齿条的凸齿宽为１０ｍｍ，齿间距为电机直连，导轨齿条是已加工出与永磁驱动轮相同齿２０ｍｍ；当永磁驱动轮中心及永磁铁与凸齿正对时，永距的、具有特定齿形的铁制导轨齿条，导轨齿条长度可磁铁与凸齿的间隙为２ｍｍ。在进行仿真分析时，对根据实际传动距离确定，驱动轮上永磁体与导轨凸齿前进驱动装置进行建模、材料的定义和网格划分。相对，但不接触且存在一定的距离差。２．２磁场特性永磁非接触前进驱动装置的动力是由伺服电机提利用有限元软件，对驱动装置的模型

6、进行磁特性供的。当伺服电机带动永磁驱动轮旋转时，在磁力可国家自然科学基金资助项目（５１１０５２５７，５１３１０１０５０２５）；辽宁省高等学校杰出青年学者成长计划项目（ＬＱＪ２０１４０１２）；中国博士后科学基金资助项目（２０１５Ｍ５７１３２７）；十二五国家科技支撑计划项目（２０１４ＢＡＦ０８Ｂ０１）收稿日期：２０１５-１１-２０；修订日期：２０１６-０５-０４作者简介：段振云（１９７１-），男，河南新乡人，教授，博士，博士生导师，主要研究方向：复杂曲面加工技术等。２０１６年第４期段振云，等：非接触磁力驱动装置的磁特性仿真分析

7、・３７・分析，得出磁感应强度分布图如图３所示（模型的永磁永磁驱动轮的永磁体间距相对较小，永磁体棱边对磁驱动轮旋转角度为２５°、驱动轮中心与凸齿中心正对力影响急剧增加，旋转角在０°～２２．５°范围内时，竖直干的磁场分布情况）。空气中有一定的磁力线，说明系统扰力呈现出先减小再增加的变化趋势，而在２２．５°～４５°存在漏磁现象，也说明永磁体与导轨凸齿间的作用有范围内，竖直干扰力变化趋势与在０°～２２．５°范围内的一定的范围。模型中磁力线由永磁体Ｎ极出发，经过变化呈轴对称。此时的水平驱动力和竖直干扰力的变导轨齿条凸齿回到Ｓ极，前进

8、驱动装置的x轴正方向化曲线连续，在一定范围内的变化趋于稳定，没有非工的磁感应强度大于负方向的，所以可以产生沿运动方作区域。因此，由上述分析可知，该装置可以产生连续向的前进驱动力。的前进驱动力；而竖直干扰力影响永磁驱动轮的驱动效果，使传动不平稳，所以，应该去除竖直干扰力对前进驱动装置传动的影响。图２永磁非