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电磁悬浮式微驱动器的澳门银河娱乐平台

发布于:2019-06-28 16:22
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      在超精密加工、微机电系统、生物土程等领域,迫切需要高精度的微运动系统,其核心部件微驱动器是当前研究的热点。概括国内外微驱动器技术,可分为电磁式和非电磁式微驱动技术,后者主要有压电驱动、磁致伸缩驱动、形状记忆合金驱动和静电驱动技术等。综合比较,电磁式微驱动器在运动范围、自由度和运动精度各方面的性能要优于其他几种技术,然而,一般电磁式微驱动器产生的面形磁场只能调节整体大小,而无法实现磁场的局部微调。
      本文澳门银河娱乐平台了一种新型电磁悬浮式微驱动器,其运动体(永磁阵列)与驱动机构(导线阵列)均产生了五个区域峰值磁场,在气隙内相互作用产生悬浮驱动力。另外两者相互分离,避免了两者之间的接触,消除了摩擦和磨损对运动精度的影响。微驱动器气隙内永磁阵列和导线阵列产生的五个区域峰值磁场可以分别进行磁场强度大小和运动方向的调整,便于控制策略的实施,同时解决了悬浮驱动力与横向力相互耦合的问题。
      电磁悬浮式微驱动器主要由永磁阵列和导线阵列组成。永磁阵列用于嵌入微运动体,作为动子,导线阵列则固定于底座上,作为定子。导线阵列通电后,会产生五个局部峰值磁场。永磁阵列采用了正方体永磁体,按照正交合成式HALBACH阵列排列粘贴而成,亦产生五个局部峰值磁场。永磁阵列和导线阵列两者的五个局部峰值磁场在气隙内相互作用产生排斥力,使得运动体(永磁阵列)产生微运动。由于导线阵列的每根导线通电电流的大小可以分别调节,因此,实现了五个局部磁场的微调。
      首先假设:①永磁体磁化强度和导线内的电流分布均匀,电流载荷由输入电流密度表示;②忽略纵向和横向边端效应。基于以上假设,建立微驱动器模型,采用三维参数化有限元软件,对微驱动器气隙内磁场分布、悬浮力关于导线内通电电流和气隙高度的影响进行了深入研究。建立微驱动器定解模型,把影响模型特征参数悬浮力的两大重要因素(导线内通电电流和气隙高度)设置为求解扫描变量,并施加变量扫描范围和几何约束。
      永磁阵列在气隙内的磁场分布等势图清楚地显示出在平面上分布有五个区域峰值,并且磁场在平面内的矢量分布表现为南北极交替,导线阵列在气隙内部的磁场强度也类似表现为五个区域峰值,区域之间磁力线走向交替变化。这种磁场分布结构在驱动器周期扩展以后非常有利于形成多点对应相斥的悬浮机制。增大(或减小)导线阵列中通电大小,可以使得导线阵列产生的空间磁场整体增强(或减弱),从而增大(或减小)微驱动器的悬浮驱动力。当导线阵列改变局部电流大小时,可以使得微驱动器实现姿态的微调。
      为研究导线阵列内电流强度对于悬浮力的影响作用,设定气隙高度为定值,对悬浮力作关于电流强度的参数化分析。设定电流强度的求解区间,求解步长为0.05,分别对气隙高度为1.0 mm,2.0 mm,3.0 mm的情况作参数化分析,理论分析的解析解如实线所示。澳门银河娱乐平台结果表明悬浮力随电流增大而线性增大,这与式所示的悬浮力关于电流强度成正比的规律一致。
      为研究气隙高度对于悬浮力的影响作用,设定导线阵列内电流强度为定值,对悬浮力作关于气隙高度的参数化分析。设定气隙高度的求解区间[0.1mm,3.0mm],求解步长为0.1  mm,分别对电流强度为0.5A,1.0A,1.5A的情况作参数化分析,悬浮力随气隙高度增加而非线性减小,这与式所示的悬浮力关于气隙高度指数级衰减规律基本吻合。



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