脈動流實驗裝置的直線電機設計與仿真.pdf

1、直線驅(qū)動裝置是脈動流實驗中重要的設備，為體外循環(huán)提供動力，為細胞培養(yǎng)提供近生理流場環(huán)境。目前脈動流實驗中常見的驅(qū)動裝置是直線電機。直線電機提供直接的直線推力，簡化了通過旋轉(zhuǎn)電機附加轉(zhuǎn)換裝置的復雜機械結(jié)構(gòu)，提高了機械傳動效率。由于體環(huán)境異常復雜，細胞生理或病理現(xiàn)象的研究仍然依賴細胞體外分離和培養(yǎng)技術(shù)，因此，脈動流實驗裝置中驅(qū)動設備的性能對構(gòu)建細胞體外生理環(huán)境起重要作用。 論文的目標是設計一種大推力的直線電機，可靠地驅(qū)動脈動流實驗，

2、使體外細胞能夠獲得足夠的流場壓力。直線電機有各種不同的種類，本文研究的是音圈式永磁直線電機，該類電機應用當前稀土永磁材料和電子控制技術(shù)的先進成果，具有體積小、比功大、高效、節(jié)能、平穩(wěn)，堅固可靠等顯著優(yōu)點。以前設計的直線電機推力一直不是很理想，導致脈動流實驗中流場的壓力提不上去。所以合理的設計電機結(jié)構(gòu)和高效的功率驅(qū)動電路成為直線電機設計中的關(guān)鍵技術(shù)。 本文在以下幾個方面展開了工作： (1)針對直線電機的研究現(xiàn)狀，分析國內(nèi)外

3、相關(guān)文獻資料，總結(jié)直線電機的現(xiàn)狀和發(fā)展，特別總結(jié)了現(xiàn)有的直線電機磁路的設計方法，電機優(yōu)化設計的現(xiàn)狀和發(fā)展以及電機控制的現(xiàn)狀和發(fā)展。 (2)為了提高氣隙磁通密度，對電機的結(jié)構(gòu)做了各種變化，尋求一種最好的設計機構(gòu)。由于成本的考慮，不可能通過對不同的結(jié)構(gòu)電機都設計一種樣機來實驗，所以運用ANSYS有限元技術(shù)來仿真不同結(jié)構(gòu)模型的電機，通過仿真的結(jié)果來選取電機最合適的設計結(jié)構(gòu)。 (3)在選定這種結(jié)構(gòu)之后對這種模型的電機做優(yōu)化設計，

4、闡述了優(yōu)化設計的原理和方法，本文結(jié)合實際兩種模型的電機制定了優(yōu)化設計方案，運用ANSYS的優(yōu)化工具完成了優(yōu)化設計，并對優(yōu)化結(jié)果做了分析。 (4)動力學的響應也是直線電機的重要性能體現(xiàn)之一。本文運用ANSYS對電機的動態(tài)電壓輸入與力響應輸出作了仿真，分析了電機輸出力略有延遲的現(xiàn)象。 (5)電機的功率放大也是直接影響到電機的推力重要因素，提高驅(qū)動電壓和電流，可以進一步提升了電機的輸出力，以前的功放電路是依靠線性放大電路來放大

5、電機驅(qū)動信號，這種方法功率放大效率較低，發(fā)熱量大，很難輸出大電流，同時這種功率放大電路控制精度不高。本文改進了原來的功放電路，采用脈寬調(diào)制功率放大電路，改善了電機的性能。 (6)對于仿真的結(jié)果是否合理，需要實驗來檢驗。本論文搭建電機測試平臺，電機的最大持續(xù)推力通過島津試驗儀可以精確的測量。另外搭建了位移檢測平臺對電機的啟動過程的動態(tài)響應作了實際檢測。分析了位移，速度，加速度，電壓，電流，電阻，功率及氣隙磁感應強度等電機參數(shù)。試驗