倾斜悬浮地球仪电磁铁结构设计与分析.pdfVIP

第8期 机械设计与制造 2011年 8月 Machinery Design Manufacture 29 文章编号：1001—3997(2011)08—0029—03 倾斜悬浮地球仪电磁铁结构设计与分析 水 田 丰 汪希平 钱 婧 (上海大学 机械工程及 自动化学院，上海 200072) DesigningandanalyzingforstructureofelectromagnetofincIined—Suspendedglobe TIANFeng，WANGXi-ping，QIANJing (SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China) 【摘 要】通过对倾斜式磁悬浮地球仪的电磁铁及其球体的受力情况进行分析研究，突破了传统垂 直悬浮地球仪形式并探索利用边缘效应实现单 自由度控制替代五 自由度磁悬浮系统。针对地球仪的电 磁铁进行了结构的设计与分析。通过改变其电磁学参数、几何形状等基本设计参数的研究，获得电磁铁 较为合理的结构尺寸参数；经计算研究获得了电磁铁边缘效应在此磁悬浮系统中控制 自由度想法的可 行性。并设计实验台为理论计算结果做进一步验证。 关键词：电磁铁；有限元；边缘效应；受力特性；磁感应强度 【Abstract】Throughanalyzingnadstudyingtheelectromagnetininclined-suspendedglobeandthe forceoftheglobe，thetraditionalvertical-suspendedglobeisbrokenthroughbyexploringinutilizingedge effecttorealizetheprobabilityofsuspendingglobewithonedegreeoffreedomcontrollerinstead of5DOF magneticsuspension．ThenthestructureQ厂theelectromagnetisdesignedandanalyzed．Throughchangingthe valueofelectromagnetismandphysicaldimension，rationalstructuralparametersoftheelectromagnetismsi obtained．Inaddition，theapplicationofthee@eeffectinelectromagnetsidiscussednadthefeasibilityof usingedgeeffectincontrollingDOFs／obtained，whichresuhsisfurtherverfiiedthroughlbaoratoryfurni- turedesing ed． Keywords：Electromagnet；Infiniteelement；Edgeeffect；M echanicsfeature；M agneticinduction intensity 中图分类号：TH12，P287，TM574 文献标识码：A 1引言 目前已经实现的磁悬浮地球仪的悬浮方式都是球体的旋转 轴与地球引力方向一致的，其机械结构、磁场分布、控制器设计相 对简单，球体悬浮容易实现。而突破传统结构，研究将球体倾斜放 置的磁悬浮地球仪，其旋转轴线与重力方向间保持一个恒定角 度，系统控制难度提高。 对于倾斜悬浮球体，通常采用五自由度控制器进行控制，设 想通过电磁铁边缘效应实现用单 自由度控制系统来替代原来的 图1倾斜悬浮地球仪结构图 五自由度控制系统，为简化整体系统提供理论依据。如图1所示， 2地球仪系统模型及受力分析 为系统结构示意图，球体两端各安装有一个电磁铁，通过与极地