脈動(dòng)流實(shí)驗(yàn)裝置的直線電機(jī)設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、直線驅(qū)動(dòng)裝置是脈動(dòng)流實(shí)驗(yàn)中重要的設(shè)備，為體外循環(huán)提供動(dòng)力，為細(xì)胞培養(yǎng)提供近生理流場環(huán)境。目前脈動(dòng)流實(shí)驗(yàn)中常見的驅(qū)動(dòng)裝置是直線電機(jī)。直線電機(jī)提供直接的直線推力，簡化了通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)附加轉(zhuǎn)換裝置的復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)械傳動(dòng)效率。由于體環(huán)境異常復(fù)雜，細(xì)胞生理或病理現(xiàn)象的研究仍然依賴細(xì)胞體外分離和培養(yǎng)技術(shù)，因此，脈動(dòng)流實(shí)驗(yàn)裝置中驅(qū)動(dòng)設(shè)備的性能對構(gòu)建細(xì)胞體外生理環(huán)境起重要作用。 論文的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種大推力的直線電機(jī)，可靠地驅(qū)動(dòng)脈動(dòng)流實(shí)驗(yàn)，

2、使體外細(xì)胞能夠獲得足夠的流場壓力。直線電機(jī)有各種不同的種類，本文研究的是音圈式永磁直線電機(jī)，該類電機(jī)應(yīng)用當(dāng)前稀土永磁材料和電子控制技術(shù)的先進(jìn)成果，具有體積小、比功大、高效、節(jié)能、平穩(wěn)，堅(jiān)固可靠等顯著優(yōu)點(diǎn)。以前設(shè)計(jì)的直線電機(jī)推力一直不是很理想，導(dǎo)致脈動(dòng)流實(shí)驗(yàn)中流場的壓力提不上去。所以合理的設(shè)計(jì)電機(jī)結(jié)構(gòu)和高效的功率驅(qū)動(dòng)電路成為直線電機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)。 本文在以下幾個(gè)方面展開了工作： (1)針對直線電機(jī)的研究現(xiàn)狀，分析國內(nèi)外

3、相關(guān)文獻(xiàn)資料，總結(jié)直線電機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展，特別總結(jié)了現(xiàn)有的直線電機(jī)磁路的設(shè)計(jì)方法，電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和發(fā)展以及電機(jī)控制的現(xiàn)狀和發(fā)展。 (2)為了提高氣隙磁通密度，對電機(jī)的結(jié)構(gòu)做了各種變化，尋求一種最好的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)。由于成本的考慮，不可能通過對不同的結(jié)構(gòu)電機(jī)都設(shè)計(jì)一種樣機(jī)來實(shí)驗(yàn)，所以運(yùn)用ANSYS有限元技術(shù)來仿真不同結(jié)構(gòu)模型的電機(jī)，通過仿真的結(jié)果來選取電機(jī)最合適的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。 (3)在選定這種結(jié)構(gòu)之后對這種模型的電機(jī)做優(yōu)化設(shè)計(jì)，

4、闡述了優(yōu)化設(shè)計(jì)的原理和方法，本文結(jié)合實(shí)際兩種模型的電機(jī)制定了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用ANSYS的優(yōu)化工具完成了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對優(yōu)化結(jié)果做了分析。 (4)動(dòng)力學(xué)的響應(yīng)也是直線電機(jī)的重要性能體現(xiàn)之一。本文運(yùn)用ANSYS對電機(jī)的動(dòng)態(tài)電壓輸入與力響應(yīng)輸出作了仿真，分析了電機(jī)輸出力略有延遲的現(xiàn)象。 (5)電機(jī)的功率放大也是直接影響到電機(jī)的推力重要因素，提高驅(qū)動(dòng)電壓和電流，可以進(jìn)一步提升了電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)這種功率放大電路控制精度不高。本文改進(jìn)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(jī)的性能。 (6)對于仿真的結(jié)果是否合理，需要實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。本論文搭建電機(jī)測試平臺，電機(jī)的最大持續(xù)推力通過島津試驗(yàn)儀可以精確的測量。另外搭建了位移檢測平臺對電機(jī)的啟動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)作了實(shí)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(yīng)強(qiáng)度等電機(jī)參數(shù)。試驗(yàn)