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系統識別號 U0002-2707200816574900
中文論文名稱 可以產生軸向與徑向力之環型電磁鐵研製
英文論文名稱 Development of a Ring Electromagnetic Actuator which Can Produce Both Axial and Radial Force
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 余宗賢
研究生英文姓名 Tsung-Hsien Yu
學號 695370618
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-07-21
論文頁數 67頁
口試委員 指導教授-李宗翰
共同指導教授-楊勝明
委員-王銀添
委員-林逢傑
委員-楊勝明
中文關鍵字 電磁鐵  磁力軸承  徑向振動抑制 
英文關鍵字 Electromagnetic Actuator  Magnetic Bearing  Radial Vibration Suppression 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 目前單軸主動式磁力軸承存在最大的問題就是轉子的徑向震盪,本文所探討之新型四極電磁鐵,在相對之2極電磁鐵上導入兩股不同大小電流,以克服由永磁力形成的轉矩與電磁力的轉矩相互作用的結果,所引發導致轉子在軸向與徑向方面均會隨轉動而產生週期性震盪的問題。電磁鐵機構與磁路以ANSOFT/EM3D 有限元素分析軟體分析與設計,選用矯頑力低、導磁率高之純鐵作為電磁鐵材料。
英文摘要 At present, the radial vibration of a rotor is the most significant problem demanded to overcome in a single-direction active magnetic bearing system. A new 4pole-electromagnet is proposed in this paper. Two controlled currents will be applied to the opposite poles on the electromagnet. It is utilized to overcome the torque which causes the period vibration of the rotor. The torque results from the electromagnetic force interaction between a permanent and an electromagnet. The structure and the magnetic circuits of the electromagnetic actuator will be analyzed by ANSOFT/EM3D. The material of electromagnetic actuator should have a small coercive force and a high permeability.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 II
目 錄 III
圖目錄 V
表目錄 VIII
符號說明 IX
第一章 序論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 文獻回顧 3
1.2.1 單軸磁浮軸承系統文獻回顧 3
1.2.2 磁浮軸承系統之電磁鐵設計文獻回顧 7
1.3 研究目的 11
1.4 論文大綱 12
第二章 電磁鐵設計與製作 13
2.1 軸流式泵系統 13
2.2 具有四吸引力極之電磁鐵設計 14
2.3 電磁鐵磁力分析 16
2.4 磁飽和現象 20
2.5 磁場與轉子徑向受力分析 21
2.6 銜鐵加工導角改善磁場不均 28
第三章 電磁鐵力量分析與模式 32
3.1 電流變化與電磁鐵徑向力量分析 32
3.2 電磁鐵力量模式 41
第四章 控制系統 45
4.1 軸向控制 45
4.2 徑向控制 46
4.3 整體控制系統 47
第五章 驗證徑向力實驗結果 49
5.1 實驗系統 49
5.2 實驗系統量測結果 53
5.3 電磁鐵徑向力估算 58
第六章 結論與未來目標 62
6.1 結論 62
6.2 未來目標 63
參考文獻 64

圖目錄

圖1.1 單軸磁力軸承系統示意圖 4
圖1.2 徑向與軸向軸承結構,箭頭為充磁方向 4
圖1.3 單軸磁浮系統結構,g代表電磁鐵與懸浮物間氣隙 5
圖1.4 徑向磁浮軸承 8
圖1.5 軸向止推軸承示意圖 8
圖1.6 運輸懸浮軸承,為混合式電磁鐵 9
圖1.7 四極矩場電磁鐵 10
圖1.8 非線性輸出調節實驗系統 10
圖1.9 電磁鐵與極間物組合示意圖 10
圖1.10 四極混合式電磁鐵示意圖 11
圖2.1 轉子徑向偏移示意圖 14
圖2.2 電磁鐵結構圖 15
圖2.3 電磁鐵尺寸 16
圖2.4 ANSOFT模擬訂定之角度及力矩正方向示意圖 16
圖2.5 四極加入相同的電流時,電流與電磁力大小關係 18
圖2.6 △I與電磁力大小關係 19
圖2.7 有限元素分析物件模型圖 22
圖2.8 一體成型的電磁鐵結構磁通密度分佈圖 22
圖2.9 五件式電磁鐵結構示意圖 23
圖2.10 五件式電磁鐵結構磁通密度分佈圖 23
圖2.11 銜鐵厚度2(mm)磁通密度分佈圖 25
圖2.12 銜鐵厚度4(mm)磁通密度分佈圖 25
圖2.13 銜鐵厚度3(mm)磁通密度分佈圖 25
圖2.14 轉子角度變化示意圖 26
圖2.15 轉子臨界角度磁飽和分析圖 26
圖2.16 轉子所受徑向力與角度變化關係圖 27
圖2.17 轉子角度傾斜過大示意圖 27
圖2.18 銜鐵導角為圓弧角磁通密度分佈圖 29
圖2.19 銜鐵導角為切角磁通密度分佈圖 30
圖2.20 銜鐵傾斜2度下磁通密度分佈圖 30
圖2.21 銜鐵傾斜2度下磁通密度分佈圖 30
圖2.22 徑向力大小與角度變化關係圖 31
圖3.1 電磁鐵力量示意圖 33
圖3.2 銜鐵沿x軸方向徑向位移示意圖 34
圖3.3 銜鐵繞x軸正角度旋轉示意圖 34
圖3.4 銜鐵不同徑向位移x,電流變化與電磁鐵X方向分力關係 37
圖3.5 銜鐵不同徑向位移x,電流變化與電磁鐵Y方向分力關係 37
圖3.6 銜鐵不同徑向位移x,電流變化與電磁鐵Z方向分力關係 37
圖3.7 銜鐵不同徑向位移y,電流變化與電磁鐵X方向分力關係 38
圖3.8 銜鐵不同徑向位移y,電流變化與電磁鐵Y方向分力關係 38
圖3.9 銜鐵不同徑向位移y,電流變化與電磁鐵Z方向分力關係 38
圖3.10 銜鐵不同角度θx,電流變化與電磁鐵X方向分力關係 39
圖3.11 銜鐵不同角度θx,電流變化與電磁鐵Y方向分力關係 39
圖3.12 銜鐵不同角度θx,電流變化與電磁鐵Z方向分力關係 39
圖3.13 銜鐵不同角度θy,電流變化與電磁鐵X方向分力關係 40
圖3.14 銜鐵不同角度θy,電流變化與電磁鐵Y方向分力關係 40
圖3.15 銜鐵不同角度θy,電流變化與電磁鐵Z方向分力關係 40
圖3.16 轉子軸向位移示意圖 41
圖3.17 銜鐵不同徑向位移x,電流變化與電磁鐵X方向分力驗證 43
圖3.18 銜鐵不同徑向位移x,電流變化與電磁鐵Y方向分力驗證 43
圖3.19 銜鐵不同徑向位移x,電流變化與電磁鐵Z方向分力驗證 43
圖3.20 銜鐵不同徑向位移y,電流變化與電磁鐵X方向分力驗證 44
圖3.21 銜鐵不同徑向位移y,電流變化與電磁鐵Y方向分力驗證 44
圖3.22 銜鐵不同徑向位移y,電流變化與電磁鐵Z方向分力驗證 44
圖4.1 雷射位移計電壓與位移輸出關係圖 46
圖4.2 電流控制系統方塊圖 47
圖4.3 徑向位置感測器側視圖 48
圖5.1 徑向力實驗機構示意圖 49
圖5.2 量測機構示意圖 50
圖5.3 徑向力實驗機構實體圖 50
圖5.4 具有四吸引力電磁鐵結構圖 50
圖5.5 實驗結構圖 51
圖5.6 硬體控制架構圖 51
圖5.7 電磁鐵驅動電路 52
圖5.8 四極電流相同i 54
圖5.9 A、C極加入Δi 55
圖5.10 B、D極i=0.25(Amp) 56
圖5.11 方波電流實驗 57
圖5.12 方波電流實驗 58
圖5.13 永久磁鐵組力量分析圖 59
圖5.14 永磁軸承徑向力分析圖 60


表目錄

表一 電磁鐵電氣規格 11
表二 徑向力計算結果 61

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