电磁悬浮式微驱动器的有限元分析研究.pdf

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电磁悬浮式微驱动器的有限元分析研究半；仪器仪表学报言周砚江，潘科荣，陈军，杨涛，陈本永簃籩12solvedand；度和运动精度各方面的性能要优于其他几种技术，然而导线阵列则同定于底座海魑6ㄗ印５枷哒罅邪赐糽标永磁阵列采用了正方体永磁体，按照正交合成式30920099憬砉ご笱擅撞饬考际跏笛槭液贾摘要：设计了一种新硝的多点峰值磁场相互作用的电磁悬浮式微驱动器，解决了悬浮驱动力与横向力相互耦合的问题，有利于调节悬浮体的运动姿态。通过对悬浮力关于输入电流、气隙高度做单一因素参数化有限元分析和联合参数化有限元分析，得到了微驱动器有限元特征参数关系曲线。通过实验测试，得到的实验特征参数关系曲线与理论特征参数关系曲线和有限元特征参数关系曲线吻合一致，表明了所设计的微驱动器的可行性。关键词：微驱动器；电磁悬浮：参数化有限元分析：特征参数关系曲线TP215A4604025YanjiangPan【microactuator在超精密加工、微机电系统、生物工程等领域，迫IIJ当前研究的热点。概括国内外微驱动器技术，可分为电磁式头堑绱攀轿⑶技术，后者主要有压电驱动1l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。本文构建了～种新型电磁悬浮式微驱动器，其运动体来耪罅与驱动机构枷哒罅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l7，JunYangTaoChenLabZhejiang“，AbstractA···．ofevery甌ele甌analysiswhichH200807’基金项目：国家自然科学基金资助项目Sep2009：．
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J团一旦■囵=toMoAe=jIAe-SjaA=!(1e-)(1e1x=2n2,g3HAL,BACH2局部峰值磁场。永磁阵列和导线阵列两者的五个局部峰值,toA4虼厶，即微驱动器横向力为零，从而悬浮驱动力厶达到最大，很好地解决了微驱动器应用时水平横向力与悬浮驱动力的耦合问题。d,=lO(式中：F陡叨龋5缌髑慷龋瓼为悬浮力。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。基于以卜假设，建立微驱动器模型，采用通过三维有限元分析得到．永磁阵列在气隙内的磁通5仪器仪表学报第卷()小可以分别调节，因此，实现了五个局部磁场的微调。来耪罅麓缘层鬃．气隙高度方向导线层l电磁悬浮式微驱动器模型2在忽略端部效应的基础上，应用复数傅里叶级数法、矢量磁位法和麦克斯韦张量法得到该驱动器的水平推力与悬浮力的数学模型：．一郴磁体的相对磁导率，．】。为磁化强度，IJ=+)三维参数化有限元分析软件，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3影响模犁特征参数悬浮力的两人重要【大导线内通电)描范喇和几何约束。微驱动器定解模型有限元分析初始43467I6y7，，2(1nIn)+16838microactuator兀‘
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r30毫9周砚江等：电磁悬