磁悬浮导轨毕业设计

安徽工程大学毕业论文

基于Solidworks的磁悬浮导轨

摘要

随着微机电系统(MEMS)及纳米技术的发展，对精密工作台的位移精度和动态特性等提出越来越高的要求。这就要求作为精密工作台的重要组成部分的导轨具有较高的位移分辨率、定位精度以及动态特性。

本论文针对传统导轨直接接触的固态导轨面之间存在着不可避免的摩擦力导致忽跳忽停的爬行现象，研究一种导向性能优异的磁悬浮导轨。考虑到传统磁悬浮导轨采用的电磁和超导磁悬浮技术不适合用于微定位系统环境，设计采用永磁悬浮导轨。同时，为悬浮的动导轨施加各个方向可调约束力，保证动导轨稳定运行。对磁材料进行深入对比，选择合适的材料。在结构设计时进行了力学平衡优化设计。最后利用solidworks软件，将所设计的磁悬浮导轨做成三维模型。

关键词：磁悬浮导轨；永磁铁；力学平衡

Research on the Structure of Maglev Guideway

Based on Solidworks

Abstract

With the development of MEMS and nana technology, the demands of precision worktable on positioning precision and dynamic characteristic are even higher. This requires as an important part of precision worktable of guide rail has high displacement resolution, positioning accuracy and dynamic characteristics。

Since the inevitable friction force of solid state guide rail surface, traditional guide rail has the crawling phenomenon , that is,to jump or to stop. Thus a new magnetic suspension guide rail is studied with fine guidance acharacter. Since the technologies of traditional magnetic suspension guide rail and superconductivity magnetic suspension doesn’t fit the micro positioning system environment, the permanent maglev guide rail is designed. At the same time, each direction adjustable binding force is designed to achieve steady kinestate of the guide rail. A kind of appropriate material is chose through contrast of several magnetism materials. The optimization design is carried on mechanical balance. Three-dimensional model of maglev guideway is made by Solidworks software finally.

Keywords: maglev guideway ,everlasting magnet, mechanics balance

目录

引言 ................................................... - 1 -第1章绪论................................................. - 2 -

1.1 导轨简介 ................................................. - 2 -

1.2精密工作台导轨发展和研究概况.............................. - 2 -

1.3本论文研究目的与意义...................................... - 4 -第2章磁悬浮导轨总体结构设计................................. - 5 -

2.1 前言 ..................................................... - 5 -

2.2 磁悬浮导轨结构设计 ....................................... - 5 -

2.2.1前言................................................ - 5 -

2.2.2磁悬浮导轨工作原理.................................. - 5 -

2.2.3 导轨材料选择....................................... - 5 -

2.3磁悬浮导轨方案选择........................................ - 7 -

2.3.1各磁悬浮导轨方案介绍................................ - 7 -

2.3.2 磁悬浮导轨方案选择................................. - 8 -第3章磁悬浮导轨各部件详细设计.............................. - 10 -

3.1定导轨设计............................................... - 10 -

3.1.1定导轨框架设计..................................... - 10 -

3.1.2精度设计........................................... - 10 -

3.2动导轨设计............................................... - 11 -

3.2.1 动导轨结构设计.................................... - 11 -

3.2.2 精度设计.......................................... - 11 -

3.3 磁铁设计 ................................................ - 12 -

3.3.1常用永磁材料....................................... - 12 -

3.3.2各永磁材料特点..................................... - 12 -

3.3.3永磁材料的选用..................................... - 14 -

3.4 磁槽设计 ................................................ - 15 -

3.4.1活动磁槽结构设计................................... - 15 -

3.4.2活动磁槽料选用..................................... - 16 -

3.5驱动系统选择与设计....................................... - 17 -

3.5.1纳米电机简介与选择................................. - 17 -

3.5.2柔性铰链结构设计与分析............................. - 19 -

3.6载荷计算................................................. - 22 -

3.6.1动导轨质量计算..................................... - 22 -

3.6.2受力分析........................................... - 23 -

3.6.3磁力计算........................................... - 23 -第4章磁悬浮导轨测试实验................................... - 25 -

4.1前言..................................................... - 25 -

4.2 对磁悬浮导轨进行标定实验 ................................ - 25 -

4.2.1导轨直线度测试..................................... - 25 -

马军雷：基于Solidworks的磁浮导轨

4.2.2导轨定位精度....................................... - 25 -

4.3数据处理................................................. - 26 -第5章结论与展望.......................................... - 27 -

5.1 结论 .................................................... - 27 -

5.2 展望 .................................................... - 27 -致谢...................................................... - 28 -参考文献 .................................................. - 29 -附录A 附加图.............................................. - 30 -附录B 一篇引用的外文文献及其译文........................... - 32 -附录C主要参考文献摘要...................................... - 46 -

插图清单

图1-2 气浮滑块运动跟踪误差曲线.................................................................................... - 4 - 图2-1 动导轨受力分析 ..................................................................................................... - 5 - 图2-2 方案一 ................................................................................................................... - 7 - 图2-3 方案二 ................................................................................................................... - 7 - 图2-4 方案三 ................................................................................................................... - 8 - 图2-5 方案四 ................................................................................................................... - 8 - 图3-1 定导轨 ................................................................................................................. - 10 - 图3-2 底座..................................................................................................................... - 10 - 图3-3 动导轨 ................................................................................................................. - 11 - 图3-4悬浮模块 .............................................................................................................. - 11 - 图3-5导向模块 .............................................................................................................. - 11 - 图3-6 保护模块.............................................................................................................. - 12 - 图3-7四种永磁材料的退磁曲线...................................................................................... - 14 - 图3-8 调节腔示意图....................................................................................................... - 16 - 图3-9 磁场强度轴向分量分布......................................................................................... - 16 - 图3-10 磁铁边缘效应..................................................................................................... - 17 - 图3-11 磁体副进给过程应满足的条件 ............................................................................ - 17 - 图3-12 纳米电机工作原理图 .......................................................................................... - 18 - 图3-13 HR2拨爪电机 ..................................................................................................... - 18 - 图3-14 A B2放大器前面板........................................................................................... - 19 - 图3-15 A B2盒工作原理图........................................................................................... - 19 - 图3-16 柔性铰链结构图 ................................................................................................. - 20 - 图3-17 单轴柔性铰链示意图 .......................................................................................... - 21 - 图3-18 柔性铰链1 ......................................................................................................... - 22 - 图3-19 柔性铰链2 ......................................................................................................... - 22 - 图3-20 动导轨受力分析 ................................................................................................. - 23 - 图3-21 两长直细条形永磁体间的参数 ............................................................................ - 23 - 图3-22 2块平行矩形界面永磁体的横截面的参数............................................................. - 24 - 图4-1 99型数显自准直仪............................................................................................. - 25 - 图4-2自准直仪数值显示仪............................................................................................. - 25 - 图4-3 GX-9 光栅尺...................................................................................................... - 25 -

表格清单

表2-1 LY16的化学成分 .................................................................................................... - 6 - 表2-2 LY16室温下的力学性能.......................................................................................... - 6 - 表3-1常用永磁材料参数对比 ......................................................................................... - 13 - 表3-2 常用永磁材料性能对比......................................................................................... - 14 - 表3-3 烧结NdFeB和SmCo永磁的力学性能指标 ........................................................... - 15 - 表3-4间隙8mm时磁场强度分布.................................................................................... - 16 - 表3-5 316L机械性能 ..................................................................................................... - 17 -

引言

导轨是用来保证各运动部件的相对位置和相对运动精度以及承受载荷的部件。导轨的精度直接决定了工作台的定位精度和行程范围因而影响到设备的效率，成为整个系统的重要指标。而微机械(MEMS)及纳米测量技术的发展，也对精密工作台的位移精度和动态特性等提出越来越高的要求。这就要求作为精密工作台的重要组成部分的导轨具有较高的位移分辨率、定位精度以及良好的动态特性。

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第1章绪论

1.1 导轨简介

导轨是由金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。依按摩擦性质而定，直线运动导轨可以分为滑动摩擦导轨、滚动摩擦导轨、弹性摩擦导轨、流体摩擦导轨等种类。

导轨是用来保证各运动部件的相对位置和相对运动精度以及承受载荷（包括工作台、滑板部件的重量）的部件。目前对导轨的基本要求是：导向精度高、刚度高、耐磨性好、精度保持性好、运动灵活而平稳、结构简单、工艺性好。随着科学技术的日新月异，在科学研究以及实际工业生产中的物理实体几何尺寸也不断地向微细领域发展，由毫米级、微米级逐步发展到纳米级。高分辨率和高精度的精密工作台在近代工业生产和科学研究领域内占有重要的地位。它直接影响精密及超精密加工水平、超大规模集成电路生产水平和精密测量水平等。另外，它的各项技术指标也是各个国家高新技术发展水平的重要标志。精密工作台的定位精度和行程范围直接影响到设备的效率，成为整个系统的重要指标。而微机械(MEMS)及纳米测量技术的发展，也对精密工作台的位移精度和动态特性等提出越来越高的要求。这就要求作为精密工作台的重要组成部分的导轨具有较高的位移分辨率、定位精度以及良好的动态特性。

1.2精密工作台导轨发展和研究概况

直刚度为600N/um，水平刚度220N/um。工作台重19.6kg，全部采用氧化铝陶瓷材料。直线电机驱动力160N，最高加速度6.4m/s2，最大速度320mm/s。反馈测量系统采用激光干涉仪，激光干涉仪的分辨力为0.63nm。控制系统采用带前馈补偿的ID控制器。它最大的特点是配置了一部电流变阻尼器，可以主动控制系统的动静态特性。系统可以实现2nm[1]的步进定位。

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图1-1 东京工业大学研制一维直线电机驱动超精密工作台法国Mekid研制的摩擦驱动工作台，重100kg，通过液体静压导轨支撑，工作台的行程为220mm。直线工作台的定位精度可以达到16nln，最大速度为10mm/s。[2]台湾淡江大学设计利用气体支撑的摩擦轮驱动工作台。反馈测量装置是一台量程为632。99lun的Hewlett一Packard激光干涉仪，整个装置被放置在温度20士1℃和湿度60士5%的环境中。在50nm，500nm和10nm步进运动情况下，定位精度均优于15nm。[3]

清华大学与上海微电子装备有限公司合作开展研究，搭建了国内第一套10nm运动精度为目标的气浮运动试验台，并进行超精密测量和运动控制的研究已经取得了良好的研究进展。整个超精密工作台实验系统由质量达5吨的花岗底座、基台、(主动)隔振元件、两套超精密直线运动系统组成。每一套直线动系统由叠层的粗动与精动系统组成，并且由双频激光干涉仪提供位置检测闭环运动反馈，检测精度可达到2nm。长行程超精密导轨、气浮导轨、直线电(linea rmotor)、直线光栅组成大行程粗动系统可以实现300mm以上的行程，以上的加速度和1000m/s以上的速度。但其动态运动精度仅能达到几个微米，位精度达到数百纳米。[5]为了实现10nm乃至更高的运动精度，在上述大行程运系统的气浮滑块上叠加安装了超精密气浮微动台，对粗动精度进行微动补偿微动台采用音圈电机(V oiceCnilMotor)驱动，电容传感器进行了微动位置测。双频激光干涉仪的测量镜安装在微动台的动台上，实现对粗、精动运动统最终的位置监测和运动反馈[4]。如图1-2所示，在采用直线光栅进行位置闭控制的情况下，锁定气浮微动台的动台和定台作为大行程气浮滑块的负载，线电机位置控制闭环的脉冲响应曲线。此时，气浮滑块运动速度为500mm/s、运动加速度为10g、移动距离为120mm，移动一个来回，进入匀速运动时轨迹踪误差正反向运动时最大为6um最小为lum在后面的粗精动运动控制研究中直线电机控制器作了进一步的优化，加减速段的轨迹跟踪误差达到了约80um，匀速段的轨迹跟踪误差约2um，定位精度约200nm。对于音圈电机驱动的气浮微动台，设计了专门的控制器，在采用双频激光干涉仪作位置闭环控制的

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试验研究情况下，经过对控制器的初步优化可以实现10nm的连续步进。[4]

图1-2 气浮滑块运动跟踪误差曲线

1.3本论文研究目的与意义

导轨作为精密工作台的重要组成部分被要求具有较高的位移分辨率、定位精度以及精度稳定性。目前常用的导轨采用滚动、滑动导轨。传统的滑动导轨结构简单、刚性好、承载能力强，但因摩擦系数大，对润滑的要求高、能耗大、运动速度受限制；滚动导轨摩擦系数小、发热量小、寿命较长，但刚度差、承载能力低、难以实现高的导向精度和运动稳定性，且高速时易产生振动和噪声；气浮导轨近年来发展很快，其摩擦、噪声、振动均很小，导向精度高、寿命长、可实现高速运动、无须润滑，但承载能力低、结构复杂、制作成本高、无法用于真空环境，还需考虑排出气流对测量系统的干扰；磁悬浮导轨是近年发展起来的一种新型导轨，其承载能力大，摩擦、噪声、振动小，对运行速度无限制，无须润滑，采用电磁铁时，对环境无要求，运动及系统特性可调易控：但系统结构复杂、制作成本高、性能不稳定、导向精度不易控制的影响难以克服。尤其是电磁铁散发大量的热，会引起零部件受热变形。这对于高精度仪器或微位移机床(如纳米级、微米级定位精度)．是绝不能允许的。本设计利用永久磁体取代电磁铁，设计了一种新型磁悬浮导轨，专门适用于高精度仪器或微位移机床的工作环境。既满足了高精密导轨承载、高速或低速、高稳定性、高导向精度、低成本等要求，又根除了电磁铁导轨发热的问题。

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第2章 磁悬浮导轨总体结构设计

2.1 前言

磁悬浮导轨性能好坏关键在于结构的设计以及材料的选择。本章节主要针对磁悬浮导轨的原理提出一系列结构设计方案，并确定导轨的结构组成。 2.2 磁悬浮导轨结构设计

2.2.1前言

磁悬浮导轨的设计要求 1）克服直接接触，避免摩擦。2 ）研究如何实现导轨的纳米精度。为了实现以上2个目的，我将设计以下几个结构。首先为了避免摩擦力的产生，拟设计动导轨完全悬空，因此可以避免直接接触而产生摩擦。同时，为了保证系统的稳定性，根据力学平衡原来，将为动导轨加上四个约束力。其次，为了克服传统设计中驱动电机工作产生的热量和振动影响导轨运行的精度，将导轨的驱动部分与工作部分完全分离。为了满足导轨的高精度要求，设计采用纳米级电机做驱动。同时测量系统拟采用长光栅，另外对结构进行合理设计及优化，减少运行时产生的误差，提高导轨精度。

2.2.2磁悬浮导轨工作原理

磁悬浮导轨就是利用磁场力将运动的物体悬浮起来，动导轨与定导轨之间无接触，以达到无摩擦、无磨损、无污染的特点。

在普通滑动导轨中：

F N =

G （2-1） F 静=F N ×μ静 （2-2） F 动=F N ×μ动 （2-3）

公式中，F 为驱动力，G 为动导轨与平台重力之和，μ静为静摩擦系数μ动为动摩擦系数。

磁悬浮导轨通过两磁铁排斥，利用磁力抵消动导轨重力G ，使其悬浮在空中，即斥力F1+F2=G 则FN=0，则F 静、F 动=0，则摩擦力为0。同时，两侧斥力相等，保证系统左右不会偏移。

图2-1 动导轨受力分析

2.2.3 导轨材料选择

目前，国内导轨常用材料为钢材，但是由于本设计定位零件采用磁性材料，而钢材容易被磁化，整个导轨将都产生磁场，严重影响定位精度。材料选取，应满足以下要求。1）由于有磁铁零件，因此导轨应选用不易被磁化的材料。2）由于永磁磁力不

2

1

斥力

斥力

G

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是特别强，设计要将动导轨完全悬浮，因此选用材料尽可能轻。3）为了保证精度，所选材料应不易变形，抗震能力强。目前已投入应用的不可磁化材料有碳素纤维、陶瓷、铝合金等。碳素纤维又称碳纤维。因为用碳纤维制成的复合材料具有极高的强度，且超轻、耐高温高压而被国际上称为第三代材料。但是由于成本高，其外形有显著的各向异性、柔软，不适合本设计。陶瓷材料具有高硬度，高耐磨性、耐氧化等特点，但是由于加工技术要求高，加工困难，成本高，不适合。综合考虑，我将选用铝合金。铝合金是目前工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。由于其密度小，熔点低，强度较高，比强度射过很多合金钢，成本低，是设计较为理想的结构材料。铝合金分为9系，本设计，将选用2000系列型号为LY16，此材料具有高的强度和较高的耐热性，通常在淬火自然时效状态应用（当工作温度超过150℃，采用人工时效状态），淬火、冷作硬化状态切削性能尚好，退火后切削性能差，抗腐蚀性不高，常采用阳极氧化处理与表面涂漆的方法和表面加包铝层以提高抗腐蚀能力。可用作各种主要受力结构零件，如骨架、隔框、梁、各种板状零件。表2-1为LY16的化学成分，表2-2为LY16在室温下的力学性能。[1]

表2-1 LY16的化学成分

表2-2 L Y16室温下的力学性能

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2.3磁悬浮导轨方案选择

根据设计要求，我设计了一下几个结构 2.3.1各磁悬浮导轨方案介绍 方案一：

图2-2 方案一

磁槽里放磁体，2对磁体1产生吸力将动导轨悬浮在空中F1=G ，2对磁体3产生斥力，当G>F1时，F3+F1=G ，保证动导轨悬空。2对磁体2产生斥力，起到导向作用。当平台因为有外力而产生偏移的时候，F2起到恢复作用，保证系统的稳定。

方案二：

图2-3 方案二

平台

磁槽

1 1 1

1

磁铁

磁铁3

动导轨 定导轨

磁体副

倾角

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此设计为坐式结构，由磁体副产生斥力有水平方向和垂直方向的分量，所以产生了悬浮磁力和侧向偏移的导向磁力。当倾角为0°时，对齐的永磁导轨悬浮磁力最大，导向磁力为零，系统最不稳定，导向完全靠外力（如机械力、其他磁力）；倾角增大，悬浮磁力减小，导向磁力增大。

方案三：

图2-4 方案三

此设计为悬式结构由2对磁体副斥力产生垂直和水平方向分量。此方案适合悬挂式导轨。

2.3.2 磁悬浮导轨方案选择

方案一较方案二、三，采用4对磁体副产生悬浮力，载重物重量范围大。2对辅助导向磁，保证系统的稳定。但是，结构复杂，加工工艺较困难。同时，平台与动导轨之间支撑部位较长，根据杠杆原理，容易使动导轨偏移。

方案二、三原理相似，方案二适用于平台，方案三适用于悬挂平台。由于磁铁产生水平和垂直方向的力，动导轨上下浮动所产生的力学分析较困难，在实际使用中将产生较多不确定因素。同时，悬浮力较小，为了确保稳定悬浮，倾角应尽量小，还需在导轨两侧安装辅助导向装置。综合结合以上几个方案的优缺点，设计如图2-5方案。

图2-5 方案四

静导轨

动导轨

磁体副

底座

辅 助 导向磁 悬浮磁

磁铁

距离调节器

定导轨

动导轨

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此方案相对于方案一、二、三来说有以下优点。1、系统稳定性好。左右2对辅助导向磁起到导向作用，F1、F2为斥力且F1=F2，使动导轨能稳定的在定导轨正中间，如果遇到外力使动导轨偏离导轨，根据力的平衡，动导轨会很快恢复原来位置。确保左右移动的稳定。悬浮磁为斥力，为动导轨提供悬浮力，实现动导轨悬空。F3=G。由于磁力的大小随着距离的减小而增大，当平台放物体时，F随着增大，保证动导轨始终悬浮。底下2对保护磁增加载重范围，当不放重物时，由于上面磁力过于大，动导轨往上抬升，保护磁斥力将保证动导轨保持在一定高度范围内。同时避免动导轨的偏转，保证系统的稳定性。

第3章 磁悬浮导轨各部件详细设计

3.1定导轨设计

3.1.1定导轨框架设计

定导轨用于支撑动导轨，导轨上开5个磁槽，安放磁体，用于对动导轨产生磁力。其设计结构如下：

图3-1 定导轨

磁槽两端螺纹孔用于固定磁铁作用。底端螺纹孔用于固定在底座作用。

图3-2 底座

3.1.2精度设计

整体加工以上表面为第一基准面A 。根据公差等级3要求，零件底面与基准面A 的平行度为0。01mm 。竖直安装面相对于基准面A 的垂直度为0。005mm 。[17]

磁槽

螺纹孔

螺纹孔

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3.2动导轨设计

3.2.1 动导轨结构设计

图3-3 动导轨

动导轨总体设计如图。由于考虑的加工工艺要求。将动导轨总体分为5块来加工。

3.2.2 精度设计

悬浮模块以上表面为加工基准面A ，如图所示。根据公差等级3要求，零件的表面度为0.0025。下表面与基准面A 平行度为0.01mm。导向模块由表面为导向面，因此定位加工基准面B，平面度为0.0025。上表面与悬浮模块连接，平面度也为0.0025mm。与基准面B的垂直度为0.005mm。下表面为连接保护模块，因此平面度也为0.0025mm。与基准面B的垂直度为0.005mm。磁槽壁与基准面的垂直度为0.005mm，保证磁力的垂直。

图3-4悬浮模块图3-5导向模块

固定螺纹孔

活动磁槽

调节

螺纹

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图3-6 保护模块

保护模块上表面为保护面，因此定位加工基准面，平面度为0.0025mm。磁槽壁与基准面垂直度为0.005mm。

设计磁悬浮导轨为完全对称结构。从系统力平衡学的角度考虑，平台在磁悬浮-滑动复合导轨中处于半悬空状态，存在的间隙意味着结构会有微小偏摆的空间。因此将磁悬浮导轨设计成完全对称结构，使其各点在磁场中受力均等，不产生偏摆，实现平台几何结构方面零理论误差。从系统热变形角度考虑，对于纳米级精密仪器，系统热变形是必须要考虑的问题。可能引起零件变形而影响仪器精度。用对称型结构设计。外形结构若不对称或仅单轴对称，则传输及温升时（摩擦热、驱动器热、环境温度不稳定因素）的热传导也将不对称，可造成零件的扭曲变形。因此采用对称型结构是必须的。

3.3 磁铁设计

磁悬浮导轨运行性能与永磁材料的选择及其特性有关。本节首先介绍常用的永磁材料及特性，接着对于本次设计所采用的永磁分析，介绍。

3.3.1常用永磁材料

工程中根据矫顽力大小将磁介质分为软磁材料和硬磁材料两类:Hc<102A /m的磁介质称为软磁材料，Hc<102A /m的磁介质称为硬磁材料。磁材料的优劣性能对磁悬浮导轨悬浮影响很大。[6]

软磁材料是指矫顽力小、容容易磁化和退磁的磁性材料，它的磁滞回线呈狭长型。由于软磁材料容易退磁和磁化，并且有很高的导磁率，起到很好的聚集磁力线的作用，因此常用于做到此材料。同时因为它的磁滞回线所包围的面积小，在交变磁场中磁滞损耗小，永磁适用在交变场中。

硬磁材料，也称作永磁材料。与软磁材料相反，具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁，高饱和磁感应强度，一经磁化即能保持恒定磁性的材料。实用中，永磁材料工作于深度磁饱和及充磁后磁滞回线的第二象限退磁部分。目前，永磁材料分为两大类。第一大类：铁氧体永磁材料。按生产工艺不同分为：烧结铁氧体、粘结铁氧体、注塑铁氧体，这三种工艺依据磁晶的取向不同又各分为等方性和异方性磁体第二大类是：合金永磁材料，包括稀土永磁材料（钕铁硼Nd2Fe14B）、钐钴(SmCo)、铝镍钴（AlNiCo）。

3.3.2各永磁材料特点

铝镍钴系永磁合金

以铁、镍、铝元素为主要成分，还含有铜、钴、钛等元素。具有高剩磁和低温度系数，磁性稳定。分铸造合金和粉末烧结合金两种。现多用于仪表工业中制造磁电系仪表、流量计、威特电机、继电器等。

铁铬钴系永磁合金

以铁、铬、钴元素为主要成分，还含有钼和少量的钛、硅元素。其加工性能好，

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可进行冷热塑性变形，磁性类似于铝镍钴系永磁合金，并可通过塑性变形和热处理提高磁性能。用于制造各种截面小、形状复杂的小型磁体元件。

永磁铁氧体

主要有钡铁氧体和锶铁氧体，其电阻率高、矫顽力大，能有效地应用在大气隙磁路中，特别适于作小型发电机和电动机的永磁体。永磁铁氧体不含贵金属镍、钴等，原材料来源丰富，工艺简单，成本低，可代替铝镍钴永磁体制造磁分离器、磁推轴承、扬声器、微波器件等。但其最大磁能积较低，温度稳定性差，质地较脆、易碎，不耐冲击振动，不宜作测量仪表及有精密要求的磁性器件。

稀土永磁材料

主要是稀土钴永磁材料和钕铁硼永磁材料。前者是稀土元素铈、镨、镧、钕等和钴形成的金属间化合物，其磁能积可达碳钢的150倍、铝镍钴永磁材料的3～5倍，永磁铁氧体的8～10倍，温度系数低，磁性稳定，矫顽力高达800千安／米。主要用于低速转矩电动机、启动电动机、传感器、磁推轴承等的磁系统。钕铁硼永磁材料是第三代稀土永磁材料，其剩磁、矫顽力和最大磁能积比前者高，不易碎，有较好的机械性能，合金密度低，有利于磁性元件的轻型化、薄型化、小型和超小型化。但其磁性温度系数较高，限制了它的应用。

复合永磁材料

由永磁性物质粉末和作为粘结剂的塑性物质复合而成。由于其含有一定比例的粘结剂，故其磁性能比相应的没有粘结剂的磁性材料显著降低。除金属复合永磁材料外，其他复合永磁材料由于受粘结剂耐热性所限，使用温度较低，一般不超过150℃ 。但复合永磁材料尺寸精度高，机械性能好，磁体各部分性能均匀性好，易于进行磁体径向取向和多极充磁。主要用于制造仪器仪表、通信设备、旋转机械、磁疗器械及体育用品等。[7]

表3-1常用永磁材料参数对比

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表3-2 常用永磁材料性能对比

3.3.3永磁材料的选用

判断永磁材料性能的好坏，通常用三个特性参量:剩磁、矫顽力、最大磁能积。剩磁越大、矫顽力越大、磁能积越大，材料的性能越好。回复磁导率海。要大，海。愈大，则恢复线愈接近退磁曲线。[8]永磁材料的稳定性也很重要，如果材料的磁性能随着温度、时间、振动等而有较大的变化，即使材料具有较高的磁性能也不能得到很好的应用，一般是在磁性材料制造过程中给以稳定化处理，以提高其稳定性。外磁场对永磁材料稳定性的影响是通过矫顽力的大小而起作用的，在使用过程中，矫顽力小的永磁体受到较大外磁场时就会退磁，而矫顽力大的永磁材料，则有较强的抵御外磁场干扰的能力。从应用的观点来看，要求材料的温度系数越小越好。在一般情况下，温度系数除了与材料的种类有关外，还与材料的尺寸、形状及加热和冷却的温度范围有关。在选择永磁材料时，还要注意最高工作温度。超过最高工作温度，磁性能将大大降低。

综上所述，拟选用钕铁硼(NdFeB)永磁。该永磁被称为现代磁王，其磁能极高，理论值达到527KJ/m3。是现在第三代稀土永磁。钕铁硼永磁材料的最大磁能面积、剩磁磁通密度和矫顽力都很大，退磁曲线基本呈一直线，回复磁导线与退磁曲线近似重合。钕铁硼有以下几个优点：:(l)磁性能高，它的磁能面积为铝镍钻永磁材料的3一10倍、为铁氧体永磁材料的5一12倍;它的矫顽力相当于铝镍钻永磁材料的5一15，倍铁氧体永磁材料的5一10倍。能吸引自身重量640倍的重物，承载能力非常大。用

磁悬浮列车的工作原理

超导磁悬浮列车的工作原理 超导磁悬浮列车工作时主要利用了磁性物质同性排斥异性吸引的基本原理,从而最终达到了列车悬浮在车轨上方,列车在磁力的牵引下高速前行,列 车在高速前行过程中自动调整姿势以避免倾斜的目的. 首先,对于列车之所以能够悬浮在轨道上方做简单说明:磁铁有同性相斥 和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁 同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导电磁铁 形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行 的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬 浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上 方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁 铁和导轨间保持10—15毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力 平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。 那么，磁体间为什么能产生如此强大的磁场而最终让沉重的车厢悬浮起 来呢？在演示实验中我们用的是极冷的液氮冷却那种放在车厢底部的超导元 件办到的。超导元件在相当低的温度下具有的完全导电性和完全抗磁性。而 实际运用的超导磁体是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电流阻力为零，而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能够制 成体积小功率强大的电磁铁。。超导磁悬浮列车的工作原理是利用超导材料 的抗磁性，将超导材料置于永久磁体（或磁场）的上方，由于超导的抗磁性，磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体（或磁场）和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在上方。 其次，磁悬浮列车的高速前进也是利用电磁体间的磁力完成的。 简单的讲就是，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为 电磁铁。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。列 车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁 体（S极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极） 所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就 是原来那个S极线圈，现在变为N极线圈了，反之亦然。这样，列车由于电 磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速，通过电能转换器调整在线圈 里流动的交流电的频率和电压。 具体地讲超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集 成设备，而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧，车辆上 的感应动力集成设备由动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超 导磁铁三部分组成。当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的 三相交流电时，就会产生一个移动的电磁场，因而在列车导轨上产生磁波， 这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力，正是这

近 代 物 理 实 验 报 告 -高温超导

近代物理实验报告 实验题目：高温超导材料的特性与表征作者：李健 时间：2015-09-17

高温超导材料的特性与表征 【摘要】本实验主要通过对高温超导材料Y-Ba-Cu-O特性的测量，理解超导体的两个基本特性，即完全导电性和完全抗磁性，了解超导磁悬浮的原理。本实验利用液氮将高温超导材料Y-Ba-Cu-O降温，用铂电阻温度计测量温度，通过测量铂电阻的大小及查询铂电阻-温度对照表得出相应的温度，再电压表测得超导体电阻，即能得到超导体电阻温度曲线，测得该样品的超导转变温度约为93K；再通过超导磁悬浮实验验证了高温超导材料的磁特性，得到分别在零场冷却，有场冷却下的超导体的磁悬浮力与超导磁体间距的关系曲线。 【关键词】高温超导零电阻现象MEISSNER效应低温恒温器四引线法磁悬浮 【引言】 从1991年荷兰物理学家卡默林·翁纳斯（H.K.Onnes）发现低温超导体，超导科技发展大体经历了三个阶段：1911年到1957年BCS超导微观理论问世，是人类对超导电性的基本探索和认识阶段，核心是提出库珀电子对；第二阶段是从1958年到1985年是超导技术应用的准备阶段，成功研制强磁场超导材料，发现约瑟夫森效应；第三阶段是1986年发现高于30K的超导材料，进入超导技术开发时代。超导研究领域的系列最新进展，为超导技术在更方面的应用开辟了十分广阔的前景。 超导电性的应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，超导电性还可以用于计量标准，在991年1月1日开始生效的伏特和欧姆的新实验基准中，电压基准就是以超导电性为基础。 本实验目的是通过对氧化物高温超导材料的测量与演示、加深理解超导体两个基本特性；了解超导磁悬浮原理；了解金属和半导体的电阻随温度变化以及温差电效应；掌握低温物理实验的基本方法：低温的获得、控制和测量。 【正文】 一、实验原理 1.超导现象、临界参数及实用超导体 （1）零电阻现象 将物体冷却到某一临界温度Tc以下时电阻突然降为零的现象，称为超导体的零电阻现象。不同的超导体的临界温度各不相同。如下图，用电阻法测量临界温度，把降温过程中电阻温度曲线开始从直线偏离处的温度称为起始转变温度Tc,onset，临界温度Tc定义为待测样品电阻从起始转变处下降到一半对应的温度，也称作超导转变的中点温度Tcm。电阻变化10%到90%所对应的温度间隔定义为转变宽度△Tc，电阻全降到零时的温度为零电阻温度Tc。通常说的超导转变温度Tc指Tcm。

毕业设计基于单片机的直流电机调速系统设计

河南科技大学 2009 届本科毕业论文 论文题目：基于单片机的直流电机调速系统设计 学生姓名： 所在院系：信息工程学院 所学专业：计算机科学与技术 导师姓名： 完成时间：2009-05-22

摘要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D 转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词：PWM信号，测速发电机，PI运算 1

The Design of Direct Current Motor speed Regulation System Based On SCM Chenli School of Information and Engineering Abstract This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation o f D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it. Key words:PWM signal，tachogenerator，PI calculation 2

哈工大_控制系统实践_磁悬浮实验报告

研究生自动控制专业实验 地点：A区主楼518房间 姓名：实验日期：年月日斑号：学号：机组编号： 同组人：成绩：教师签字：磁悬浮小球系统 实验报告 主编：钱玉恒，杨亚非 哈工大航天学院控制科学实验室

磁悬浮小球控制系统实验报告 一、实验内容 1、熟悉磁悬浮球控制系统的结构和原理； 2、了解磁悬浮物理模型建模与控制器设计； 3、掌握根轨迹控制实验设计与仿真； 4、掌握频率响应控制实验与仿真； 5、掌握PID控制器设计实验与仿真； 6、实验PID控制器的实物系统调试； 二、实验设备 1、磁悬浮球控制系统一套 磁悬浮球控制系统包括磁悬浮小球控制器、磁悬浮小球实验装置等组成。在控制器的前部设有操作面板，操作面板上有起动/停止开关，控制器的后部有电源开关。 磁悬浮球控制系统计算机部分 磁悬浮球控制系统计算机部分主要有计算机、1711控制卡等； 三、实验步骤 1、系统实验的线路连接 磁悬浮小球控制器与计算机、磁悬浮小球实验装置全部采用标准线连接，电源部分有标准电源线，考虑实验设备的使用便利，在试验前，实验装置的线路已经连接完毕。 2、启动实验装置 通电之前，请详细检察电源等连线是否正确，确认无误后，可接通控制器电源，随后起动计算机和控制器，在编程和仿真情况下，不要启动控制器。 系统实验的参数调试

根据仿真的数据及控制规则进行参数调试（根轨迹、频率、PID 等），直到获得较理想参数为止。 四、实验要求 1、学生上机前要求 学生在实际上机调试之前，必须用自己的计算机，对系统的仿真全部做完，并且经过老师的检查许可后，才能申请上机调试。 学生必须交实验报告后才能上机调试。 2、学生上机要求 上机的同学要按照要求进行实验，不得有违反操作规程的现象，严格遵守实验室的有关规定。 五、系统建模思考题 1、系统模型线性化处理是否合理，写出推理过程？ 合理，推理过程： 由级数理论，将非线性函数展开为泰勒级数。由此证明，在平衡点)x ,(i 00对 系统进行线性化处理是可行的。 对式2x i K x i F )(),(=作泰勒级数展开，省略高阶项可得： )x -)(x x ,(i F )i -)(i x ,(i F )x ,F(i x)F(i,000x 000i 00++= )x -(x K )i -(i K )x ,F(i x)F(i,0x 0i 00++= 平衡点小球电磁力和重力平衡，有 (,)+=F i x mg 0 |,δδ===00 i 00 i i x x F(i,x) F(i ,x )i ；|,δδ===00x 00i i x x F(i,x)F (i ,x )x 对2 i F(i,x )K()x =求偏导数得：

关于电机的毕业设计

关于电机的毕业设计 【篇一：电机设计毕业论文】 目录 摘 要 ....................................................................................................... .. (1) abstract ............................................................................................. . (1) 第一章中小型电机设计概 述 ....................................................................................................... . (2) 1.1设计技术要 求 ....................................................................................................... .. (2) 1.2电机主要尺 寸 ....................................................................................................... .. (2) 1.3 绕组构及成原 理 ....................................................................................................... (4) 1.4主磁 路 ....................................................................................................... .. (4) 1.5电 抗 ....................................................................................................... (6) 1.6损耗与效 率 ....................................................................................................... (7) 1.7通风散 热 ....................................................................................................... . (7) 第二章三相异步电动机设计（y180l- 6/15kw） (9)

浙江大学球形线圈和磁悬浮仿真实验报告

装订线 实验报告 课程名称：工程电磁场与波指导老师：姚缨英成绩：__________________ 实验名称：环形载流线圈和磁悬浮实验类型：__分析验证__ 同组学生姓名：___________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 实验一：球形载流线圈的场分布与自感 一、实验目的和要求 1.研究球形载流线圈（磁通球）的典型磁场分布及其自感系数 2.掌握工程上测量磁场的两种基本方法——感应电势法和霍耳效应法 3.在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场边值问题、自感参数和磁场测量方法等知识点的理解，熟悉霍耳效应以及高斯计的应用 二、实验内容和原理 （一）实验内容 1.理论分析 对于磁场B的求解的主要工作是对下面的边值问题方程组进行求解 其中的泛定方程均为拉普拉斯方程，定解条件由球表面处的辅助边界条件、标量磁位的参考点，以及离该磁通球无限远处磁场衰减为零的物理条件所组成。 ()() ()() () () 2 m1 2 m2 t1t212n n1n20102 m10 2m2 ,0 ,0 sin 2 r r r r r r r R r r R N H H H H K i r R R B B H H r R θθ ?θ ?θ θ μμ ? ? = →∞→∞ ? ? ?=< ? ??=> ? ? ? ? ? ? ?-=-=== ? ?? ?? =→== ? ? ?= ? ?=-?= ? 泛定方程: BC: H 这个方程看起来简单，实际求解过程并没有想象的轻松 本题中场域是呈现球对称场的分布，我们选择球坐标系，待求场函数只与球坐标变量r与θ有关，我们先采用分离变量法 1

中国磁悬浮列车原理

磁悬浮列车 1.磁悬浮技术的原理 磁悬浮技术的系统，是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。 2.磁悬浮技术的应用 国际上对磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃。1988年召开了第一届国际磁悬浮轴承会议，此后每两年召开一次。1991年，美国航空航天管理局还召开了第一次磁悬浮技术在航天中应用的讨论会。现在，美国、法国、瑞士、日本和中国都在大力支持开展磁悬浮轴承的研究工作。国际上的这些努力，推动了磁悬浮轴承在工业上的广泛应用。 国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，尚处于实验室阶段，落后外国约20年。1986年，广州机床研究所与哈尔滨工业大学首先对“磁力轴承的开发及其在FMS中的应用”这一课题进行了研究。此后，清华大学、西安交通大学、天津大学、山东科技大学、南京航空航天大学等都在进行这方面的研究工作。 目前在工业上得到广泛应用的基本上都是传统的磁悬浮轴承(需要位置传感器的磁悬浮轴承)，这种轴承需要5个或10个非接触式位置传感器来检测转子的位移。由于传感器的存在，使磁悬浮轴承系统的轴向尺寸变大、系统的动态性能降低，而且成本高、可靠性低。此外，由于传感器的价格较高，从而导致磁悬浮轴承的售价很高，大大限制了它在工业上的推广应用。 2009年8月，参观者在北京看磁悬浮列车轨道，北京城建设计研究总院的总工杨秀仁透露，北京正在做一条磁悬浮线的长期规划———通往门头沟的S1轨道线路正在筹划，计划采用中国自主研发的磁悬浮技术。而由北京控股磁悬浮技术发展有限公司和国防科技大学合作的中低速磁浮列车，是中国唯一具有完全自主知识产权的磁悬浮列车。 3.磁悬浮技术的前景 随着电子元件的集成化以及控制理论和转子动力学的发展，经过多年的研究工作，国内外对该项技术的研究都取得了很大的进展。但是不论是在理论还是在产品化的过程中，该项技术都存在很多的难题，其中磁悬浮列车的技术难题是悬浮与推进以及一套复杂的控制系统，它的实现需要运用电子技术、电磁器件、直线电机、机械结构、计算机、材料以及系统分析等方面的高技术成果。需要攻关的是组成系统的技术和实现工程化。 磁悬浮轴承面向电力工程的应用也具有广阔的前景，根据磁悬浮轴承的原理，研制大功率的磁悬浮轴承和飞轮储能系统以减少调峰时机组启停次数；进行以磁悬浮轴

电机设计毕业论文

目录 摘要 (1) ABSTRACT (1) 第一章中小型电机设计概述 (2) 1.1设计技术要求 (2) 1.2电机主要尺寸 (2) 1.3绕组构及成原理 (4) 1.4主磁路 (4) 1.5电抗 (6) 1.6损耗与效率 (7) 1.7通风散热 (7) 第二章三相异步电动机设计（Y180L-6/15KW） (9) 2.1电机主要尺寸及绕组设计 (9) 2.2电磁计算步骤与程序 (9) 第三章电机优化设计方案 (28) 3.1相关理论分析 (28) 3.2电磁调整方案 (28) 第四章 AUTOCAD简介及其绘图 (30) 4.1A UTO CAD简介 (30) 4.2A UTO CAD的基本功能 (30) 4.3A UTO CAD绘图 (31) 总结 (32) 参考文献： (32) 附录（Ⅰ）外文资料原文及译文 (34) 附录（Ⅱ）三设计方案结果 (39)

三相鼠笼式异步电动机设计（Y180L-6 ／15kW）专业：电气工程极其自动化学号：02131107 学生姓名：刘常洲指导老师：肖倩华 摘要 异步电机是工农业生产中应用最广泛的电机。其性能的提高具有重要意义。在文章中简要介绍了异步电机设计的基础知识，阐述了中小型电机的设计方法与步骤，介绍了电磁设计的步骤与计算程序，也述及电机的优化设计。 电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直到达到设计要求。本文也简单介绍了AutoCAD 绘图的基础知识。 关键词：异步电机电磁计算 The design of the Three-phase squirrel cage induction motor （Y180L-6 ／15kW） Abstract The induction motor is the most widespread electrical machinery in the industry and agriculture production . Its performance enhancement has the vital significance. In this article , the elementary knowledge of the induction motor designs is Briefly introduced, the method and the step of the middle and small scale electrical machinery design is also elaborated, the electromagnetism design step and the design computational procedure is introduced, the optimized design of the electrical machinery is also mentioned. The electromagnetism design is according to the specification of designs to determine the electromagnetism load, calculates each part of sizes of the rotor、 the stator piece and iron core and the winding data, then calculates each parameter and the performance of the electrical machinery, and to make the essential adjustment to the designs data, until meets the design requirements. AutoCAD cartography elementary knowledge is also simply introduced in this article. Keywords：induction motor electromagnetism computation

磁悬浮列车演示实验报告

磁悬浮列车演示实验报 告 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

磁悬浮列车演示实验报告 【实验目的】 1.利用超导体对永磁体的排斥作用演示磁悬浮； 【实验器材】 1．超导磁悬浮列车演示仪，如下图所示。由两部分组成：磁导轨支架、磁导轨。其中磁导轨是用550?×?240?×?3椭圆形低碳钢板作磁轭，按图70-2所示的方式铺以18?×?10×6?mm的钕铁硼永磁体，形成磁性导轨，两边轨道仅起保证超导体周期运动的磁约束作用。 2．高温超导体，是用熔融结构生长工艺制备的，含Ag的YBacuo系高温超导体。之所以称为高温超导体是因为它在液氮温度77KC（-196℃）下呈现出超导性，以区别于以往在液氦温度42K（-269℃）以下呈现超导特性的低温材料。样品形状为：圆盘状，直径18?mm?左右，厚度为6?mm?，其临界转变温度为90K左右（-183℃）。 3．液氮。 上图：实验装置图? 下图：磁导轨

【实验原理】 实验原理： 超导是超导电性的简称.它是指金属或合金在极低温度下(接近绝对零度)电阻变为零的性质.它是一种宏观量子现象,只有依据量子力学才能给与正确的微观解释.这就是BCS理论. 这是一台高临界温度超导磁悬浮的动态演示装置.该装置为一个盛放高临界温度超导体的简易列车模型,在具有磁束缚的封闭磁轨道上方,利用超导体对永磁体的排斥作用,演示磁悬浮;;并可在旋转磁场加速装置作用下,沿轨道以悬浮或倒挂悬浮状态无磨擦地连续运转. 当将一个永磁体移近钇钡铜氧YBaCuO超导体表面时,磁通线从表面进入超导体内,在超导体内形成很大的磁通密度梯度,感应出高临界电流,从而对永 磁体产生排斥,排斥力随相对距离的减小而逐渐增大,它可以克服永磁体的重力使其悬浮在超导体上方一定的高度上;高温超导体是用熔融结构生长工艺制备的含Ag的YBaCuO系高温超导体,所以称为高温超导体是因为它在液氮温度 77k(-196°C)下呈现出超导性,以区别于以往在液氦温度42k(-269°C)下呈现出超导性的低温材料.它的形状为圆盘形,其临界转变温度为90k(-183°C).超导体样品放在一铝制的列车模型中,四周包有起热屏蔽作用的铝箔,这样可使超导体在移开液氮后仍能在一段时间内保持自身温度在其临界温度以下,以延长演示时间. 磁性轨道是用钢板加工成椭圆形轨道用作磁轭,上面铺以钕铁硼(NdFeB)永磁块(表磁为形成磁性导轨.两边轨道起保证超导体周期运动的磁约束作用. 加速装置是使永磁体绕水平轴旋转在竖直面内产生旋转磁场的方法来实现的.在扁圆柱形的尼龙轮上, 镶有四块钕铁硼(NdFeB)磁块,尼龙轮固定在玩具电机

电机设计毕业论文

v .. . .. 目录 摘要 (1) ABSTRACT (1) 第一章中小型电机设计概述 (2) 1.1设计技术要求 (2) 1.2电机主要尺寸 (2) 1.3绕组构及成原理 (4) 1.4主磁路 (4) 1.5电抗 (6) 1.6损耗与效率 (7) 1.7通风散热 (7) 第二章三相异步电动机设计（Y180L-6/15KW） (9) 2.1电机主要尺寸及绕组设计 (9) 2.2电磁计算步骤与程序 (9) 第三章电机优化设计方案 (29) 3.1相关理论分析 (29) 3.2电磁调整方案 (29) 第四章AUTOCAD简介及其绘图 (31) 4.1A UTO CAD简介 (31) 4.2A UTO CAD的基本功能 (31) 4.3A UTO CAD绘图 (32) 总结 (33) 参考文献： (33) 附录（Ⅰ）外文资料原文及译文 (35) 附录（Ⅱ）三设计方案结果 (40)

三相鼠笼式异步电动机设计（Y180L-6 ／15kW）专业：电气工程极其自动化学号：02131107 学生：常洲指导老师：肖倩华 摘要 异步电机是工农业生产中应用最广泛的电机。其性能的提高具有重要意义。在文章中简要介绍了异步电机设计的基础知识，阐述了中小型电机的设计方法与步骤，介绍了电磁设计的步骤与计算程序，也述及电机的优化设计。 电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，计算转子、定子冲片和铁心各部分尺寸及绕组数据，进而核算电机各项参数及性能，并对设计数据做必要的调整，直到达到设计要求。本文也简单介绍了AutoCAD 绘图的基础知识。 关键词：异步电机电磁计算 The design of the Three-phase squirrel cage induction motor （Y180L-6 ／15kW） Abstract The induction motor is the most widespread electrical machinery in the industry and agriculture production . Its performance enhancement has the vital significance. In this article , the elementary knowledge of the induction motor designs is Briefly introduced, the method and the step of the middle and small scale electrical machinery design is also elaborated, the electromagnetism design step and the design computational procedure is introduced, the optimized design of the electrical machinery is also mentioned. The electromagnetism design is according to the specification of designs to determine the electromagnetism load, calculates each part of sizes of the rotor、the stator piece and iron core and the winding data, then calculates each parameter and the performance of the electrical machinery, and to make the essential adjustment to the designs data, until meets the design requirements. AutoCAD cartography elementary knowledge is also simply introduced in this article. Keywords：induction motor electromagnetism computation

磁悬浮实验报告67796

实验报告 课程名称： 工程电子场与电磁波 指导老师：________熊素铭________ 成绩：__________________ 实验名称：_ 磁悬浮 _实验类型： 动手操作及仿真 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1、观察自稳定的磁悬浮物理现象； 2、了解磁悬浮的作用机理及其理论分析的基础知识； 3、在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场能量、电感参数和电磁力等知识点的理解。 二、实验内容 1、观察自稳定的磁悬浮物理现象 2、实测对应于不同悬浮高度的盘状线圈的激磁电流 3、观察不同厚度的铝板对自稳定磁悬浮状态的影响 实验原理 专业： 姓名： 学号： 日期： 地点：

1、自稳定的磁悬浮物理现象 由盘状载流线圈和铝板相组合构成磁悬浮系统的实验装置，如图2-6所示。该系统中可调节的扁平盘状线圈的激磁电流由自耦变压器提供，从而在50 Hz正弦交变磁场作用下，铝质导板中将产生感应涡流，涡流所产生的去磁效应，即表征为盘状载流线圈自稳定的磁悬浮现象。 2、基于虚位移法的磁悬浮机理的分析 在自稳定磁悬浮现象的理想化分析的前提下，根据电磁场理论可知，铝质导板应被看作为完纯导体，但事实上当激磁频率为50 Hz时，铝质导板仅近似地满足这一要求。为此，在本实验装置的构造中，铝质导板设计的厚度b 还必须远大于电磁波正入射平表面导体的透入深度d（b ）。换句话说，在理想化的理论分析中，就交变磁场的作用而言，此时，该铝质导板可被看作为“透不过的导体”。 对于给定悬浮高度的自稳定磁悬浮现象，显然，作用于盘状载流线圈的向上的电磁力必然等于该线圈的重量。本实验中，当通入盘状线圈的激磁电流增大到使其与铝板中感生涡流合成的磁场，对盘状载流线圈作用的电磁力足以克服线圈自重时，线圈即浮离铝板，呈现自稳定的磁悬浮物理现象。现应用虚位移法来求取作用于该磁悬浮系统的电动推斥力。

电机调速控制系统设计毕业设计

毕业论文（设计）论文题目：电机调速控制系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

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大学物理实验：电磁感应与磁悬浮实验报告

一、电机频率与磁牵引力的关系 1、实验测得数据 2、拟合函数 由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = 3.31e-05*x + 0.01282（95%置信度） 3、拟合函数图像 二、电机频率与磁悬浮力的关系 1、实验测得数据

2、拟合函数 由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = 5.736e-06*x - 0.06576（95%置信度） 3、拟合函数图像 三、（1）磁牵引力随距离变化曲线 1、实验测得数据 2、数据拟合函数

由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = 0.6908 * x ^ -0.8036 + -0.1516（95%置信度）3、拟合函数图像 （2）磁悬浮力随距离变化曲线 1、实验测得数据 2、实验数据拟合函数

由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = -0.08735 * x ^ 0.2204 + 0.1266（95%置信度） 3、实验数据拟合函数图像 四、电机频率与转速的关系 1、实验测得数据 2、实验数据拟合函数

由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = 0.009542 * x + -37.85（95%置信度） 3、实验数据拟合函数图像 五、电机频率与发电电压的关系 1、实验测得数据 2、实验数据拟合函数

由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = 0.0001191 * x + 0.05747（95%置信度）3、实验数据拟合函数图像

小学科学二年级下册第五单元第16课《制作磁悬浮笔架》

小学科学二年级下册第五单元第16课《制作磁悬浮笔架》 皇华小学备课组坚永芹 教材分析： 通过对本册第二单元磁铁的学习，学生已基本了解了磁铁的基本性质，也初步尝试了利用磁铁的性质制作指南针为人类服务。但是在真实的生活情景下，磁铁的性质还有哪些真实应用，利用磁铁的性质还可以进行哪些发明和创新呢？本可利用磁悬浮笔架这个技术与工程活动，让学生了解科学、技术与工程活动紧密结合，能够为生活带来更多的便利，为什会带来更多的进步。 教学目标： 1.能利用磁铁美工刀等材料和工具,在教师的指导下完成磁悬浮笔架的制作。 2.能对自己和他人的作品提出改进建议。 3.能如实讲述事实，当发现事实与自己原有的想法不同时，能尊重事实,养成用事实说话的意识。 4.了解到人类可以利用科技产品让生活环境得到改善。 教学重难点： 重点：探究磁悬浮实验的工作原理。 难点：利用磁悬浮实验的工作原理，完成磁悬浮笔架的制作。 活动准备：环形磁铁、纸盒、美工刀，双面胶、铅笔 教学过程： 一、问题与猜测 教师先演示"小猫钓鱼"的游戏(用磁铁吸引曲别针) ,让学生回忆学过的有关磁铁的知识，再展示磁悬浮地球仪和磁悬浮飞机等，激发学生探究其中原理的欲望。 师:同学们,我们知道了每块磁铁上都有两个磁极。不同的磁极靠近时会相互吸引，相同的磁极靠近时会相互排斥。这节课,我们就来利用磁铁间的这种奇妙的性质,制作一个可以悬浮的笔架。 (教师板书:制作磁悬浮笔架。) （设计意图:带领学生回顾已学知识。从学生喜欢的玩具人手，激发学生的学习兴趣,引导学生对悬浮现象进行猜测和探究。） 二、探究过程

（一）设计磁悬浮笔架 1、师提问:我们手中的铅笔可以飘浮在空中吗?谁能想到好方法?(学生积极回答。) 师:同学们的想法真棒。 (学生交流讨论，积极回答环形磁铁同学们能根据它联想到什么呢? 2、老师演示。我们可以先把假笔套在环形磁铁中，再把磁铁放在纸盒中，这样它们就会相互推开使铅笔悬浮在空中了。 3、(救师展示材料:环形磁铁、纸盒美工刀，双面胶、铅笔)师:哪位同学能说说这些工具的名称?(学生积极交流回答。) 师:哪位同学知道这些材料的作用? (学生小组内积极交流讨论。) 4、教师总结:美工刀可以用来切制纸盒;铅笔可以用来绘制线条:直尺可以用来测量物体的直径和厚度:纸盒可以用来做磁悬浮笔架的底座:双面胶可以用来固定位置。 （二）制作磁悬浮笔架 师:同学们，在开始制作前,老师遇到了一个难题.需要同学们一起帮忙解决:怎样能把磁铁牢固地固定在纸盒上呢? (学生积极讨论、汇报。) 师:可以用双面胶把磁铁粘在纸盒上,但是这个方法还不是太牢固。哪位同学还有其他的想法? (学生回答。) 师:我们可以先用直尺测量出环形磁铁的厚度和长度，再用铅笔在纸盒上绘制出宽度与环形磁铁厚度相同的、长度与纸盒相同的长方形，然后用直尺测量出环形磁铁的直径，用蜡笔在绘制的长方形两侧画出长度略小于环形碰铁直径的长方形，最后用美工刀将纸盒上绘制的4个长方形挖出来。 师提出活动要求: (1)学生小组内分工合作，互相配合。 (2)不能用美工刀嬉戏打闹，制作过程中要注意安全。 (3)安装磁铁时,，要注意磁铁的南北极方向。 (4)调试笔筒上两块磁铁间的位置,直至笔筒能悬浮。提示学生注意操作规范和安全。)学生开展实验活动，教师巡视并适时指导。 （设计意图:教师通过设置问题，发散学生思维;通过设计磁悬浮笔架的活动指向,培养

磁悬浮列车原理

第九篇磁悬浮列车原理 §9.1磁悬浮列车综述 你一定听说过磁悬浮列车吧，最近它的上镜率可是居高不下，大家都在密切地关注着它的发展态势。我们一直都在盼望着火车的提速，可经过几轮的努力，却总是达不到心中理想的标准，如果你家住在西安，距北京1000多公里，原先回家要17个小时，现在要14个小时，唉，只减少了区区3个小时，还要有难熬的一宿呀！可是你知道吗？普通磁悬浮列车的时速就可以达到500公里/小时，那么，回家就只需要不到3个小时，跟飞机差不多了！ 其实，在本世纪五、六十年代，铁路曾经被认为是一个夕阳运输产业。因为面对航空、高速公路等运输对手的强劲挑战，它蜗牛般的爬行速度，已越来越不适应现代工业社会物流和人流的快速流动需要了。但七十年代以来，特别是近几年，随着铁路高速化成为世界的热点和重点，铁路重新赢回了它在各国交通运输格局中举足轻重的地位。法国、日本、俄国、美国等国家列车时速由200公里向300公里飞速发展。据1995年举行的国际铁路会议预测，到本世纪末，德国、日本、法国等国家的高速铁路运营时速将达到360公里。 但要使列车在如此高的速度下持续行驶，传统的车轮加钢轨组成的系统，已经无能为力了。这是因为传统的轮轨粘着式铁路，是利用车轮与钢轨之间的粘着力使列车前进的。它的粘着系数随列车速度的增加而减小，走行阻力却随列车速度的增加而增加，当车速增至粘着系数曲线和走行阻力曲线的交点时，就达到了极限。据科研人员推算，普通轮轨列车最大时速为350-400公里左右。如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度不可能达到最大时速。所以，欧洲、日本现在正运行的高速列车，在速度上已没有多大潜力。要进一步提高速度，必须转向新的技术，这就是超常规的列车－－磁悬浮列车。 尽管我们还将磁悬浮列车的轨道称为"铁路"，但这两个字已经不够贴切了。

电动机毕业设计

电动机毕业设计

一、选题的依据及意义 现在社会中，电能是使用最广泛的一种能源，在电能的生产、输送和使用等方面，作为动力设备的电机是不可缺少的一部分。电机在国家经济建设，节约能源、环保和人民生中起着十分重要的作用。发电机主要用于移动电源、风力发电、小型发电设备中；电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，电动机主要用于驱动水泵、风机、机床、压缩机、冶金、石化、纺织、食品、造纸、建筑、矿山等机械产品上。随着科学技术的不断创新和工农业的迅猛发展，电气化与自动化水平不断提高，国民经济各部门对异步电动机的需求量日益增加，对其性能，质量，技术经济指标也相应地提出了越来越高的要求。因此，对异步电动机品种，必须适时实地做出更新与发展，以适应各个新兴工业领域不同的特殊要求，特别是对需求量最大的中小型异步电动机，在保证其质量运行，寿命长和能满足使用要求的同时，进一步节约铜、铁等材料，提高效率和功率因数，以提高其经济技术指标与降低耗电量，是具有十分重要的意义。由于Y 系列异步电动机具有体积小，重量轻，运行可靠，结构坚固耐用，外形美观等特点，具有较高的效率，有良好的节能效果，而且噪音低，寿命长，经久耐用。作为普遍用于拖动各种机械的动力设备，其用电量在总的电网的总的负荷中占有重要的一席。Y系列共有两个基本系列、十六个派生系列、九百多个规格，能满足国民经济各部门的不同需要。所以设计研究三相异步电动机意义重大。 1、现状 国外公司注重新产品开发，在电机的安全、噪声、电磁兼容等方面很重视。国外的先进水平主要体现在电机的可靠性高，寿命长，通用化程度高，电机效率不断提高，噪声低，重量轻，电机外形美观，绝缘等级采用F级和H级，而且也考虑电机制造成本的降低等国内虽有部分产品已达90年代初的国际水平，但相当部分的产品可靠性差，重量重，体积大和噪声大，综合水平只相当于80年代初期国际水平，其主要原因是制造工艺落后，关键材料的质量和品种不能满足要求，科研和设计工作没有跟上，科研投入少，新产品开发资金匮乏，企业技术创新能力较弱 1）发展派生、专用系列电机多品种派生和符合国外先进标准的电机产品。随着社会的不断前进，科技水平的不断提高，电机行业的不断发展，市场需求会不断变化，电机产品的外延和内涵也不断拓展，电机产品配套面广，它广泛地应用于能源、交通、石油、化工、冶金、矿山、建筑等各个领域，并且电机的通用性逐步向专用性方面发展，打破了过去同一类电机同时用于不性质、不同场合的局面。电机产品正向着专业性、特殊性、个性化方面发展，这也是国外企业发展的最新观点与动向。 2）电机要高效、节能我国中小型电机作为各种机械设备的动力源，其耗电总量已占全国发电量的70%左右。因此，发展中国高效电机，推广节能产品，是响应国家节能政策、实现节能降耗的重要举措。在产品开发中，以前的科学院所、企业在产品设计采用了许多办法，如采用降低起动力矩、电容补偿、阻尼槽方法来节约电能，但这些都是在频率不变的条件下来实现的。自从有了逆变器后，电源的变频变压变的更加容易，从而可以调节异步电机在最佳工作点上运行，保证出力不变的情况下，可用最大效率和功率因数代替额定效率和额定功率因