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用于涡旋机轴向力控制的电磁伺服机构研究

用于涡旋机轴向力控制的电磁伺服机构研究

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作者：张汪洋浙江科技学院

学位级别：硕士

微型超低温制冷系统广泛应用于航空航天、医疗设备、集成电路、汽车等领域。而如何开发一款效率高、稳定可靠、体积较小的制冷循环系统成为了目前研究的方向。微型膨胀机由于直接驱动、结构紧凑、体积小等特点成为目前有效的解决方案和... 详细信息

微型超低温制冷系统广泛应用于航空航天、医疗设备、集成电路、汽车等领域。而如何开发一款效率高、稳定可靠、体积较小的制冷循环系统成为了目前研究的方向。微型膨胀机由于直接驱动、结构紧凑、体积小等特点成为目前有效的解决方案和研究热点。但是微型膨胀机机相较于上述诸多优点,其在高速平动工作过程中存在的轴向力难以控制的缺点,泄漏问题一直是影响涡旋机发展的主要因素。因此,实现轴向气体分离力平衡、动静涡盘轴向密封是目前所解决的关键问题之一。针对涡旋机轴向力控制的研究,本文主要的工作如下:本文首先简述了涡旋机的工作原理和轴向力问题产生的原因。针对其工作时的轴向密封的需求,对微型膨胀机内部的机械结构、温度、平衡特性进行了研究,提出了结构一体化、小型紧凑、内部隔热的微型涡旋机的轴向力平衡电磁机构。其次轴向力平衡电磁机构在涡旋机内部进行高速平动时会产生水平干扰力,水平力大小需符合微型涡旋机要求。因此基于涡旋机内部放置电磁机构的尺寸限制,对动态电磁伺服机构和静态环形永磁体机构进行轴向力和水平力的单参数优化和全局优化,满足微型涡旋机轴向力及水平力的要求。再次,针对静态环形永磁体机构在工作时所造成的动静涡盘磨损问题对其提出了解决方案,研究了静态环形永磁机构的永磁与铁心磁场分布特点,建立了线圈外置的稳态可调电磁伺服机构。并通过排气压力来对线圈电流进行控制从而减小轴向力大小,延长涡旋机寿命。最后对静态环形永磁体机构提出两种实验测试方案,一种采用弹簧拉压试验机来进行测量轴向力,具有间隙易调节的特点。另一种采用搭建二维直线电机平台模拟平动平台,三维力传感器的方式进行三维力测量。对比仿真和实验结果,探究实验方法的精度及误差来源并进行总结。

关键词：涡旋机电磁伺服机构轴向力平衡水平力优化全局优化

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