哈尔滨理工大学学士学位论文 电磁驱动器的设计与分析
摘 要
随着电磁驱动的发展，电磁驱动已经应用到现在的各行各业。小到孩童时代的四驱车马达，大到工业应用的驱动装置，电磁驱动越来越被人们所重视。
电磁驱动之所以被人们所关注，也是主要由于其动能转化的机械低磨损率，机械磨损率的降低，一方面可以有效地降低工业设备维护的成本，一方面也有效地控制动能转化的效率。而且电磁驱动作为一个新能源，其低碳的理念也和可持续发展的战略紧扣。因此，电磁驱动的发展是一个顺应潮流的趋势。
本文主要介绍了电动机的国内外发展现状，电磁学的发展历程，进而延伸到一些基本的电磁学现象，从而了解电磁驱动器的工作原理以及由电磁驱动原理而来的一些技术应用，最后制作一个电磁驱动演示仪用来进行电磁驱动相关的数据收集。
关键词 电磁驱动；感应电机；电磁学
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哈尔滨理工大学学士学位论文 The design and analysis of electromagnetic
actuator Abstract
Along with the development of electromagnetic driving, electromagnetic drive has been applied to all walks of life. Four drive motors, the size of small to childhood, to the industrial application of actuating device, electromagnetic drive becomes more and more important for people.
Electromagnetic drive have been attention by people, is mainly because of its kinetic energy into mechanical low wear rate, the rate of mechanical wear is reduced, on the one hand can effectively reduce the cost of industrial equipment maintenance, on the one hand, also effectively control the kinetic energy conversion efficiency. And electromagnetic drive as a new energy, its low carbon concept and strategy of sustainable development also closely. Therefore, the development of electromagnetic drive is a suit the trend of the trend.
Development present situation at home and abroad, this article mainly introduced the motor development of electromagnetism, which extends to some of the basic electromagnetic phenomenon, so as to understand the working principle of electromagnetic drive and driven by electromagnetic principle and some technical application, and finally make a electromagnetic drive demonstration instrument used for electromagnetic drive related data collection and analysis.
Key words electromagnetic drive，Induction motor，electromagnetism
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哈尔滨理工大学学士学位论文 目 录
摘 要 ................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................. II 第1章 绪论 .......................................................................................................... 1
1.1 引言 .......................................................................................................... 1 1.2 本文研究的内容 ...................................................................................... 1 1.3 研究的创新点 .......................................................................................... 1 1.4 本文篇章结构 .......................................................................................... 2 第2章 国内外研究现状 ...................................................................................... 3
2.1 电磁学理论的发展 .................................................................................. 3 2.2 国内外电磁驱动的技术应用 .................................................................. 3
2.2.1 感应电机 ........................................................................................ 3 2.2.2 电磁驱动泵 .................................................................................... 4 2.2.3 磁悬浮列车 .................................................................................... 4
第3章 电磁驱动器的分析 .................................................................................. 6
3.1 静电场 ...................................................................................................... 6
3.1.1 库伦定律 ........................................................................................ 6 3.1.2 电场 ................................................................................................ 6 3.2 磁场 .......................................................................................................... 7
3.2.1 奥斯特实验 .................................................................................... 8 3.2.2 安培环路定理 ................................................................................ 9 3.2.3 通电螺线管上的磁场 .................................................................... 9 3.2.4 载流线圈的磁场 .......................................................................... 10 3.2.5 电磁感应现象 .............................................................................. 10 3.2.6 楞次定律 ...................................................................................... 12 3.3 塞曼效应 ................................................................................................ 13
3.3.1 正常塞曼效应 .............................................................................. 13 3.3.2 反常塞曼效应 .............................................................................. 14 3.4 电磁波 .................................................................................................... 15
3.4.1 麦克斯韦方程组 .......................................................................... 15 3.4.2 平面电磁波 .................................................................................. 16 3.4.3 可见光(光波) ............................................................................... 17 3.5 电磁驱动器工作过程的分析 ................................................................ 19
3.5.1 物理原理 ...................................................................................... 19 3.5.2 演示实验的物理现象 .................................................................. 20
第4章 电磁驱动演示仪的制作 ........................................................................ 21
4.1 电磁驱动演示仪前期调研 .................................................................... 21
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哈尔滨理工大学学士学位论文 4.2 项目研究内容 ........................................................................................ 22 4.3 演示仪器的制作过程 ............................................................................ 22 4.4 创新设计 ................................................................................................ 22 4.5 存在的问题及解决办法 ........................................................................ 23 结论 ...................................................................................................................... 24 致谢 ...................................................................................................................... 25 参考文献 .............................................................................................................. 26 附录 ...................................................................................................................... 27
附录A 电磁驱动演示仪概述 ..................................................................... 27 附录B 英文文献翻译 ................................................................................. 29
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哈尔滨理工大学学士学位论文 第1章 绪论
1.1 引言
随着电磁驱动的发展，电磁驱动已经应用到现在的各行各业。小到孩童时代的四驱车马达，大到工业应用的驱动装置，电磁驱动越来越被人们所重视。电磁驱动之所以被人们所关注，也是主要由于其动能转化的机械低磨损率，机械磨损率的降低，一方面可以有效地降低工业设备维护的成本，一方面也有效地控制动能转化的效率。而且电磁驱动作为一个新能源，其低碳的理念也和可持续发展的战略紧扣。因此，电磁驱动的发展是一个顺应潮流的趋势。
对于电磁驱动的研究不在少数，很多人针对电磁驱动都做了相关的研究，包括电磁线圈的温度对电磁驱动的影响，电磁驱动材料对电磁驱动的影响，以及电磁驱动装置的散热解决方案等等。其中，周志广在《电磁驱动器冷却系统设计与实现》中提到“工作时,驱动线圈内过高温升会降低线圈的机械强度和绝缘材料的绝缘性能,影响其使用寿命,甚至会烧毁线圈。因此，在电磁驱动器研究过程中,必须关注驱动线圈的冷却问题。”说明了电磁驱动线圈温度的变化是会影响到电磁驱动性能的，过高的温度会降低线圈的机械强度，降低其使用寿命，我们需要探究的是线圈温度的变化对于电磁驱动器动能转化率的影响。另外，张琦也在《连铸空心管坯内置磁场搅拌器的优化设计》中提到“相比两相绕组，采用三相绕组的电磁搅拌器能效更高；磁轭结构对搅拌器的作用效果影响显著，为提高金属液所受电磁力应使磁轭的齿部尺寸尽量小些，但若尺寸太小会使磁轭饱和，影响磁轭的使用寿命；电流强度越大则金属液内的流速越大，电流强度与金属液流速呈线性变化，而电流频率与金属液流速呈非线性变化，电流强度对金属液流动的影响要大于电流频率。”说明磁扼结构的改变还会影响电磁驱动的效率。
1.2 本文研究的内容
为了了解影响电磁驱动转化效率的因素，从而进行电磁驱动器的设计，本文着重探究圆盘的材料变化（Al、Cu、Fe等）或者圆盘与磁铁间的距离变化以及磁铁旋转的速率变化对电磁驱动器动能转化率的影响。讨论影响电磁驱动器动能转化率的主要因素，探讨如何减小各因素的影响，为电磁驱动器的设计提供理论依据。
1.3 研究的创新点
电磁学是本科生学习中较为复杂的一门学科之一，电磁驱动器作为电磁学理论发展中的一个产物，其工作原理也较难以理解，因此要对电磁驱动器
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