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面向LED固晶机摆臂系统的音圈电机设计

作　者: 李科
导　师: 楼云江
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: LED全自动固晶机音圈电机有限元分析样机研制优化设计
分类号: TM302
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 95次
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内容摘要

LED固晶机属于LED生产流程中后封装设备的重要一环,其任务是将LED管芯通过摆臂系统从晶圆盘中分离出并通过胶粘固定到相应的承载材料上。其摆臂系统的竖直方向的运动精度,是影响固晶质量的关键因素,它影响着固晶机的整机性能。现有的固晶机摆臂系统多以伺服电机带动同步带和凸轮机构,实现固晶臂竖直方向运动。其运动精度差,且执行机构相对复杂,不利于成本的控制。本文通过对固晶臂结构系统的分析,提出以音圈电机(Voice-Coil Motor,简称VCM)为驱动方式的改进方案,并对其所用核心部件―音圈电机进行研发与设计。具体内容包括:首先,论文通过对固晶机摆臂系统进行动力学建模,计算电机所需推力,并结合LED固晶机工艺要求,合理计算并提出所需音圈电机设计参数。本文详细介绍了LED固晶机摆臂用永磁音圈电机的设计过程,其中包含电磁定量计算、包括了永磁体材料的选型、体积的计算、动圈的设计,以及采用专业电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell 12,对所需音圈电机进行建模和仿真,并反复验证。从而对电机的整体的机械结构进行设计,完善仿真方案。根据计算及仿真结果设计制作样机,并选择PI(Proportion Integration)作为速度环控制器,PID(ProportionIntegration Differentiation)作为位置环控制器的双环控制架构对样机进行实验研究并测试其动态性能。然后,通过对音圈电机数学模型的建立,导出电机电磁力表达式,采用约束非线性优化算法和差分进化优化迭代算法,求解音圈电机最优设计尺寸,得到音圈电机优化设计模型。本论文进行了大量的仿真及实验,其结果证明了设计方案的有效性。通过数学建模的方法对电机进行优化设计,在节约电机制作成本的同时,极大的提高了音圈电机的性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题来源  9
  1.2 音圈电机的特点和国内外音圈电机研究状况  9-11
    1.2.1 音圈电机的特点  9-10
    1.2.2 国内外音圈电机研究概况  10-11
  1.3 音圈电机的应用  11-13
    1.3.1 音圈电机在XY平台中的应用  12
    1.3.2 音圈电机在焊线机中的应用  12-13
    1.3.3 音圈电机在贴片机中的应用  13
  1.4 研究目的和意义  13-15
  1.5 研究内容安排  15-16
第2章音圈电机的工作原理与结构  16-22
  2.1 音圈电机基本工作原理  16-18
    2.1.1 基本原理  16-18
  2.2 音圈电机力常数  18-19
    2.2.1 力常数公式  18-19
    2.2.2 力常数对音圈电机性能的影响  19
  2.3 音圈电机磁路形式和结构  19-21
    2.3.1 磁路形式  19-21
    2.3.2 结构形式  21
  2.4 本章小结  21-22
第3章电磁场基本理论和电磁场有限元分析理论  22-36
  3.1 电磁场基本理论  22-29
    3.1.1 麦克斯韦方程组  22-23
    3.1.2 静电学  23-25
    3.1.3 静磁学  25-28
    3.1.4 动态电磁场  28-29
  3.2 有限元分析理论  29-32
    3.2.1 位函数及其微分方程  29-31
    3.2.2 有限元计算方法  31-32
  3.3 Ansoft Maxwell 对音圈电机的电磁场二维静态仿真过程  32-35
    3.3.1 静磁场分析理论  32-33
    3.3.2 静磁力的计算  33
    3.3.3 Ansoft Maxwell 静态磁场分析过程  33-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章固晶机摆臂系统用音圈电机结构设计和仿真  36-48
  4.1 音圈电机设计原则及设计方法  36-37
    4.1.1 音圈电机设计原则  36
    4.1.2 音圈电机设计方法步骤  36-37
  4.2 固晶机摆臂用音圈电机设计指标  37-40
    4.2.1 音圈电机速度时间曲线和加速度  37-38
    4.2.2 音圈电机额定推力  38-40
  4.3 永磁磁钢的设计计算  40-42
    4.3.1 永磁材料  40
    4.3.2 铷铁硼永磁材料  40-41
    4.3.3 永磁体工作点的确定  41-42
  4.4 绕组线圈设计  42-43
  4.5 音圈电机电气常数设计  43-44
  4.6 音圈电机2D电磁场仿真分析  44-46
  4.7 音圈电机电磁场仿真参数  46-47
  4.8 本章小结  47-48
第5章样机制作和音圈电机优化设计  48-61
  5.1 音圈电机运动平台机械结构设计及制作  48-49
  5.2 音圈电机样机性能评估  49-53
    5.2.1 驱动器连接硬件电路  49-51
    5.2.2 音圈电机实验测试  51-53
  5.3 音圈电机优化设计  53-60
    5.3.1 音圈电机数学模型  53-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果  66-68
致谢  68

面向LED固晶机摆臂系统的音圈电机设计

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