液質(zhì)懸浮式三自由度電機(jī)建模分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、伴隨著工業(yè)化水平的大幅提高和高新科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)于裝置的穩(wěn)定性及精密度的要求也日趨嚴(yán)格，然而以往傳統(tǒng)的多自由度電機(jī)在工作時(shí)需要依靠多個(gè)單自由度電動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)作，這不僅將占用大量空間，不易操作，而且機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行較為復(fù)雜，整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)中的減速齒輪之間的相互摩擦將會(huì)大大影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性與反應(yīng)時(shí)間，降低電機(jī)的運(yùn)行效率，因此早已無法跟上現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的腳步。面對(duì)以上諸多問題，眾多科研工作者開始將關(guān)注點(diǎn)集中在能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)

2、的電機(jī)研制上，相繼提出并制作出了多種永磁多自由度電機(jī)，但因大多數(shù)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子之間采用軸承支承這一傳統(tǒng)的單一連接模式，使得電機(jī)轉(zhuǎn)子部位受到摩擦阻力的影響，從而導(dǎo)致電機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度受限，輸出轉(zhuǎn)矩的能力變差。故而本文創(chuàng)新性地提出了一種液質(zhì)懸浮式結(jié)構(gòu)的三自由度電機(jī)，該電機(jī)相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法而言，因定轉(zhuǎn)子之間注有液質(zhì)流體而可極大程度上消除摩擦，最大限度的逼近真眼，易于小型化和集成化，改善了電機(jī)性能，提高了電機(jī)的穩(wěn)定性，本論文的具體工作內(nèi)容歸納如下

3、:
　　1)論文首篇提出并介紹了一種新型液質(zhì)懸浮式三自由度電機(jī)，并闡述了其提出的實(shí)際意義，隨后完整論述了該電機(jī)本體的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及運(yùn)行原理，該電機(jī)的創(chuàng)新之處在于將液質(zhì)流體充入到定、轉(zhuǎn)子之間，以期盡可能的減少摩擦損耗，隨后使用解析法求取了影響電機(jī)轉(zhuǎn)矩大小的場(chǎng)域的氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度值。
　　2)通過ANSOFT軟件搭建了電機(jī)的幾何模型，詳細(xì)介紹了網(wǎng)絡(luò)剖分的原理，給出了在不同剖分模式下的磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)比曲線圖;隨后分別獲取了在徑向充磁和平

4、行充磁兩種方式下的磁通密度標(biāo)量值;給出了單塊轉(zhuǎn)子磁極的磁通密度在球坐標(biāo)系下的三個(gè)分量的曲面圖。在評(píng)價(jià)電機(jī)性能優(yōu)劣時(shí)有一個(gè)重要因素不能忽視，那就是電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，在了解了電機(jī)磁場(chǎng)的基本性質(zhì)后，提取出了在靜磁場(chǎng)下的電磁轉(zhuǎn)矩值，并導(dǎo)入到繪圖軟件MATLAB中得到了其三維曲面圖。同時(shí)對(duì)定子線圈的磁場(chǎng)特性進(jìn)行了分析計(jì)算。
　　3)為了更好的研究該新型電機(jī)的電磁性能，在目前眾多求解電機(jī)磁場(chǎng)的理論方法中，選取了計(jì)算精度較高的等效磁網(wǎng)絡(luò)法，通過對(duì)

5、邊界條件的分析以及各小單元參數(shù)的計(jì)算，獲取了靠近以及遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子磁極處的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線圖。
　　4)利用虛功位移法，以電機(jī)進(jìn)行自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為例，將剖分單元選為三角形，得到了電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的具體表達(dá)式;同時(shí)采用麥克斯韋張量法進(jìn)行了轉(zhuǎn)矩計(jì)算;在此基礎(chǔ)上搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，測(cè)取了轉(zhuǎn)矩值，并與上面兩種方法進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了理論方法的合理性。
　　5)采用PD算法初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)軌跡的跟蹤，并應(yīng)用虛擬樣機(jī)軟件ADAMS建立了該電機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，分析