液質懸浮式三自由度電機建模分析與結構設計.pdf

1、伴隨著工業(yè)化水平的大幅提高和高新科學技術的迅猛發(fā)展，對于裝置的穩(wěn)定性及精密度的要求也日趨嚴格，然而以往傳統的多自由度電機在工作時需要依靠多個單自由度電動機之間的傳動機構協調運作，這不僅將占用大量空間，不易操作，而且機械傳動機構運行較為復雜，整個運行系統中的減速齒輪之間的相互摩擦將會大大影響系統的穩(wěn)定性與反應時間，降低電機的運行效率，因此早已無法跟上現代科學發(fā)展的腳步。面對以上諸多問題，眾多科研工作者開始將關注點集中在能夠實現多自由度運動

2、的電機研制上，相繼提出并制作出了多種永磁多自由度電機，但因大多數電機的定轉子之間采用軸承支承這一傳統的單一連接模式，使得電機轉子部位受到摩擦阻力的影響，從而導致電機的運動精度受限，輸出轉矩的能力變差。故而本文創(chuàng)新性地提出了一種液質懸浮式結構的三自由度電機，該電機相較于傳統的設計方法而言，因定轉子之間注有液質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，改善了電機性能，提高了電機的穩(wěn)定性，本論文的具體工作內容歸納如下

3、:
　　1)論文首篇提出并介紹了一種新型液質懸浮式三自由度電機，并闡述了其提出的實際意義，隨后完整論述了該電機本體的結構參數以及運行原理，該電機的創(chuàng)新之處在于將液質流體充入到定、轉子之間，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轉矩大小的場域的氣隙磁感應強度值。
　　2)通過ANSOFT軟件搭建了電機的幾何模型，詳細介紹了網絡剖分的原理，給出了在不同剖分模式下的磁感應強度對比曲線圖;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量值;給出了單塊轉子磁極的磁通密度在球坐標系下的三個分量的曲面圖。在評價電機性能優(yōu)劣時有一個重要因素不能忽視，那就是電機的轉矩特性，在了解了電機磁場的基本性質后，提取出了在靜磁場下的電磁轉矩值，并導入到繪圖軟件MATLAB中得到了其三維曲面圖。同時對定子線圈的磁場特性進行了分析計算。
　　3)為了更好的研究該新型電機的電磁性能，在目前眾多求解電機磁場的理論方法中，選取了計算精度較高的等效磁網絡法，通過對

5、邊界條件的分析以及各小單元參數的計算，獲取了靠近以及遠離轉子磁極處的磁感應強度曲線圖。
　　4)利用虛功位移法，以電機進行自轉運動為例，將剖分單元選為三角形，得到了電機電磁轉矩的具體表達式;同時采用麥克斯韋張量法進行了轉矩計算;在此基礎上搭建了實驗平臺，測取了轉矩值，并與上面兩種方法進行了比較，驗證了理論方法的合理性。
　　5)采用PD算法初步實現了對電機軌跡的跟蹤，并應用虛擬樣機軟件ADAMS建立了該電機的動力學模型，分析