永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式三自由度運動電機電磁系統(tǒng)的設計與計算.pdf

1、隨著工業(yè)自動化技術的快速發(fā)展，多自由度運動成為人們對執(zhí)行機構(gòu)的一大要求。傳統(tǒng)的多自由度運動需要多個單自由度系統(tǒng)協(xié)調(diào)合作，不僅機構(gòu)龐大，運動精確度及工作效率都得不到有效保證。本文提出的新型永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式三自由度運動電機滿足了人們對于多自由度執(zhí)行機構(gòu)的多種要求。這種電機用永磁體代替勵磁繞組，適合在空間內(nèi)實現(xiàn)三自由度運動，在體積、效率、穩(wěn)定性等方面較傳統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)得到很大提高。本文對新型永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式三自由度運動電機的具體結(jié)構(gòu)及工作原理進行介紹

2、，在球坐標系下建立了電機的電磁系統(tǒng)模型、轉(zhuǎn)矩模型、運動力學模型等，研究并優(yōu)化該新型電機的性能參數(shù)。該電機的研究具有廣闊的應用前景，成為電機研究一個新的發(fā)展方向。
　　本文的主要工作具體包括以下幾個方面:
　　1)提出一種雙層定子線圈、單層永磁體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的三自由度運動電機，該電機主要是在自轉(zhuǎn)的基礎上進行適當偏轉(zhuǎn)。詳細介紹了電機的結(jié)構(gòu)尺寸和工作原理。
　　2)利用解析法和有限元法建立該電機的電磁系統(tǒng)模型和轉(zhuǎn)矩模型。解析法中

3、采用分離變量法建立氣隙磁密隨三個運動角度的變化關系，用洛倫茲力法建立自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的數(shù)學模型;有限元法利用Ansoft Maxwell軟件對電機進行建模仿真，得到氣隙磁密和轉(zhuǎn)矩的仿真結(jié)果。將兩種方法建立的模型進行對比，修正和完善電機的電磁系統(tǒng)模型。
　　3)建立永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式三自由度運動電機的動力學模型，對動力學模型進行正解，分析三個方向的運動角度與時間之間的關系，觀察其運動軌跡，并建立該電機反電動勢模型。通過動力學模型和反電

4、動勢模型的建立，將電機內(nèi)部參數(shù)與運動性能聯(lián)系起來，為電機轉(zhuǎn)子位置檢測及控制系統(tǒng)的研究奠定了理論基礎。
　　4)通過建立的電磁系統(tǒng)數(shù)學模型，分別分析探討了影響電磁系統(tǒng)性能的參數(shù)。通過研究轉(zhuǎn)子極數(shù)、轉(zhuǎn)子內(nèi)外徑、高度及充磁方向?qū)﹄姍C性能的影響，對電機結(jié)構(gòu)參數(shù)進行初步優(yōu)化。確定進一步優(yōu)化的目標為氣隙磁密，優(yōu)化變量為轉(zhuǎn)子內(nèi)外徑和緯度角，約束條件為永磁材料用量，利用遺傳算法進行電機結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，得到優(yōu)化模型并與原模型進行對比。
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