永磁式復(fù)合驅(qū)動(dòng)三自由度運(yùn)動(dòng)電機(jī)電磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、隨著復(fù)雜工業(yè)控制系統(tǒng)和人工智能化的發(fā)展，對(duì)于驅(qū)動(dòng)裝置的靈活性和精密度的要求日益嚴(yán)格，因此能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛。然而，傳統(tǒng)的多自由度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由多個(gè)單自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組合而成，降低了電機(jī)的定位精度、響應(yīng)速度和工作效率。為了解決這些問題，多自由度電機(jī)憑借其體積小、重量輕、力能指標(biāo)高、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的青睞。本文提出的永磁式復(fù)合驅(qū)動(dòng)三自由度運(yùn)動(dòng)電機(jī)是在永磁轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)式電機(jī)的基礎(chǔ)上建立的。較初始設(shè)計(jì)而言，該

2、電機(jī)磁場和輸出轉(zhuǎn)矩明顯得到了改善，并加入磁懸浮技術(shù)，使該電機(jī)在三自由度運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了懸浮控制，減少了因機(jī)械摩擦而引起的軸承損耗等問題，延長了電機(jī)的使用壽命，并成為了多自由度電機(jī)研究領(lǐng)域的一個(gè)嶄新的發(fā)展方向。本論文的具體工作內(nèi)容歸結(jié)如下:
　　1)本文提出了一種三層“蝶形”轉(zhuǎn)子、三層定子繞組的新型永磁式復(fù)合驅(qū)動(dòng)三自由度運(yùn)動(dòng)電機(jī)，并詳細(xì)給出了電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作原理。
　　2)分別利用解析法以及有限元法對(duì)電機(jī)磁場和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了

3、建模，其中解析法是利用球坐標(biāo)系下的分離變量法對(duì)氣隙磁場建模，洛倫茲力法對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩建模，并結(jié)合MATLAB給出電機(jī)磁場和轉(zhuǎn)矩在三維空間內(nèi)的分布情況，以及電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)它們的影響。有限元法采用ANSOFTMAXWELL電磁場分析軟件對(duì)電機(jī)進(jìn)行建模和仿真，通過將兩種方法進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了解析法建模的正確性。
　　3)建立永磁式復(fù)合驅(qū)動(dòng)三自由度運(yùn)動(dòng)電機(jī)的反電動(dòng)勢模型，得出自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中反電勢分布特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)子位置的預(yù)測。采用ANSYS

4、WORKBENCH熱分析軟件對(duì)電機(jī)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)發(fā)熱情況進(jìn)行了仿真計(jì)算，研究了不同通電電流和仿真時(shí)間變化對(duì)電機(jī)溫升情況的影響，并結(jié)合該電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)為后續(xù)電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　4)詳細(xì)描述了永磁式復(fù)合驅(qū)動(dòng)三自由度運(yùn)動(dòng)電機(jī)磁懸浮機(jī)理。為了解決因電機(jī)偏心而造成的不平衡徑向力問題，分別采用解析法和有限元法對(duì)轉(zhuǎn)子偏心后氣隙長度變化模型、氣隙磁場變化模型和徑向電磁力模型進(jìn)行了仿真和計(jì)算。根據(jù)坐標(biāo)變換原理和懸浮力合成方法，建立磁懸浮力的