基于有限元法的永磁球形電動(dòng)機(jī)暫態(tài)特性分析.pdf

1、基于有限元法的永磁球形電動(dòng)機(jī)基于有限元法的永磁球形電動(dòng)機(jī)暫態(tài)特性分析暫態(tài)特性分析TransientTransientTransientTransientacteristicsacteristicsacteristicsacteristicsAnalysisAnalysisAnalysisAnalysisofofofofPMPMPMPMSphericalSphericalSphericalSphericalMotMotMotMotBase

2、dBasedBasedBasedononononthethethetheFiniteFiniteFiniteFiniteElementElementElementElementMethodMethodMethodMethod學(xué)科專(zhuān)業(yè)：電氣工程研究生：祝勝濤指導(dǎo)教師：李洪鳳副教授天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院二零一二年十二月摘要隨著機(jī)器人等高新技術(shù)的快速發(fā)展，單軸可以實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)的永磁球形電動(dòng)機(jī)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。目前，永磁球形電動(dòng)機(jī)

3、還處于理論研究階段，研究?jī)?nèi)容尚集中在電機(jī)電磁場(chǎng)、力學(xué)解耦控制及軌跡跟蹤等方面。關(guān)于磁場(chǎng)方面的研究主要局限于永磁球形電動(dòng)機(jī)靜態(tài)特性方面的研究，無(wú)法全面展現(xiàn)永磁球形電動(dòng)機(jī)的性能，這也大大制約了球形電動(dòng)機(jī)控制方面的研究進(jìn)展。永磁球形電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能及負(fù)載突變情況下，電機(jī)的性能變化都是重要的研究?jī)?nèi)容，這些內(nèi)容屬于永磁球形電動(dòng)機(jī)的暫態(tài)特性分析范疇。關(guān)于永磁球形電動(dòng)機(jī)的暫態(tài)特性在可查的文獻(xiàn)中，描述甚少，本文對(duì)永磁球形電動(dòng)機(jī)的暫態(tài)性能進(jìn)行了初探研究。

4、論文以永磁球形電動(dòng)機(jī)的等效二維模型為研究對(duì)象，基于二維有限元法分析了永磁球形電動(dòng)機(jī)的暫態(tài)特性。建立了二維有限元等效模型，對(duì)定子線圈分相控制，分析得到了永磁球形電動(dòng)機(jī)的自轉(zhuǎn)磁阻轉(zhuǎn)矩、空載反電勢(shì)以及空載磁鏈的二維暫態(tài)特性曲線。對(duì)定、轉(zhuǎn)子不同參數(shù)對(duì)自轉(zhuǎn)磁阻轉(zhuǎn)矩、空載繞組反電勢(shì)以及空載繞組磁鏈暫態(tài)特性的影響進(jìn)行了討論。為了更加全面的展示永磁球形電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，將二維空間擴(kuò)展到三維，建立了永磁球形電動(dòng)機(jī)的三維有限元模型，并采用相應(yīng)的通電策略對(duì)定

5、子線圈進(jìn)行分相控制。首先，對(duì)永磁球形電動(dòng)機(jī)的空載暫態(tài)特性進(jìn)行了研究，得到了自轉(zhuǎn)磁阻轉(zhuǎn)矩、反電勢(shì)及磁鏈的三維暫態(tài)特性曲線。接著，對(duì)永磁球形電動(dòng)機(jī)帶載情況下的暫態(tài)特性進(jìn)行了分析。在有限元里，搭建了三相橋式外電路對(duì)定子線圈進(jìn)行換相通電仿真得到了永磁球形電動(dòng)機(jī)的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的啟動(dòng)性能。本文還討論了永磁球形電動(dòng)機(jī)參數(shù)對(duì)反電勢(shì)及繞組磁鏈的三維暫態(tài)特性曲線的影響，為進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)奠定了一定的理論基礎(chǔ)。永磁球形電動(dòng)機(jī)的效率同樣是電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的