永磁轉子偏轉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)協調合作，不僅機構龐大，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子偏轉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，適合在空間內實現三自由度運動，在體積、效率、穩(wěn)定性等方面較傳統(tǒng)執(zhí)行機構得到很大提高。本文對新型永磁轉子偏轉式三自由度運動電機的具體結構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。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、單層永磁體轉子結構的三自由度運動電機，該電機主要是在自轉的基礎上進行適當偏轉。詳細介紹了電機的結構尺寸和工作原理。
　　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轉矩和偏轉轉矩的數學模型;有限元法利用Ansoft Maxwell軟件對電機進行建模仿真，得到氣隙磁密和轉矩的仿真結果。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)建立永磁轉子偏轉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，將電機內部參數與運動性能聯系起來，為電機轉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)數學模型，分別分析探討了影響電磁系統(tǒng)性能的參數。通過研究轉子極數、轉子內外徑、高度及充磁方向對電機性能的影響，對電機結構參數進行初步優(yōu)化。確定進一步優(yōu)化的目標為氣隙磁密，優(yōu)化變量為轉子內外徑和緯度角，約束條件為永磁材料用量，利用遺傳算法進行電機結構參數優(yōu)化，得到優(yōu)化模型并與原模型進行對比。
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