一種新型永磁球形多自由度電機(jī)的研究.pdf

1、本論文在系統(tǒng)分析多自由度電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢的基礎(chǔ)上，針對一種新型永磁球形多自由度電機(jī)進(jìn)行了分析和研究，建立了該電機(jī)的有限元模型、分析了該電機(jī)用永磁體靜磁場特性、建立了該電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型、進(jìn)行了電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計最后制作了該電機(jī)的模型機(jī)對理論進(jìn)行驗證。由于永磁球形電機(jī)獨特的三維球形結(jié)構(gòu)，使得該電機(jī)的理論研究與傳統(tǒng)電機(jī)具有明顯的不同。目前該類電機(jī)的研究較為匾乏，因此，研究成果可為同類型電機(jī)的研究提供借鑒和參考。與一般多自由度電機(jī)相比，永磁球形電機(jī)

2、具有結(jié)構(gòu)簡單、體積相對較小、控制簡單、力能指標(biāo)較高等優(yōu)點。作為執(zhí)行元件在驅(qū)動機(jī)構(gòu)完成三維空間運(yùn)動方面，能有效簡化機(jī)構(gòu)的復(fù)雜度、提高系統(tǒng)的動靜態(tài)性能，也因此成為當(dāng)前機(jī)電驅(qū)動元件的一個研究前沿，不僅具有較深的理論研究背景，也具有良好的實際應(yīng)用意義。
　　 本論文的主要工作具體包括以下幾個方面：
　　 1)簡述了永磁球形多自由度運(yùn)動電機(jī)的優(yōu)越性能，首次提出了永磁球形多自由度電機(jī)的分類，重點介紹了國內(nèi)外的永磁球形多自由度運(yùn)動電機(jī)

3、最新研究進(jìn)展和研究中遇到的問題，并探討了永磁球形多自由度電機(jī)的發(fā)展前景和趨勢。
　　 2)利用Ansoft分析軟件中的Maxwell3D模塊建立了一種新型永磁球形多自由度電機(jī)的仿真模型，給出了新型多自由度電機(jī)有限元模型的區(qū)域剖分原理和小區(qū)域加密過程。還詳細(xì)介紹了永磁球形多自由度電機(jī)在Maxwell軟件中建模過程。有限元模型為該永磁球形多自由度電機(jī)的進(jìn)一步研究提供了模型支持。
　　 3)本論文所研究的永磁球形多自由度電機(jī)用

4、永磁體是一個特殊的球形結(jié)構(gòu)，目前的釹鐵硼制備技術(shù)對其進(jìn)行多極充磁存在一定的困難，本論文把轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，可以基本接近原有的設(shè)計效果。為這種新型永磁球形多自由度電機(jī)提出了4種永磁轉(zhuǎn)子設(shè)計方案，對每一種設(shè)計的永磁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜磁場磁通密度模值分析和靜磁場分析，在三維有限元Ansoft軟件中，對各種永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的球形多自由度電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩特性的仿真。結(jié)合現(xiàn)在的釹鐵硼生產(chǎn)技術(shù)，最終制備了5個圓柱體組合結(jié)構(gòu)的釹鐵硼永磁轉(zhuǎn)子來代替球形結(jié)構(gòu)。

5、>　　 4)利用Ansoft軟件中的Maxwell3D模塊建立的永磁球形多自由度電機(jī)的仿真模型，對球形永磁多自由度電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行仿真，得到球形永磁多自由度電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性分布曲線。仿真結(jié)果為球形永磁多自由度電機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供了理論依掘。
　　 5)針對永磁球形多自由度電機(jī)特殊結(jié)構(gòu)，優(yōu)化過程中，選用球形轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)矩和用材料量作為優(yōu)化目標(biāo)，并保持球形永磁轉(zhuǎn)子半徑R、轉(zhuǎn)子開口半徑R、定子上半徑Rds和定子下半徑Rdx不變。優(yōu)化過