一種新型永磁球形多自由度電機的研究.pdf

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

2、具有結構簡單、體積相對較小、控制簡單、力能指標較高等優(yōu)點。作為執(zhí)行元件在驅動機構完成三維空間運動方面，能有效簡化機構的復雜度、提高系統(tǒng)的動靜態(tài)性能，也因此成為當前機電驅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動電機的優(yōu)越性能，首次提出了永磁球形多自由度電機的分類，重點介紹了國內(nèi)外的永磁球形多自由度運動電機

3、最新研究進展和研究中遇到的問題，并探討了永磁球形多自由度電機的發(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的仿真模型，給出了新型多自由度電機有限元模型的區(qū)域剖分原理和小區(qū)域加密過程。還詳細介紹了永磁球形多自由度電機在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的進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用

4、永磁體是一個特殊的球形結構，目前的釹鐵硼制備技術對其進行多極充磁存在一定的困難，本論文把轉子結構進行了改進，可以基本接近原有的設計效果。為這種新型永磁球形多自由度電機提出了4種永磁轉子設計方案，對每一種設計的永磁體結構進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，對各種永磁轉子結構的球形多自由度電機進行轉矩特性的仿真。結合現(xiàn)在的釹鐵硼生產(chǎn)技術，最終制備了5個圓柱體組合結構的釹鐵硼永磁轉子來代替球形結構。

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的仿真模型，對球形永磁多自由度電機轉矩特性進行仿真，得到球形永磁多自由度電機轉矩特性分布曲線。仿真結果為球形永磁多自由度電機的進一步優(yōu)化設計提供了理論依掘。
　　 5)針對永磁球形多自由度電機特殊結構，優(yōu)化過程中，選用球形轉子輸出轉矩和用材料量作為優(yōu)化目標，并保持球形永磁轉子半徑R、轉子開口半徑R、定子上半徑Rds和定子下半徑Rdx不變。優(yōu)化過