永磁球形電動機磁場優(yōu)化與轉(zhuǎn)子方位檢測.pdf

1、基于電磁原理的永磁球形電動機能夠?qū)崿F(xiàn)三自由度運動,其結(jié)構(gòu)和運行機理新穎,表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢,具有廣泛的應(yīng)用前景。但是,與常規(guī)電動機相比,永磁球形電動機的磁場分布、轉(zhuǎn)矩和控制方法也存在較大的差異。目前,永磁球形電動機的研究處于探索階段,雖然在電磁設(shè)計、分析和運動控制等方面取得一定的進展,但尚未達到實際應(yīng)用的要求,需要作更深入的研究。
　　本文提出一種新型的球面Halbach陣列永磁球形電動機,給出其結(jié)構(gòu)和工作原理。針對球形轉(zhuǎn)子的Hal

2、bach陣列磁體結(jié)構(gòu),利用球諧波理論建立了永磁球形電動機磁場的解析模型,分析了氣隙磁場基波和諧波的分布形式。研究了Halbach陣列磁體厚度、磁體張角和材料性能參數(shù)對氣隙磁場分布的影響。
　　為了獲得理想的磁場分布和充分利用磁性材料,利用永磁球形電動機氣隙磁場的解析模型,以氣隙磁場正弦性和磁材體積為目標(biāo)函數(shù),建立了永磁球形電動機磁極優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。利用粒子群算法進行了Halbach陣列磁極極型的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計,給出了優(yōu)化設(shè)計方案,

3、分析了優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。
　　根據(jù)洛侖茲力公式建立了單個空心線圈在永磁球形電動機氣隙磁場中的轉(zhuǎn)矩模型,分析了線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣隙對電磁轉(zhuǎn)矩的影響。在此基礎(chǔ)上,建立了針對多個空心線圈的轉(zhuǎn)矩方程,提出了基于能量最優(yōu)原理的轉(zhuǎn)矩合成算法以及繞等效旋轉(zhuǎn)軸正交方向分組的轉(zhuǎn)矩合成算法。
　　為了實現(xiàn)永磁球形電動機的閉環(huán)控制,提出了一種基于光學(xué)原理的球形轉(zhuǎn)子方位傳感器。此方位傳感器利用兩個光學(xué)檢測圓環(huán)檢測球形轉(zhuǎn)子表面繪制的經(jīng)線和緯線,通過獲得的交