永磁式復合驅動三自由度運動電機電磁系統(tǒng)的設計與分析.pdf

1、隨著復雜工業(yè)控制系統(tǒng)和人工智能化的發(fā)展，對于驅動裝置的靈活性和精密度的要求日益嚴格，因此能夠實現(xiàn)多個自由度運動的執(zhí)行機構的應用越來越廣泛。然而，傳統(tǒng)的多自由度的執(zhí)行機構是由多個單自由度運動機構組合而成，降低了電機的定位精度、響應速度和工作效率。為了解決這些問題，多自由度電機憑借其體積小、重量輕、力能指標高、控制簡單等優(yōu)點越來越受到人們的青睞。本文提出的永磁式復合驅動三自由度運動電機是在永磁轉子偏轉式電機的基礎上建立的。較初始設計而言，該

2、電機磁場和輸出轉矩明顯得到了改善，并加入磁懸浮技術，使該電機在三自由度運動的基礎上實現(xiàn)了懸浮控制，減少了因機械摩擦而引起的軸承損耗等問題，延長了電機的使用壽命，并成為了多自由度電機研究領域的一個嶄新的發(fā)展方向。本論文的具體工作內容歸結如下:
　　1)本文提出了一種三層“蝶形”轉子、三層定子繞組的新型永磁式復合驅動三自由度運動電機，并詳細給出了電機的結構參數和工作原理。
　　2)分別利用解析法以及有限元法對電機磁場和轉矩進行了

3、建模，其中解析法是利用球坐標系下的分離變量法對氣隙磁場建模，洛倫茲力法對電磁轉矩建模，并結合MATLAB給出電機磁場和轉矩在三維空間內的分布情況，以及電機結構參數對它們的影響。有限元法采用ANSOFTMAXWELL電磁場分析軟件對電機進行建模和仿真，通過將兩種方法進行對比，驗證了解析法建模的正確性。
　　3)建立永磁式復合驅動三自由度運動電機的反電動勢模型，得出自轉運動過程中反電勢分布特性，實現(xiàn)了對轉子位置的預測。采用ANSYS

4、WORKBENCH熱分析軟件對電機穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)發(fā)熱情況進行了仿真計算，研究了不同通電電流和仿真時間變化對電機溫升情況的影響，并結合該電機結構參數為后續(xù)電機結構優(yōu)化設計奠定了基礎。
　　4)詳細描述了永磁式復合驅動三自由度運動電機磁懸浮機理。為了解決因電機偏心而造成的不平衡徑向力問題，分別采用解析法和有限元法對轉子偏心后氣隙長度變化模型、氣隙磁場變化模型和徑向電磁力模型進行了仿真和計算。根據坐標變換原理和懸浮力合成方法，建立磁懸浮力的