液质悬浮式三自由度电机的基础研究

发布时间：2019-12-02 02:03

【摘要】：随着现代工业和制造业的迅猛发展,传统的多自由度电机由于其结构复杂,控制难度高及能耗大等缺点已渐渐的退出历史舞台。国内外学者不断加深对永磁多自由度电机的研究力度,相继研制出多种永磁多自由度电机。本文总结了各种永磁多自由度电机的优点,提出了一种新型液质悬浮式混合驱动多自由度电机。文中对该电机的电磁和转矩特性及电机内液体油膜流体和温升进行详细分析,具体工作归结如下:1)提出了一种液质悬浮式多自由度球形电机,对该电机的结构参数及工作原理进行了详细介绍。电机采用混合驱动的方式,能够达到较高的运动控制精度,其特殊的结构设计可极大地降低电机功耗。2)利用有限元分析软件ANSOFT MAXWELL对电机进行建模,分析了电机永磁体静磁场、气隙磁密的分布情况以及转矩特性曲线。3)采用解析法对液质悬浮式多自由度电机进行建模分析,并与有限元法进行对比验证。基于球坐标系求解拉式方程法建立电机磁场模型,计算得到电机永磁体气隙磁场的空间分布情况。解析法与有限元法结果相互验证,证明了两种建模方法分析结果的有效和一致性。4)利用ANSYS Workbench软件对电机进行流固耦合分析,从而得到了液体油膜的压力分布图及其对定子球壳产生的压力作用情况。5)对电机的涡流损耗以及温升进行分析,利用ANSYS软件对该新型电机在额定及过载大电流工作情况下的生热情况进行温度场仿真计算,得到电机在不同工作状态下的温度分布云图。研究结果验证了该新型电机结构设计的合理性,为该类电机结构的优化及性能指标的提升提供了借鉴和参考。
【图文】：

示意图,球形电机,三自由度,示意图

图 1-1 三自由度球形电机结构的示意图的研究成果，合肥工业大学的王群京、李争等子球形步进电机参考模型样机[14,15]。该电机的永的半球壳搭建而成，每一个半球壳内表面均匀磁体，该电机的转子部分由 16 个铜线线圈组成所占的空间比例小，小到不能覆盖二分之一的地加大转子的运动范围，该电机的换相过程投影

步进电机,球形,模型,永磁体

的 40 个 NdFe 类永磁体，，该电机的转子部分由 16 个铜线线圈组成。这种电机有着显著的特征，即定子所占的空间比例小，小到不能覆盖二分之一的转子。随之而来的好处就是能够很大地加大转子的运动范围，该电机的换相过程投影如图1-2所示[16,17]。图 1-2 球形步进电机模型及定子结构图针对这种球形的电机，永磁体的磁场分析上升到了一个高度，天津大学的李洪凤首先提出将 Halbach 阵列应用于此[18,19]。电机内部有球形转子与两个体积相同的半球壳定子组成，转子赤道的周围贴有一周永磁体，定子外壳上还有三层定子空心绕
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM35

【参考文献】