永磁转子偏转式三自由度运动电机电磁系统的设计与计算.pdf

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1、ClassifiedIndex：TM35UDC：621．3SecrecyRate：PubficizedUniversityCode：10082HebeiUniversityofScienceandTechnologyDissertationfortheMasterDegreeDesignandCalculationofElectromagneticSystemsofaNovel3-DOFDeflectionTypePMMotorCandidate：Supervisor：AssociateSupervisor：AcademicDegreeApppfiedfor：Speciality：Emp

2、loyer：DateofOralExaml‘natl‘on：ZhangYueAssociateProf．LiZhengMasterofEngineeringElectricMachinesandElectricApparatusSchoolofElectricalEngineeringMay23，2014河北科技大学学位论文原创性声明IY㈣2㈣5m㈣3944川3《I

3、lIl2删3《本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经

4、发表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：指导教师签名：硼L卜年r月易日>刀f甲年，月≯歹日河北科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。口保密，在一年解密后适用本授权书。本学位论文属于琳保密。(请在以上方框内打“寸’)学位论文作者签名：张硐指导教师签名：。劲f毕年r月以日矽，垆年户眵日摘要

5、随着工业自动化技术的快速发展，多自由度运动成为人们对执行机构的一大要求。传统的多自由度运动需要多个单自由度系统协调合作，不仅机构庞大，运动精确度及工作效率都得不到有效保证。本文提出的新型永磁转子偏转式三自由度运动电机满足了人们对于多自由度执行机构的多种要求。这种电机用永磁体代替励磁绕组，适合在空间内实现三自由度运动，在体积、效率、稳定性等方面较传统执行机构得到很大提高。本文对新型永磁转子偏转式三自由度运动电机的具体结构及工作原理进行介绍，在球坐标系下建立了电机的电磁系统模型、转矩模型、运动力学模型等，研究并优化该新型电机的性能参数。该电机的研究具有广阔的应用前景，成为电机研究一个新的发展

6、方向。本文的主要工作具体包括以下几个方面：1)提出一种双层定子线圈、单层永磁体转子结构的三自由度运动电机，该电机主要是在自转的基础上进行适当偏转。详细介绍了电机的结构尺寸和工作原理。2)利用解析法和有限元法建立该电机的电磁系统模型和转矩模型。解析法中采用分离变量法建立气隙磁密随三个运动角度的变化关系，用洛伦兹力法建立自转转矩和偏转转矩的数学模型；有限元法利用AnsoflMaxwell软件对电机进行建模仿真，得到气隙磁密和转矩的仿真结果。将两种方法建立的模型进行对比，修正和完善电机的电磁系统模型。3)建立永磁转子偏转式三自由度运动电机的动力学模型，对动力学模型进行正解，分析三个方向的运动角

7、度与时间之间的关系，观察其运动轨迹，并建立该电机反电动势模型。通过动力学模型和反电动势模型的建立，将电机内部参数与运动性能联系起来，为电机转子位置检测及控制系统的研究奠定了理论基础。4)通过建立的电磁系统数学模型，分别分析探讨了影响电磁系统性能的参数。通过研究转子极数、转子内外径、高度及充磁方向对电机性能的影响，对电机结构参数进行初步优化。确定进一步优化的目标为气隙磁密，优化变量为转子内外径和纬度角，约束条件为永磁材料用量，利用遗传算法进行电机结构参数优化，得到优化模型并与原模型进行对比。5)在原有转子结构的基础上，通过对电磁系统及动力学模型的建立与分析，拓展并提出两种改进的转子结构，并

8、对新结构的性能进行分析研究，为电机结构的进一步优化提供方向。关键词三自由度；偏转式电机；解析法；电磁系统模型；电机优化I河北科技大学硕士学位论文IIAbstractWiththerapiddevelopmentofindustrialautomationtechnology,themulti—degree—of-freedommotionhasbecomeamajorrequirementfortheactuators．Tradit