永磁球形電動機靜態(tài)特性及有限元分析.pdf

1、永磁球形電動機能夠替代傳統(tǒng)多自由度傳動機構實現(xiàn)三自由度運動，從而大大簡化了機械結構，提高了傳動系統(tǒng)的定位精度和響應速度，拓展了電機的應用范圍。目前該類電機的研究尚處于理論探索階段，因此，研究成果可為同類型電機的深入研究提供理論依據(jù)和實驗參考。
　　 本論文針對一種新型永磁球形電動機，建立了電機的三維仿真模型，計算得到了球形電動機的電磁轉矩特性曲線和磁阻轉矩特性曲線。通過分析電機不同的轉子極充磁方式、定子線圈鐵心磁導率以及不同材料

2、的定子外殼時電磁轉矩特性的變化，總結出了提高輸出轉矩的有效途徑；獲得并分析了球形電動機最大靜轉矩隨主要結構參數(shù)的變化規(guī)律。
　　 由于球形電動機結構特殊，較難用二維模型直接代替三維模型進行計算。本文提出了基于二維等效模型的轉矩計算方法。該方法根據(jù)球形電動機二維和三維模型中氣隙磁密的分布規(guī)律，得到了兩種模型之間的等效基礎；然后將球形永磁體三維模型的磁場、定子線圈的形狀和電流進行了等效計算，求出定、轉子等效參數(shù)并建立了球形電動機的二

3、維等效仿真模型?；诙S模型的電磁場量推導了電機自轉轉矩的虛功法計算公式，并選取了麥克斯韋張量法的三種不同積分路徑分別進行求解，所得結果與基于三維模型的轉矩計算結果進行了對比驗證。
　　 為深入研究永磁球形電動機的運行性能，對球形電動機的磁場進行了建模，仿真得到了球形電動機定子線圈空載磁鏈特性曲線并進一步求解得到了其空載自轉反電勢特性曲線，分析了永磁體充磁方式、氣隙長度以及定、轉子參數(shù)的變化對電機空載磁鏈特性和空載自轉反電勢特性

4、的影響。
　　 針對球形電動機的端部效應建立了電機的二維和三維有限元模型，并對端部效應及其對電機自轉反電勢波形的影響進行了理論分析。基于球形電動機的特殊結構提出了一種量化其端部效應的方法，即首先對定子線圈進行等效，然后通過計算得到一個端部系數(shù)來修正基于二維模型得到的空載自轉反電勢曲線。最后將修正后的曲線與基于三維模型得到的計算結果和樣機實測波形進行了對比驗證。
　　 基于理論分析，針對永磁球形電動機進行了機械結構與電磁設