基于球諧函數(shù)的球形電機磁阻轉(zhuǎn)矩分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)、醫(yī)療、航空航天和智能機器人等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，多自由度的機械結(jié)構(gòu)擁有了更為廣闊的應(yīng)用前景。永磁球形電機是一種新型電機，可以在一個關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的情況下，實現(xiàn)沿空間的任意軸旋轉(zhuǎn)的多自由度運動，能夠代替由多個單自由度電機組成的結(jié)構(gòu)龐大且控制復(fù)雜的傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)代永磁材料技術(shù)和電機制造技術(shù)的不斷發(fā)展，具有三自由度的永磁球形電機表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)速度快、能量轉(zhuǎn)換率較高等優(yōu)點，逐漸成為多自由度電機的主要研究方向。
　　首先，采

2、用解析的方式對永磁球形電機的轉(zhuǎn)子氣隙磁場以及諧波分布進(jìn)行研究。利用拉普拉斯方程，并結(jié)合邊界條件，采用球諧函數(shù)級數(shù)，推導(dǎo)出了氣隙磁通密度徑向分量的解析表達(dá)式，并分析氣隙磁通密度徑向分量的諧波系數(shù)的分布規(guī)律。通過有限元仿真計算，得到氣隙磁通密度徑向分量在的空間分布，將解析法與有限元的結(jié)果比較，驗證了磁場解析模型的正確性。在解析模型的基礎(chǔ)上，研究了永磁體的結(jié)構(gòu)參數(shù)與氣隙磁場分布的關(guān)系。
　　基于分?jǐn)?shù)槽集中繞組理論和球諧函數(shù)理論，對永磁球

3、形電機的定子磁場和齒極數(shù)選擇進(jìn)行分析和研究。根據(jù)分?jǐn)?shù)槽集中繞組電機的相關(guān)理論，結(jié)合矢量運算得到相數(shù)為任意值時，球形電機旋轉(zhuǎn)和傾斜的參考電流方程。以球諧函數(shù)作為基本函數(shù)，利用了有限元仿真和最小二乘法擬合的方法，得到了定子線圈在球面上產(chǎn)生的磁場和各次諧波的系數(shù)，并且得到與轉(zhuǎn)子磁場相同的基波，證明參考電流法可以產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子磁場同步的定子磁場，并且緯度線的諧波分析可以反映球形電機定子磁場的諧波分布。分析不同齒極數(shù)組合的球形電機的定子磁場緯度線的諧