永磁球形電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)優(yōu)化與轉(zhuǎn)子方位檢測(cè).pdf

1、基于電磁原理的永磁球形電動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng),其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)理新穎,表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),具有廣泛的應(yīng)用前景。但是,與常規(guī)電動(dòng)機(jī)相比,永磁球形電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)分布、轉(zhuǎn)矩和控制方法也存在較大的差異。目前,永磁球形電動(dòng)機(jī)的研究處于探索階段,雖然在電磁設(shè)計(jì)、分析和運(yùn)動(dòng)控制等方面取得一定的進(jìn)展,但尚未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求,需要作更深入的研究。
　　本文提出一種新型的球面Halbach陣列永磁球形電動(dòng)機(jī),給出其結(jié)構(gòu)和工作原理。針對(duì)球形轉(zhuǎn)子的Hal

2、bach陣列磁體結(jié)構(gòu),利用球諧波理論建立了永磁球形電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)的解析模型,分析了氣隙磁場(chǎng)基波和諧波的分布形式。研究了Halbach陣列磁體厚度、磁體張角和材料性能參數(shù)對(duì)氣隙磁場(chǎng)分布的影響。
　　為了獲得理想的磁場(chǎng)分布和充分利用磁性材料,利用永磁球形電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)的解析模型,以氣隙磁場(chǎng)正弦性和磁材體積為目標(biāo)函數(shù),建立了永磁球形電動(dòng)機(jī)磁極優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。利用粒子群算法進(jìn)行了Halbach陣列磁極極型的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),給出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,

3、分析了優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。
　　根據(jù)洛侖茲力公式建立了單個(gè)空心線圈在永磁球形電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)矩模型,分析了線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣隙對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響。在此基礎(chǔ)上,建立了針對(duì)多個(gè)空心線圈的轉(zhuǎn)矩方程,提出了基于能量最優(yōu)原理的轉(zhuǎn)矩合成算法以及繞等效旋轉(zhuǎn)軸正交方向分組的轉(zhuǎn)矩合成算法。
　　為了實(shí)現(xiàn)永磁球形電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制,提出了一種基于光學(xué)原理的球形轉(zhuǎn)子方位傳感器。此方位傳感器利用兩個(gè)光學(xué)檢測(cè)圓環(huán)檢測(cè)球形轉(zhuǎn)子表面繪制的經(jīng)線和緯線,通過獲得的交