Halbach陣列永磁球形電動機三維磁場分析.pdf

1、隨著機器人等高新技術的發(fā)展，能夠實現(xiàn)三自由度運動的永磁球形電動機成為了研究熱點。但是，該類電機特有的球形結構，無法照搬傳統(tǒng)電機的研究方法與經驗，其研究具有開拓性和前沿性。目前，永磁球形電動機還處于理論探索階段，主要研究內容局限為電磁模型、運動學模型及動力學模型的理論推導與計算。從當前的研究結果來看，電機的力能指標不高，矩角特性需要改進。 本論文提出了一種Halbach陣列永磁球形電動機，給出了其基本結構和工作原理。應用球諧函數(shù)理

2、論，對Halbach陣列永磁球形電動機磁場的基波和諧波分量進行了分析，得到了磁場解析模型。研究了Halbach陣列永磁球形電動機轉子磁體厚度、磁體緯度角及磁化方式對氣隙磁場的影響。并與平行充磁磁體結構產生的磁場進行了比較分析，研究結果表明Halbach陣列永磁球形電動機可以明顯改善球形電動機的性能。 作為對解析法的一個驗證及補充，本論文基于有限元法對永磁球形電動機不同轉子磁體結構產生的磁場進行了分析，有限元法得到的結果與解析法得

3、到的結果是一致的。分析了不同磁體結構轉子磁體厚度、轉子芯磁導率及定子芯磁導率對氣隙磁場的影響，并對不同轉子磁體結構產生的磁場諧波含量進行了比較。 采用解析法得到了Halbach陣列永磁球形電動機的反電動勢模型和轉矩模型。對不同轉子磁體結構永磁球形電動機產生的轉矩進行了比較分析，并將有限元法與解析法得到的轉矩結果進行了對比。最后就球面Halbach陣列磁極的實現(xiàn)方法進行了討論。 根據球面轉子磁極的空間分布特點，提出了幾種球

4、面多層Halbach陣列轉子磁體結構。對球面多層Halbach陣列轉子磁體結構的充磁方案及其磁化規(guī)律進行了詳細的討論。采用有限元法對各種球面多層Halbach陣列轉子磁體結構產生的磁場分布進行了比較，并討論了磁體結構參數(shù)對磁場分布的影響。 基于磁場解析模型，研究了Halbach陣列永磁球形電動機轉子的位置檢測問題。采用三維磁感應強度傳感器測量氣隙磁場的三個分量，根據電機的磁場模型和旋轉變換關系，建立了磁場三維測量值與電機轉子旋轉