本文關鍵詞：兩自由度直驅感應電機特性研究與優(yōu)化設計

  更多相關文章： 兩自由度感應電機 等效電路 耦合效應 等效電磁極距 有限元法 優(yōu)化設計 特性研究

【摘要】：目前的兩自由度驅動裝置大多通過兩個或多個傳統(tǒng)電機和復雜的中間傳動裝置來實現(xiàn),使得驅動裝置結構復雜,成本較高。具有新型結構的兩自由度電機不需中間傳動機構,能大大減小設備體積和維護成本,顯著提高工作效率。在需要復雜運動的動力系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。本文提出一種兩自由度直驅感應電機(2-DOF DDIM)結構,該電機主要由旋轉運動部分弧形定子、直線運動部分弧形定子及共用的鍍銅鐵磁空心動子構成。動子可直接驅動負載做直線、旋轉或螺旋運動。主要研究內容包括如下:針對該電機鍍銅鐵磁空心動子特殊結構及多運動形式等因素加劇轉子電磁場分析的復雜性,采用簡化處理的等效平板模型,利用Maxwell方程組對分層模型進行三維電磁場計算,結合等效復數(shù)磁導率考慮鐵磁材料非線性磁化影響和介質表面阻抗計算電機轉子參數(shù),并建立了電機單相等效電路模型。由于在忽略耦合影響的條件下建立的等效電路具有一定的誤差,依據(jù)Maxwell方程組建立了電機二維磁場端部效應分析模型和三維運動耦合分析模型。為較精確考慮運動耦合、磁場耦合和端部效應等影響,建立了2-DOF DDIM的三維有限元參數(shù)化模型。針對該電機進行空載仿真時出現(xiàn)的空載速度超過所謂的同步速度,本文以電機二維磁場端部效應分析模型計算考慮動態(tài)縱向端部效應影響下電機氣隙磁場和端部磁場分布;提出了考慮縱向端部效應的新物理量“等效電磁極距”,并給出不同極數(shù)時機械極距(同步速度)的修正系數(shù)。通過對比二維、三維有限元模型仿真計算和部分樣機試驗結果,表明該電機采用等效平板模型簡化分析的可行性以及等效電路的合理性;該電機的旋轉運動和直線運動部分存在一定程度的磁場耦合和運動耦合效應;空載速度并未超過由等效電磁極距計算而得的同步速度,只是超過由機械極距計算而得的同步速度。在保持一定參數(shù)不變的情況下,結合電機的運行速度、電磁轉矩及損耗情況,采用有限元法對旋轉運動部分定子繞組形式、氣隙厚度、銅層厚度、鋼層厚度進行優(yōu)化。對于今后該類電機的理論研究和應用具有一定的參考價值。
【關鍵詞】：兩自由度感應電機 等效電路 耦合效應 等效電磁極距 有限元法 優(yōu)化設計 特性研究
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM346
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.1.1 選題背景10
• 1.1.2 選題意義10-11
• 1.2 2-DOF電機國內外研究現(xiàn)狀11-20
• 1.2.1 單電樞結構形式11-13
• 1.2.2 雙繞組結構形式13-15
• 1.2.3 雙電樞結構形式15-17
• 1.2.4 多電樞結構形式17-18
• 1.2.5 其他結構形式18-20
• 1.3 本文主要研究內容20-22
• 2 2-DOF DDIM結構與工作機理分析22-28
• 2.1 2-DOF DDIM的基本結構22-23
• 2.2 2-DOF DDIM的工作機理23-24
• 2.3 2-DOF DDIM的設計要求和技術參數(shù)24-25
• 2.4 2-DOF DDIM的有限元模型25-26
• 2.5 結論26-28
• 3 2-DOF DDIM等效電路參數(shù)計算28-42
• 3.1 三維電磁場計算28-32
• 3.1.1 基本假設和分層模型28-29
• 3.1.2 電磁場方程與求解29-32
• 3.2 等效電路的建立32-37
• 3.2.1 等效復數(shù)磁導率的概念33
• 3.2.2 鋼層和銅層等效阻抗33-35
• 3.2.3 等效電路模型35-37
• 3.3 等效電路與有限元法的分析結果對比37-39
• 3.4 結論39-42
• 4 2-DOF DDIM耦合效應分析42-56
• 4.1 耦合效應解析分析42-48
• 4.1.1 二維端部磁場分析42-44
• 4.1.2 三維運動耦合效應分析44-48
• 4.2 三維有限元分析48-53
• 4.2.1 磁場耦合有限元分析48-51
• 4.2.2 運動耦合有限元分析51-53
• 4.3 樣機試驗驗證53-54
• 4.4 結論54-56
• 5 2-DOF DDIM空載速度特性分析56-66
• 5.1 特殊空載速度特性的提出56-58
• 5.2 “等效電磁極距”的概念58-61
• 5.3 有限元仿真驗證61-64
• 5.4 結論64-66
• 6 2-DOF DDIM的優(yōu)化設計66-80
• 6.1 定子繞組的優(yōu)化66-71
• 6.2 氣隙厚度對電機性能的影響71-76
• 6.3 轉子各層厚度對電機性能的影響76-79
• 6.4 結論79-80
• 7 結論80-82
• 7.1 總結80
• 7.2 后續(xù)工作80-82
• 參考文獻82-86
• 作者簡歷86-88
• 學位論文數(shù)據(jù)集88

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本文編號：982483