發(fā)布時間：2021-11-16 09:23

　　球形電機以其集成度高、機械傳動簡單和動態(tài)性能好等優(yōu)點,在現(xiàn)代工業(yè)驅(qū)動控制領域具有非常好的應用前景,有望取代傳統(tǒng)的多自由度運動系統(tǒng)。將球形電機應用在輪轂電機領域,能夠極大程度省卻電動車輛傳動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)復雜的機械結(jié)構(gòu),起到優(yōu)化整車布局、提高車輛性能的作用。然而,現(xiàn)有的球形電機通常都存在轉(zhuǎn)矩輸出能力不足和控制復雜等問題,嚴重阻礙了球形電機的實用化發(fā)展。為此本文提出了一種新結(jié)構(gòu)原理的分段式多自由度永磁球形輪轂電機（Tiered Type Multi-DOF Permanent Magnet Spherical In-Wheel Motor,T-PMSIWM）,對該電機的設計方法、磁場特性、轉(zhuǎn)矩特性以及轉(zhuǎn)子位置檢測方法進行了深入研究,主要研究工作包括以下幾個方面:首先,提出一種新型T-PMSIWM的結(jié)構(gòu)方案,闡述其旋轉(zhuǎn)運動和偏轉(zhuǎn)運動的工作原理,并在此基礎上建立偏轉(zhuǎn)力等效計算模型。重點研究極槽配合、轉(zhuǎn)子軸向長度、定子軸向位置等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對電機多自由度運動性能的影響規(guī)律,根據(jù)理論分析結(jié)果和實際應用需求給出該類電機的設計原則。針對球形電機結(jié)構(gòu)復雜的問題,以提升電機設計效率和提高電機可靠性為目標,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：155 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

英國謝菲爾德大學汪佳斌教授

第1章緒論-5-a)結(jié)構(gòu)示意圖b)樣機照片a)Basicstructureb)Photographoftheprototype圖1-4美國佐治亞理工學院李國民教授研究團隊提出的磁阻型球形步進電機Fig.1-4Thevariable-reluctancetypeshpericalsteppermotorproposedbyKok-MengLeeetal.美國約翰斯·霍普金斯大學學者ChirikjianGS及其研究團隊在1999年發(fā)表的論文中提出了一種三自由度永磁球形步進電機[22]。電機結(jié)構(gòu)如圖1-5所示，定子有16個含鐵心的線圈，轉(zhuǎn)子有80個徑向充磁方向相同的永磁磁極。針對定子線圈和轉(zhuǎn)子磁極在球面的分布問題，考慮到柏拉圖立體只有正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體一共五種類型，因此為了增加球形步進電機的運動精度，可以考慮近似規(guī)則和均勻的幾何分布方式。樣機中轉(zhuǎn)子球放置于定子半球殼上，通過多個萬向滾珠軸承進行支撐。由于定子覆蓋區(qū)域不到半球，轉(zhuǎn)子具有非常大的運動范圍。圖1-5美國約翰斯·霍普金斯大學學者G.S.Chirikjian研究團隊提出的永磁球形步進電機Fig.1-5ThepermanentmagnetshpericalsteppermotorproposedbyChirikjianetal.隨后，合肥工業(yè)大學王群京教授、河北科技大學李爭教授及其研究團隊對此結(jié)構(gòu)進行了深入研究[23-25]。主要研究內(nèi)容包括磁場和轉(zhuǎn)矩計算、溫度場與散熱問題、基于加權(quán)無向圖的換相策略、轉(zhuǎn)子位置檢測方法，以及自適應模糊控制和基于神經(jīng)網(wǎng)絡的控制策略等。

第1章緒論-9-圖1-10永磁球形電機轉(zhuǎn)子永磁體簡化設計Fig.1-10SimplificationofrotorPMinpermanentmagnetsphericalmotors該研究團隊還指出，增加定子線圈數(shù)量和轉(zhuǎn)子磁極數(shù)量能夠有效提高球形電機的運動精度和偏轉(zhuǎn)范圍[36]。于是，該研究團隊在后續(xù)的研究中提出了一種三層定子、單層轉(zhuǎn)子三自由度永磁球形電機[37]。電機轉(zhuǎn)子具有8個永磁磁極，定子具有3層（每層10個）共計30個無鐵心線圈。其中，中間層定子線圈專門用于旋轉(zhuǎn)控制，上下兩層定子線圈專門用于偏轉(zhuǎn)控制[38]。樣機轉(zhuǎn)子外球徑為114mm，最大偏轉(zhuǎn)角可達15°，額定轉(zhuǎn)矩為0.8N·m�？梢娤啾戎暗碾p層定子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)范圍確實有所提高。另一方面，為進一步提高球形電機的轉(zhuǎn)矩輸出能力，嚴亮教授及其團隊還對一種雙轉(zhuǎn)子三自由度永磁球形電機進行了研究[39]。電機結(jié)構(gòu)如圖1-11所示，內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子均具有8個永磁磁極，定子具有2層（每層12個）共計24個線圈。理論上，內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子都會受到定子磁場的作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，最終形成較大的合成轉(zhuǎn)矩[40,41]。在此基礎上，如果在定子線圈中使用導磁鐵心，還能繼續(xù)降低漏磁、提高轉(zhuǎn)矩，不過也會因此引入定位力[42]。a)結(jié)構(gòu)示意圖b)樣機照片a)Basicstructureb)Photographoftheprototype圖1-11北京航空航天大學嚴亮教授研究團隊提出的永磁球形步進電機Fig.1-11ThepermanentmagnetsphericalmotorproposedbyLiangYanetal.

【參考文獻】：
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博士論文
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