永磁转子偏转式三自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析

永磁转子多自由度电机可实现输出轴的多自由度运动,简化电机机械系统的结构,提高传动系统的响应速度和定位精度,是国内外电机领域的一个研究热点。该文提出了一种蝶形永磁转子偏转式三自由度电机,基于有限元法建立了该电机的三维有限元模型,对电机转子磁场的分布进行了计算和分析,并与解析模型的计算结果进行了对比验证。在此基础上,计算并分析了该电机的自转转矩和偏转转矩,并与鼓形永磁转子偏转式三自由度电机的磁场和转矩进行对比分析,结果表明蝶形永磁转子偏转式三自由度电机可增大气隙磁通密度和自转转矩的幅值,有效改善和提高偏转转矩的幅值,并增加偏转运动的范围。最后,对样机进行了测试,并将实验结果与有限元及解析模型的计算结果进行了对比验证。     

混合驱动式永磁转子三自由度电机的磁场分析和转矩计算

为改善现有三自由度永磁电机的结构和转矩特性,提出一种混合驱动式永磁转子三自由度电机,以解决三自由度电机偏转转矩过小,不能实现带大负荷偏转的问题。并进一步优化电机的自转转矩特性,提高三自由度电机带大负荷起动的能力。在介绍该电机的基本结构和工作原理的基础上,分别采用解析法和有限元法对电机的磁场和转矩进行了建模分析,并进行两种方法的对比验证。所得结果表明,解析法和有限元法对电机的磁场和转矩的计算结果吻合,验证了解析法模型的有效性,验证了该电机良好的自转转矩与偏转转矩特性。为该类电机的进一步设计和优化提供了借鉴和参考。     

一种多自由度电机三维磁场分析及永磁体设计

在简述永磁球形多自由度电机的优越性能的基础上,针对一种新型永磁球形多自由度电机提出了4种永磁转子设计方案,对每一种永磁体结构进行了静磁场磁通密度模值和磁场分布计算,建立了球坐标下永磁体磁场解析求解模型,进行对比分析.同时基于三维有限元软件,对各种永磁转子结构的球形多自由度电机转矩特性进行了计算和仿真.设计制备了5个圆柱体组合结构的钕铁硼永磁转子来代替球形结构,制作了模型样机.理论分析和实验结果表明了所设计结构的有效性,转子易于实现三自由度偏转运动,并对转子永磁体的受力进行了测试,与仿真计算结果一致.     

斜槽式永磁球形电机的设计与分析

永磁球形电机由于其结构简单、控制方便,并且可以实现任意角度的偏转的特点,现在在航空航天、智能机器人等各个领域被广泛应用。本文采用8极16槽,具有三层定子结构的永磁多自由度球形电机,对球形电机的气隙磁场和齿槽转矩进行了分析,提出一种斜槽结构,对转子进行优化,利用有限元软件建立三维模型,用解析法对齿槽转矩进行分析,得到的结果与有限元方法进行对比分析,计算分析结果表明,该优化设计方法能有效降低永磁球形电机的齿槽转矩。     

感应式球形电机结构设计与参数分析

针对目前多自由度电机结构复杂,控制难度高的问题,提出一种新型多自由度球形感应电机。该电机由三个空间对称分布的弧面定子驱动球形转子实现多自由度运行。首先,介绍了电机的基本结构和运行原理并对根据直线感应电机的设计理对电机主要参数进行计算;然后,建立Ansoft/Maxwell有限元仿真模型对电机进行稳态磁场仿真;同时对电机在不同转子参数以及不同激励时的稳态运行特性进行分析,为这类电机的优化设计与运动控制提供依据。结果表明:在额定激励下,感应式球形电机单个定子可产生1N·m的稳态转矩,稳定转速可达350r/min,满足多自由度运行要求。     

一种啮合式电机结构设计与转矩分析

针对机器人等对驱动设备有空间限制的应用场合,提出了一种三相齿轮啮合式电动机结构。分析了电机的运行原理和磁场特性,给出了控制方式;推导了转矩计算方法。为提高分析精确性,采用Ansoft Maxwell有限元磁场分析软件计算了电机转子在不同工作区域的静态转矩。计算结果表明该电机具有低转速、大扭矩特点。该电机集成了减速机构,缩短了传动链,结构紧凑,有着较好的应用前景。     

高磁负荷单相无刷直流电机的转矩波动抑制

在具有较高磁负荷的单相无刷直流电动机中,不均匀气隙结构以及通常存在的电流尖峰将导致尖峰定位转矩的产生,从而造成合成转矩特性的严重畸变。该文在稳态运动磁场计算及场路耦合计算的基础上,分析了气隙渐变结构中各结构要素对定位转矩峰值的影响及合理设计,并研究了各种驱动模式对转矩特性的影响,提出了采用有限转角的电压驱动模式降低转矩波动及噪声。样机试验表明,采用一定的关断角度可以有效降低电机噪声及提高性能。     

定子励磁型混合磁路直线旋转永磁电机磁路设计与实验研究

针对智能装备系统直线与旋转两自由度驱动需求,提出定子励磁型混合磁路直线旋转永磁(statorexcitedhybrid magnetic circuit linear and rotary permanent magnet,SEHMCLRPM)电机,采用轴向和径向双凸极齿结构,轴向直线运动与径向旋转运动磁场共用定、转子磁路。永磁体设置在定子上,动子上既无绕组也无永磁体,动子结构简单坚固,重量轻,具有转矩惯量比高、动态响应速度快、可靠性高等特点;定子同时设置有直线与旋转两套绕组,直线和旋转运动控制独立,降低两自由度驱动控制的复杂度。分析该类电机的运行原理和结构特点,探讨混合磁路特征,构建该类SEHMC-LRPM电机的解耦等效磁路模型,实现该类电机的磁路设计。在此基础上,基于3D有限元方法分析混合磁路与两自由度耦合磁场,揭示两自由度磁场与电机磁场分布、空载和负载特性的关系。最后,加工制造样机,并进行实验研究,验证该电机结构的有效性和理论分析的正确性。     

基于Maxwell的感应式球形电机设计与分析

介绍了一种能实现3自由度运动的感应式球形电机。为了实现3自由度旋转运动,该球形电机的3组定子绕组相互垂直分布布置。通过Ansoft/Maxwell建立了该球形电机的二维模型,并对它进行了磁场分析以及在不同镀铜厚度下的转速特性、转矩特性及损耗特性的对比,通过对比分析结果确定了球形转子合适的镀铜厚度,分析结果表明在此镀铜厚度下该感应式球形电机能够实现多自由度的运动,并且满足输出力矩及转速的要求。     

永磁多自由度电机磁场和转矩特性的计算与分析

本文在介绍一种新型结构的永磁多自由度电机的基础上,详细阐述了其结构和工作原理,给出了线圈电流的计算公式,采用三维有限元法仿真得到了电机转子在不同位置下的磁密和磁感应强度并进行了对比分析。同时基于三维有限元法仿真分析了在不同大小的线圈电流下和不同的线圈位置下所产生转矩大小以及可以使转矩最大化的线圈最佳位置,以及电机在两种旋转运动方式下的转矩大小。仿真计算结果证明了该电机实现多自由度运动的可行性和优越性,其结果可为进一步的研究和实验设计提供借鉴和参考。     

注塑机用永磁同步电动机的设计与分析

为改善注塑机用永磁同步电动机的气隙磁密波形,降低振动和噪声,提出一种新的转子结构。设计了一台8极36槽永磁同步电动机,在转子铁心上适当打孔和开槽,借助电磁场有限元分析软件ANSYS Maxwell,建立电机模型,并对电机空载气隙磁场、齿槽转矩、电磁转矩及径向电磁力波进行了分析与计算,仿真结果表明,采用该转子结构可减少电机转矩脉动和气隙磁场谐波。样机试验结果验证了该电机设计的合理性。     

组合定子聚磁式横向磁场永磁电机设计与磁场分析

本文在分析了横向磁场电机转矩提升原理的基础上，提出了一种新型的组合定子聚磁式横向磁场永磁电机，该结构形式特别适合于中小功率横向磁场永磁电机的制造；介绍了该电机的结构特点，并采用三维等效磁网络法进行了样机磁场分析和性能计算，样机的初步试验结果与计算结果基本吻合。     

磁极径向组合轴向磁场永磁电机转矩品质分析与优化设计

为了实现轴向磁场永磁(axial field permanent magnet,AFPM)电机大转矩惯量比、低转矩脉动等高品质转矩输出,提出磁极径向组合式的AFPM电机,采用传统表贴永磁与Halbach永磁阵列沿径向排列的转子结构。分析电机运行原理,推导电机功率尺寸方程;通过有限元方法对比分析该结构与传统表贴式结构的磁场分布、转矩、转矩脉动、反电动势及电感等电磁特性。在此基础上,基于响应面分析,构建多目标遗传优化设计方法,对电机转矩、齿槽转矩、反电动势和转矩脉动进行优化设计。最后,基于优选参数加工制造样机,并进行实验研究,验证了该电机结构的有效性和分析的正确性。     

基于遗传算法的车用永磁电机转子尺寸多目标优化设计

新能源汽车(NEV)驱动电机对于转矩密度、功率密度、转矩脉动、振动噪声和高效率区间等参数有着较为严格的性能要求。转子拓扑及其结构尺寸直接影响电机的磁场大小、磁场分布和谐波磁场含量,对于汽车电机性能起着重要影响。针对该类电机多工况多性能参数的特点,利用有限元软件建立主要工况的电磁场计算模型,确定需要优化的转子结构尺寸。根据车用电机的主要性能指标,以转矩脉动、齿槽转矩、气隙反电动势谐波畸变率和输出转矩作为优化目标,根据不同工况性能需求定义目标函数,选择遗传算法作为多目标优化设计算法,再根据优化计算结果进行方案筛选,最终确定电机的最优转子尺寸。该优化设计方法可快速确定车用永磁电机的最优电磁设计方案,丰富了该类电机的高效优化设计途径。     

双定子球形电机空间磁场的谐波分析

空间上进行多自由度运动通常是由几个单自由度电机组合实现,而球形电机可以独立进行三自由度运动。在分析了不同结构的永磁球形电机磁场分布的基础上,提出了一种新型双定子永磁球形电动机及其套层转子结构空间磁场谐波含量分布。首先阐述了其结构及运行原理,采用有限元法分析了电机内外气隙磁通密度径向的谐波含量的分布,然后通过离散傅里叶级数进行转子结构参数的谐波分析。最后搭建实验样机平台,验证了电机及其转子结构参数谐波分析有限元模型的有效性,参数谐波含量变化规律的正确性。     

新型球形结构两自由度混合式步进电机二维等效模型分析方法

在智能系统发展时代机器人使用率在逐步提高,其中多自由度电动机在机器人的构成中占有较为重要的地位。多自由度电机发展历史较长,但大部分仍处于实验研究阶段。因此,为进一步简化电机结构、降低电磁耦合影响、提升电机运行稳定性等,本文依据非球形正交圆柱结构两自由度步进电动机运行原理,提出一种新型球形结构两自由度混合式步进电动机。首先,对该电机结构及运行原理进行介绍;其次,讲述削弱子电机间的耦合磁场方法,为缩短电机的分析计算时间及提高计算精度,提出二维等效电机模型分析方法;最后,三维电机模型与二维等效电机模型进行有限元仿真计算结果比较,并试制一台外径116mm实验样机实验验证了二维等效模型的可行性及准确性。     

永磁球形多自由度电机研究进展综述

简述了永磁球形多自由度电机的优越性能,首次提出了永磁球形多自由度电机的分类,重点介绍了国内外的永磁球形多自由度电机最新研究进展和研究中遇到的问题,并探讨了永磁球形多自由度电机的发展前景和趋势。最后在三维有限元软件环境中对一种永磁球形三自由度电机的转矩特性进行了仿真计算,给出了仿真结果,对电机转矩特性进行了分析和讨论。     

径向驱动式啮合电机建模与仿真研究

针对一种改进的径向驱动式啮合电机结构,采用有限元方法分析了磁场特性,依据有限元计算结果建立电机的非线性分析模型,将模型与控制协同对径向驱动式啮合电机的动态特性进行仿真分析.研制与仿真模型结构参数完全相同的物理样机,采用不同的控制方式和负载转矩对样机进行加载实验.结果显示:实测负载转矩与仿真分析得到的负载转矩较为接近,从而验证了有限元仿真模型的准确性和有效性;在开环控制时,细分磁极换相控制节拍,并且调整绕组电压能够有效增大输出转矩和减小脉动.     

多自由度电机的发展及关键技术综述

多自由度电机可以实现空间中的复杂运动,且具有结构简单、精确度高等优势,在机器人仿生关节、机械手臂及工业制造业上具有广阔的应用前景。对多自由度电机的背景、基本原理及技术优势进行了相关叙述。按照驱动机理的不同将多自由度电机进行分类,并对当前多自由度电机的国内外研究现状进行了总结。此外,基于多自由度电机的运动特点,对电机控制过程中的位置检测技术和运动控制策略进行了相关分析。最后,从多自由度电机的结构、控制体系、材料及制造工艺等方面进行了相关的叙述,对多自由度电机的发展趋势进行预测。通过对多自由度电机的研究与分析,为其未来的发展提供参考。     

梯形波相电流驱动下六相感应电机气隙磁密研究

针对多相电机控制模式复杂性的特点,提出一种新颖的控制方式:即六相感应电机梯形波相电流控制.该梯形波相电流由励磁电流和转矩电流组成,在该梯形波相电流驱动下六相定子绕组可以分为励磁绕组和转矩绕组,模拟直流电机实现励磁磁场和转矩的直接控制而不需要复杂的派克变换.通过理论分析计算、有限元分析和实验测量数据来研究梯形波相电流驱动下六相感应电机气隙磁密分布,并对磁势解耦参数k进行了理论分析和计算.