【摘要】：球形電動機可以以單臺電機實現(xiàn)多自由度運轉(zhuǎn)而受到越來越多的研究者的重視。本文研究了一款三自由度永磁球形電動機,對其機械結(jié)構(gòu)及三自由度的運動性能進行了介紹。對永磁球形電動機的磁場、轉(zhuǎn)矩、運動奇點情況進行了分析,給出了永磁球形電動機轉(zhuǎn)子運動的描述方法,并推導出了永磁球電動機的動力學模型。對該球形電動機的轉(zhuǎn)子位置檢測問題進行了研究,提出了基于光學特征點識別的永磁球形電動機轉(zhuǎn)子位置檢測方法并進行了實驗驗證。對永磁球形電動機進行了逆運動學求解,確定了永磁球形電動機定子線圈通電方法,設計了永磁球電動機驅(qū)動電路,并進行了仿真和實驗研究。相關(guān)的研究成果可為同類電機的研究提供參考和借鑒。本文的主要具體工作包括以下幾個方面:1、介紹了永磁球形電動機的結(jié)構(gòu),對其定、轉(zhuǎn)子的構(gòu)成進行了詳細介紹;定義了定子靜坐標系與轉(zhuǎn)子動坐標系,以幫助描述球形電動機的轉(zhuǎn)動,并分析了永磁球形電動機的三自由度運動性能。借助ANSOFT軟件對永磁球形電動機的磁場進行了有限元分析,運用虛位移法求導出了單只通電線圈與單只永磁體相互作用產(chǎn)生的電磁力矩,并在此基礎上,運用疊加定理得出永磁球形電動機的定、轉(zhuǎn)子角度轉(zhuǎn)矩方程;分析了永磁球形電動機的運動奇點情況,證明所研究的永磁球形電動機遠離運動奇點。2、使用歐拉角、四元數(shù)的方法描述永磁球形電動機轉(zhuǎn)子的運動,并對兩種方法的原理進行介紹,給出了兩種方法的表達式;并在拉格朗日方程的基礎上結(jié)合歐拉角推導出了永磁球形電動機的動力學模型;四元數(shù)的方法可用于永磁球形電動機位置檢測對比實驗中的MEMS傳感器中位置信息的理論推導。3、提出了基于光學特征點識別的永磁球形電動機轉(zhuǎn)子位置檢測方法;分析了基于針孔模型的攝像機成像模型,給出了光學特征點生成模塊的構(gòu)成,運用圖像處理方法,對攝像機所得圖像中的光學特征點進行中心坐標提取與識別。通過張氏標定法可獲得攝像機的內(nèi)部參數(shù)矩陣;通過高速攝像機、球形電動機及安裝于其輸出軸上的光學特征點生成模塊的安裝位置關(guān)系可得到攝像機的外部參數(shù)矩陣。給出了獲得攝像機內(nèi)部參數(shù)及外部參數(shù)后,通過攝像機拍攝的圖像獲取光學特征點在世界坐標系中的實際位置,并進一步地計算出球形電動機轉(zhuǎn)子位置的方法。最后通過球形電動機的中心點自轉(zhuǎn)運動、偏轉(zhuǎn)運動、軸向俯仰運動三種基本運動進行轉(zhuǎn)子位置檢測實驗研究,實驗結(jié)果表明該檢測方法可準確地檢測出球形電動機的轉(zhuǎn)子位置信息,并對轉(zhuǎn)子位置檢測結(jié)果按俯仰角、偏航角及自轉(zhuǎn)角三個角度進行定量分析與誤差計算。4、對永磁球形電動機進行了逆運動學求解,并在求解出三個角度的基礎上,結(jié)合永磁球電動機轉(zhuǎn)子的當前位置與期望位置及定、轉(zhuǎn)子角度轉(zhuǎn)矩方程,確定通電的定子線圈并計算出通電電流的大小和方向;給出了永磁球形電動機中心點自轉(zhuǎn)運動、軸向俯仰運動及偏轉(zhuǎn)運動的通電方法,并對通電過程中能夠產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩進行了仿真分析;設計了一套由24只恒流驅(qū)動模塊電路構(gòu)成的永磁球形電動機驅(qū)動電路,每只恒流驅(qū)動模塊電路最大可輸出5A的恒定電流,且電流方向可調(diào),通過485總線發(fā)送控制指令至所有的恒流驅(qū)動模塊電路,可實現(xiàn)永磁球形電動機定子線圈的驅(qū)動控制;對永磁球形電動機的中心點自轉(zhuǎn)運動、軸向俯仰運動及偏轉(zhuǎn)運動進行了實驗研究,實驗結(jié)果驗證了通電方法和驅(qū)動電路的有效性。
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM351
【圖文】：

馨．＿逡逑Ｓｌａｔ0ｒ邐ｒｏｔａｔｉｎｇ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ逡逑圖１－５漢陽大學設計的輪式球形電動機逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ邋ｗｈｅｅｌ邋ｍｏｔｏｒ邋ｄｅｓｉｇｎｅｄ邋ｂｙ邋Ｈａｎｙａｎｇ邋Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ逡逑（４）永磁球形電動機逡逑１９９７年，英國謝菲爾德大學的學者ＬＷａｎｇ、Ｇ．ＷＪｅｗｅｌｌ等提出了一種新型逡逑４逡逑

邐Ｗ邐Ｍａｕ，ｒ邋ｓｈｅｌｌ邋ｍ邋＾逡逑圖１－４邋Ｋ．Ｍ．邋Ｌｅｅ團隊設計的輪式球形電動機逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ邋ｗｈｅｅｌ邋ｍｏｔｏｒ邋ｄｅｓｉｇｎｅｄ邋ｂｙ邋Ｋ．Ｍ．Ｌｅｅ’ｓ邋ｔｅａｍ逡逑２００８年，韓國漢陽大學的Ｃｈａｎｇ－Ｈｙｕｎ邋Ｃｈｏ等提出了一種輪式球形電動機，逡逑可實現(xiàn)三自由度運轉(zhuǎn)〖１４，１５］，該輪式球形電動機包含１２只定子線圈，分成兩層分逡逑布于赤道兩側(cè)，以及４只轉(zhuǎn)子磁極。轉(zhuǎn)子體由滑軌式支架支撐，可保證其在定子逡逑殼內(nèi)進行三自由度運轉(zhuǎn)。他們使用有限元的方法對該電動機進行三維分析，為了逡逑提高輪式球形電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，提出了采用回歸函數(shù)的方法以提高電動機的性逡逑能，與有限元計算法相比，采用回歸函數(shù)法可使空間定位更加精確、計算時間更逡逑短。逡逑＾＾Ａｌｐｈａ邋ｔｉｌｔｉｎｇ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ逡逑Ｇｕｉｄｅ邋Ｆ：ｍｅ邐，你遍邐Ｒ0，0ｒ逡逑馨．＿逡逑Ｓｌａｔ0ｒ邐ｒｏｔａｔｉｎｇ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ逡逑圖１－５漢陽大學設計的輪式球形電動機逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ邋ｗｈｅｅｌ邋ｍｏｔｏｒ邋ｄｅｓｉｇｎｅｄ邋ｂｙ邋Ｈａｎｙａｎｇ邋Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ逡逑（４）永磁球形電動機逡逑１９９７年

邐Ｗ邐Ｍａｕ，ｒ邋ｓｈｅｌｌ邋ｍ邋＾逡逑圖１－４邋Ｋ．Ｍ．邋Ｌｅｅ團隊設計的輪式球形電動機逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ邋ｗｈｅｅｌ邋ｍｏｔｏｒ邋ｄｅｓｉｇｎｅｄ邋ｂｙ邋Ｋ．Ｍ．Ｌｅｅ’ｓ邋ｔｅａｍ逡逑２００８年，韓國漢陽大學的Ｃｈａｎｇ－Ｈｙｕｎ邋Ｃｈｏ等提出了一種輪式球形電動機，逡逑可實現(xiàn)三自由度運轉(zhuǎn)〖１４，１５］，該輪式球形電動機包含１２只定子線圈，分成兩層分逡逑布于赤道兩側(cè)，以及４只轉(zhuǎn)子磁極。轉(zhuǎn)子體由滑軌式支架支撐，可保證其在定子逡逑殼內(nèi)進行三自由度運轉(zhuǎn)。他們使用有限元的方法對該電動機進行三維分析，為了逡逑提高輪式球形電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，提出了采用回歸函數(shù)的方法以提高電動機的性逡逑能，與有限元計算法相比，采用回歸函數(shù)法可使空間定位更加精確、計算時間更逡逑短。逡逑＾＾Ａｌｐｈａ邋ｔｉｌｔｉｎｇ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ逡逑Ｇｕｉｄｅ邋Ｆ：ｍｅ邐，你遍邐Ｒ0，0ｒ逡逑馨．＿逡逑Ｓｌａｔ0ｒ邐ｒｏｔａｔｉｎｇ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ逡逑圖１－５漢陽大學設計的輪式球形電動機逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ邋ｗｈｅｅｌ邋ｍｏｔｏｒ邋ｄｅｓｉｇｎｅｄ邋ｂｙ邋Ｈａｎｙａｎｇ邋Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ逡逑（４）永磁球形電動機逡逑１９９７年

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳干東;電動機轉(zhuǎn)子故障的分析[J];華北電力技術(shù);2001年09期

2 劉儒元;;動平衡膠的配制[J];電機技術(shù);1987年04期

3 郭樹];;鑄鋁籠型電動機轉(zhuǎn)子斷條及處理[J];吉林電力技術(shù);1987年03期

4 傅豐禮;;異步電動機轉(zhuǎn)子刀形槽的參數(shù)計算——第一部分:考慮擠流效應的槽參數(shù)計算[J];中小型電機;1988年06期

5 邱阿瑞;張龍照;;異步電動機轉(zhuǎn)子故障點分布對故障檢測的影響[J];電工技術(shù)雜志;1989年06期

6 傅豐禮;;異步電動機轉(zhuǎn)子擠流效應的分層計算法[J];微特電機;1989年01期

7 崔偉;;異步電動機轉(zhuǎn)子力學性能分析[J];電氣制造;2012年03期

8 曹興國;楊秀玲;莊心偉;;電動機轉(zhuǎn)子中頻焊吊具的設計[J];電機技術(shù);2012年03期

9 李鐵軍;黃小紅;小野田勉;;高速大容量發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子設計[J];西北水電;2012年S1期

10 陳科;鐘金超;;永磁多維球形電動機轉(zhuǎn)子動力學仿真分析[J];機械工程與自動化;2008年06期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張海波;王超;廖毅剛;李冬梅;;發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子冷卻研究和技術(shù)改進[A];第七屆四川省博士專家論壇論文集[C];2014年

2 張海波;王超;廖毅剛;李冬梅;;發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子冷卻研究和技術(shù)改進[A];中國電工技術(shù)學會大電機專業(yè)委員會2014年學術(shù)年會論文集[C];2014年

3 范洪路;;鼠籠式電動機轉(zhuǎn)子鐵芯松動處理方法[A];全國火電100MW級機組技術(shù)協(xié)作會第五屆年會論文集[C];2006年

4 劉琳琳;戈寶軍;張志強;;變頻電動機轉(zhuǎn)子三維溫度場計算及槽形影響分析[A];2011中國電工技術(shù)學會學術(shù)年會論文集[C];2011年

5 陳建川;;舞鋼寬厚板電動機轉(zhuǎn)子吊裝方案與計算[A];全國冶金自動化信息網(wǎng)2015年會論文集[C];2015年

6 魏炳漳;;高速大容量發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性——惠蓄電站1#機轉(zhuǎn)子磁極事故的教訓[A];2010年度電氣學術(shù)交流會議論文集[C];2010年

7 尤建生;;排粉電動機籠條頻繁斷裂問題分析與設備改造[A];全國火電200MW級機組技術(shù)協(xié)作會第二十三屆年會論文集[C];2005年

8 葉聿漳;;淺談異步電動機轉(zhuǎn)子集電環(huán)過熱的原因及處理方法[A];福建省煤炭學會福建省煤炭工業(yè)協(xié)會2016年學術(shù)年會論文集[C];2016年

9 胡安東;;軋線飛剪同步電動機轉(zhuǎn)子阻尼條故障分析及處理[A];中國冶金——“創(chuàng)新創(chuàng)意，青年先行”第七屆中國金屬學會青年學術(shù)會論文集[C];2014年

10 王樂;季懷杰;;清蓄電站發(fā)電電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點[A];《水電站機電技術(shù)》2015年增刊[C];2015年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 江西 陶波;繞線式電動機轉(zhuǎn)子配對稱電阻與不對稱電阻計算方法[N];電子報;2014年

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 陸寅;永磁球形電動機轉(zhuǎn)子位置檢測及其驅(qū)動控制研究[D];安徽大學;2019年

2 宋練鵬;軌道交通用牽引電動機轉(zhuǎn)子銅合金部件制備及其相關(guān)基礎研究[D];中南大學;2008年

相關(guān)碩士學位論文 前7條

1 徐俊;臨界轉(zhuǎn)速計算及其在電動機轉(zhuǎn)子設計中的應用[D];上海交通大學;2010年

2 張興;礦用電動機轉(zhuǎn)子瞬時功率分析與故障診斷方法的研究[D];西安科技大學;2017年

3 王乾;基于改進Hilbert-Huang變換的電動機轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷[D];河南理工大學;2014年

4 田士華;基于OMAP-L138的異步電動機轉(zhuǎn)子故障檢測系統(tǒng)研發(fā)[D];華北電力大學;2016年

5 黃華;1600KW高溫風機電動機轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的應用研究[D];廣東工業(yè)大學;2013年

6 裴宏雷;異步電動機轉(zhuǎn)子在軸承彈性支承下的電磁振動[D];燕山大學;2011年

7 汪凱;感應電動機轉(zhuǎn)子和軸承故障檢測方法研究[D];天津理工大學;2011年

本文編號：2787264