兩自由度直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)（Two-degree-of-freedom linear and rotary motor,2-DOF LRM）是一種不需要機(jī)械傳動裝置就可以實(shí)現(xiàn)直線、旋轉(zhuǎn)以及二者結(jié)合的螺旋運(yùn)動的新型電機(jī),是典型的機(jī)電一體化裝置。采用一臺2-DOF LRM來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多個旋轉(zhuǎn)電機(jī)及傳動裝置,具有體積小、成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。因此開展對于2-DOF LRM的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價值。本文提出一種新型有限轉(zhuǎn)角交替極2-DOF LRM,采用由局部到整體的研究方法,對其運(yùn)行機(jī)理、參數(shù)設(shè)計(jì)、電磁特性等方面進(jìn)行研究,主要包括:（1）基于不同原理對國內(nèi)外已有的2-DOF LRM結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析對比,提出一種新型2-DOF LRM,該電機(jī)巧妙地將交替極旋轉(zhuǎn)永磁電機(jī)和高動態(tài)響應(yīng)的音圈電機(jī)相融合,兩部分共用同一交替極永磁定子,可以實(shí)現(xiàn)有限轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動。（2）對所提出的2-DOF LRM運(yùn)行原理進(jìn)行分析,分別建立了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元和直線驅(qū)動單元的數(shù)學(xué)模型。分析了該電機(jī)兩部分驅(qū)動單元與傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)、音圈電機(jī)的設(shè)計(jì)方法的差異,在此基礎(chǔ)上,歸納出交替極永磁定子2-DOF LRM的基本結(jié)構(gòu)... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

軸向雙定子單轉(zhuǎn)子感應(yīng)式LRMFig.1.1Inductionmotorwithdouble-winding

第1章緒論3式以及其他新型混合結(jié)構(gòu)電機(jī)原理區(qū)別為縱線，同時對基于每種不同電機(jī)原理的2-DOFLRM的不同結(jié)構(gòu)做橫向比較，以期更加豐富、詳實(shí)、準(zhǔn)確的描述2-DOFLRM相關(guān)課題的研究狀況和最新進(jìn)展。1.2.1感應(yīng)式在感應(yīng)式2-DOFLRM領(lǐng)域的研究發(fā)展中，主要的結(jié)構(gòu)類型可以歸納為：軸向雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、單定子單轉(zhuǎn)子復(fù)合結(jié)構(gòu)以及組合單定子結(jié)構(gòu)。軸向雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)感應(yīng)式2-DOFLRM相當(dāng)于軸向串聯(lián)的感應(yīng)電機(jī)和直線感應(yīng)電機(jī)共用同一轉(zhuǎn)子，上文提到的波蘭學(xué)者E.A.Mendrela在1976年所提出的2-DOFLRM即為此種結(jié)構(gòu)。相對于其他結(jié)構(gòu)，這種電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單而且定子以及氣隙的旋轉(zhuǎn)磁場與直線行波磁場耦合程度更低，所以這種結(jié)構(gòu)電機(jī)在設(shè)計(jì)和驅(qū)動控制上都較容易實(shí)施，其一般結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。圖1.1軸向雙定子單轉(zhuǎn)子感應(yīng)式LRMFig.1.1Inductionmotorwithdouble-winding美國的路易斯安那州立大學(xué)學(xué)者EbrahimAmiri提出一種軸向雙定子串聯(lián)結(jié)構(gòu)2-DOFLRM，具體結(jié)構(gòu)如圖1.2所示[15-16]，該電機(jī)的電樞部分由一個旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電機(jī)子和直線感應(yīng)電機(jī)定子串聯(lián)而成，兩部分電樞共用一個鍍銅空心動子。動子可以分別實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或兩部分結(jié)合的螺旋運(yùn)動，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括石油鉆探、煤炭開采等。圖1.2雙定子串聯(lián)式2-DOFLRMFig.1.2Inductionmotorwithdouble-winding單定子單轉(zhuǎn)子耦合式2-DOFLRM即在電機(jī)兩套不同的定子槽中分別放置軸向繞組和徑向繞組，通入電流以產(chǎn)生對應(yīng)的行波磁場和旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動電機(jī)在兩個自由度上運(yùn)動，其基本結(jié)構(gòu)如圖1.3[17]。采用這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子磁場由于存在更嚴(yán)重的電磁耦合，

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文4電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和推理特性比較復(fù)雜，對直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的精確控制難度較大。圖1.3雙電樞耦合式2-DOFLRMFig.1.32-DOFLRMwithtwin-armature文獻(xiàn)[18]提出了一種定子采用螺旋形三相繞組的2-DOFLRM，其電樞繞組結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。該電機(jī)電樞繞組通電后產(chǎn)生螺旋磁場，使動子同時受到軸向、周向兩個自由度的驅(qū)動力，但是兩個方向的力解耦困難。圖1.4螺旋運(yùn)動感應(yīng)電機(jī)電樞繞組Fig.1.4Armaturewindingofaspiralmotioninductionmotor河南理工大學(xué)的司紀(jì)凱教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型感應(yīng)式2-DOFLRM，并對該結(jié)構(gòu)電機(jī)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及靜態(tài)耦合特性等問題進(jìn)行了深入研究。該電機(jī)采用組合單定子結(jié)構(gòu)，其定子結(jié)構(gòu)如圖1.5所示[19-21]。圖1.5組合式單定子結(jié)構(gòu)Fig.1.52-DOFlinear-rotaryinductionmotorwithcombinedsinglestator基于感應(yīng)式的2-DOFLRM動子結(jié)構(gòu)簡單，可自起動且成本較低，但由于采用具有一定厚度的銅套筒結(jié)構(gòu)動子，增大了動子的渦流損耗，針對控制精度以及力能指標(biāo)要求較高的場合有待進(jìn)一步研究探索。

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本文編號：2930035