磁悬浮开关磁阻球形电机结构设计与三维磁场分析

▲，扬州大学硕士学位论文磁悬浮开关磁阻球形电机结构设计与三维磁场分析

（申请硕士学位）

刘静

指导教师：曾励教授

扬州大学

中华人民共和国，扬州

２０１１年５月

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摘要

随着现代工业技术的发展，磁悬浮技术和多自由度运动机构受到了越来越多的重视。本文结合磁悬浮技术和多自由度电动机的发展现状和趋势，提出了一种新型无轴承多自由度电机——磁悬浮开关磁阻球形电机。该类电机特有的球形结构，无法照搬传统电机的研究方法与经验，其研究具有开拓性和前沿性。目前，磁悬浮开关磁阻球形电机还处于理论探索阶段，主要内容局限为电磁模型、运动学模型及动力学模型的理论推导与计算。本文研究的磁悬浮开关磁阻球形电机是机电一体化复杂的综合系统。具有结构简单、体积小、重量轻、力学性能指标高等优点。

本文具体工作包括以下几个部分：

１．介绍了多自由度电机的发展现状与趋势，提出了磁悬浮开关磁阻球形电机的研究方向。

２．对磁悬浮开关磁阻球形电机定转子磁极球面的分布规则进行了分析计算，分别介绍了采用近似等边球面划分原则和基于球面多面体的磁悬浮球形磁阻电机定转子磁极的分布。

３．应用球谐函数理论，对磁悬浮开关磁阻球形电机磁场进行了计算，得到了磁场解析模型，推导了电磁转矩和悬浮力公式。为后期磁悬浮开关磁阻球形电机的有限元仿真计算建立了可靠的理论基础。

４．设计了磁悬浮开关磁阻球形电机的总体结构和相关的零部件结构，从机械和电磁两方面设计并优化了电机结构。

５．介绍了三维有限元法计算电机磁场的基本原理；利用有限元软件建立了磁悬浮开关磁阻球形电机有限元模型；分析了电机转子凸极厚度对气隙磁场的影响；对悬浮力、转矩、电感及磁链特性进行了分析仿真，结果与理论计算值进行了比较，验证了电机的特性。６．设计了单自由度磁悬浮开关磁阻球形电机的实验平台，为多自由度磁悬浮开关磁阻球形电机的稳定悬浮提供了可靠的试验条件。关键词：磁悬浮开关磁阻球形电机多自由度磁极分布三维磁场有限元法

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ｓｐｈｅｒｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．

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