【摘 要】
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多自由度球形电机仅通过一个关节就可以实现三自由度的复杂运动,多应用于军事、航空航天、医疗等各领域中,是当前电机研究中的一个热点。球形电机的动力学模型和转矩模型的建立是实现最终闭环控制中的重要一环,具有重要的研究意义。磁阻式球形电机作为一种新型的多自由度球形电机,同永磁式球形电机相比,因内部结构中存在铁磁材料,其转矩密度比永磁球形电机要高。但铁磁材料所带来的非线性问题,使得磁阻式球形电机的输出转矩不
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“复杂电机系统关键基础问题研究”（51637001）； 安徽省自然科学基金项目“一种磁阻式多自由度球形电机结构设计及优化研究”（1908085ME168）；
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多自由度球形电机仅通过一个关节就可以实现三自由度的复杂运动,多应用于军事、航空航天、医疗等各领域中,是当前电机研究中的一个热点。球形电机的动力学模型和转矩模型的建立是实现最终闭环控制中的重要一环,具有重要的研究意义。磁阻式球形电机作为一种新型的多自由度球形电机,同永磁式球形电机相比,因内部结构中存在铁磁材料,其转矩密度比永磁球形电机要高。但铁磁材料所带来的非线性问题,使得磁阻式球形电机的输出转矩不能像永磁球形电机的输出转矩那样进行线性的叠加。针对以上问题,本文对一种新型的磁阻式球形电机进行了分析,分别提出了一种基于D-H参数建模的动力学建模方法和基于等效磁路法的转矩建模方法。本论文的主要研究内容如下:1.介绍了磁阻式球形电机的基本结构和运行原理,通过将球形转子等效为三个柱形旋转关节串联的运动模型,建立了基于D-H参数的磁阻式球形电机的动力学模型,并对该动力学模型进行了验证;2.介绍了等效磁路法的基本原理,并分别给出了定子、转子和气隙磁阻的表达式,建立了磁阻式球形电机的磁等效电路的拓扑结构,为磁阻式球形电机基于等效磁路法的转矩模型的建立提供了理论依据;3.分析了基于网格分析法的非线性等效磁路的计算过程,最终根据磁场储能建立了磁阻式球形电机的转矩模型。将该转矩模型的计算结果与有限元法仿真结果进行了对比验证,验证了该模型的正确性;该解析模型考虑了定转子结构的几何参数和磁通在电机内部的分布,可以应用到后续对磁阻式球形电机转矩控制策略的研究。
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