【摘 要】
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永磁球形电机具有磁能积高、多自由度运动和控制灵活等优点,在无人机、机械臂和航空航天等领域有广阔的应用前景。在永磁球形电机的研究过程中,结构设计优化具有非常重要的意义。本文回顾了永磁球形电机结构的研究概况和典型的结构优化技术进展,提出了一种基于转矩解析模型和改进MOPSO的永磁球形电机转子磁极优化方法。本文主要研究工作如下:1、结合等效面电流和洛伦兹力建立了一种转矩解析模型,它适用于带有方型转子永磁
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目“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“基于电感模型的永磁球形电机无传感器姿态检测”（1908085QE236）；
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永磁球形电机具有磁能积高、多自由度运动和控制灵活等优点,在无人机、机械臂和航空航天等领域有广阔的应用前景。在永磁球形电机的研究过程中,结构设计优化具有非常重要的意义。本文回顾了永磁球形电机结构的研究概况和典型的结构优化技术进展,提出了一种基于转矩解析模型和改进MOPSO的永磁球形电机转子磁极优化方法。本文主要研究工作如下:1、结合等效面电流和洛伦兹力建立了一种转矩解析模型,它适用于带有方型转子永磁磁极和圆柱状定子线圈的永磁球形电机。在单层转子磁极的原型电机和双层转子磁极的有限元电机模型上,通过仿真和实验验证,证明了所提转矩解析模型的可靠性。2、结合“转矩云图”,分析了单个线圈通电作用下自旋转矩和倾斜转矩最大值出现的球面位置。通过对比分析,得出了方型转子磁极的各向尺寸和磁极层所在纬度对电机转矩分布特性的影响。3、以转子磁极的各向尺寸和磁极层所在纬度为优化变量,带惩罚项的自旋转矩和倾斜转矩平均值为目标函数,分别从单层磁极和双层磁极入手,在磁极的物理约束范围内,应用改进的MOPSO算法对原型电机的转子磁极进行了多目标优化。优化结果表明本文所提优化方法对电机转矩分布性能的提升有着不错的效果。
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