感应式主动磁悬浮球形电动关节的机理研究.pdf

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1、第51卷第11期机械工程学报V01．51NO．112015年6月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJun．2015DoI：1O．3901，JME．2015．11．024感应式主动磁悬浮球形电动关节的机理研究水曾励张帆陈秋月(扬州大学机械工程学院扬州225127)摘要：多自由度磁阻式主动磁悬浮球形电动关节机械集成度高，在控制和轨迹规划方面占有优势。但由于磁阻式球形电动关节悬浮和旋转精度受限于转子位姿和瞬时步距角，且不能实现绕过球心的任意轴旋转，致使响应速度不能达到最快。提出感应

2、式主动磁悬浮球形电动关节，研究其旋转和悬浮机理，基于气隙磁感应强度分布建立关节的电磁悬浮力和电磁转矩数学模型；通过有限元仿真分析磁感应强度、电磁悬浮力和电磁转矩等的分布特性，建立主动磁悬浮球形电动关节系统的试验台，对关节转子位移特性、悬浮和旋转特性进行测试试验研究。、关键词：感应式；磁悬浮球形主动关节；位移特性：悬浮力特性；电磁转矩特性中图分类号：TH39ResearchonMechanismofInductiveActiveMagneticLevitationSphericalDrivingJoin

3、tZENGLiZHANGFanCHENQiuyue(CollegeofMechanicalEngineering，YangzhouUniversity,Yangzhou225127)Abstract：Themulti—degree—of-freedominductivesphericaldrivingjointOWNShi曲mechanicalintegrityandhasadvantagessuchascontrolandtrajectoryplanning．Becauseofitslimitofr

4、otorpose，instantsteppingangleandinabilitytospinaroundanyaxisthroughcemerofsphere，thesuspensionandrotationprecisionofsphericalreluctancedrivingjointisn’thighandtheresponsespeedCan’treachthebest．Basedonmechanismofrotationandsuspension，duetodistributionofa

5、irgapmagneticinductionintensity,anovelinductiveactivemaglevsphericaldrivingjointispresented，andelectromagneticsuspendingforceandelectromagnetictorqueareestablished．Themagneticinductionintensity,electromagneticsuspendingforceandelectromagnetictorquearean

6、alyzedthroughfiniteelementsimulation，abenchtestofactivemaglevsphericaldrivingjointisbuilt，anddisplacementcharactersandsuspensionandrotationcharactersofjointrotorarestudied．Keywords：inductive；activemagneticlevitationsphericalreluctancedrivingjoint；displa

7、cementcharacter；suspendingforcecharacter；electromagnetictorquecharacter该研究领域，本课题组在国内外首次提出并研究磁0前言悬浮球形电动机及磁悬浮球形主动关节，并申请了多项国家专利。4J。研究工作针对基于球面磁阻电动通常机器人、机械手等一般由多台单自由度驱机的主动磁悬浮球形磁阻电动关节机理研究L5J，建动原件及复杂的机械传动机构来进行驱动，实现空立了磁场磁通、关节的电磁悬浮力及电磁转矩模间的三维运动，这导致了系统复杂的增加，体积大、型

8、LoJ，以及关节理想球形转子的3维动力学非线性各关节摩擦面磨损严重、效率低，精度不够、响应耦合模型，并对系统进行了解耦线性化控制J。但缓慢、动态性能较差等一系列问题【JJ。作为一个研由于磁阻式球形电动关节悬浮和旋转精度受限于转究的切入点，研究主动磁悬浮球形电动关节系统以子位姿和瞬时步距角，且不能实现绕过球心的任意简化机构的复杂度，实现关节转子与定子之间无摩轴旋转，必须按规划的轨迹实现关节末端执行器擦、无磨损的悬浮支承，提高关节的定位精度和响的最终姿态，致