| 摘 要： | 为降低运行噪声,提升仿生鱼腰关节驱动用电动机(简称腰电机)无故障工作时间,降低维护成本,腰电机采用直驱方式,且还应轻质高效.根据仿生鱼鱼体尺寸、鱼体结构及鱼尾的拍动模式,结合流体力学理论,对仿生鱼尾鳍部分进行了力学分析.根据腰电机的安装位置、旋转角速度及尾鳍受力,计算得腰电机的输出转矩和输出功率要求.由于电机转矩与气隙处直径的平方成正比,故针对腰电机低速大扭矩设计要求,选择外转子电机结构形式;但是,考虑到安装空间的限制,以及腰电机运行角度有限的特点,提出了一种有限转角旋转电枢式永磁同步电动机用作腰电机,即通过变换传统外转子永磁同步电动机拓扑结构,将传统的永磁外转子变换为定子,将传统的定子电枢改为在有限转角内旋转的转子电枢,在克服安装空间受限的同时增大了电机单位体积的输出转矩.运用有限元方法对一台54槽60极有限转角旋转电枢式永磁同步电动机进行了电磁设计,通过选取合适的齿宽达到腰电机轻质高效的设计目的.根据实际运行工况,分析了腰电机在仿生鱼尾部拍动频率为0.35 Hz时的运行效率为75.5%,满足不低于75%的设计要求.最后,对腰电机样机进行了寿命试验.结果表明:该电机满足仿生鱼腰关节驱动设计要求,且运行效率较高.
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