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在卫星姿态控制、太空机械手、高精度测试系统中，广泛存在着多自由度运动机构，需要多台单自由度电机与串并联机械装置相互配合，复杂的传动机构直接影响了系统动静态性能，增大了系统的体积和质量，提高了故障概率。针对这些问题，在国家自然科学基金的支持下，项目组开展多自由度球形电机相关技术研究，提供了多自由度机构的新型驱动方案。多自由度球形电机定转子结构均为球壳、类球壳形，多层集中绕组分布于定子内侧，通电后激励出三维旋转磁场，转子在电磁力作用下在球体空间内绕三个正交坐标轴旋转，可直接驱动负载实现三自由度的动能传递、定位指向和轨迹跟踪。项目组完成了三自由度球形电机分析和设计方法，涉及定转子磁场分析与综合、电磁力/转矩分析与控制及位置检测与实现；针对球形电机的多自由度运动时各绕组电流不平衡特征，提出了多相多支路逆变器调制策略，实现了各支路电压的独立控制；扩展了卫星姿态控制策略，建立包括球形电机的整个航天器仿真模型，研究了相应的卫星姿态变化规律；探索了基于软磁复合材料球形电机的样机加工方案，建立了用于球形电机定转子磁场、转子位置及电磁转矩测量的实验装置，完成了样机的加工与测试。研究成果改进了多自由度机构驱动形式，在航天及机器人领域具有良好的推广和应用前景。