CN110707842A - 一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，包括转轴、转子铁心、主电枢绕组、补偿电枢绕组、永磁体、定子铁心；特征在于：所述轴上固定有转子铁心，有4k个凸极均布在转子铁心圆周上，转子极弧机械角为45/k度，其中k为正整数；定子铁心上均匀分布着6k个定子极，定子极弧机械角为30/k度；所述一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机共有2k个永磁体，永磁体采取径向充磁，三个定子极共用一个永磁极；本发明的一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机与传统的伺服电机相比，采取利用补偿电枢绕组的转矩有效补充主电枢绕阻转矩的最小值的方式减小伺服电机的转矩脉动。

Description

一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机
技术领域
本发明涉及一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
随着现代工业自动化程度的逐渐提高，伺服电机的应用已经成为工业控制的主流，并且在当代工业设备生产中占有相当重要的地位，伺服电机的精确的速度控制结构、噪音小和可靠性高等诸多优越性能使其被人们所青睐。
永磁伺服电机由于其调速性能好，转矩密度高和精度高等优点，被广泛应用于机器人、机床、纺织行业等伺服工作场合。
双凸极永磁电机是一种将永磁体安装在定子轭上的定子型永磁电机，与转子型永磁电机相比，双凸极永磁电机具有效率高、功率密度大、可靠性高和结构简单等优点，因而得到电机工程界人士的广泛重视。此外，永磁电机性能优越，但是它驱动控制系统的成本、复杂度影响了它的应用。而开关磁阻电机具有控制性能好，控制简单，成本低等诸多优点。通过在开关磁阻电机基础上引入永磁材料，就得到双凸极永磁电动机，它吸收了永磁电机和开关磁阻电机的优点，同时又克服了诸如驱动控制复杂、成本高、利用率低、脉动噪声等问题。
目前，关于伺服电机的研究主要是以其控制方法和性能测试方法为主。例如申请号为201610731573 .0的专利申请：一种伺服电机控制方法，公开了一种伺服电机控制方法,能够解决现有伺服电机存在由于设置转矩限制值过大导致驱动的机械部件损坏、生产成本高的问题。还有申请号为201610968476 .3的专利申请：一种交流伺服电机的速度检测方法及系统，公开了一种交流伺服电机的速度检测方法，能够在电机低速运转时 ,提高系统的检测精度 ,获得理想的速度特性和伺服性能。
另外，也有一些相关专利文献是关于伺服电机本体的设计，例如申请号为201610533985 .3的专利申请：一种伺服电机的转子及该伺服电机，该发明能够使得现有伺服电机结构的轴向缩短、整体结构紧凑 ，同时使得连接的导线电缆对伺服机构的阻力矩减小，并提高导线电缆的使用寿命。
由于双凸极永磁伺服电机存在转矩脉动大的问题，将产生速度脉动、噪音、振动三大缺点，一直是阻碍双凸极电机发展的瓶颈。目前，国内外学者对于如何抑制转矩脉动已经做了大量深入的研究，如采用多相设计，不对称定子设计和转子磁障偏移等方法。但是，所述的转矩脉动抑制方法主要用于具有多层磁障的横向叠片转子。在设计这种电机时是需要综合考虑电磁和机械性能间的权衡。另外，现有的转矩脉动抑制方法大多依赖有限元仿真，这是相当耗时的。因此，如何快速准确有效地降低转矩的谐波从而抑制转矩脉动，是需要重点研究的方向。
基于此，本发明提出了一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，在电机的每个定子极中开小槽，形成主电枢绕组和辅助电枢绕组，并利用辅助电枢绕组产生的转矩来弥补主电枢绕组转矩的最小值，达到减小转矩脉动的效果。
发明内容
所要解决的技术问题：提出减小转矩脉动的一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机。
一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，包括转轴、转子铁心、主电枢绕组、补偿电枢绕组、永磁体、定子铁心；特征在于：
所述轴上固定有转子铁心，转子铁心上均匀分布有4k个凸极，转子极弧机械角为45/k度，其中k为正整数；
定子铁心与电机外壳固定，定子铁心上均匀分布着6k个定子极，定子极弧机械角为30/k度；
所述一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机共有2k个永磁体，永磁体采取径向充磁，三个定子极共用一个永磁体；
每个定子极的内侧均匀开设有4个半开口的梨形槽，梨形槽深度为定子极深度的40%；
所述主电枢绕组为定子极上绕制有大部分线圈匝数的绕组且线圈绕组绕制跨一个完整的定子极；每个定子极上有4个补偿电枢绕组，4个补偿电枢绕组从定子极4个不同的梨形槽绕进，从定子极同侧绕出，4个补偿电枢绕组的绕制方向相同。
如权利要求1所述的一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，特征在于：采用三相电流，同一个定子极上的主电枢绕组和4个补偿绕组以串联的方式形成一相电枢绕组，沿圆周方向的电枢绕组依次分相为A相、B相、C相，...... ，如此循环2k次。
如权利要求1所述的一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，其特征在于：所述定子极极底部略宽于极端部。
如权利要求1所述的一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，其特征在于：主电枢绕组与4个补偿电枢绕组的线圈匝数比优选为0.7：0.1：0.1：0.05：0.05。
本发明的有益效果是：
1绕组皆为集中绕组，铜耗少，效率高；
2采用双凸极永磁电机结构，兼具双凸极电机与永磁电机的优点；
3结构简单，易于实现抑制转矩脉动的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例子对本发明进一步说明：
图1是本发明一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机结构纵剖图。其中，1、定子铁心，2、转轴，3、永磁体，4、补偿电枢绕组，5、转子铁心，6、主电枢绕组。
图2是本发明一种一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机极弧示意图。
图3 是电机转矩原理图。
图4是电枢绕组嵌线图。
具体实施方式
本发明提供一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机结构纵剖图，本例中k=1。一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，包括转子铁心、主电枢绕组、永磁体、补偿电枢绕组、转轴、定子铁心。所述轴上固定有转子铁心，转子铁心上均匀分布有4k个凸极，转子极弧机械角为45/k度，其中k为正整数；定子铁心与电机外壳固定，定子铁心上均匀分布着6k个定子极，定子极弧机械角为30/k度；所述一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机共有2k个永磁体，永磁体采取径向充磁，三个定子极共用一个永磁体。
每个定子极的内侧均匀开设有4个半开口的梨形槽，梨形槽深度为定子极深度的40%；所述主电枢绕组为定子极上绕制有大部分线圈匝数的绕组且线圈绕组绕制跨越一个完整的定子极；每个定子极上有4个补偿电枢绕组，4个补偿电枢绕组从定子极4个不同的梨形槽绕进，从定子极同侧绕出，4个补偿电枢绕组的绕制方向相同。一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，特征在于：采用三相电流，同一个定子极上的主电枢绕组和4个补偿绕组以串联的方式形成一相电枢绕组，沿圆周方向的电枢绕组依次分相为A相、B相、C相，...... ，如此循环2k次。
一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，特征在于：所述定子极极底部略宽于极端部。
一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，特征在于：主电枢绕组与4个补偿电枢绕组的线圈匝数比优选为0.7：0.1：0.1：0.05：0.05。
图2是本发明一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机极弧示意图。如图所示，图中所述k取值为1，定子铁心具有6个定子极，定子极极弧机械角为30度。
图3是本发明的转矩原理图，主电枢绕组产生的转矩成斜坡状，产生较大的转矩脉动，而补偿电枢绕组产生的转矩，有效补充了主电枢绕组转矩斜坡的最小值，减小了磁阻电机的转矩脉动。
图4是电枢绕组的嵌线图，每个定子极的内侧均匀开设有4个半开口的梨形槽，梨形槽深度为定子极深度的40%；所述主电枢绕组为定子极上绕制有大部分线圈匝数的绕组且线圈绕组绕制跨越一个完整的定子极；每个定子极上有4个补偿电枢绕组，4个补偿电枢绕组从定子极4个不同的梨形槽绕进，从定子极同侧绕出，4个补偿电枢绕组的绕制方向相同。
本发明提供的一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机取得的效果：根据磁阻电机的性质可知，电枢绕组产生的转矩为斜坡状，辅助电枢绕组的存在，有效补充了转矩斜坡的最小值，减小了电机的转矩脉动。

Claims (4)

1.一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，包括转轴、转子铁心、主电枢绕组、补偿电枢绕组、永磁体、定子铁心；其特征在于：
所述轴上固定有转子铁心，转子铁心上均匀分布有4k个凸极，转子极弧机械角为45/k度，其中k为正整数；
定子铁心与电机外壳固定，定子铁心上均匀分布着6k个定子极，定子极弧机械角为30/k度；
所述一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机共有2k个永磁体，永磁体采取径向充磁，三个定子极共用一个永磁体；
每个定子极的内侧均匀开设有4个半开口的梨形槽，梨形槽深度为定子极深度的40%；
所述主电枢绕组为定子极上绕制有大部分线圈匝数的绕组且线圈绕组绕制跨越一个完整的定子极；每个定子极上有4个补偿电枢绕组，4个补偿电枢绕组从定子极4个不同的梨形槽绕进，从定子极同侧绕出，4个补偿电枢绕组的绕制方向相同。
2.如权利要求1所述的一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，特征在于：采用三相电流，同一个定子极上的主电枢绕组和4个补偿绕组以串联的方式形成一相电枢绕组，沿圆周方向的电枢绕组依次分相为A相、B相、C相，...... ，如此循环2k次。
3.如权利要求1所述的一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，特征在于：所述定子极极底部略宽于极端部。
4.如权利要求1所述的一种抑制磁阻转矩脉动的伺服电机，特征在于：主电枢绕组与四个补偿电枢绕组的线圈匝数比优选为0.7：0.1：0.1：0.05：0.05。
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