[發明專利]機器人用雙層halbach陣列的定子無鐵心伺服電機

在審

• 申請號: 201910283078.1
• 申請日: 2019-04-10
• 公開（公告）號: CN110048569A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 李鑫;徐鐵軍
• 申請（專利權）人: 蟻人（蘇州）機械科技有限公司
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K1/20;H02K3/12;H02K1/27
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• 代理人: 暫無信息

本發明機器人用雙層halbach陣列的定子無鐵心伺服電機，包括無鐵心定子盤、位于無鐵心定子盤兩側的由兩個對稱的磁鋼盤構成的雙轉子和轉子外殼；無鐵心定子盤由繞組直接澆塑而成；電樞繞組安裝在定子骨架上，且定子骨架上有冷卻通道，定子骨架由工業陶瓷材料制作而成；雙轉子的轉子背軛包絡每極分塊的永磁體A，轉子背軛由硅鋼片材料制成；無鐵心定子盤內側通過粘結劑固定設置有永磁體B，永磁體B為雙層halbach陣列結構，且軸向充磁。

技術領域

本發明涉及動力驅動部件，特別涉及科研機器人用動力驅動部件，具體的，其展示一種機器人用雙層halbach陣列的定子無鐵心伺服電機。

背景技術

在機器人設計中90%要使用伺服電機，伺服電機是電氣伺服系統的核心部件，對外而言，它是伺服系統的執行部件，而在伺服系統內部，它又是伺服控制器的控制對象。伺服電機一般安裝在機器人的“關節”處，機器人的關節驅動離不開伺服系統，關節越多，機器人的柔韌性和精準度越高，需要使用的伺服電機的數量也就越多。伺服電機是整個伺服系統的中心及根本，其性能的高低直接決定了伺服系統最終性能的優劣。電機矢量控制技術、稀土永磁交流電機的普遍應用和電力電子技術的飛速發展，使得永磁交流伺服系統在伺服系統市場中占據主要地位。

伺服電機主要有兩個關鍵的指標：轉矩波動、動態時間響應參數。

轉矩波動是衡量電機性能的重要標準之一，如果轉矩波動較大的話，會影響電機正常運行的穩定性以及轉速的穩定性，且不易控制，造成轉矩波動的主要原因是齒槽轉矩和紋波轉矩，所謂齒槽轉矩是指由于電機鐵芯開槽，當轉子轉動時，磁路中的磁阻將發生變化，從而導致磁場能量發生變化，產生磁阻轉矩，使電機的轉矩隨齒槽的變化而變化，形成齒槽轉矩的原因有很多，比如：齒槽效應、磁路不對稱、定轉子不同軸、工藝槽影響磁路等，所以抑制齒槽轉矩的方法也有很多，比如：直接法、抵消法、極槽配合、無槽設計等，但是每一種方法都會對電機的性能產生影響；機器人用伺服電機在消除齒槽轉矩方面無法較好的兼顧電機其他性能；另一方面，伺服電機在消除紋波轉矩上，需要電機的反電動勢和驅動器電流盡可能正弦；現階段使用的伺服電機沒有較好的方法既能消除紋波轉矩，又能保證電機的其他性能。

動態時間響應參數包括電氣時間常數和機械時間常數,其中電氣時間常數影響電流環,機械時間常數影響速度環；電氣時間常數的值總是遠遠小于機械時間常數的值，所以機械時間常數為影響伺服電機的主要因素；如何合理的調節機械時間常數來優化伺服電機的動態性能是一大技術難點。

因此，有必要提供一種機器人用雙層halbach陣列的定子無鐵心伺服電機來解決上述問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種機器人用雙層halbach陣列的定子無鐵心伺服電機，其可以有效的抑制轉矩波動，并且使伺服電機具有良好的動態性能。

技術方案如下：

一種機器人用雙層halbach陣列的定子無鐵心伺服電機，包括無鐵心定子盤、位于無鐵心定子盤兩側的由兩個對稱的磁鋼盤構成的雙轉子和轉子外殼；

無鐵心定子盤由繞組直接澆塑而成；

電樞繞組安裝在定子骨架上，且定子骨架上有冷卻通道，定子骨架由工業陶瓷材料制作而成；

雙轉子的轉子背軛包絡每極分塊的永磁體A，轉子背軛由硅鋼片材料制成；

無鐵心定子盤內側通過粘結劑固定設置有永磁體B，永磁體B為雙層halbach陣列結構，且軸向充磁。

進一步的，轉子外殼由高機械強度、非磁性材料制作而成。

進一步的，無鐵心定子盤內設置有定子，定子的A、B、C三相繞組采用分數槽集中繞組的形式，且選用每齒都繞線的雙層結構。

進一步的，繞組使用專用的繞線機在單齒中進行線圈直繞，且采用定子齒頂開槽方法削弱齒槽轉矩。