[發(fā)明專利]一種雙余弦氣隙定子電勵磁伺服電機

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110127982.0
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112865356A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 花為;王培欣;章恒亮;程明;丁石川
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學鹽城新能源汽車研究院
• 主分類號: H02K1/24
• 分類號: H02K1/24;H02K1/16;H02K3/28;H02K29/03
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34119
• 代理人: 劉勇

本發(fā)明提出了一種雙余弦氣隙定子電勵磁伺服電機，包括轉(zhuǎn)子以及設(shè)置在轉(zhuǎn)子外側(cè)的電勵磁定子，轉(zhuǎn)子與電勵磁定子之間留有氣隙，氣隙的轉(zhuǎn)子側(cè)邊界、定子側(cè)邊界均呈余弦曲線形狀。本發(fā)明氣隙的轉(zhuǎn)子側(cè)邊界、定子側(cè)邊界均呈余弦曲線形狀，相比傳統(tǒng)的光滑圓柱形氣隙電機，能夠有效的削弱產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的氣隙磁場諧波分量，進而降低轉(zhuǎn)矩波動，同時保證了足夠的輸出轉(zhuǎn)矩。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及伺服電機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙余弦氣隙定子電勵磁伺服電機。

背景技術(shù)

隨著稀土永磁材料的發(fā)展，具有高轉(zhuǎn)矩密度、高效率的永磁同步電機在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，永磁材料成本高，高速運行下散熱困難造成不可逆退磁等缺點也限制了永磁電機的應(yīng)用，尤其是高速驅(qū)動伺服電機領(lǐng)域。其次，轉(zhuǎn)子電勵磁電機和永磁電機相似，具有較高的轉(zhuǎn)矩密度和效率，但是轉(zhuǎn)子勵磁繞組需要與滑環(huán)連接，維護成本高且容易損壞，同樣不適用于高速驅(qū)動伺服電機領(lǐng)域。

因此，研究學者將轉(zhuǎn)子側(cè)的勵磁繞組放置在定子側(cè)，即定子電勵磁電機，實現(xiàn)了交流無刷運行。定子電勵磁電機方案沒有永磁材料和勵磁繞組滑環(huán)，降低了電機成本和維護成本，不易損壞；其次，定子電勵磁電機轉(zhuǎn)子為實心凸極轉(zhuǎn)子，對散熱要求較低，可適用于環(huán)境條件更惡劣的場合。雖然定子電勵磁電機解決了永磁電機和轉(zhuǎn)子勵磁電機的缺點，但是定子電勵磁電機為雙凸極結(jié)構(gòu)，存在轉(zhuǎn)矩脈動大的缺點，造成轉(zhuǎn)速、位置的控制精度不高，難以滿足伺服系統(tǒng)對伺服電機的要求。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種雙余弦氣隙定子電勵磁伺服電機。

本發(fā)明提出的一種雙余弦氣隙定子電勵磁伺服電機，包括轉(zhuǎn)子以及設(shè)置在轉(zhuǎn)子外側(cè)的電勵磁定子，轉(zhuǎn)子與電勵磁定子之間留有氣隙，氣隙的轉(zhuǎn)子側(cè)邊界、定子側(cè)邊界均呈余弦曲線形狀。

優(yōu)選的，轉(zhuǎn)子沿斷面圓周均勻設(shè)置多個凸極齒，凸極齒遠離轉(zhuǎn)子一端呈弧形結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，氣隙的轉(zhuǎn)子側(cè)邊界的余弦曲線函數(shù)為R_r(θ)＝R_a1+A_r*cos(P_r*θ)，其中：R_a1表示氣隙轉(zhuǎn)子側(cè)邊界的余弦曲線的起始半徑，A_r表示氣隙轉(zhuǎn)子側(cè)邊界的余弦曲線的振幅，P_r表示凸極齒的數(shù)量。

優(yōu)選的，定子包括定子鐵芯、交流繞組和直流勵磁繞組，定子鐵芯內(nèi)圓周設(shè)置有多個定子齒，定子齒靠近轉(zhuǎn)子一端呈弧形結(jié)構(gòu)，相鄰兩個定子齒之間形成一個定子槽，交流繞組嵌裝在定子槽內(nèi)并橫跨其鄰近的定子槽后繞制在定子齒上，相鄰兩個定子槽內(nèi)不同時嵌裝交流繞組且任意相鄰兩個交流繞組之間的定子槽內(nèi)嵌裝直流勵磁繞組，直流勵磁繞組橫跨其鄰近的定子槽后繞制在定子齒上。

優(yōu)選的，氣隙的定子側(cè)邊界的余弦曲線函數(shù)為R_s(θ)＝R_a2+A_s*cos(P_s*θ)，其中：R_a2表示氣隙定子側(cè)邊界的余弦曲線的起始半徑，A_s表示氣隙定子側(cè)邊界的余弦曲線的振幅，P_s表示定子齒的數(shù)量。

優(yōu)選的，氣隙的轉(zhuǎn)子側(cè)邊界的余弦曲線振幅A_r是氣隙轉(zhuǎn)子側(cè)邊界的余弦曲線的起始半徑R_a1的2.5％-3.5％。

優(yōu)選的，氣隙的定子側(cè)邊界的余弦曲線振幅A_s是氣隙的轉(zhuǎn)子側(cè)邊界的余弦曲線振幅A_r的13％-17％。

優(yōu)選的，交流繞組、直流勵磁繞組采用集中式繞組或分布式繞組。