[发明专利]一种低转矩脉动IPM伺服电机

说明书

本发明公开了一种低转矩脉动IPM伺服电机，包括电机转子铁芯，所述电机转子铁芯沿断面圆周均匀设置若干永磁槽，永磁槽内设永磁体。所述电机转子铁芯每对相邻的永磁槽之间靠近铁芯表面处均设置至少一个极靴调磁孔。与未开调磁孔IPM伺服电机相比，可进一步降低电机的齿槽转矩和转矩脉动，提高电机转矩输出性能。与通过斜槽或者斜极的IPM电机相比，具有更高的功率密度和转矩密度，并具有较高的生产效率和较低的制作成本。与转子铁芯表面开调磁孔的IPM电机，具有较低的风磨损耗、更低的制作成本和更高的生产效率。

技术领域

本发明涉及一种永磁伺服电机，具体说是一种低转矩脉动IPM伺服电机。

背景技术

永磁伺服电机，结构灵活简单，根据永磁体和转子铁芯相互位置主要分为表贴式永磁(Surface-mounted Permanent Magnet，SPM)伺服电机和内置式永磁(InteriorPermanent Magnet，IPM)伺服电机两类。与SPM伺服电机相比，而IPM伺服电机具有更高的功率密度和过载能力，已引起各伺服电机制造商的关注。然而，由于IPM伺服电机气隙相对较小，其齿槽转矩和转矩波动相对较大，从而降低电机的转矩输出质量。一般通过采用闭口槽、斜槽和斜极设计方案，通过牺牲电机的转矩密度，来改善电机的转矩性能。

根据能量法，齿槽转矩为气隙磁场储能对于转子位置α的变化率，可表示为

(1)

式中，λ(θ)表示气隙磁导，B(θ，α)表示气隙磁密。通过傅里叶展开，可得

(2)

将式(2)代入式(1)，齿槽转矩表达式可具体可表示为

(3)

式中，L_a表示铁芯轴向长度；R₁和R₂分别表示气隙外半径和内半径；Q表示定子槽数；p表示电机极对数；μ₀为相对磁导率；N_L表示定子槽数和转子极数的最小公倍数。

通过式（3）可知，调整气隙相对磁导或者气隙磁密，可以优化电机的齿槽转矩。基于此，国内外众多学者和工程技术人员作了大量的研究工作。

重庆大学学者韩力等提出永磁体表面开矩形槽的SPM电机齿槽转矩抑制方法，通过优化永磁槽的大小尺寸、所在位置和不同数量，有限元计算结果表明，可有效削弱电机的齿槽转矩。此外，该方法通过在磁极表面开不同数量的矩形槽，还可以进一步增大转子磁极表面积，改善散热性能，降低转子侧永磁体的高温退磁风险。。

东南大学樊瑛和上海电机学院徐蓉等先后对V型磁钢的IPM伺服电机齿槽转矩抑制方法进行了研究，并提出了转子铁芯极靴表面开槽的改善方法，转子开槽可以在保证电机其他性能的前提下减小齿槽转矩，降低电机的转矩脉动，提高电机的控制精度，有效改善电机的振动和噪声。此外，通过该方法还可以调整电机的凸极率，改善电机的功率密度和过载能力。该方法易于实现，可以通过冲床对硅钢片快速冲压，一次整体成型。

当前，国内外伺服企业在IPM伺服电机转矩脉动抑制技术方面尚处在探索阶段，尚未推出采用特殊抑制转矩脉动策略的IPM伺服电机产品。

发明内容