工業(yè)機器人用永磁同步伺服電機設計與研究.pdf

1、工業(yè)機器人經(jīng)過近六十年的發(fā)展，已被越來越多的領域所應用。近年來，隨著工業(yè)機器人性能指標的提高，我國人工成本的增加及政府政策，工業(yè)機器人迎來了良好的發(fā)展機遇。目前，我國工業(yè)機器人所用的核心零部件包含高精度減速器、伺服電機等大部分依賴進口。研究并開發(fā)出適合工業(yè)機器人用的永磁伺服電機對我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展和工業(yè)自動化有著十分重大的意義。本文的研究內(nèi)容來源于2014年廣州市產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新重大專項＂基于產(chǎn)業(yè)鏈面向機床自動化生產(chǎn)的工業(yè)機器人研發(fā)與應用

2、示范＂，其中一項重要任務是設計和試制一款用于工業(yè)機器人的2.0kW永磁同步伺服電機，要求比同類型尺寸臺達電機的過載倍數(shù)提高10％。
　　首先，本文闡述了永磁同步伺服電機的結構與數(shù)學模型，根據(jù)機器人用永磁同步伺服電機特點與要求確定了電機主要尺寸及氣隙，對定、轉子沖片進行了分析設計，對定子繞組類型進行了對比分析；通過繞組分析得出，新型單雙層繞組結構比單層繞組和雙層繞組結構的跨距小，有利于減少用銅量及降低熱負荷，同時可以滿足3.3倍的過

3、載要求；采用RMxprt計算完成了一款2.0kW、8極36槽永磁同步電機的電磁方案，并給出了部分計算結果。
　　其次，利用有限元軟件Maxwell對所設計電機進行了有限元仿真和計算，仿真了電機的空載、負載運行工況；對3.5倍過載下的磁密云圖及輸出轉矩與過載電流關系進行了分析，分析表明，電機在3.5倍過載下并未嚴重飽和。對永磁體在電樞反應下是否退磁進行了核算，對電機在額定及3.3倍過載時的運行工況進行了溫度分布計算，分析出了在3.3

4、倍過載下，電機最多可運行71秒，滿足機器人短時3.3倍過載的要求。推導齒槽轉矩表達公式并對電機齒槽轉矩進行了優(yōu)化分析；重點研究了分段斜極與磁極偏心對電機的影響，結果表明分段斜極與磁極偏心都可以有效的削弱齒槽轉矩并抑制轉矩脈動，但同時也會使輸出轉矩幅值降低。
　　最后，通過試制樣機，完成了空載、過載試驗，最高轉速測試，溫升與噪聲試驗。過載倍數(shù)與最高轉速都達到了項目要求，且其它參數(shù)也符合交流伺服電機通用規(guī)范。并將試驗數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)進行