一种基于齿槽转矩的制动设计方法与流程

本发明涉及电机技术领域，具体为一种基于齿槽转矩的静态制动方案，用于大减速比机构中的制动措施。

背景技术：

制动器位于执行机构末端，是使机械中的运动/传动机构停止或减速的机械零件。对于大减速比机构来说，制动器/制动机构是必不可少的部分。但制动器的使用造成机构整体的可靠度下降、结构复杂度增高、体积和重量加大等一系列问题。

齿槽式永磁电机中，在电枢绕组不通电的状态下，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩称为齿槽转矩。它的产生来自于永磁体与电枢齿部之间的切向力，使永磁电机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩。齿槽转矩与转子结构尺寸、定子齿槽结构、气隙大小、磁极形状以及磁场分布等因素有关。同时在实际工程应用中，装配工艺、轴承静态/动态磨擦力矩、机械加工同轴度、磁钢粘接分布等因素也对齿槽转矩有一定的影响。

齿槽转矩会造成电机工作时转速波动的加剧，尤其在转速较低时，这种影响尤为明显。但在高转速、大减速比的机构中若实现对齿槽转矩的合理设计和利用，则可代替传统的制动器，提高机构的可靠度。

技术实现要素：

要解决的技术问题

由于传统作动机构中制动器的使用会造成机构整体的可靠度下降、结构复杂度增高、体积和重量加大等一系列问题。故本发明提出一种基于齿槽转矩的制动设计方法，通过合理设计齿槽转矩实现制动效果，代替传统的制动器，提高机构的可靠度。

技术方案

为了避免现有制动器的不足之处，本发明提出一种基于齿槽转矩的制动设计方法，用于以齿槽电机为原动力的大减速比机构中，实现齿槽转矩的精确设计。在不影响电机整体性能的情况下，以齿槽转矩代替传统的制动器，作为静态保持力矩应用，简化系统结构，减轻系统重量。

齿槽转矩是气隙磁组变化引起的磁阻转矩，以下式表示：

其中tcog为齿槽转矩，φm为磁通，r为气隙磁阻，θ转子角度。由上式可以看出，设计齿槽转矩主要有两类措施：1.调整磁通；2调整

基于上述原理，为实现上述发明目的采用如下技术解决方案：

所述一种基于齿槽转矩的制动设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：应用maxwell软件中rmxprt模型对电机进行磁路方案设计，确定电机定子的槽型参数；

步骤2：在软件模型中逐步增大电机定子槽口宽度bs0，并在齿槽转矩满足要求时观察电机性能；若电机性能降低，则在软件模型中逐步增加磁钢厚度，使齿槽转矩满足要求的同时电机性能也满足要求；

步骤3：将步骤2中rmxprt模型的设计结果导入maxwell软件中2d模型中进行齿槽转矩和定子磁密校核，确认齿槽转矩是否达到要求已经定子磁密是否饱和，若没有达到要求，则返回步骤2重新调整槽口宽度和磁钢厚度，直至齿槽转矩和定子磁密达到要求为止。

有益效果

本发明提出的基于齿槽转矩的大减速比机构制动设计方案，解决了制动器可靠度低，机构冗余，重量大等缺点，在保证电机性能的同时提高了整体机构的可靠性，设计简便，易于实现。

经电机磁路2d、3d仿真及型号实际应用显示：该制动方案设计简便，易于实现，可靠度高，满足大减速比机构的制动要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1槽口——极间单元模型图；

图2某电机定子齿槽结构设计图；

图3某电机在有限元软件maxwell下的磁路分析图；

图4某电机齿槽转矩分布图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的是通过合理设计齿槽转矩实现制动效果，实现齿槽转矩的精确设计，在不影响电机整体性能的情况下，以齿槽转矩代替传统的制动器，作为静态保持力矩应用，简化系统结构，减轻系统重量。

齿槽转矩是气隙磁组变化引起的磁阻转矩，以下式表示：

其中tcog为齿槽转矩，φm为磁通，r为气隙磁阻，θ转子角度。由上式可以看出，设计齿槽转矩主要有两类措施：1.调整磁通；2调整基于该原理，本发明基于齿槽转矩的制动设计方法包括以下步骤：

步骤1：应用maxwell软件中rmxprt模型对电机进行磁路方案设计，确定电机定子的槽型参数；

步骤2：在软件模型中逐步增大电机定子槽口宽度bs0，bs0越大齿槽转矩越大，在齿槽转矩满足要求时观察电机性能，此处目的是调整上述公式中的若电机性能降低，则在软件模型中逐步增加磁钢厚度，使齿槽转矩满足要求的同时电机性能也满足要求，此处目的是调整上述公式中的磁通φm；

步骤3：将步骤2中rmxprt模型的设计结果导入maxwell软件中2d模型中进行齿槽转矩和定子磁密校核，确认齿槽转矩是否达到要求已经定子磁密是否饱和，若没有达到要求，则返回步骤2重新调整槽口宽度和磁钢厚度，直至齿槽转矩和定子磁密达到要求为止。

本实施例中，应用maxwell软件中rmxprt模型对该电机进行磁路方案设计，确定该电机为10极12槽结构，如图2所示。调整槽口宽度bs0，将槽口宽度bs0调整至0.8mm时齿槽转矩tcog＝35mnm，此时电机性能未下降。将rmxprt模型的设计结果导入maxwell软件中2d模型中进行齿槽转矩和定子磁密的校核，确认该设计方案的齿槽转矩是否达到要求，定子磁密是否饱和。

之后对该电机进行实际验证，根据该电机的齿槽转矩测试曲线，可知该电机齿槽转矩实测值为35mnm。结果表明：该制动方案设计简便，易于实现，可靠度高，满足大减速比机构的制动要求，达到了简化设计提高可靠性的目的。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。