[发明专利]一种紧凑型机械臂关节电机不等匝绕组绕制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间机械臂用高功率密度永磁无刷电机特殊绕组结构，属于电机技术领域。

背景技术

空间机械手臂是空间工程必备重要装置，辅助航天员完成高精度的运输以及维护工作。机械臂的设计要求是高强度、高可靠性、灵活工作并具有尽量轻便的体积和重量。在机械臂驱动系统中，电磁装置是必不可少的。相比与液压驱动等其他地面机械臂常用驱动方式，电磁驱动在太空领域具有极大优势。因此就目前空间领域发展情况而言，其它空间科技先进国家都采用电磁驱动方式解决空间机械臂的驱动问题。

电机作为电磁驱动重要核心设备，在设计与加工中存在很多技术难点。其中针对高可靠性、高效性、高可控性、减重性等都进行了相应的方案分析与比较。由于电机采用导磁性铁磁材料与导电性电磁材料为主要构成，其重量的减小仅能体现在增加能量密度上，因此选用永磁电机为理想方案。同时采用适当增加电机转速以减小电机体积的方法，同时配以适当的减速装置达到综合体积与重量最小化设计。

目前国家大力发展工业4.0计划，对机器人产业也提出了具体的发展目标，空间机械臂技术可以应用于普通民用领域，带动机器人行业的发展。

在减小重量和体积的同时要求兼顾电机的可靠性问题、成本与造价问题。

在造价较低的产品中，将霍尔元件作为位置闭环传感器而省略旋转变压器等较为复杂传感器。但直接埋入霍尔元件会造成电机的力矩波动。

发明内容

本发明目的是为了解决现有电机直接埋入霍尔元件会造成电机的力矩波动的问题，提供了一种紧凑型机械臂关节电机不等匝绕组绕制方法。

本发明所述一种紧凑型机械臂关节电机不等匝绕组绕制方法，所述紧凑型永磁无刷电机包括中空多极永磁转子和埋入霍尔元件的定子，定子包括定子铁心，在定子铁心上设置多个定子槽，定子槽内按三相对称方式埋入三只霍尔元件；

在定子槽内绕制三相对称绕组的方法为：霍尔元件所在定子槽绕制的绕组匝数少于其它定子槽的匝数，匝数减少的数量由霍尔元件的大小决定，且三只霍尔元件所在定子槽的绕组对称设置。

本发明的优点：在本发明专利就是在采霍尔设计时，为了节约轴向有限空间，将霍尔元件放入槽中，依靠漏磁场检测转子位置时，为了获得一定安置空间，适当减少相关槽内元件匝数而尽量减少对电机性能影响的一种绕组形式。

本发明方法应用于一种低惯量永磁无刷力矩电机，它作为空间或者民用机械臂关节的驱动装置，能够直接满足机械臂末端低转速运行的要求，相对于现有技术中采用高速电机与齿轮减速装置配套来达到使用要求的方式，实现结构简单，电机系统的复杂程序降低；同时由于转子采用中空盘式，在相同重量的前提下能够达到最大的力矩输出，更加适用于航天领域。而采用埋入霍尔器件方法，减小电机整体长度，对减小重量，提高功率密度都具有很大好处。

附图说明

图1是本发明所述一种紧凑型机械臂关节电机不等匝绕组绕制方法的原理示意图；

图2是具体实施例三相绕组的具体绕制图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种紧凑型机械臂关节电机不等匝绕组绕制方法，所述紧凑型永磁无刷电机包括中空多极永磁转子和埋入霍尔元件的定子，定子包括定子铁心，在定子铁心上设置多个定子槽，定子槽内按三相对称方式埋入三只霍尔元件1；

在定子槽内绕制三相对称绕组的方法为：霍尔元件1所在定子槽绕制的绕组匝数少于其它定子槽的匝数，匝数减少的数量由霍尔元件1的大小决定，且三只霍尔元件1所在定子槽的绕组对称设置。

为了解决现有空间机械臂采用高速电机进行驱动需要配套齿轮减速装置，使电机系统结构复杂的问题。本实施方式所涉及电机为尽量体积小的电机，为了减少电机轴向体积，采用将霍尔元件埋入电机槽中方式。为了有足够空间放置霍尔元件，通过特殊的绕组设计，使放置霍尔元件的槽内绕组匝数小于不放置霍尔元件的匝数。但整体三相定子绕组呈对称状态，以保证磁通尽量均匀分布，以减小永磁电机的力矩波动。保持严格三相对称放置，包括霍尔对称放置，绕组匝数的对称放置。这样，但仍可保持总电势对称，磁势对称，对电机的平稳运行起到保证作用。

在图1中，采用三套闭合连续对称绕组AX/BY/CZ构成电机的主绕组，为双层节距为1的绕组，若对于普通电机，每槽内匝数相等，三相绕组对称，A1匝和B1匝相等。而本实施方式中A1匝和B1匝不相等。

结合图2给出一个具体实施例来说明如何绕制定子绕组，经过计算，将某一相的位置检测霍尔元件放入3号槽内，这时，若按照原有电机设计匝数，采用相连7个槽内匝数相同。则3号槽内将放不下霍尔元件。因此将3号槽内两个元件(分别是2号元件下层边和3号元件上层边)匝数适当减小，依照所需霍尔大小减小匝数。而造成B1匝数与A1匝数不等。这时一相串联的匝数并不相等，而出现2号、3号匝数与其他槽内匝数不等现象。