[发明专利]一种低惯量高转矩密度机器人关节用力矩电机

说明书

本发明提供了一种低惯量高转矩密度机器人关节用力矩电机，包括定子铁心(1)、电枢绕组(2)、气隙(3)、永磁磁极(4)；所述永磁磁极(4)为环式永磁体；所述气隙(3)存在于所述定子铁心(1)与所述环式永磁体之间。其中，所述环式永磁体为整体环式结构，应用Halbach阵列充磁，每极两块磁钢主辅磁极配比比例不同，且辅磁极充磁角度不同，以此提高磁极的磁性能。在磁场强度相同的情况下，磁极可以更薄，进一步降低重量及转动惯量，提高力矩电机的转矩密度。

技术领域

本发明涉及一种力矩电机，特别是降低了电机转子的重量和转动惯量、提高了力矩电机的转矩密度、同时提高了转子磁体耐温等级的用于机器人关节的力矩电机。

背景技术

机器人关节运动有其特殊性，尤其是仿人机器人关节，其既要实现类似人类关节的运动，又要有人类肌肉的爆发力，还受体积重量的限制，这就要求其驱动元件具有很高的转矩密度，以适应机器人复杂的运动工况。

当前仿人机器人关节多采用无刷直流电机，此类电机采用永磁体励磁，转子结构往往采用磁极表贴式结构。无刷直流电机为了很好的固定磁极，经常要加固定套或采用碳纤维带绑扎。如公开号为CN108282065A，发明名称为“高效率、高功率密度Halbach阵列无刷直流电机”即是采用外加不导磁转子护套的方式。该专利中提到的电机，转子永磁体为分块式Halbach阵列，利用磁场特性，配合相应的转子磁轭结构和材料，降低电机整体重量。

然而，就该专利文献中的方案而言，虽然通过转子磁轭及磁轭支架的结构降低了转子重量，但采用外加不导磁转子护套的方式来固定分块拼装的永磁体，不但工艺复杂，装配误差容易增大，且增加转子重量及转动惯量；而采用碳纤维带绑扎磁极的方式，纤维带绑得过厚，会影响气隙，过薄，则牢固可靠性难以保证，容易松动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低惯量高耐温机器人关节力矩电机，采用整体环式磁极，不需要增加保护套等措施，既简化了工艺，又降低了转子重量；同样采用不同磁极配比的两块Halbach阵列充磁，优化了磁场特性，进而取消转子轭部，降低了转子重量及转动惯量，提高了电机的转矩密度。

本发明的技术方案如下。

本发明一方面提供了一种环式永磁体，用于力矩电机的永磁磁极，其中，所述环式永磁体为整体磁环，所述整体磁环采用每极分为两块磁钢的halbach阵列充磁，形成单边磁场。

优选地，所述halbach阵列充磁中，每极永磁体块数为2，辅磁极充磁角及每极主辅磁极的配比比例由有限元软件仿真确定。

本发明第二方面提供了一种力矩电机，包括定子铁心、电枢绕组、气隙、永磁磁极；其中，所述永磁磁极为环式永磁体；所述气隙存在于所述定子铁心与所述环式永磁体之间。

优选地，所述环式永磁体为整体磁环。

优选地，所述整体磁环采用每极分为两块磁钢的halbach阵列充磁，形成单边磁场。

优选地，所述halbach阵列充磁中，每极永磁体块数为2，主磁极充磁角度固定。

优选地，所述halbach阵列充磁中，辅磁极充磁角为75°，每极主辅磁极的配比比例为1:1

优选地，所述halbach阵列充磁中，辅磁极充磁角为85°，每极主辅磁极的配比比例为9:1。

优选地，所述halbach阵列充磁中，辅磁极充磁角为80°，每极主辅磁极的配比比例为2:1。

本发明第三方面提供了一种机器人关节，包括根据以上技术方案中任一项所述的力矩电机。

本发明第四方面提供了一种仿人机器人，包括机器人关节，其中所述机器人关节包括根据以上技术方案中任一项所述的力矩电机。

与现有技术相比，本发明有如下优点：