[发明专利]一种双余弦气隙定子电励磁伺服电机

说明书

本发明提出了一种双余弦气隙定子电励磁伺服电机，包括转子以及设置在转子外侧的电励磁定子，转子与电励磁定子之间留有气隙，气隙的转子侧边界、定子侧边界均呈余弦曲线形状。本发明气隙的转子侧边界、定子侧边界均呈余弦曲线形状，相比传统的光滑圆柱形气隙电机，能够有效的削弱产生转矩脉动的气隙磁场谐波分量，进而降低转矩波动，同时保证了足够的输出转矩。

技术领域

本发明涉及伺服电机技术领域，尤其涉及一种双余弦气隙定子电励磁伺服电机。

背景技术

随着稀土永磁材料的发展，具有高转矩密度、高效率的永磁同步电机在工业领域得到了广泛的应用。然而，永磁材料成本高，高速运行下散热困难造成不可逆退磁等缺点也限制了永磁电机的应用，尤其是高速驱动伺服电机领域。其次，转子电励磁电机和永磁电机相似，具有较高的转矩密度和效率，但是转子励磁绕组需要与滑环连接，维护成本高且容易损坏，同样不适用于高速驱动伺服电机领域。

因此，研究学者将转子侧的励磁绕组放置在定子侧，即定子电励磁电机，实现了交流无刷运行。定子电励磁电机方案没有永磁材料和励磁绕组滑环，降低了电机成本和维护成本，不易损坏；其次，定子电励磁电机转子为实心凸极转子，对散热要求较低，可适用于环境条件更恶劣的场合。虽然定子电励磁电机解决了永磁电机和转子励磁电机的缺点，但是定子电励磁电机为双凸极结构，存在转矩脉动大的缺点，造成转速、位置的控制精度不高，难以满足伺服系统对伺服电机的要求。

发明内容

基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种双余弦气隙定子电励磁伺服电机。

本发明提出的一种双余弦气隙定子电励磁伺服电机，包括转子以及设置在转子外侧的电励磁定子，转子与电励磁定子之间留有气隙，气隙的转子侧边界、定子侧边界均呈余弦曲线形状。

优选的，转子沿断面圆周均匀设置多个凸极齿，凸极齿远离转子一端呈弧形结构。

优选的，气隙的转子侧边界的余弦曲线函数为R_r(θ)＝R_a1+A_r*cos(P_r*θ)，其中：R_a1表示气隙转子侧边界的余弦曲线的起始半径，A_r表示气隙转子侧边界的余弦曲线的振幅，P_r表示凸极齿的数量。

优选的，定子包括定子铁芯、交流绕组和直流励磁绕组，定子铁芯内圆周设置有多个定子齿，定子齿靠近转子一端呈弧形结构，相邻两个定子齿之间形成一个定子槽，交流绕组嵌装在定子槽内并横跨其邻近的定子槽后绕制在定子齿上，相邻两个定子槽内不同时嵌装交流绕组且任意相邻两个交流绕组之间的定子槽内嵌装直流励磁绕组，直流励磁绕组横跨其邻近的定子槽后绕制在定子齿上。

优选的，气隙的定子侧边界的余弦曲线函数为R_s(θ)＝R_a2+A_s*cos(P_s*θ)，其中：R_a2表示气隙定子侧边界的余弦曲线的起始半径，A_s表示气隙定子侧边界的余弦曲线的振幅，P_s表示定子齿的数量。

优选的，气隙的转子侧边界的余弦曲线振幅A_r是气隙转子侧边界的余弦曲线的起始半径R_a1的2.5％-3.5％。

优选的，气隙的定子侧边界的余弦曲线振幅A_s是气隙的转子侧边界的余弦曲线振幅A_r的13％-17％。

优选的，交流绕组、直流励磁绕组采用集中式绕组或分布式绕组。