弧形永磁同步电机设计与优化.pdf

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1、第19卷第7期电机与控制学报Vo1．19No．72015年7月ElectriCMachinesandControlJuly2015弧形永磁同步电机设计与优化常九健，马文礼，樊彦恩(中国电子科技集团第三十八研究所，安徽合肥230088)摘要：对于超大型的精密测量设备，传统的传动方式已经不能满足实际应用需求。介绍了一种基于弧形永磁同步电机驱动方式。为了解决弧形永磁同步电机力矩波动较大的问题，采用有限元分析的方法来仿真分析电机的边端力矩和齿槽力矩。通过调整电机定子铁心的圆周方向的长度，电机的边端力矩从优化前的5．1N·m下降到1．6N·m；通过采用分数槽结构的方法，电机的

2、齿槽力矩从6．0N·m下降到O．67N·m。仿真和实验结果表明电机的力矩波动从原来的4％下降到1．8％，证明该种方法的有效性。关键词：弧形永磁同步电机；边端力矩；齿槽力矩；有限元分析；力矩波动DOI：10．15938／j．emc．2015．07．016中图分类号：TN957；TN273．3文献标志码：A文章编号：1007—449X(2015)07—0106—05DesignandoptimizationofarcpermanentmagnetsynchronousmotorCHANGJiu-jian，MAWen—li，FANYan—en(No．38ResearchI

3、nstituteofCETC，Hefei230088，China)Abstract：Forthetraditionalmotorcan’tmeettherequirmentofthesupertestinstrument，akindofarcpermanentmagnetsynchronousmotor(arcPMSM)wasintroduced．ThecoggingforceofthearcPMSMwasused．Finiteelementanalysis(FEA)wascarriedouttoanalyzethecoggingforceofarcPMSMbyu—

4、singplanarcrosssections．Byadoptingoptimizationmethods，suchasadjustingthelengthofstatoranda—doptingfractionalslot，theendcoggingforcedecreasedfrom5．1N·mto1．6N·m，andtheslotcog-gingforcedecreasedfrom6．0N·mto0．67N·maccordingly．Bothsimulationandexperimentalresultsshowthatthetotaltoquerippler

5、educedfrom4％to1．8％．Keywords：arcpermanentmagnetsynchronousmotor；endcoggingforce；slotcoggingforce；finiteele—mentanalysis；toqueripple传动方式已经不能满足实际应用需求。主要体现在0引言如下方面：采用蜗轮蜗杆传动方式时蜗轮的尺寸难对于一些超大型精密测量设备，如望远镜、测量以做得很大，而且大尺寸蜗轮精度难以得到保证，对雷达、精密机床，转台的尺寸都在10m左右，传统的于大型测量设备而言，传动陨量一般都很大，常常使收稿日期：2014—09—01基金项

6、目：国家自然科学基金(60978050)作者简介：常九健(1984一)，男，博士，研究方向为电机设计与控制；马文礼(1962一)，男，硕士，研究员，博士生导师，研究方向为大型轴系传动与控制；樊彦恩(1985一)，女。硕士，研究方向为控制系镜硬件设计。通讯作者：常九健第7期常九健等：弧形永磁同步电机设计与优化107蜗轮部分的惯量难以匹配与其啮合的蜗杆部分的惯量。当设备制动时，蜗杆副的不可逆转特性会产生很大的冲击，若采用在蜗杆轴上加重量的办法来匹配惯量消除冲击，不仅会使伺服系统的机电时间常数增大，而且会延长起动和制动时间，同时也降低了伺服系统的跟踪性能。摩擦传动虽然克服

7、了蜗轮蜗杆传动的弱点，但其存在传动刚度差，低速爬行和滑移的缺点。低速爬行和滑移会直接影响设备的运动稳定性和传动精度，齿轮传动与蜗轮蜗杆传动类似，都属于啮合传动，同样存在反向间隙、较高齿面接触应力、高频齿形误差等问题。对图1弧形永磁同步电机模型于力矩电机直接传动方式而言，普通的旋转电机Fig．1ThebasicmodelofArcPMSM已经不能满足大型设备应用需求，如果设计超大型的旋转电机，将给电机的加工、运输、安装都带来巨大的困难¨。基于以上原因，本世纪初，国外率先在大型光学望远镜上应用了一种基于弧形永磁同步电机拼接的传动技术。这项传动技术已经成功应用在了8．