本實(shí)用新型涉及電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種電機(jī)結(jié)構(gòu)及電機(jī)。
背景技術(shù)：
：齒槽轉(zhuǎn)矩是衡量伺服電機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，齒槽轉(zhuǎn)矩過大會(huì)引發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)軸伸端輸出力矩的不均勻，影響位置控制精度。伺服電機(jī)由于其多應(yīng)用與機(jī)器人、精密加工設(shè)備等，對(duì)其位置定位的精確度、控制響應(yīng)速度都有極嚴(yán)格的要求。因此，伺服電機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一便是盡量消減齒槽轉(zhuǎn)矩?，F(xiàn)有技術(shù)中的降低齒槽轉(zhuǎn)矩的方法多集中于改進(jìn)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，但是，對(duì)通過改進(jìn)定子結(jié)構(gòu)來降低齒槽轉(zhuǎn)矩的研究并不多。進(jìn)一步地，由于現(xiàn)有技術(shù)中的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，多采用磁環(huán)或表貼式磁瓦，磁環(huán)受到自身形狀的限制，無法對(duì)偏心距進(jìn)行有效調(diào)整，因此齒槽轉(zhuǎn)矩的降低效果有限。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型提供了一種電機(jī)結(jié)構(gòu)及電機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中通過轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的改進(jìn)來降低齒槽轉(zhuǎn)矩時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩降低效果差的問題。為解決上述問題，作為本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括定子鐵芯，定子鐵芯的周向設(shè)置有多個(gè)定子槽，定子槽圓半徑r與定子鐵芯圓半徑R之間的比例關(guān)系為r＝0.8R。優(yōu)選地，定子鐵芯圓半徑為30mm，定子槽圓半徑為24mm。優(yōu)選地，電機(jī)結(jié)構(gòu)還包括與定子鐵芯配合的轉(zhuǎn)子永磁體，轉(zhuǎn)子永磁體的偏心距為21mm、外徑為64mm。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子永磁體的厚度為5mm。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子永磁體的極弧系數(shù)大于或等于0.9。本實(shí)用新型還提供了一種電機(jī)，包括上述的電機(jī)結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，可根據(jù)該比例關(guān)系確定定子結(jié)構(gòu)，從而顯著降低電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)定位精度和響應(yīng)速度得到大幅提升，可適用于各種伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中。附圖說明圖1示意性地示出了本實(shí)用新型中的電子鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示意性地示出了本實(shí)用新型中的轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示意性地示出了定子槽圓的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示意性地示出了齒槽轉(zhuǎn)矩平均值與偏心距之間的關(guān)系曲線。圖中附圖標(biāo)記：1、定子鐵芯；2、定子槽；3、轉(zhuǎn)子永磁體。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。請(qǐng)參考圖1至圖4，本實(shí)用新型中的電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括定子鐵芯1，定子鐵芯1的周向設(shè)置有多個(gè)定子槽2，定子槽圓半徑r與定子鐵芯圓半徑R之間的比例關(guān)系為r＝0.8R。優(yōu)選地，定子鐵芯圓半徑為30mm，定子槽圓半徑為24mm。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，可根據(jù)該比例關(guān)系確定定子結(jié)構(gòu)，從而顯著降低電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)定位精度和響應(yīng)速度得到大幅提升，可適用于各種伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子永磁體3的偏心距可以為21mm、外徑可以為64mm。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子永磁體3的厚度為5mm。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子永磁體的極弧系數(shù)大于或等于0.9。本實(shí)用新型還提供了一種電機(jī)，包括上述的電機(jī)結(jié)構(gòu)。下面，對(duì)本實(shí)用新型中的定子鐵芯1中的上述比例關(guān)系的確定過程進(jìn)行詳細(xì)描述。首先，在定子鐵芯圓半徑R確定的情況下，不斷地改變定子槽圓半徑的值，從而通過仿真(例如，有限元仿真等)等手段(當(dāng)然，也可采用實(shí)測的方式)獲得在該定子鐵芯圓半徑R下，不同的定子槽圓半徑下的多個(gè)齒槽轉(zhuǎn)矩。接著，從所述多個(gè)齒槽轉(zhuǎn)矩中找出最小的那個(gè)齒槽轉(zhuǎn)矩，從而確定出所述多個(gè)齒槽轉(zhuǎn)矩中的最小值所對(duì)應(yīng)的那個(gè)定子槽圓半徑r。也就是說，在此定子槽圓半徑r下，能夠獲得最小的齒槽轉(zhuǎn)矩。這樣，便可根據(jù)定子鐵芯圓半徑R、以及與所述最小值所對(duì)應(yīng)的那個(gè)定子槽圓半徑r，確定出所述那個(gè)定子槽圓半徑與所述定子鐵芯圓半徑之間的比例關(guān)系，從而根據(jù)所述比例關(guān)系確定電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)。其中，定子槽圓半徑r是指在中心線與定子內(nèi)圓交點(diǎn)至中心線與定子槽頂部輪廓線交點(diǎn)間的距離；定子鐵芯圓半徑R指中心線與定子內(nèi)圓交點(diǎn)至中心線與定子外圓交點(diǎn)間的距離。為了提高優(yōu)化的準(zhǔn)確性，本實(shí)用新型進(jìn)行如下的驗(yàn)證操作。具體地說，當(dāng)?shù)玫皆撟钚≈祵?duì)應(yīng)的定子槽圓半徑后，通過以下公式對(duì)定子槽圓半徑r進(jìn)行表達(dá)：r＝A+B其中，A為靴部投影高度，指定子鐵芯靴部在定子槽圓中心線上的投影高度；B為齒部投影高度，指定子齒部在定子槽圓中心線上的投影高度。驗(yàn)證時(shí)，在滿足A+B＝r的情況下，不斷地改變所述靴部投影高度A與齒部投影高度B的大小，從而獲得多個(gè)驗(yàn)證轉(zhuǎn)矩。然后，判斷這些驗(yàn)證轉(zhuǎn)矩是否均在允許范圍內(nèi)，如果是，則將所述最小值所對(duì)應(yīng)的那個(gè)定子槽圓半徑用于確定所述比例關(guān)系。為了進(jìn)一步降低電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩，本實(shí)用新型還對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，在轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)時(shí)，將轉(zhuǎn)子永磁體偏心距取最大值，這樣可以進(jìn)一步降低電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩。采用這種方式，特別適合于表貼式轉(zhuǎn)子伺服電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣，在同時(shí)滿足上述比例關(guān)系、及轉(zhuǎn)子永磁體偏心距取極大值的情況下，可將齒槽轉(zhuǎn)矩降至最低。極弧系數(shù)是另外一個(gè)可能影響電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的參數(shù)，其可理解為轉(zhuǎn)子表面外圓永磁體所占的比例。為此，實(shí)用新型人發(fā)現(xiàn)在其他因素變化時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩仍會(huì)隨著轉(zhuǎn)子永磁體偏心距的增大而減小，并幾乎不受到極弧系數(shù)變化的影響。但是，為了達(dá)到最優(yōu)的降低電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的目的，本實(shí)用新型在轉(zhuǎn)子永磁體偏心距取最大值時(shí)，轉(zhuǎn)子永磁體的極弧系數(shù)大于或等于0.9。下面，對(duì)定子鐵芯圓半徑R＝30、比例關(guān)系確定為r＝0.8R時(shí)的上述優(yōu)選實(shí)施例的具體實(shí)施過程進(jìn)行舉例和驗(yàn)證。首先，使用有限元分析軟件，將電機(jī)槽高度設(shè)置為參數(shù)組合A/B，通過改變參數(shù)的數(shù)值來改變槽圓半徑與鐵芯圓半徑的比值。對(duì)多組參數(shù)進(jìn)行掃描，分別記錄各參數(shù)下齒槽轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值。表1掃描參數(shù)A\B得到的齒槽轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果槽尺寸A\槽尺寸B1015202511604416567524053100642.8854.865根據(jù)表1可知，當(dāng)A＝4且B＝20時(shí)，即A+B＝24mm＝r時(shí)，電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩2.88為最小值，此時(shí)比例關(guān)系確定為r＝0.8R。為了驗(yàn)證結(jié)論的重復(fù)性，繼續(xù)改變A和B數(shù)值，并使A+B＝24mm保持不變，進(jìn)行仿真的結(jié)果如下：表2保持A+B＝24mm時(shí)得到的齒槽轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果槽尺寸A\槽尺寸B232221201913.1123.132.9842.952.8此時(shí)r值不變，但定子槽的形狀在改變，電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩在2.8-3.11之間變化，基本保持在一個(gè)較小的允許范圍內(nèi)(可對(duì)比表1中其他組合下電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩值)。由于定子槽的形狀在變化，而r值保持不變時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩也基本保持不變，因此可得出結(jié)論齒槽轉(zhuǎn)矩與r值有關(guān)而與槽中靴、齒高度(槽形狀)無關(guān)。這樣，即可驗(yàn)證在保證A+B＝24mm時(shí)，改變A與B的不同組合值，得到的電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩仍在2.8-3.11之間，即可確定r＝A+B＝24mm＝0.8R時(shí)，伺服電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩最小。然后，在r＝0.8R條件下，設(shè)轉(zhuǎn)子永磁體偏心距為參數(shù)C，對(duì)其進(jìn)行掃描仿真，結(jié)果如表3所示。其中，永磁體外表面圓弧的中心點(diǎn)至轉(zhuǎn)子中心點(diǎn)的距離即為永磁體偏心距。表3不同偏心距C下的仿真齒槽轉(zhuǎn)矩平均值結(jié)果圖4示意性地示出了齒槽轉(zhuǎn)矩平均值與偏心距之間的關(guān)系曲線，其中，圖4的縱軸為齒槽轉(zhuǎn)矩平均值，橫軸為偏心距C?？梢?，在定子尺寸設(shè)計(jì)符合r＝0.8R的條件下，齒槽轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)子永磁體偏心距的變大而逐漸減小，且當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體偏心距取得極限最大值時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩降至最低值。掃描轉(zhuǎn)子永磁體偏心距與極弧系數(shù)的結(jié)果顯示最佳轉(zhuǎn)子永磁體偏心距為C＝21，其為轉(zhuǎn)子外徑D＝64時(shí)，永磁體厚度為5時(shí)所能取得的最大值?？梢?，在定子鐵芯按照r＝0.8R設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)子永磁體偏心距取極大值時(shí)，可得到最小齒槽轉(zhuǎn)矩效果。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3