水平井牵引机器人空心杯直流伺服电动机的研究

水平井牵引机器人对控制电机不仅有耐高温要求,而且有响应快、体积小、能量密度大等要求,而空心杯电枢直流电动机由于无铁心,故惯量和电感均大为减小,机电时间常数小于28ms,部分产品可以达到10ms以内;与同等功率的铁芯电机相比,其重量、体积减轻1/3-1/2,是低惯量电机中性能最好的一种。 空心杯电机由于其结构特殊,工艺要求高,加工制造困难,因此,一直以来其并没有被大规模的研究和应用,特别是国内对空心杯电机的研究更是稀少。 本文通过对传统永磁直流电机设计方法的研究,结合新型稀土永磁材料的应用以及有限元理论在磁场分析方面的发展,提出了一套全新的空心杯永磁直流伺服电机设计及优化方法。 根据技术要求,由主要尺寸关系初步选取主要结构尺寸并选用外磁式结构。运用有限元分析软件ANSYS对电机内部磁场进行仿真分析,得出电机内部磁场磁密及磁场强度分布情况,在此基础上运用路径法对电枢反电动势、电磁转矩等电磁参数进行了分析计算。 运用有限元分析软件ANSYS分析了通过改变电机极弧系数、磁钢厚度和气隙厚度对电机磁场的影响,以电机性能和磁钢利用率为目标对这些参数进行了优化。 利用ANSYS对电机转轴进行了模态分析,求出了转轴的前十阶固有频率和振型,得出了转轴的极限转速。