本發(fā)明涉及電機
技術領域：
，特別涉及一種電機齒槽轉矩優(yōu)化方法、電機結構及電機。
背景技術：
：齒槽轉矩是衡量伺服電機性能的關鍵指標之一，齒槽轉矩過大會引發(fā)電機旋轉時軸伸端輸出力矩的不均勻，影響位置控制精度。伺服電機由于其多應用與機器人、精密加工設備等，對其位置定位的精確度、控制響應速度都有極嚴格的要求。因此，伺服電機設計的重點之一便是盡量消減齒槽轉矩。現有技術中的降低齒槽轉矩的方法多集中于改進轉子結構，但是，對通過改進定子結構來降低齒槽轉矩的研究并不多。進一步地，由于現有技術中的伺服電機轉子結構，多采用磁環(huán)或表貼式磁瓦，磁環(huán)受到自身形狀的限制，無法對偏心距進行有效調整，因此齒槽轉矩的降低效果有限。技術實現要素：本發(fā)明提供了一種電機齒槽轉矩優(yōu)化方法、電機結構及電機，以解決現有技術中通過轉子結構的改進來降低齒槽轉矩時，齒槽轉矩降低效果差的問題。為解決上述問題，作為本發(fā)明的一個方面，提供了一種電機齒槽轉矩優(yōu)化方法，包括：獲得在某一定子鐵芯圓半徑R下不同定子槽圓半徑下的多個齒槽轉矩；確定所述多個齒槽轉矩中的最小值所對應的那個定子槽圓半徑r；確定所述那個定子槽圓半徑與所述定子鐵芯圓半徑之間的比例關系；根據所述比例關系確定電機的定子結構。優(yōu)選地，所述方法還包括驗證步驟：在使靴部投影高度A與齒部投影高度B在滿足A+B＝r的情況下，改變所述靴部投影高度A與齒部投影高度B的大小，從而獲得多個驗證轉矩，其中，所述靴部投影高度A是指定子鐵芯靴部在定子槽圓中心線上的投影高度，所述齒部投影高度B是指定子齒部在定子槽圓中心線上的投影高度；如果所述多個驗證轉矩均在允許范圍內，則將所述最小值所對應的那個定子槽圓半徑用于確定所述比例關系。優(yōu)選地，所述靴部投影高度A與齒部投影高度B滿足A+B＝24mm。優(yōu)選地，所述方法還包括：將轉子永磁體的偏心距取最大值。優(yōu)選地，所述方法還包括：在轉子永磁體的偏心距取最大值時，轉子永磁體的極弧系數大于或等于0.9。優(yōu)選地，所述比例關系為r＝0.8R。本發(fā)明還提供了一種電機結構，包括定子鐵芯，定子鐵芯的周向設置有多個定子槽，定子槽圓半徑r與定子鐵芯圓半徑R之間的比例關系通過上述的方法確定。優(yōu)選地，所述比例關系為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，電機結構還包括與定子鐵芯配合的轉子永磁體，轉子永磁體的偏心距為21mm、外徑為64mm。優(yōu)選地，轉子永磁體的厚度為5mm。優(yōu)選地，所述轉子永磁體的極弧系數大于或等于0.9。本發(fā)明還提供了一種電機，包括上述的電機結構。本發(fā)明在設計電機時，可根據該比例關系確定定子結構，從而顯著降低電機的齒槽轉矩，使電機定位精度和響應速度得到大幅提升，可適用于各種伺服電機的設計當中。附圖說明圖1示意性地示出了本發(fā)明中的電子鐵芯的結構示意圖；圖2示意性地示出了本發(fā)明中的轉子永磁體的結構示意圖；圖3示意性地示出了定子槽圓的結構示意圖；圖4示意性地示出了齒槽轉矩平均值與偏心距之間的關系曲線。圖中附圖標記：1、定子鐵芯；2、定子槽；3、轉子永磁體。具體實施方式以下結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。請參考圖1至圖4，本發(fā)明中的電機齒槽轉矩優(yōu)化方法包括以下步驟：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(當然，也可采用實測的方式)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齒槽轉矩。接著，從所述多個齒槽轉矩中找出最小的那個齒槽轉矩，從而確定出所述多個齒槽轉矩中的最小值所對應的那個定子槽圓半徑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矩。這樣，便可根據定子鐵芯圓半徑R、以及與所述最小值所對應的那個定子槽圓半徑r，確定出所述那個定子槽圓半徑與所述定子鐵芯圓半徑之間的比例關系，從而根據所述比例關系確定電機的定子結構。其中，定子槽圓半徑r是指在中心線與定子內圓交點至中心線與定子槽頂部輪廓線交點間的距離；定子鐵芯圓半徑R指中心線與定子內圓交點至中心線與定子外圓交點間的距離。由于采用了上述技術方案，本發(fā)明在設計電機時，可根據該比例關系確定定子結構，從而顯著降低電機的齒槽轉矩，使電機定位精度和響應速度得到大幅提升，可適用于各種伺服電機的設計當中。為了提高優(yōu)化的準確性，本發(fā)明還可包括一個驗證步驟，以驗證上述比例關系是否恰當。具體地說，當得到該最小值對應的定子槽圓半徑后，通過以下公式對定子槽圓半徑r進行表達：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。驗證時，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，從而獲得多個驗證轉矩。然后，判斷這些驗證轉矩是否均在允許范圍內，如果是，則將所述最小值所對應的那個定子槽圓半徑用于確定所述比例關系。為了進一步降低電機齒槽轉矩，本發(fā)明還對轉子進行了優(yōu)化設計。例如，在轉子設計時，將轉子永磁體的偏心距取最大值，這樣可以進一步降低電機齒槽轉矩。采用這種方式，特別適合于表貼式轉子伺服電機優(yōu)化設計。這樣，在同時滿足上述比例關系、及轉子永磁體的偏心距取極大值的情況下，可將齒槽轉矩降至最低。極弧系數是另外一個可能影響電機齒槽轉矩的參數，其可理解為轉子表面外圓永磁體所占的比例。為此，發(fā)明人發(fā)現在其他因素變化時，齒槽轉矩仍會隨著轉子永磁體的偏心距的增大而減小，并幾乎不受到極弧系數變化的影響。但是，為了達到最優(yōu)的降低電機齒槽轉矩的目的，本發(fā)明在轉子永磁體的偏心距取最大值時，轉子永磁體的極弧系數大于或等于0.9。在轉子永磁體的偏心距取最大值時，轉子永磁體3的偏心距可以為21mm、外徑可以為64mm。本發(fā)明還提供了一種電機結構，包括定子鐵芯1，定子鐵芯1的周向設置有多個定子槽2，定子槽圓半徑r與定子鐵芯圓半徑R之間的比例關系通過上述的方法確定，因此，與上述方法重復之處在此不再贅述。優(yōu)選地，該比例關系為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方案，本發(fā)明在設計電機時，可根據該比例關系確定定子結構，從而顯著降低電機的齒槽轉矩，使電機定位精度和響應速度得到大幅提升，可適用于各種伺服電機的設計當中。優(yōu)選地，轉子永磁體3的厚度為5mm。優(yōu)選地，所述轉子永磁體的極弧系數大于或等于0.9。本發(fā)明還提供了一種電機，包括上述的電機結構。在一個實施例中，當定子鐵芯圓半徑R＝30時，若比例關系確定為r＝0.8R，那么靴部投影高度A與齒部投影高度B滿足A+B＝24mm。下面，就根據此實施例，對本發(fā)明中的方法進行詳細地示例性說明。首先，使用有限元分析軟件，將電機槽高度設置為參數組合A/B，通過改變參數的數值來改變槽圓半徑與鐵芯圓半徑的比值。對多組參數進行掃描，分別記錄各參數下齒槽轉矩數值。表1掃描參數A\B得到的齒槽轉矩仿真結果槽尺寸A\槽尺寸B1015202511604416567524053100642.8854.865根據表1可知，當A＝4且B＝20時，即A+B＝24mm＝r時，電機齒槽轉矩2.88為最小值，此時比例關系確定為r＝0.8R。為了驗證結論的重復性，繼續(xù)改變A和B數值，并使A+B＝24mm保持不變，進行仿真的結果如下：表2保持A+B＝24mm時得到的齒槽轉矩仿真結果槽尺寸A\槽尺寸B232221201913.1123.132.9842.952.8此時r值不變，但定子槽的形狀在改變，電機齒槽轉矩在2.8-3.11之間變化，基本保持在一個較小的允許范圍內(可對比表1中其他組合下電機齒槽轉矩值)。由于定子槽的形狀在變化，而r值保持不變時，齒槽轉矩也基本保持不變，因此可得出結論齒槽轉矩與r值有關而與槽中靴、齒高度(槽形狀)無關。這樣，即可驗證在保證A+B＝24mm時，改變A與B的不同組合值，得到的電機齒槽轉矩仍在2.8-3.11之間，即可確定r＝A+B＝24mm＝0.8R時，伺服電機齒槽轉矩最小。然后，在r＝0.8R條件下，設轉子永磁體的偏心距為參數C，對其進行掃描仿真，結果如表3所示。其中，永磁體外表面圓弧的中心點至轉子中心點的距離即為永磁體偏心距。表3不同偏心距C下的仿真齒槽轉矩平均值結果圖4示意性地示出了齒槽轉矩平均值與偏心距之間的關系曲線，其中，圖4的縱軸為齒槽轉矩平均值，橫軸為偏心距C?？梢?，在定子尺寸設計符合r＝0.8R的條件下，齒槽轉矩隨著轉子永磁體的偏心距的變大而逐漸減小，且當轉子永磁體的偏心距取得極限最大值時，齒槽轉矩降至最低值。掃描轉子永磁體的偏心距與極弧系數的結果顯示最佳轉子永磁體的偏心距為C＝21，其為轉子外徑D＝64時，永磁體厚度為5時所能取得的最大值。可見，在定子鐵芯按照r＝0.8R設計時，轉子永磁體的偏心距取極大值時，可得到最小齒槽轉矩效果。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3