论文总字数：18315字

摘 要

力矩电机主要由转子、永磁体、分数槽绕组、定子水冷结构组成，根据直接驱动永磁环形力矩电机转矩密度和抑制转矩波技术研究，得出其转矩波动小和转矩密度高的特点，以永磁力矩电机为对象，研究其中关键技术，主要研究工作如下：

1.初步确定电磁方案,拟采用内转子结构,永磁体多极面装式,分数槽非叠式绕组形式,以及定子水冷结构等。

2.考虑电机的结构特殊性和提高电机工作精度,本论文采用ansoft软件对电机进行有限元分析，完成电磁场分析与计算，获得电机性能参数得出最佳数值，采用最佳的极槽配合来减小齿槽转矩，并且在定子齿顶开辅助槽的方式来抑制电机运转的转矩波动。

3.永磁同步电机伺服控制技术研究，通过速度、电流的双闭环调节来提高系统的控制精度。采用霍尔电流传感器检测三相电流，速度编码器检测电机转速。

关键词：力矩电机,分数槽绕组,极槽配合,辅助槽,转矩波动,伺服控制技术

Research on key technology of high precision Torque

motor

Abstract

Torque motor is mainly composed of a rotor, permanent magnet, fractional slot winding, stator water cooling structure. According to the research of the direct drive torque wave technology and inhibitory PM ring torque motor torque density, the torque ripple is small and high torque density. The permanent magnet torque motor as the object, the key technology research, the main research work is as follows:

1.preliminary Determination of electromagnetic scheme, the outer rotor structure, multi pole surface mounted permanent magnet, fractional slot non overlapping winding, and stator water cooling structure.

2.consider the particularity of the structure and improve the precision of motor motor, this paper uses Ansoft software for finite element analysis of the motor, to complete the analysis and calculation of electromagnetic field, the motor performance parameters to get the optimum value. The best fit to the tank to reduce the cogging torque, torque ripple and the stator tooth top open auxiliary slot way to suppress the motor running。

3.permanent magnet synchronous motor servo control technology research, through the double closed loop speed, current regulation to improve the control accuracy of the system. The Holzer current sensor detects the three-phase current, speed detecting motor speed encoder.

Keyword: Torque motor,Fractional slot winding,Pole slot match,Auxiliary slot,Torque ripple,Servo control technology

目录

摘要 2

Abstract 3

第一章 绪论 6

1.2 直驱式力矩电机的发展现状 7

1.2.1国内研究现状 7

1.2.2国外研究现状 7

1.2.3 永磁电机齿槽转矩研究现状 8

1.3 力矩电机关键技术 9

1.4论文的整体结构 9

第二章 永磁力矩电机基本方案设计 10

2.1力矩电机及其构造原理和特点 10

2.2 永磁力矩电机基本结构的选择 12

2.2.1 转子结构的选择 12

2.2.2 永磁体的选择 13

2.2.3永磁体尺寸的选择 13

2.3 定子槽型的选择 14

2.4 本章小结 15

第三章 永磁力矩电机齿槽转矩和转矩波动的抑制研究 17

3.1极槽配合的选择 17

3.2.1极槽配合对齿槽转矩的影响 18

3.2.2极槽配合对气隙磁密的影响 19

3.3 分数绕组的确定 21

3.4 辅助槽对转矩波动的影响 22

3.5 本章小结 24

第四章 永磁同步电机伺服控制技术 26

4．1 TMS320LF2407A概述 26

4.2 控制系统硬件设计 27

4.2.1定子电流检测 28

4.2.2速度检测 29

4.2.3 系统保护电路 30

4.3 系统驱动电路 30

4.4 控制系统软件设计 33

4.4.1主程序结构 33

4.4.2 定时器下溢出中断主程序 34

4.5 本章小结 35

第五章 总结与展望 36

5.1 总结 36

5.2 展望 36

致谢 37

参考文献 38

第一章 绪论

1.1 课题的背景和意义

直接驱动技术因其传动系统刚性好，无传动间隙，无磨损和可靠性高等诸多优点，在航空制造业和高速加工中心设备等领域的应用越来越广泛，直接驱动技术最典型的应用就是电主轴、力矩电机和直线电机直接驱动电机伺服系统与传统的旋转电动机减速机构的驱动方式相比，传统的驱动方式具有较好的静态刚度，但在完成启动、加速、减速、反转及停车等运动时，机械传动链可能会发生弹性变形、摩擦和反向间隙等问题，造成机械振动、运动响应慢、动态刚度差及其他非线性误差，难以实现高精度加工^[1]。采用直接驱动技术是解决上述问题的主要途径之一，因为直接驱动消除了由中间机械传动机构引起的消耗和限制，直接将动力传递给执行机构。虽然消除了中间传动机构所带来的弹性变形、间隙和摩擦等因素对系统精度的影响，但也使各种干扰不经过任何中间环节的衰减直接传到电机上，增加了电气电子控制上的难度。如图1.1

图1.1传统机械传动与直驱传动对比图

1.2 直驱式力矩电机的发展现状

1.2.1国内研究现状

早在 20 世纪 50 年代初期，就提出了力矩电机的概念，由于当时对伺服电动机控制精度要求并不很高，用高速伺服电动机加齿轮等减速机构来驱动负载就可以满足生产要求，所以实际上力矩电机没有得到广泛应用。直到 50 年代后期，随着科学技术的迅速发展，力矩电机才逐渐受到人们的重视，并在 60 年代有了较大的发展^[2]。我国直驱技术的发展与国际水平有很大差距。自2005年起国内就开展了以力矩电机为核心驱动元件的转台的技术研究和产品开发，但大多尚停留在产品样机阶段。在力矩电机相关技术领域，国内与国外也存在较大差距。国际上90年代初开始应用，现在进入普及阶段。国内90年代中期才开始研究，而成功的应用还比较少。包括凯奇电气、华中数控都展出过样机，均未形成批量产品。哈尔滨工业大学、沈阳工业大学都在力矩电机设计和应用方面开展了许多研究工作，也为社会小批量提供了一些力矩电机产品，大多配置德国科比的驱动器。2009年北京CIMT上，烟台环球展出了应用西门子力矩电机的转台样机。

1.2.2国外研究现状

国外的发展状况，早在上世纪 70 年代美国已完成对力矩电机的基础研究，比较完善的力矩电机等系列化产品就已经投入市场，美国 Inland 公司较具代表性。现在国际上生产力矩电机的厂家有很多，如德国 Siemens、英国 Muirhead Aerospace、美国 Kollmorgen、Poly-Scientific 等公司，各种型号的力矩电机都有设计生产，该电机的设计技术已相对很成熟。其中英国 Muirhead Aerospace 公司生产的力矩电机具有直接驱动、大转矩输出和低速精确性好等特点。

SINAMICS S120内装式 1FW6 电机结构如图1.2

请支付后下载全文，论文总字数：18315字