[实用新型]应用于机器人关节的高性能紧凑型伺服电动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种伺服电动机，特别涉及一种应用于机器人关节的高性能紧凑型伺服电动机。

技术背景

目前，机器人向灵活、轻便、高精度、易控制的方向发展，这就要求安装在机器人手臂关节处的伺服电动机具备体积小、出力大、控制精确、响应速度快的特点。但目前传统伺服电动机的定子采用人工绕线的方式，槽满率低，端部绕组占用空间大，使伺服电动机体积较大；而且转子磁钢通常采用先充磁后粘结的方式，由于磁钢具有磁性，粘结时会产生一定的机械误差，由于车削刀具为金属材料，磁钢粘结后无法再进行转子的整体加工，转子的同轴度较低，而高性能紧凑型伺服电动机的气隙尺寸通常较小，若转子加工精度较低，会导致电动机运行时发生定转子碰撞的危险；另外，由于定子齿槽的存在，电动机运行时定子齿槽与转子磁极间相互作用会产生齿槽效应，使定子绕组中的感应电动势产生高次谐波分量，导致电动机运行时转矩脉动较大，降低了伺服系统的控制精度。上述缺陷需要改善。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是要提供了一种高性能紧凑型的伺服电动机，应用到机器人手臂关节处，可缩小机器人的体积，增加功率密度，增大力矩，提高控制精度。

为了解决以上的技术问题，本实用新型提供了一种应用于机器人关节的高性能紧凑型伺服电动机，包括定子、转子、传感器、外壳和端盖，所述定子采用单体绕线拼块成圆的结构，所述转子采用多极对数整体充磁的环形磁钢，环形磁钢外圆周装有定子，定子外圆周装有外壳，外壳两端用端盖封闭，转轴端部装有传感器。

所述定子采用单体绕线拼块成圆的结构，为绕线后的铁心拼块单体拼接成圆形，利用激光焊接技术将拼接处焊牢，构成一个完整的定子。

所述铁心拼块单体，为工型铁心冲片叠装成铁心拼块单体，安装绝缘纸和绝缘骨架后，放到自动绕线机上进行自动绕线。

所述转子采用多极对数整体充磁的环形磁钢，为未充磁的环形磁钢粘结在转轴上，再对转子各段外表面进行精加工，在确保转子磁钢及转轴各段外表面的圆度及同轴度后，再将套好磁钢的转子放入充磁机内进行多极对数整体充磁。

由于所述转子采用环形磁钢整体充磁的结构，转子外圆的加工精度较高，而且与瓦片式磁钢相比，采用环形磁钢结构的电机无需在磁钢外圆缠绕绑扎带，因此在电机设计时可适当缩小电动机气隙的尺寸，达到增大气隙磁场储能和减小漏磁的目的，从而提高伺服电动机的功率密度。所述高性能紧凑型伺服电动机的气隙磁通密度较大，而气隙磁通密度与电机的气隙尺寸、永磁体性能等参数有关，因此确定单边气隙尺寸σ的依据为：

σ≤Φm/Kσ（1）

其中：Φm为永磁体发出的磁通；

Kσ为与电动机长度、极距和磁钢形状有关的参数。

所述转子充磁时采用斜极的充磁方式，斜极角度θ为：

θ=2π/N（2）

式中：N为定子齿数Z和转子磁极对数2p的最小公倍数。

根据电动机空间矢量的参数分析可知，转子斜极角度为θ时，转子磁极的基波扭斜系数λ为：

λ=sin(p·θ)/(p·θ)（3）

对于高次谐波，斜极角度相当于谐波次数与实际斜极角度的乘积，因此，转子磁极的高次谐波扭斜系数λi为：

λi=sin(p·i·θ)/(p·i·θ)（i=3,5,7······）（4）

所述传感器采用多圈绝对式光电编码器，装配时将传感器直接安装在转轴端部，由于在磁钢未充磁前对转子进行精加工，因此转子各段圆度及同轴度较高，转轴与传感器的配合精度亦较高，使得传感器反馈信号更加准确，从而可以提高机器人伺服系统的控制精度。

本实用新型的优越功效在于：

1）定子采用拼块式结构，在进行绕线时操作空间较大，槽内绕组和端部绕组可排列整齐紧凑，槽满率高且绕组端部较小，从而提高电动机内部空间的利用率，使电动机整体结构更加紧凑。应用在机器人关节处，可缩小机器人的体积，以达到机器人活动灵巧的目的；

2）定子采用拼块式结构，并利用绕线机进行自动绕线，能够提高生产效率，适合批量生产；

3）转子采用多极对数整体充磁的方式，在未充磁前进行转子的车削加工，提高了转子尺寸精度，一方面解决了金属刀具无法车削磁性零部件的问题，另一方面，避免了电机运行时定转子之间产生碰撞的危险；

4）转子采用环形磁钢整体充磁的结构，转子外圆的加工精度较高，而且与瓦片式磁钢相比，采用环形磁钢结构的电机无需在磁钢外圆缠绕绑扎带，因此在电机设计时可适当缩小电动机气隙的尺寸，达到增大气隙磁场储能和减小漏磁的目的，从而提高伺服电动机的功率密度；