弧形永磁同步电机设计与优化
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摘要：对于超大型的精密测量设备，传统的传动方式已经不能满足实际应用需求。介绍了一种基于弧形永磁同步电机驱动方式。为了解决弧形永磁同步电机力矩波动较大的问题，采用有限元分析的方法来仿真分析电机的边端力矩和齿槽力矩。通过调整电机定子铁心的圆周方向的长度，电机的边端力矩从优化前的5.1 N>m下降到1.6 N>m；通过采用分数槽结构的方法，电机的齿槽力矩从6.0 N>m下降到0.67 N>m。仿真和实验结果表明电机的力矩波动从原来的4%下降到1.8%，证明该种方法的有效性。
关键词：弧形永磁同步电机；边端力矩；齿槽力矩；有限元分析；力矩波动
DOI：10.15938/j.emc.2015.07.016
中图分类号：TN957；TN273+.3 文献标志码：A 文章编号：1007-449X（2015）07-0106-05
0.引言
对于一些超大型精密测量设备，如望远镜、测量雷达、精密机床，转台的尺寸都在10m左右，传统的传动方式已经不能满足实际应用需求。主要体现在如下方面：采用蜗轮蜗杆传动方式时蜗轮的尺寸难以做得很大，而且大尺寸蜗轮精度难以得到保证，对于大型测量设备而言，传动惯量一般都很大，常常使蜗轮部分的惯量难以匹配与其啮合的蜗杆部分的惯量。当设备制动时，蜗杆副的不可逆转特性会产生很大的冲击，若采用在蜗杆轴上加重量的办法来匹配惯量消除冲击，不仅会使伺服系统的机电时间常数增大，而且会延长起动和制动时间，同时也降低了伺服系统的跟踪性能。摩擦传动虽然克服了蜗轮蜗杆传动的弱点，但其存在传动刚度差，低速爬行和滑移的缺点。低速爬行和滑移会直接影响设备的运动稳定性和传动精度，齿轮传动与蜗轮蜗杆传动类似，都属于啮合传动，同样存在反向间隙、较高齿面接触应力、高频齿形误差等问题。对于力矩电机直接传动方式而言，普通的旋转电机已经不能满足大型设备应用需求，如果设计超大型的旋转电机，将给电机的加工、运输、安装都带来巨大的困难。
基于以上原因，本世纪初，国外率先在大型光学望远镜上应用了一种基于弧形永磁同步电机拼接的传动技术。这项传动技术已经成功应用在了8.2 m的VLT望远镜和10.4 m的望远镜上。整个拼接电机的转子是由多个扇形结构组成，整个电机定子由多块弧形定子组成，每块定子和转子可以...
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