基于约束的多极EL图筛选方法用于协作机器人关节轴向磁通电机的极数与槽数选择

《Actuators》：Constraint-Based Multi-Pole EL Map Screening for Pole and Slot Selection in Axial Flux Motors of Collaborative Robot Joints

　　本文提出了一种基于逆变器约束的电磁地图筛选方法，用于根据实际驱动系统的需求选择轴流永磁电机（AFPM）的极数-槽数组合，以应用于协作机器人关节。首先，根据绕组系数以及极数和槽数的特性确定一组初始候选方案。随后，将每个候选方案的电感和空载反电动势表示在共同的电磁地图上，使得不同的极数和槽数拓扑能够在相同的电磁参数空间中进行比较。接着，计算产生目标扭矩所需的电流和电压，并将其与逆变器的电压和电流限制进行对比，以评估每个候选方案的系统级驱动适用性。在同时满足电压和电流约束的候选方案中，电流裕度被用作主要选择标准，同时额外考虑空载反电动势的谐波特性。基于此评估，最终选定22极24槽的组合进行详细设计。对于选定的AFPM，以匝数、永磁体长度、磁体间距和齿间距为设计变量，进行了详细的三维有限元（FEM）设计。在相同的电机体积约束下，与传统径向永磁电机（RFPM）相比，最终设计的AFPM将负载扭矩从0.737 N·m提升至0.907 N·m，输出功率从263.6 W提升至332.4 W，分别对应扭矩密度提升23.1%和功率密度提升26.1%。