| 一、基本情况 |
| 成果名称 | 一种双层绕组Halbach容错电机 | 完成时间 | 2021年01月 |
| 完成人 姓名 | 张蔚 | 所在部门 | 电气工程学院 | 职称 | 教授 | 职务 | |
| 成果形式 | R新技术 £新工艺 £新产品 □新材料 □新装备 □新品种 □其他 | 成熟 程度 | R研制 □小试 □中试 □试生产 □小批量生产 □大批量生产 |
| 应用产业领域 | R电子信息 R装备制造 R能源环保 □生物技术与医药 □新材料 R现代农业 R其他 |
| 发明专利 | 专利号：ZL 2019 1 1074322.X |
| 合作方式 | R 技术开发 R 技术入股 R技术转让 R 技术服务 R 技术咨询 R 人才培养 R共建载体 R 其它 |
| 二、成果简介 |
| 成果简介 | 由于机器人具有可靠稳定、工作效率高、能在高危环境下代替人工进行操作等优点，所以它的应用研究已经从传统的工业生产制造拓宽到生物工程、医疗服务、勘测探查、教育娱乐等领域。其中电机单元作为机器人最重要的零部件之一,它对机器人是否能够平稳、精准、可靠地运行至关重要。Halbach永磁同步电机由于既包含永磁电机的体积小、调速范围宽、起动转矩大等优点，又具有Halbach永磁体阵列优点。因此，在机器人的发展中具有良好的应用前景。用于机器人关节的电机，对其容错性提出了更高的要求。将永磁电机采用分数槽集中绕组并且引入容错齿，从而满足容错性能。但是分数槽集中绕组会使磁动势谐波增大；采用容错齿结构会降低电机的槽满率，降低了电机的效率和功率密度。因此，需要设计新型的Halbach永磁同步电机满足关节电机的容错性能的要求。 研发的双层绕组Halbach容错电机，包括定子、转子和Halbach永磁体阵列，定子槽被槽楔沿径向分割为上层槽和下层槽，上层槽沿径向截面为扇形结构，下层槽沿径向截面为圆弧酒杯形结构，上下层槽内分别嵌有同相绕组。正常运行时，相邻定子槽的上下层绕组采用错开的方式连接；当绕组发生故障，若故障绕组与左右相邻的绕组均为同相绕组，则采用故障绕组同槽不同层绕组替代故障绕组；若故障绕组与左右相邻的绕组存在不同相，则不同相绕组和故障绕组均被同槽不同层绕组替代。定子槽的结构解决了普通定子齿局部饱和发热的问题，绕组的双层设计提高了电机运行的安全性，使得电机结构具有较高的容错性能。 |
| 创新要点 | 研发的双层绕组的Halbach容错电机，其定子槽的结构解决了普通定子齿局部饱和发热的问题，避免了电机过载烧坏、永磁体去磁的风险，提高了电机运行的安全性。定子槽内分为上、下两层绕组，同槽上下两层绕组同相，正常运行时，为了避免相间短路，相邻定子槽的上下层绕组采用错开的方式连接；一旦绕组发生故障，若该绕组左右相邻两个绕组与其均为同相绕组，则采用所述故障同槽不同层绕组替代故障绕组，形成新的通电回路；若所述故障与其左右相邻两个绕组，存在一个及以上为不同相绕组，则不同相绕组和故障绕组均被其同槽不同层绕组替代。该结构既减小了相间短路的风险，又确保电机能够继续正常工作，提高了电机的容错性能。 |
| 技术指标 | 本发明所述的电机样机额定功率为350W，额定转速为1500r/min，额定转矩为2.71N·m，最高效率为91.3%，高效区为81%，最大转矩密度为4.1N·m/kg。 |
| 产业化 前景 | 电机单元作为机器人最重要的零部件之一,它对机器人是否能够平稳、精准、可靠地运行至关重要，且在其他领域的应用前景也是相当广泛，例如电动汽车，风力发电和医疗机械等,因此具有很好的产业化前景。 |
