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考虑到服务机器人的应用场景需求,电机的低速平稳性和短时过载能力一般需要多做考虑。
在低速平稳性这项重要考量指标上,对其造成影响的主要原因是电机低速运行时的脉动转矩,包括电动势或电流非正弦引起的纹波转矩和齿槽转矩。其中,非正弦引起的纹波转矩主要由电流换向、电磁因素、电枢反应等原因造成。
永磁电机齿槽转矩影响可以通过电机设计进行改善,目前在设计电机时,主要改善的方法有:(1)优化极槽数组合;(2)采用斜极和斜槽;(3)优化极弧系数;(4)采用不等厚磁极;(5)磁极分段布置。其他方法基于成本等因素考虑使用较少。
目前的服务机器人领域,特别是足式机器人等应用场景,对电机的短时过载能力和峰值扭矩密度要求更高。言下之意,在做此类电机的挑选时,关键需要考虑的是,电机设计者如何处理温度这一变量。
在冷却方案的选择上,服务机器人的电机追求扭矩输出密度,即单位体积或质量下的输出功率,这意味着油冷水冷等增加整机质量的冷却方式不太可能作为优选。
在足式机器人场景中,相比于液压、气动等传动方式,电驱动在密度输出上仍然具有天然的弱势。
目前,市面一般通过提高磁密、降低电流负荷、轻量化设计、提高材料性能等思路来提高输出密度。在电驱动扭矩输出密度提升上,市场上也已经出现很多折中方案,并取得了不错的效果,不过如何提高电机的扭矩密度将一直是行业研究的热点。
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