樊战亭，刘卫国，贺安超

(西北工业大学，陕西西安 710072)

0 引 言

有限转角直流无刷力矩电动机是一种定子绕组通以直流电时，转子可在一定角度范围内直接驱动负载做快速运动和准确定位的伺服电动机。由该电机组成的伺服系统具有输出力矩大、能够在限定角度内精确定位、可靠性高等特点［1］。有限转角直流力矩电机位置伺服系统目前广泛应用于航空伺服阀［2］、自动控制、电气传动、机器人关节等领域［2］。文献［2－4］中有限转角力矩电动机的结构基本形式与普通永磁直流无刷力矩电机类似，即定子嵌放绕组，转子安放永磁极。本文针对一种精密焊接设备直接驱动器的需要，设计了一种直流有限转角无刷力矩电机，电机转子部分无磁极，并应用有限元软件Magnet对电机参数进行了优化，以提高输出力矩。

1 电机基本机构和工作原理

有限转角直流无刷力矩电机的基本结构形式如图1 所示。图中，θ1、θ2为旋转角度范围(±10°)，以满足±8°的设计要求。Y轴为电机角度零位线，Ⅰ和Ⅱ分别θ1和θ2角的边界线。定子齿槽数Zs，分别在图中以1～18进行标示。极对数p=9，相邻定子齿上的绕组绕制方向相反，并依次相连接构成电机的整个绕组。

图1 电机结构剖面简图

电机的工作原理是根据磁力线趋向于走过最小阻抗路径的特性，当转子相对图1定子零位有左右偏转角度时，因气隙磁阻变大而产生回复力矩，从而使转子转回到零位。

2 电磁转矩

为了易于分析，先研究图2位置一对定子和转子齿所产生的力矩。……