專利名稱：高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，屬伺服電機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，普遍應用的交流伺服電動機有兩大類。一類為無刷直流電動機，簡稱BDCM ;另ー類為三相永磁同步電動機，簡稱PMSM。對于高精度控制的伺服系統(tǒng)，PMSM更具優(yōu)勢，是發(fā)展的重點和熱點。由于向PMSM輸入三相對稱正弦電流，同時就要求PMSM的姆相感應電動勢也應該為正弦波。一般情況下，永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場不是正弦分布的，而要實現(xiàn)每相感應電動勢為正弦波，這就對該類電動機的電樞繞組設(shè)計提出了更高要求；另外，由于永磁體的存在，定子鐵芯開槽，由此引起的齒槽轉(zhuǎn)矩如何減少 也是ー個重要問題；再則，如何改進低速和高速時的輸出和調(diào)速特性，都是實際需要解決的問題。因此，針對目前三相交流永磁伺服同步電動機存在的電樞繞組每相反電動勢并非純正弦波，含有大量諧波成份；永磁體布置和固定上エ藝復雜，氣隙磁場正弦性差；齒槽轉(zhuǎn)矩大；低速カ矩小，高速區(qū)過電壓危險等缺陷進行改進，開發(fā)高度正弦、低速カ矩大、齒槽轉(zhuǎn)矩小、控制靈活、控制精度高的高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，即高品質(zhì)PMSM電動機非常必要。公告號CN2180019公開了一種改進型稀土交流伺服電機，該電機轉(zhuǎn)子沖片的外表形狀為燕尾槽形，轉(zhuǎn)子永磁體為帶燕尾的弧形瓦塊，裝配吋，將永磁體插入轉(zhuǎn)子鐵芯，并粘結(jié)固定在轉(zhuǎn)子上。但這種結(jié)構(gòu)中，永磁體貼在轉(zhuǎn)子外表面，無保護容易破損，可靠性差；而且其氣隙磁場正弦性差，不適宜做高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是，根據(jù)現(xiàn)有三相交流永磁伺服同步電動機存在的諸多問題，提供ー種高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，即高品質(zhì)PMSM永磁同步電動機。本實用新型的技術(shù)方案是，(I)電動機的定子繞組采用分數(shù)槽集中繞組設(shè)計，使三相反電動勢波形高度正弦，諧波含量小于1% ;克服整數(shù)槽集中繞組相反電動勢含有大量諧波的重大缺陷。(2)永磁體采用徑向內(nèi)置式，極靴形狀正弦化，以使氣隙磁場分布為正弦性；(3)通過定子鐵芯斜槽、永磁體偏置、轉(zhuǎn)子沖片外圓磁體中心線處挖凹槽以増大漏磁導等三大措施，大大減少齒槽轉(zhuǎn)矩。(4)優(yōu)化轉(zhuǎn)子沖片設(shè)計，提高轉(zhuǎn)子d軸，q軸磁導比，增大轉(zhuǎn)子的凸極性。(5)采用定子繞組A接和Y接變換的方法來増加低速轉(zhuǎn)矩，避免高速過壓危險等。本實用新型高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，包括定子、轉(zhuǎn)子，所述電動機定子鐵芯12槽，定子鐵芯斜7/32個齒距，極數(shù)10扱，相數(shù)為3相；定子鐵芯三相繞組是分數(shù)槽集中繞組，繞組線圈的節(jié)距為I，每個線圈的匝數(shù)都相等，三相繞組互差120°電角度；A相繞組ax包括引線a、引線X，共有8個線圈，連接結(jié)構(gòu)為引線a- (4-5) - (4-3) - (2-3) - (2_1)-(9-10)-(9-8)-(7-8)-(7-6)-引線 X，線圈按閉ロ-開ロ -閉ロ-開ロ -閉ロ-開ロ _ 閉ロ-開ロ規(guī)律相串聯(lián)連接，引線a、引線X分別從第4槽、第6槽引出；B相繞組by包括引線b、引線Y，共有8個線圈，連接結(jié)構(gòu)同A相繞組，引線b、引線y分別從第12、2槽引出；C相繞組cz包括引線C、引線Z，共有8個線圈，連接結(jié)構(gòu)同A相繞組，引線C、引線z分別從第
8、10槽引出。所述三相繞組有6個引出線，提供ニ種接線法，分別為Y接法和A接法；Y接法時，用于低速，A接法時，用于高速；所述轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)為內(nèi)置式，轉(zhuǎn)子沖片沿外圓周方向均布10個梯形槽，釹鐵硼永磁體N、S相間嵌入由轉(zhuǎn)子沖片迭壓成轉(zhuǎn)子鐵芯的梯形槽中，形成10極，轉(zhuǎn)子鐵芯軸向平分為兩段，兩段同極性的磁體中心線軸向偏移4mm;轉(zhuǎn)子鐵芯極靴外圓與軸孔不同心，每個極的極靴均與定子鐵芯內(nèi)圓形成不均勻氣隙，以提高氣隙磁場的正弦性，轉(zhuǎn)子鐵芯外園最大直徑= IOOmm,姆極偏心園半徑R = 41. 5mm,轉(zhuǎn)子鐵芯外園與定子鐵芯內(nèi)園形成不均勻氣隙，姆極最小氣隙1mm，最大氣隙I. 5mm。轉(zhuǎn)子沖片外圓從相對ー個梯形槽的中心線處起均布20個Rl. 5的半圓孔；轉(zhuǎn)子沖片梯形槽與梯形槽之間設(shè)置有3mm寬的磁橋，使得電機的d軸電抗與q軸電抗不相等，即Xq> Xd，増大了弱磁范圍，擴大了電機的調(diào)速范圍；轉(zhuǎn)子沖片上設(shè)置了 10個均布的通風孔，減輕了轉(zhuǎn)子慣量，増加了轉(zhuǎn)子的軸向風路。通過上述綜合措施，使PMSM永磁同步電動機的低速轉(zhuǎn)矩大，弱磁調(diào)速范圍寬，齒槽轉(zhuǎn)矩小，控制靈活，氣隙磁場和反電勢波形正弦性好，控制精度高，是ー種高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，即高品質(zhì)的PMSM永磁同步電動機。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較的有益效果是，本實用新型定子繞組是ー種分數(shù)槽集中繞組，其相感應電動勢波形高度正弦，諧波含量小于I %，而一般每極每相槽為q = 1/2的分數(shù)槽集中繞組相感應電動勢波形諧波含量為24. 5%，相對降低諧波95. 9% ;本實用新型電機低速時，定子繞組Y接，提高了電機的低速轉(zhuǎn)矩輸出；本實用新型電機高速吋，定子繞組A接，提高了電機高速時的調(diào)速范圍；本實用新型電機定子鐵芯斜7/32個齒距，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)置磁極中心線偏移，轉(zhuǎn)子鐵芯上磁極中心線有半圓弧槽等措施，使電機齒諧波得到極大消除，齒槽轉(zhuǎn)距大大削弱，伺服的靈敏性大提高，控制的精度也大提高；同時，本實用新型電機轉(zhuǎn)子內(nèi)置磁體安全可靠，エ藝簡單，實施容易，氣隙磁通正弦性提高，且Xq > Xd,電機的凸極性提聞，弱磁范圍大，調(diào)速范圍廣。本實用新型適用于三相交流永磁伺服同步電動機。

圖I是本實用新型的三相分數(shù)槽集中繞組布置示意圖(圖中僅畫A相繞組展開狀態(tài))；圖2是本實用新型定子繞組Y接法示意圖；圖3是本實用新型定子繞組A接法示意圖；圖4是本實用新型的轉(zhuǎn)子沖片及徑向永磁體布置示意圖；圖5是轉(zhuǎn)子沖片局部放大圖；、[0023]圖6是本實用新型的轉(zhuǎn)子ニ段永磁體磁極中心線與軸線偏移示意圖；圖4中圖號表不I是轉(zhuǎn)子沖片；2是半圓槽；3是永磁體；4是梯形槽；5是通風孔；6是沖片內(nèi)孔(轉(zhuǎn)軸孔)；7是虛擬偏心圓；8是磁橋?qū)挾龋?是鍵槽；10是鍵槽；N是永磁體極性(北極)；S是永磁體極性(南極)。
具體實施方式
本實用新型的具體實施方式
如圖I-圖6所示。本實用新型實施例為電機定子槽數(shù)為12槽、極數(shù)為10極的三相電動機，其A相繞組布置圖如圖I所示。A相ax繞組有8個線圈，每個線圈的匝數(shù)相等，每個線圈的節(jié)距都是 1，是分數(shù)槽集中繞組，引線a、引線X分別從第4、6槽引出；B相by繞組，C相cz繞組組成規(guī)律完全與A相ax繞組一祥，A、B、C三相互差120°電角度，引線b、引線y分別從第12、2槽引出，引線C、引線z分別從第8、10槽引出；三相電動機引出6個接頭，S卩引線a、引線b、引線C、引線X、引線y、引線z。低速時，三相電動機為星形接法，如圖2所示；高速吋，三相電動機為三角形接法，如圖3所示。這種繞組相反電動勢繞組系數(shù)按啤vl5°計算，v為諧波次數(shù)。本實用新型實施例的定子鐵芯斜7/32個齒距，經(jīng)綜合計算，該繞組相反電動勢諧波含量小于1%。與某進ロ產(chǎn)品的12槽、8極、3相、q = 1/2的分數(shù)槽節(jié)距為I的集中繞組相比較，其相反電動勢諧波含量高達24. 5 %，本實用新型實施例比進ロ電機的相反電動勢諧波含量降低了 95. 92%，僅占原諧波的4%，可見，本實用新型實施例的相反電勢波形為高度正弦性波形。本實用新型實施例的定子繞組在低速時Y接，從而使低速轉(zhuǎn)矩增大；在高速時A接，從而使高速過電壓降低、安全，也使高速運行范圍擴大。由于定子鐵芯只有12槽，按一般斜ー個齒距，エ藝上難于實現(xiàn)，而實際上并不可??；因此，本實用新型實施例通過定子鐵芯斜7/32個齒距，斜槽度小，エ藝實施容易，能達到一般斜ー個齒距消滅齒諧波的目的，同吋，也有效地減少了齒槽轉(zhuǎn)矩。本實用新型實施例的轉(zhuǎn)子沖片及徑向永磁體布置如圖4所示。沖片材料為0. 35DW310矽鋼片。在轉(zhuǎn)子沖片(I)上均布10個梯形槽(4)，沖片迭壓成轉(zhuǎn)子鐵芯后，該梯形槽中內(nèi)置嵌入徑向釹鐵硼永磁體(3)，N、S相間形成10個永磁扱。在轉(zhuǎn)子沖片外圓相對ー個梯形槽的中心線開始，沿圓周挖有20個均布的Rl. 5的半圓槽(2)，這些槽可明顯減少齒槽轉(zhuǎn)矩；在梯形槽與梯形槽間有寬3mm的磁橋⑶，使得轉(zhuǎn)子磁路的d軸和q軸的磁導比加大，使Xq > Xd，便于弱磁控制，提高凸極性；在轉(zhuǎn)子沖片上還設(shè)置有均布的10個07通風孔(5)，以使電機軸向有通風孔吋，能降低溫升，避免轉(zhuǎn)子過熱，影響永磁體退磁；同吋，由于通風孔也減小了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，以及在校動平衡時，可利用其部分孔，在其孔內(nèi)加入固體膠，作為加重平衡的エ藝孔之用，減小振動、噪聲；在轉(zhuǎn)子沖片內(nèi)孔(6)上，設(shè)置有2個相同形狀大小的鍵槽(9)和(10)，鍵槽中心線互差4mm ；轉(zhuǎn)子沖片外圓每個磁極極靴的圓弧與沖片內(nèi)孔(6)不同心，其虛擬偏心圓為(7)，使姆極氣隙最小為1mm，最大為I. 5mm。圖5為轉(zhuǎn)子沖片局部放大圖,磁極圓弧R與沖片最大外圓Om有一定偏心，當Om = IOOmm,虛似偏心圓(7)直徑為17mm, R = 41. 5mm,姆極最小氣隙為Imm時，則最大氣隙為I. 5mm。圖6是本實用新型實施例轉(zhuǎn)子ニ段永磁體磁極中心軸線偏移位置示意圖。由圖可見，轉(zhuǎn)子鐵芯總長為L，鐵芯分2段，每段長為L/2，鐵芯迭裝一起；轉(zhuǎn)軸上相應位置開有鍵槽，其中嵌有一根長鍵，將第一段轉(zhuǎn)子鐵芯按鍵槽(9)套壓在轉(zhuǎn)軸的鍵上，第二段轉(zhuǎn)子鐵芯按鍵槽(10)套壓在轉(zhuǎn)軸的鍵上。每段鐵芯中都內(nèi)置了 L/2長的永磁體，N、S相間嵌入每段轉(zhuǎn)子鐵芯中，這兩段轉(zhuǎn)子鐵芯套壓在轉(zhuǎn)軸上后，同極性的兩段磁體中心線互差4mm，也即永磁體(3)按兩段同極性偏置，這種處理，大大減少了齒槽轉(zhuǎn)矩，同時也減弱了相感應電勢中的齒諧波。 另外，由于轉(zhuǎn)子沖片相對于每個永磁體中心軸線極靴外圓圓弧與轉(zhuǎn)子沖片的軸孔是不同心的，與定子鐵芯內(nèi)圓形成不均勻氣隙，使得氣隙磁通波形正弦性提高，相應減少了勵磁磁場的諧波，起到了提高電機的轉(zhuǎn)矩輸出、提高效率、減少振動噪聲的作用。
權(quán)利要求1.一種高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，包括定子、轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述電動機定子鐵芯12槽，定子鐵芯斜7/32個齒距，極數(shù)10極，相數(shù)為3相；定子鐵芯三相繞組是分數(shù)槽集中繞組，繞組線圈的節(jié)距為1，每個線圈的匝數(shù)都相等，三相繞組互差120°電角度；A相繞組ax包括引線a、引線X，共有8個線圈，連接結(jié)構(gòu)為引線a_(4_5)-(4_3)-(2_3)-(2-1)-(9-10)-(9-8)-(7-8)-(7-6)-引線 X，線圈按閉口 -開口 -閉口 -開口 -閉口 -開口-閉口-開口規(guī)律相串聯(lián)連接，引線a、引線X分別從第4槽、第6槽引出；B相繞組by包括引線b、引線Y，共有8個線圈，連接結(jié)構(gòu)同A相繞組，引線b、引線y分別從第12、2槽引出；C相繞組cz包括引線C、引線Z，共有8個線圈，連接結(jié)構(gòu)同A相繞組，引線C、引線z分別從第8、10槽引出； 所述三相繞組有6個引出線，提供二種接線法，分別為Y接法和Λ接法；Υ接法時，用于低速，Λ接法時，用于高速； 所述轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)為內(nèi)置式，轉(zhuǎn)子沖片沿外圓周方向均布10個梯形槽，釹鐵硼永磁體N、S相間嵌入由轉(zhuǎn)子沖片迭壓成轉(zhuǎn)子鐵芯的梯形槽中，形成10極，轉(zhuǎn)子鐵芯軸向平分為兩段，兩段同極性的磁體中心線軸向偏移4mm;轉(zhuǎn)子鐵芯極靴外圓與軸孔不同心，每個極的極靴均與定子鐵芯內(nèi)圓形成不均勻氣隙，以提高氣隙磁場的正弦性，轉(zhuǎn)子沖片外圓相對梯形槽中心線處均沖有半圓孔；轉(zhuǎn)子沖片梯形槽與梯形槽之間設(shè)置有磁橋，使得電機的d軸電抗與q軸電抗不相等，即Xq > Xd，增大了弱磁范圍，擴大了電機的調(diào)速范圍；轉(zhuǎn)子沖片上設(shè)置了 10個均布的通風孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子沖片外圓從相對一個梯形槽的中心線處起均布20個Rl. 5的半圓孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子沖片梯形槽與梯形槽之間設(shè)置的磁橋?qū)挾葹?_。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子沖片上設(shè)置的10個均布的通風孔孔徑為7mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子鐵芯外園最大直徑Φπι= 100mm,每極偏心園半徑R = 41. 5mm,轉(zhuǎn)子鐵芯外園與定子鐵芯內(nèi)園形成不均勻氣隙，每極最小氣隙1mm，最大氣隙I. 5mm。
專利摘要一種高品質(zhì)三相交流永磁伺服同步電動機，包括定子、轉(zhuǎn)子。電動機定子鐵芯12槽，定子鐵芯斜7/32個齒距，極數(shù)10極，相數(shù)為3相；定子鐵芯三相繞組是分數(shù)槽集中繞組，繞組線圈的節(jié)距為1，每個線圈的匝數(shù)都相等，三相繞組互差120°電角度。三相繞組有6個引出線，提供二種接線法。所述轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)為內(nèi)置式，釹鐵硼永磁體N、S相間嵌入由轉(zhuǎn)子沖片迭壓成轉(zhuǎn)子鐵芯的梯形槽中，轉(zhuǎn)子鐵芯軸向平分為兩段，兩段同極性的磁體中心線軸向偏移4㎜；轉(zhuǎn)子鐵芯極靴外圓與軸孔不同心，每個極的極靴均與定子鐵芯內(nèi)圓形成不均勻氣隙，采取的多項措施，大大提高了電機相電勢波形的正弦性和電機品質(zhì)。本實用新型適用于三相交流永磁伺服同步電動機。
文檔編號H02K1/27GK202395540SQ20112036206
公開日2012年8月22日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者劉國偉, 劉應東, 吳文新, 方虎堂, 林政安 申請人:佛山市南海晶惠普電子科技有限公司