專利名稱：一種無刷永磁交流伺服電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種永磁電動機，特別是一種磁路經過特殊設計的具有新穎磁路結構的無刷永磁交流伺服電動機。
目前，由于變頻器供電電流波形大都是矩形波，永磁電動機的磁場及反電勢也容易制成矩形波，控制系統(tǒng)也比較簡單，因而早期的調速電動機及其系統(tǒng)采用矩形波。國外習慣上把這類電動機稱作無刷直流電動機，用量很大。但由于電動機中的理想波形是正弦波，采用矩形波后使磁通密度諧波和電流諧波的分量增大，增加了該種電機的功率損耗、振動和噪聲，從而降低了其位置控制精度和效率，使之不能用于要求高精度的調速系統(tǒng)中。
近年來，電力電子元件和技術的迅猛發(fā)展，變頻器提供正弦波電流已不困難，而且價格大幅降低。這就要求永磁電動機的磁場和反電動勢波形也是正弦波。為區(qū)別計，這類電機稱作永磁無刷交流伺服電動機，有時又簡稱為無刷交流伺服電動機或永磁同步電動機。
無刷交流伺服電動機由于其高效、節(jié)能、功率密度高、轉矩密度高，而在電動車驅動領域及其他調速驅動領域得到了廣泛應用?，F(xiàn)有無刷交流伺服電動機的轉子內置永磁體磁路結構主要分為徑向式結構、切向式結構和混合式結構，由于在永磁體槽和轉子表面之間的磁導相對比較大，所以從轉子表面看永磁磁密波形為梯形波，從而增加了該種電動機的功率損耗及振動和噪聲，使該種電動機的優(yōu)勢性能還不能充分發(fā)揮出來。
在研究中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的永磁體磁路結構經過改進雖然也有作到正弦波的，但是其還存在對磁路結構的尺寸等參數(shù)限制過多、增加制造工藝難度、磁場幅值低于永磁材料的剩余磁感應強度(Br)等諸多問題，遠不能滿足大量推廣應用的要求。例如，本申請人設計的實用新型專利“正弦永磁磁密波形永磁同步電動機(ZL00252876.2)”，曾采用偏心結構，使轉子鐵心外圓周的弧度和定子內圓周的弧度不相同，形成不均勻氣隙，以提高電動機性能。該設計雖然改善了磁場波形，但制造工藝比較麻煩，磁場波形正弦性畸變率仍較高，未能從根本上解決問題。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的該裝置包括機座及組裝其上的定子和由轉軸、鐵心、永磁體組成的轉子。其中組成轉子的特殊磁路結構的提供正弦規(guī)律分布永磁磁密波形的永磁體，采用分體式或整體式各向異性的永磁構件。
磁密按正弦分布的分體式各向異性的永磁構件，每極下的各向異性永磁體的數(shù)量一般選擇2～5塊。
磁密按正弦分布的整體式各向異性的永磁構件，可以制成環(huán)狀、管狀或筒狀等形狀。
由于本發(fā)明采用特殊磁路結構的能夠提供正弦規(guī)律分布永磁磁密波形的分體式或整體式各向異性的永磁構件，所以很容易完成提供正弦規(guī)律分布的永磁磁密波形的任務，同時使電動機性能得到很大的改善。該裝置永磁構件采用的特殊磁路結構設計與普通永磁體結構的磁路設計相比，具有實質性特點和顯著的進步，它無需現(xiàn)有技術的斜槽和重疊繞組的結構，不僅可以充分發(fā)揮交流伺服電動機的高效節(jié)能作用，而且降低了制造成本；同時由于磁通密度的諧波分量較少，減少了功率損耗，大大降低了振動和噪聲，提高了伺服電動機的位置控制精度和效率；并且可以使轉矩密度提高。因此，本發(fā)明將在數(shù)控機床、機器人、電動車、電梯等要求高精度、高效的調速傳動系統(tǒng)中，得到越來越廣泛的應用。為保證電動機有良好的永磁磁密波形，在分體式各向異性的永磁構件中，每極下的各向異性永磁體的數(shù)量一般選擇2～5塊是最為合適的，這既可以保證其性能，又可以使其成本最小。為得到更好的永磁磁密波形，也可以合理增加分體式塊狀各向異性永磁構件每極下各向異性永磁體的數(shù)量。在磁密按正弦分布的整體式各向異性的永磁構件中，可以根據(jù)實際需要直接做出磁密按正弦規(guī)律分布的各向異性的環(huán)狀、管狀或筒狀等形狀的整體式永磁構件，能使磁密波形成為理想的正弦波。


圖1是本發(fā)明轉子具有分體式各向異性永磁構件的一種結構示意圖。
圖2是本發(fā)明轉子具有整體式各向異性永磁構件的一種結構示意圖。
圖3是分體式構件每極2塊各向異性永磁體結構的氣隙磁密波形圖。
圖4是分體式構件每極3塊各向異性永磁體結構的氣隙磁密波形圖。
圖5是分體式構件每極4塊各向異性永磁體結構的氣隙磁密波形圖。
圖6是分體式構件每極5塊各向異性永磁體結構的氣隙磁密波形圖。
圖7是整體式各向異性永磁構件結構的氣隙磁密波形圖。
圖8是現(xiàn)有永磁體徑向結構磁路設計電動機的氣隙磁密波形圖。
為保證電動機有良好的永磁磁密波形，在分體式各向異性的永磁構件2中，應使每極下的各向異性永磁體的數(shù)量保持在一定范圍內，一般情況下選擇每極2～5塊各向異性永磁體是最為合適的，這既可以保證其性能又可以使其成本最小。為得到更好的永磁磁密波形，可以合理增加分體式塊狀各向異性永磁構件2每極下各向異性永磁體的數(shù)量；整體式各向異性的永磁構件2中的永磁磁密波形是在制造工藝中給予保證的，可以根據(jù)實際需要直接做出所需環(huán)狀、管狀、筒狀等形狀的整體式永磁構件2，使磁密波形成為理想的正弦波。
采用本發(fā)明結構制造出一臺樣機，該樣機為1.1kW 3000r/min(調速范圍0～6000r/min)永磁交流伺服電動機。檢測結果表明它與相同容量普通永磁體結構磁路設計的交流伺服電動機相比，重量由普通永磁體結構磁路設計的交流伺服電動機的18kg減少到13.5kg，效率由普通永磁體結構磁路設計的交流伺服電動機的77％提高到82％，噪聲由普通永磁體結構磁路設計的交流伺服電動機的71dB降到60dB，其控制精度可達到0.05％最高轉速，低速轉矩脈動由普通永磁體結構磁路設計的交流伺服電動機的≤10％額定轉矩降到≤4％額定轉矩。
權利要求
1.一種無刷永磁交流伺服電動機，包括機座及組裝其上的定子和由轉軸、鐵心、特殊磁路結構的永磁體組成的轉子，其特征在于組成轉子的特殊磁路結構的提供正弦規(guī)律分布永磁磁密波形的永磁體，采用分體式或整體式各向異性的永磁構件。
2.根據(jù)權利要求1所述的電機，其特征在于磁密按正弦分布的分體式各向異性的永磁構件，每極下的各向異性永磁體的數(shù)量為2～5塊。
3.根據(jù)權利要求1所述的電機，其特征在于磁密按正弦分布的整體式各向異性的永磁構件，制成環(huán)狀、管狀、筒狀。
全文摘要
一種無刷永磁交流伺服電動機,包括機座及組裝其上的定子和由轉軸、鐵心、特殊磁路結構的永磁體組成的轉子,其中組成轉子的特殊磁路結構的提供正弦規(guī)律分布永磁磁密波形的永磁體,采用分體式或整體式各向異性的永磁構件。它可以提供正弦規(guī)律分布的永磁磁密波形,從而無需現(xiàn)有結構的斜槽和重疊繞組,簡化了結構,降低了制造成本;同時提高了伺服電動機的位置控制精度和效率,降低了振動噪聲,并且可以使轉矩密度提高。
文檔編號H02K1/27GK1348246SQ0112825
公開日2002年5月8日 申請日期2001年10月9日 優(yōu)先權日2001年10月9日
發(fā)明者唐任遠 申請人:沈陽工業(yè)大學