專利名稱：一種無刷永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)領(lǐng)域，具體地說是一種永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括 無刷直流電機(jī)和永磁同歩電機(jī)(也稱為永磁交流伺服電機(jī))。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的無刷型永磁電機(jī)大都采用同歩電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括機(jī)殼、定子和轉(zhuǎn)子，通 常將永磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子上。圖l、 2所示為一種常用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)磁體2的外 表面呈圓柱面，永磁體采用的是瓦形磁鋼1, 2P (P為極對(duì)數(shù))塊瓦形磁鋼N、 S極交錯(cuò)粘貼在導(dǎo)磁體2的外表面上。圖3、 4所示為另一種常用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)， 采用了環(huán)形磁鋼1，在環(huán)形磁鋼1的圓周充磁成P對(duì)交錯(cuò)排列的N極和S極，其 效果與圖l、 2的結(jié)構(gòu)相同。導(dǎo)磁體2用軟鐵制成，也可采用硅鋼片迭成。以上二種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子，由于磁鋼均設(shè)置在導(dǎo)磁體2的外表面，因而均稱為外 貼式結(jié)構(gòu)。也有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是將永磁體設(shè)置在導(dǎo)磁體2的內(nèi)部，稱為內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)。 常用的內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子如圖5所示，在導(dǎo)磁體2的外表面呈圓柱面，其上環(huán) 形均布有P對(duì)方槽，轉(zhuǎn)子磁鋼N、 S極交錯(cuò)嵌在所述的方槽內(nèi)。從上面分析可知，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，無論是外嵌式還是內(nèi)嵌式，轉(zhuǎn)子外圓基 本上是一個(gè)以電機(jī)軸線為圓心的一個(gè)圓柱面，因而轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙在任何 位置基本相同，其結(jié)果是氣隙磁場(chǎng)呈矩形波，由此，電機(jī)齒槽力矩和運(yùn)行時(shí)的力 矩波動(dòng)較大。為削弱諧波磁場(chǎng)，往往只能通過定子采用正弦繞組或分布短距繞組， 以提高反電勢(shì)的正弦性來解決這一問題，這樣給定子的加工制造帶來了麻煩，進(jìn) 而會(huì)提高產(chǎn)品的制造成本。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種改進(jìn)型的永磁電 機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，旨在提高氣隙磁場(chǎng)的正弦性，減小電機(jī)齒槽力矩和運(yùn)行時(shí)的力矩 波動(dòng)，改善電機(jī)性能，降低制造成本。解決上述問題采用的技術(shù)方案是 一種無刷永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括永磁體、 導(dǎo)磁體和轉(zhuǎn)軸，所述導(dǎo)磁體內(nèi)環(huán)形均布有P對(duì)方槽，永磁體以N、 S極交錯(cuò)的方 式嵌在所述的方槽內(nèi)，其特征在于氣隙長(zhǎng)度的不均勻分布，磁場(chǎng)中心處氣隙長(zhǎng)度 最短，向兩邊逐歩加大，使每極導(dǎo)磁體的外表面呈近似正弦曲面。本實(shí)用新型還要提供一種無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括永磁體、導(dǎo)磁 體和轉(zhuǎn)軸，所述導(dǎo)磁體內(nèi)環(huán)形均布有P對(duì)方槽，永磁體以N、 S極交錯(cuò)的方式嵌 在所述的方槽內(nèi)，其特征在于每極導(dǎo)磁體的外表面為按近似正弦樣條分布的曲 面，所述的正弦樣條是在JH弦線的正半波上取一組基準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)曲線擬合后形成。本實(shí)用新型的無刷永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子，每極導(dǎo)磁體的曲面可以是一個(gè)完整的近 似正半波正弦曲面或準(zhǔn)正弦曲面，也可以是其中的一部分，優(yōu)選采用對(duì)稱曲面。本實(shí)用新型還要提供一種無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括永磁體、導(dǎo)磁 體和轉(zhuǎn)軸，所述導(dǎo)磁體內(nèi)環(huán)形均布有P對(duì)方槽，永磁體以N、 S極交錯(cuò)的方式嵌在所述的方槽內(nèi)，其特征在于每極導(dǎo)磁體的外表面為以半徑位于其對(duì)應(yīng)的永磁體的中心線上的外凸偏心圓弧面，且滿足kl (Rl-Rmin)=Rl - (e+Re)式中kl=0.1 0.6，優(yōu)選kl=0.3 (U。 R外為定子鐵心外圓半徑，Rl為定 子鐵心內(nèi)圓半徑，Rmin為轉(zhuǎn)子外圓最小半徑，Re為轉(zhuǎn)子偏心圓半徑，e為偏心 距。所述的R1二 (0.5-0.75) R外。由于Rl-(e+Re)代表最小氣隙，通常該尺寸為0.3 lmm，則e+Re=Rl-(0.3 l)mm， Rmin=Rl-(0.3 l)/kl，根據(jù)幾何關(guān)系式，可得可以求得e和Re。Re也可用下列關(guān)系式近似得到g = 、_("O -4_式中k2 = 0.4 0.8所述的永磁體的寬度滿足5二2/ 國(guó)sin丄—、 式中1^ = 1 8為進(jìn)一歩控制漏磁大小和保證磁場(chǎng)的正弦性，所述的導(dǎo)磁體的方槽與外表 面之間的最小徑向厚度A為0.3 1.5mm。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一歩改進(jìn)，相鄰兩極導(dǎo)磁體的表面可以采用圓弧導(dǎo)角光 滑過渡。本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，由于每極轉(zhuǎn)子外表呈正弦或準(zhǔn)JF.弦分布，因而可有 效提高氣隙磁場(chǎng)的TH弦性，減小電機(jī)齒槽力矩和運(yùn)行時(shí)的力矩波動(dòng)。


以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一歩說明。圖1是現(xiàn)有永磁體采用瓦形磁鋼的外嵌式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的A-A向剖視圖。圖3是現(xiàn)有永磁體采用環(huán)形磁鋼的外嵌式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3的B-B向剖視圖。圖5是現(xiàn)有的內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子其導(dǎo)磁體外表面呈正弦分布的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是圖6實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子在應(yīng)用于直槽電機(jī)中，其齒槽力矩與采用傳統(tǒng)結(jié) 構(gòu)轉(zhuǎn)子的直槽電機(jī)的對(duì)比圖，圖中電機(jī)處在空載狀態(tài)。圖8是圖6實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子在應(yīng)用于斜槽電機(jī)中，其負(fù)載力矩波動(dòng)與采用傳 統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的斜槽電機(jī)的對(duì)比圖，圖中電機(jī)處在額定負(fù)載狀態(tài)。圖9是本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子其導(dǎo)磁體外表面呈偏心圓弧面的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D6，本實(shí)用新型的無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括永磁體l、導(dǎo) 磁體2和轉(zhuǎn)軸3，所述導(dǎo)磁體2內(nèi)環(huán)形均布有4對(duì)方槽，永磁體1以N、 S極交錯(cuò)的方式嵌在所述的方槽內(nèi)，所述導(dǎo)磁體2的外表面呈正弦分布，相鄰兩極導(dǎo)磁 體的表面采用圓弧導(dǎo)角光滑過渡。參照?qǐng)D7、 8,圖中虛線分別表示采用傳統(tǒng)的圓柱形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)的齒槽 力矩和負(fù)載力矩波動(dòng)波形圖，實(shí)線表示采用本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)的齒槽和 負(fù)載力矩波形圖，可以明顯看出本實(shí)用新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)的齒槽力矩和力矩波動(dòng) 的幅度相比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)要小得多。本實(shí)用新型的另一種實(shí)施方式，每極導(dǎo)磁體2的外表面為按正弦樣條分布的 曲面，所述的正弦樣條是在正弦線的JH半波上取一組基準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)曲線擬合后形成。 其余結(jié)構(gòu)與圖6實(shí)施方式相同。參照?qǐng)D9，本實(shí)用新型的又一種實(shí)施方式，每極導(dǎo)磁體2的外表面為以半徑位于其對(duì)應(yīng)的永磁體1的中心線上的外凸偏心圓弧面，且滿足kl (Rl-Rmin)=Rl-(e+Re) 式中kl=0.1 0.6, R外為定子鐵心外圓半徑，Rl為定子鐵心內(nèi)圓半徑， Rmin為轉(zhuǎn)子外圓最小半徑，Re為轉(zhuǎn)子偏心圓半徑，e為偏心距。 其余結(jié)構(gòu)與圖6實(shí)施方式相同。在圖7實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，Re也可用下列關(guān)系式近似得到<formula>formula see original document page 7</formula>式中k2 = 04 08<formula>formula see original document page 7</formula>所述的永磁體的寬度滿足<formula>formula see original document page 7</formula> 式中k3 = l 8所述的導(dǎo)磁體的方槽與外表面之間的最小徑向厚度A為0.3 1.5mm。 應(yīng)該理解到的是發(fā)明人作了詳細(xì)的有限元分析，得到了準(zhǔn)確度很高的正弦 波磁場(chǎng)，為適用于工程應(yīng)用簡(jiǎn)化成上述實(shí)例。上述實(shí)施例只是對(duì)本實(shí)用新型的說 明，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制，任何不超出本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明 創(chuàng)造，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi),，
權(quán)利要求1. 一種無刷永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括永磁體(1)、導(dǎo)磁體(2)和轉(zhuǎn)軸(3)，所述導(dǎo)磁體(2)內(nèi)環(huán)形均布有P對(duì)方槽，永磁體(1)以N、S極交錯(cuò)的方式嵌在所述的方槽內(nèi)，其特征在于每極導(dǎo)磁體(2)的外表面為正弦曲面。
2、 一種無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括永磁體(l)、導(dǎo)磁體(2)和轉(zhuǎn)軸(3)， 所述導(dǎo)磁體(2)內(nèi)環(huán)形均布有P對(duì)方槽，永磁體(1)以N、 S極交錯(cuò)的方 式嵌在所述的方槽內(nèi)，其特征在于每極導(dǎo)磁體(2)的外表面為按正弦樣條分 布的曲面，所述的正弦樣條是在正弦線的正半波上取一組基準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)曲線擬合 后形成。
3、 一種無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括永磁體(1)、導(dǎo)磁體(2)和轉(zhuǎn)軸(3)， 所述導(dǎo)磁體(2)內(nèi)環(huán)形均布有P對(duì)方槽，永磁體(1)以N、 S極交錯(cuò)的方 式嵌在所述的方槽內(nèi)，其特征在于每極導(dǎo)磁體(2)的外表面為以半徑位于其 對(duì)應(yīng)的永磁體(1)的中心線上的外凸偏心圓弧面，且滿足<formula>formula see original document page 2</formula>式中kl=0.1 0.6,R外為定子鐵心外圓半徑， Rl為定子鐵心內(nèi)圓半徑， Rmin為轉(zhuǎn)子外圓最小半徑， Re為轉(zhuǎn)子偏心圓半徑，e為偏心距。
4、 如權(quán)利要求3所述的無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于所述的Rl =(.0.5-0.75) R外。
5、 如權(quán)利要求4所述的無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于所述的 kl=0.3 0.4。
6、 一種無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括永磁體(1)、導(dǎo)磁體(2)和轉(zhuǎn)軸(3)， 所述導(dǎo)磁體(2)內(nèi)環(huán)形均布有P對(duì)方槽，永磁體(1)以N、 S極交錯(cuò)的方 式嵌在所述的方槽內(nèi)，其特征在于每極導(dǎo)磁體(2)的外表面為以半徑位于其對(duì)應(yīng)的永磁體(1)的中心線上的外凸偏心圓弧面，且滿足:(<formula>formula see original document page 3</formula>式中k2 = 0.4 0.8，Rmin為轉(zhuǎn)子外圓最小半徑， Re為轉(zhuǎn)子偏心圓半徑，e為偏心距。
7、 如權(quán)利要求6所述的無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于所述的永磁 體(1)的寬度(B)還滿足式中b= 1 8。
8、 如權(quán)利要求7所述的無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于所述的導(dǎo)磁 體(2)的方槽與外表面之間的最小徑句厚度(A)為0.3 1.5mm。
9、 如權(quán)利要求1 8任何一項(xiàng)所述的無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其特征在于 相鄰兩極導(dǎo)磁體(2)的表面釆用圓弧導(dǎo)角光滑過渡。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無刷永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子，包括永磁體、導(dǎo)磁體和轉(zhuǎn)軸，所述導(dǎo)磁體內(nèi)環(huán)形均布有P對(duì)方槽，永磁體以N、S極交錯(cuò)的方式嵌在所述的方槽內(nèi)，其特征在于所述導(dǎo)磁體2的外表面呈正半波正弦曲面、正弦樣條分布的曲面或外凸的偏心圓弧面。本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，由于每極轉(zhuǎn)子外表呈正弦或準(zhǔn)正弦分布，因而可有效提高氣隙磁場(chǎng)的正弦性，減小電機(jī)齒槽力矩和運(yùn)行時(shí)的力矩波動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K1/27GK201097440SQ20062010848
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2006年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月10日
發(fā)明者陶志鵬 申請(qǐng)人:杭州英邁克電子有限公司