專利名稱：用于電主軸的大功率低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，特別涉及大功率高速高精度車銑用電主軸的低轉(zhuǎn) 矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)。
背景技術(shù)：
主軸電機(jī)目前主要有直流電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)，尤其是感應(yīng)電機(jī)，在數(shù)控機(jī) 床和高精虔機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)中占有主導(dǎo)地位，但是這兩種電機(jī)都存在著一些不 足。直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作難且工作量大，電機(jī)效率低，散熱條件差， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，動(dòng)態(tài)性能差。感應(yīng)電機(jī)存在以下幾個(gè)問題 一是轉(zhuǎn)子發(fā)熱，尤 其是低速下溫升嚴(yán)重，且熱量直接傳至主軸，影響機(jī)床的加工精度；二是效 率低，要求較大的逆變器容量；三是功率(轉(zhuǎn)矩)密度低，電機(jī)體積大；四 是轉(zhuǎn)子參數(shù)隨溫度而變化，易產(chǎn)生控制誤差，影響電機(jī)的控制精度。因而對(duì) 于高速、高精度電主軸，需要一種新結(jié)構(gòu)電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種用于電主軸的大功率低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)，既解決 了直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作難且工作量大，電機(jī)效率低，散熱條件差， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，動(dòng)態(tài)性能差的問題，又解決了感應(yīng)電機(jī)加工精度低、效率低、 功率密度低、電機(jī)體積大和控制精度低的問題。
本發(fā)明包括定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、永磁體和隔磁橋；永磁體為分段式永磁 體組，每一組分段式永磁體組由2n個(gè)截面為矩形的永磁體組成；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子 鐵心的端面平均分為2P區(qū)域，P為電機(jī)的極對(duì)數(shù)；每一個(gè)區(qū)域中沿轉(zhuǎn)子鐵心 的軸向方向開有2n個(gè)矩形截面的孔，n為自然數(shù)；所述的2n個(gè)矩形截面的 孔沿轉(zhuǎn)子鐵心的端面的圓心線對(duì)稱的排列成開口朝向轉(zhuǎn)子鐵心外邊緣的V字 形或W字形;所述的每一組分段式永磁體組的截面為矩形的永磁體對(duì)應(yīng)嵌于 轉(zhuǎn)子鐵心所開設(shè)的2n個(gè)矩形截面的孔內(nèi)；所述的每一組分段式永磁體組的每 相鄰兩塊截面為矩形的永磁體之間的磁橋?qū)挾仍?.5flim L/2mm，其中L為 每塊截面為矩形的永磁體的寬度；排列在V字形或W字形首尾兩個(gè)矩形截 面的孔的鄰近轉(zhuǎn)子鐵心外邊緣的兩條邊向轉(zhuǎn)子鐵心外邊緣方向延展，構(gòu)成一個(gè)半包在所述兩個(gè)矩形截面的孔外側(cè)的隔磁孔，所述的隔磁孔與所述的兩個(gè) 矩形截面的孔連通，在所述的隔磁孔中填充非導(dǎo)磁材料構(gòu)成隔磁橋。
目前現(xiàn)有的永磁同步電機(jī)的弱磁調(diào)速范圍一般較小，滿足不了機(jī)床加工 時(shí)大調(diào)速范圍的要求。本發(fā)明將永磁同步電機(jī)技術(shù)與電主軸技術(shù)相結(jié)合，并 采用電機(jī)每極永磁體分段式，以實(shí)現(xiàn)弱磁擴(kuò)速，使電主軸電機(jī)運(yùn)行在一個(gè)寬 的調(diào)速范圍，滿足機(jī)床的不同加工要求?；诖朔N結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)至少
可實(shí)現(xiàn)1:3以上的恒功率調(diào)速范圍。
高精度機(jī)床對(duì)主軸電機(jī)的要求是振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)盡可能要小，而一般的 永磁同步,機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和齒槽轉(zhuǎn)矩較大，本發(fā)明在分段式磁極的基礎(chǔ)上同 時(shí)對(duì)放置永磁體的隔磁橋的形狀和大小進(jìn)行優(yōu)化，提出一種特殊形狀的隔磁 橋結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以改善氣隙磁密的波形，減小諧波的含量，以減小轉(zhuǎn)矩 波動(dòng)，與不加隔磁橋或者現(xiàn)有的隔磁橋相比較，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)減小30%-60%。這 樣的措施可以大幅提高主軸電機(jī)的定位精度，以此來提高機(jī)床加工的精度。
本發(fā)明中的有益效果提高了電機(jī)的恒功率運(yùn)行范圍，減小轉(zhuǎn)子的發(fā)熱， 同時(shí)通過隔磁橋的形狀和尺寸，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，削弱了電主軸電機(jī)的振動(dòng)， 避免了傳統(tǒng)電機(jī)通過斜極、斜槽方式的復(fù)雜工藝，提高了加工精度，可以滿 足負(fù)載波動(dòng)情況下較高轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性要求，功率越大節(jié)能效果越顯著。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子鐵心2的端面均分的一 個(gè)區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式,本實(shí)施方式由定子
1、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸3、永磁體和隔磁橋6組成;永磁體為分段式永磁體組5，每 一組分段式永磁體組5由2n個(gè)截面為矩形的永磁體組成；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子鐵心2 的端面平均分為2P區(qū)域，P為電機(jī)的極對(duì)數(shù)；每一個(gè)區(qū)域中沿轉(zhuǎn)子鐵心2的 軸向方向開有2n個(gè)矩形截面的孔4， ii為自然數(shù)；所述的2n個(gè)矩形截面的孔 4沿轉(zhuǎn)子夠心2的端面的圓心線對(duì)稱的排列成開口朝向轉(zhuǎn)子鐵心2外邊緣的 V字形或W字形；這樣的排列可以在有限的空間內(nèi)放置更多的永磁體，保證 永磁體提供足夠的有效磁通。所述的每一組分段式永磁體組5的截面為矩形的永磁體對(duì)應(yīng)嵌于轉(zhuǎn)子鐵心2所開設(shè)的2n個(gè)矩形截面的孔4內(nèi)；所述的每一 組分段式永磁體組5的每相鄰兩塊截面為矩形的永磁體之間的磁橋?qū)挾仍?0.5mm L/2mm,其中L為每塊截面為矩形的永磁體的寬度；排列在V字形 或W字形首尾兩個(gè)矩形截面的孔4的鄰近轉(zhuǎn)子鐵心2外邊緣的兩條邊向轉(zhuǎn)子 鐵心2外邊緣方向延展，構(gòu)成一個(gè)半包在所述兩個(gè)矩形截面的孔4外側(cè)的隔 磁孔7，所述的隔磁孔7與所述的兩個(gè)矩形截面的孔4連通，在所述的隔磁 孔中填充鋁質(zhì)材料構(gòu)成隔磁橋6。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式一不同點(diǎn)在于隔磁孔7與轉(zhuǎn)子鐵心2外邊緣之間的厚度為0.5mm 10mm。 其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于分段式永 磁體組5的截面為矩形的永磁體釆用釹鐵硼永磁體6其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。釹鐵硼永磁體的矯頑力和剩磁較高。
本發(fā)明內(nèi)容不僅限于上述各實(shí)施方式的內(nèi)容，其中一個(gè)或幾個(gè)具體實(shí)施 方式的組合同樣也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1、用于電主軸的大功率低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)，它包括定子(1)、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸(3)、永磁體和隔磁橋(6)；其特征在于永磁體為分段式永磁體組(5)，每一組分段式永磁體組(5)由2n個(gè)截面為矩形的永磁體組成；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子鐵心(2)的端面平均分為2P區(qū)域，P為電機(jī)的極對(duì)數(shù)；每一個(gè)區(qū)域中沿轉(zhuǎn)子鐵心(2)的軸向方向開有2n個(gè)矩形截面的孔(4)，n為自然數(shù)；所述的2n個(gè)矩形截面的孔(4)沿轉(zhuǎn)子鐵心(2)的端面的圓心線對(duì)稱的排列成開口朝向轉(zhuǎn)子鐵心(2)外邊緣的V字形或W字形；所述的每一組分段式永磁體組(5)的截面為矩形的永磁體對(duì)應(yīng)嵌于轉(zhuǎn)子鐵心(2)所開設(shè)的2n個(gè)矩形截面的孔(4)內(nèi)；所述的每一組分段式永磁體組(5)的每相鄰兩塊截面為矩形的永磁體之間的磁橋?qū)挾仍?.5mm～L/2mm，其中L為每塊截面為矩形的永磁體的寬度；排列在V字形或W字形首尾兩個(gè)矩形截面的孔(4)的鄰近轉(zhuǎn)子鐵心(2)外邊緣的兩條邊向轉(zhuǎn)子鐵心(2)外邊緣方向延展，構(gòu)成一個(gè)半包在所述兩個(gè)矩形截面的孔(4)外側(cè)的隔磁孔(7)，所述的隔磁孔(7)與所述的兩個(gè)矩形截面的孔(4)連通，在所述的隔磁孔中填充非導(dǎo)磁材料構(gòu)成隔磁橋(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電主軸的大功率低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)， 其特征在于隔磁孔(7)與轉(zhuǎn)子鐵心(2)外邊緣之間的厚度為0.5mm 10mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電主軸的大功率低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步 電機(jī)，其特征在于分段式永磁體組(5)的截面為矩形的永磁體采用釹鐵硼永磁 體。
全文摘要
用于電主軸的大功率低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)永磁同步電機(jī)，它涉及電機(jī)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電機(jī)效率低、散熱條件差、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、動(dòng)態(tài)性能差、加工精度低、效率低、功率密度低、電機(jī)體積大和控制精度低的問題。它的永磁體為由2n個(gè)截面為矩形的永磁體組成的分段式永磁體組；轉(zhuǎn)子鐵心的端面平均分為2P區(qū)域，每個(gè)區(qū)域中沿軸向方向開2n個(gè)矩形截面的孔，所述孔沿轉(zhuǎn)子鐵心的端面的圓心線對(duì)稱的排列成開口朝向轉(zhuǎn)子鐵心外邊緣的V或W字形；永磁體嵌于孔內(nèi)；磁橋?qū)挾仍?.5～L/2mm，排列在V或W字形首尾的孔的外邊緣的兩條邊向轉(zhuǎn)子鐵心外邊緣方向延展構(gòu)成隔磁孔，其中填充非導(dǎo)磁材料構(gòu)成隔磁橋。本發(fā)明通過隔磁橋的形狀和尺寸，削弱了電主軸電機(jī)的振動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K21/02GK101527485SQ20091007179
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者寇寶泉, 張亮亮, 曹繼偉, 李立毅 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)