一種車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)。包括定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、n個(gè)永磁體、前端蓋、后端蓋和機(jī)殼；每個(gè)永磁體包括偶數(shù)個(gè)按V型對(duì)稱分布的子永磁體；轉(zhuǎn)軸的一端通過(guò)前端軸承固定在前端蓋上，另一端通過(guò)后端軸承固定在后端蓋上，前端蓋、后端蓋和機(jī)殼構(gòu)成電機(jī)外殼；轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)軸上，定子固定在機(jī)殼上，包括繞組和定子鐵芯，繞組纏繞在定子鐵芯上；定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置；轉(zhuǎn)子內(nèi)表面的橫截面為圓形，外表面的橫截面為類圓型結(jié)構(gòu)，與內(nèi)表面的橫截面同軸，該類圓型結(jié)構(gòu)由n段圓弧和n條直線交替連接而成；n個(gè)永磁體嵌入轉(zhuǎn)子內(nèi)。本發(fā)明能提高電機(jī)的弱磁擴(kuò)速能力和動(dòng)態(tài)性能，加工精度高，繞組引出方便，易于拆卸和維修。
【專利說(shuō)明】-種車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電主軸電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電 主軸電機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 車(chē)銑類電主軸電機(jī)主要應(yīng)用于車(chē)銑類數(shù)控機(jī)床。車(chē)銑加工是銑刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)， 工件運(yùn)動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的加工方法。電主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速和控制精度越高，則工件加工精度越高。 其中，直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)與傳統(tǒng)主軸電機(jī)相比，省去了齒輪、皮帶等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提 升了系統(tǒng)傳動(dòng)效率和可靠性，更具有振動(dòng)小、噪聲低、加工精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。冷卻結(jié) 構(gòu)電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度的優(yōu)點(diǎn)，電機(jī)體積小，適合用作電主軸電機(jī)。但是，車(chē)銑 類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)對(duì)電機(jī)恒功率運(yùn)行范圍和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的要求較高，因此，需要 采取特殊的設(shè)計(jì)來(lái)增加恒功率運(yùn)行范圍并削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步 電主軸電機(jī)，能削弱電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩，且在不增加逆變器容量的前提下，提高電機(jī)的弱磁擴(kuò)速 能力，加工精度高；改善了定子的散熱性能，從而提高了電機(jī)電流密度，增大了電機(jī)轉(zhuǎn)矩密 度，降低了電機(jī)體積，提高了電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能；繞組引出方便，易于拆卸和維修。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)，其特征 在于，包括定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、η個(gè)永磁體、前端蓋、后端蓋和機(jī)殼；η為電機(jī)極數(shù)；所述轉(zhuǎn)軸的 一端通過(guò)前端軸承固定在所述前端蓋上，另一端通過(guò)后端軸承固定在所述后端蓋上，所述 前端蓋、后端蓋和機(jī)殼構(gòu)成電機(jī)外殼；所述轉(zhuǎn)子安裝在所述轉(zhuǎn)軸上，所述定子固定在所述機(jī) 殼上，包括繞組和定子鐵芯，所述繞組纏繞在所述定子鐵芯上；所述定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸同軸 設(shè)置；所述轉(zhuǎn)子內(nèi)表面的橫截面為圓形，外表面的橫截面為類圓型結(jié)構(gòu)，與內(nèi)表面的橫截面 同軸，該類圓型結(jié)構(gòu)由η段圓弧和η條直線交替連接而成；所述η個(gè)永磁體嵌入所述轉(zhuǎn)子 內(nèi)，與所述η段圓弧 對(duì)應(yīng)。
[0005] 優(yōu)選地，每個(gè)所述永磁體包括偶數(shù)個(gè)按V型對(duì)稱分布的子永磁體，子永磁體間的 區(qū)域形成導(dǎo)磁橋，V型結(jié)構(gòu)的兩側(cè)分別指向?qū)?yīng)圓弧的兩端。
[0006] 優(yōu)選地，所述定子還包括結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道，它們分別設(shè) 置在所述定子鐵芯的體內(nèi)和外表面；所述內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道均包括兩個(gè)設(shè)置在 所述定子鐵芯兩端的圓形管道以及連通兩端圓形管道的多個(gè)軸向連接管道，所述內(nèi)層冷卻 管道的多個(gè)軸向連接管道貫穿所述定子鐵芯體結(jié)構(gòu)，所述外層冷卻管道的多個(gè)軸向連接管 道部分嵌入所述定子鐵芯外表面的線狀凹槽中。
[0007] 優(yōu)選地，所述后端蓋由兩個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)拼接而成，其端面為圓形，圓周上設(shè)有圓筒結(jié) 構(gòu)構(gòu)成端蓋外側(cè)壁，端面中心開(kāi)孔，孔壁上設(shè)有圓筒結(jié)構(gòu)構(gòu)成端蓋內(nèi)側(cè)壁，所述轉(zhuǎn)軸穿過(guò)該 孔，端面上鄰近端蓋外側(cè)壁的位置設(shè)有開(kāi)口，用于引出所述繞組的出線端。
[0008] 總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效 果：
[0009] 1、電機(jī)永磁體采用V型分段結(jié)構(gòu)，包括偶數(shù)個(gè)對(duì)稱分布的子永磁體，子永磁體間 被導(dǎo)磁橋隔斷，一方面，當(dāng)電機(jī)工作于弱磁擴(kuò)速區(qū)域時(shí)，定子繞組的直軸去磁電流產(chǎn)生的電 樞反應(yīng)使磁橋的飽和程度降低，永磁磁通通過(guò)磁橋產(chǎn)生的漏磁增大，定子直軸去磁電流抵 消永磁體產(chǎn)生的氣隙磁通，使氣隙中的永磁磁通減?。涣硪环矫?，由于存在導(dǎo)磁橋，直軸磁 路的磁阻變小，分段結(jié)構(gòu)可以獲得更大的直軸電感。因此，V型分段結(jié)構(gòu)的永磁體能夠在不 增加逆變器容量的前提下，提高電機(jī)的弱磁擴(kuò)速能力，降低成本。
[0010] 2、采用不均勻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，通過(guò)氣隙磁阻的不均勻分布，優(yōu)化氣隙磁密波形，有效削 弱反電勢(shì)諧波，從而削弱了電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩。V型分段結(jié)構(gòu)的永磁體與不均勻轉(zhuǎn)子的圓弧一一 對(duì)應(yīng)，永磁體的兩側(cè)分別指向?qū)?yīng)圓弧的兩端，能充分利用氣隙磁阻的不均勻分布，一方面 進(jìn)一步削弱電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩，另一方面進(jìn)一步減小直軸磁路的磁阻，獲得更大的直軸電感。因 此，將V型分段結(jié)構(gòu)與不均勻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)結(jié)合，能最大程度地提高電機(jī)弱磁擴(kuò)速能力和加工 精度。
[0011] 3、在定子鐵芯體內(nèi)和外表面分別設(shè)置內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道，能加快電機(jī) 熱量的散發(fā)，冷卻效果更好，從而提高電機(jī)電流密度，增大電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度，降低電機(jī)體積，提 高電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。
[0012] 4、內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道均包括設(shè)置在定子兩端的圓形管道以及連通兩 端圓形管道的多個(gè)軸向連接管道，能有效減小冷卻劑的流通阻力，使冷卻劑的流通更加順 暢，冷卻效果更佳。
[0013] 5、后端蓋的端面為圓形，圓周上設(shè)有圓筒狀突起構(gòu)成端蓋外側(cè)壁，端面中心開(kāi)孔， 孔壁設(shè)有圓筒狀突起構(gòu)成端蓋內(nèi)側(cè)壁，端面上鄰近端蓋外側(cè)壁的位置設(shè)有開(kāi)口。后端蓋由 兩個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)拼接而成，只需拆卸部分后端蓋即可對(duì)電機(jī)進(jìn)行維修，此外，端面上鄰近端蓋 外側(cè)壁處的開(kāi)口用作三相繞組的出線端口，繞組的出線端通過(guò)三相繞組出線端口引出到電 機(jī)外部，方便電機(jī)的接線操作。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2是電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片示意圖；
[0016] 圖3是電機(jī)轉(zhuǎn)子立體示意圖；
[0017] 圖4是電機(jī)定子冷卻結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖5是電機(jī)定子鐵芯示意圖；
[0019] 圖6是電機(jī)機(jī)殼的局部不意圖；
[0020] 圖7是電機(jī)后端蓋不意圖。
[0021] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：
[0022] 1 -后端蓋，2 -光電編碼器，3 -后端軸承，4 一繞組，5 -冷卻劑出口，6 -定子 鐵芯，7 -轉(zhuǎn)子，8 -套管，9 一冷卻結(jié)構(gòu)，10 -冷卻劑入口，11 一前端軸承，13 -轉(zhuǎn)軸，14 一 前端蓋，15 -永磁體，17 -外層冷卻管道，18 -內(nèi)層冷卻管道，19 一安裝管路，20 -機(jī)殼， 21 -開(kāi)口，22 -對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)包括光電編碼器 2、繞組4、定子鐵芯6、轉(zhuǎn)子7、轉(zhuǎn)軸13、η個(gè)永磁體15、前端蓋14、后端蓋1和機(jī)殼20。
[0025] 轉(zhuǎn)軸13的一端通過(guò)前端軸承11固定在前端蓋14上，另一端通過(guò)后端軸承3固定 在后端蓋1上，前端蓋14、后端蓋1和機(jī)殼20構(gòu)成電機(jī)外殼。光電編碼器2固定在后端蓋 1上，與轉(zhuǎn)軸13同軸安裝，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子7的位置信號(hào)。轉(zhuǎn)子7安裝在轉(zhuǎn)軸13上，轉(zhuǎn)子7和 轉(zhuǎn)軸13之間設(shè)有套管8,以方便拆卸轉(zhuǎn)軸13而不致?lián)p壞電機(jī)。定子固定在機(jī)殼20上，包括 繞組4和定子鐵芯6,繞組4纏繞在定子鐵芯6上。轉(zhuǎn)子7、定子和轉(zhuǎn)軸13同軸設(shè)置。
[0026] 如圖2和圖3所不，轉(zhuǎn)子7內(nèi)表面的橫截面為圓形，外表面的橫截面為類圓型結(jié) 構(gòu)，與內(nèi)表面的橫截面同軸，該類圓型結(jié)構(gòu)由η段圓弧和η條直線交替連接而成，η為電機(jī) 極數(shù)（例如η = 4)，圓弧圓心與內(nèi)表面的橫截面的圓心的距離即偏心距離為〇-〇'。η個(gè)永 磁體15嵌入轉(zhuǎn)子7內(nèi)，與η段圓弧一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)永磁體15包括偶數(shù)個(gè)按V型對(duì)稱分布的 子永磁體，子永磁體間的區(qū)域形成導(dǎo)磁橋，V型結(jié)構(gòu)的兩側(cè)分別指向?qū)?yīng)圓弧的兩端。這種 V型分段結(jié)構(gòu)與不均勻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的結(jié)合能最大程度地提高電機(jī)弱磁擴(kuò)速能力和加工精度。
[0027] 如圖1所示，定子還包括冷卻結(jié)構(gòu)9。如圖4和圖5所示，冷卻結(jié)構(gòu)9包括內(nèi)層冷 卻管道18和外層冷卻管道17,分別設(shè)置在定子鐵芯6的體內(nèi)和外表面。內(nèi)層冷卻管道18 和外層冷卻管道17的結(jié)構(gòu)相同，均包括兩個(gè)設(shè)置在定子鐵芯兩端的圓形管道以及連通兩 端圓形管道的多個(gè)軸向連接管道，內(nèi)層冷卻管道18的多個(gè)軸向連接管道貫穿定子鐵芯體 結(jié)構(gòu)，外層冷卻管道17的多個(gè)軸向連接管道部分嵌入定子鐵芯外表面的線狀凹槽中。
[0028] 如圖6所示，機(jī)殼20與定子接觸的部位對(duì)應(yīng)設(shè)置多個(gè)由線狀凹槽形成的安裝管路 19,其與定子鐵芯外表面的線狀凹槽一起包覆外層冷卻管道17的多個(gè)軸向連接管道。機(jī)殼 20上開(kāi)有冷卻劑入口 10和冷卻劑出口 5,冷卻劑入口 10與定子鐵芯6 -端的內(nèi)層冷卻管 道18和外層冷卻管道17的圓形管道連通，冷卻劑出口 5與定子鐵心6另一端的內(nèi)層冷卻 管道18和外層冷卻管道17的圓形管道連通。冷卻劑由冷卻劑入口 10同時(shí)進(jìn)入內(nèi)層冷卻 管道18和外層冷卻管道17,在冷卻劑出口 5匯流并流出。
[0029] 如圖7所示，后端蓋由兩個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)22拼接而成，其端面為圓形，圓周上設(shè)有圓筒 結(jié)構(gòu)構(gòu)成端蓋外側(cè)壁，端面中心開(kāi)孔，孔壁上設(shè)有圓筒結(jié)構(gòu)構(gòu)成端蓋內(nèi)側(cè)壁，轉(zhuǎn)軸13穿過(guò) 該孔，端面上鄰近端蓋外側(cè)壁的位置設(shè)有開(kāi)口 21，用于引出繞組4的出線端。這種拼接結(jié)構(gòu) 容易拆卸，給電機(jī)的維修工作帶來(lái)極大的便利。繞組4的出線端通過(guò)電壓保護(hù)模塊與逆變 器模塊相連，以避免電機(jī)在最高轉(zhuǎn)速下電源斷開(kāi)或逆變器故障時(shí)，電機(jī)反電勢(shì)過(guò)電壓損壞 逆變器。
[0030] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)，其特征在于，包括定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、η個(gè)永 磁體、前端蓋、后端蓋和機(jī)殼；η為電機(jī)極數(shù)； 所述轉(zhuǎn)軸的一端通過(guò)前端軸承固定在所述前端蓋上，另一端通過(guò)后端軸承固定在所述 后端蓋上，所述前端蓋、后端蓋和機(jī)殼構(gòu)成電機(jī)外殼；所述轉(zhuǎn)子安裝在所述轉(zhuǎn)軸上，所述定 子固定在所述機(jī)殼上，包括繞組和定子鐵芯，所述繞組纏繞在所述定子鐵芯上；所述定子、 轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置； 所述轉(zhuǎn)子內(nèi)表面的橫截面為圓形，外表面的橫截面為類圓型結(jié)構(gòu)，與內(nèi)表面的橫截面 同軸，該類圓型結(jié)構(gòu)由η段圓弧和η條直線交替連接而成；所述η個(gè)永磁體嵌入所述轉(zhuǎn)子 內(nèi)，與所述η段圓弧 對(duì)應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)，其特征在于，每個(gè)所述永 磁體包括偶數(shù)個(gè)按V型對(duì)稱分布的子永磁體，子永磁體間的區(qū)域形成導(dǎo)磁橋，V型結(jié)構(gòu)的兩 側(cè)分別指向?qū)?yīng)圓弧的兩端。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)，其特征在于，所述定子 還包括結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道，它們分別設(shè)置在所述定子鐵芯的體內(nèi)和 外表面；所述內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道均包括兩個(gè)設(shè)置在所述定子鐵芯兩端的圓形管 道以及連通兩端圓形管道的多個(gè)軸向連接管道，所述內(nèi)層冷卻管道的多個(gè)軸向連接管道貫 穿所述定子鐵芯體結(jié)構(gòu)，所述外層冷卻管道的多個(gè)軸向連接管道部分嵌入所述定子鐵芯外 表面的線狀凹槽中。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的車(chē)銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機(jī)，其特征在于， 所述后端蓋由兩個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)拼接而成，其端面為圓形，圓周上設(shè)有圓筒結(jié)構(gòu)構(gòu)成端蓋外側(cè) 壁，端面中心開(kāi)孔，孔壁上設(shè)有圓筒結(jié)構(gòu)構(gòu)成端蓋內(nèi)側(cè)壁，所述轉(zhuǎn)軸穿過(guò)該孔，端面上鄰近 端蓋外側(cè)壁的位置設(shè)有開(kāi)口，用于引出所述繞組的出線端。
【文檔編號(hào)】H02K21/14GK104113176SQ201410284413
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】楊凱, 王曉杰, 楊雪姣 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)