一種帶有阻尼線圈的交流永磁同步伺服電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶有不銹鋼緊固套筒阻尼線圈的交流永磁同步伺服電機(jī)，該電機(jī)呈圓筒型且沿徑向由外至內(nèi)包括：定子、繞組和轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)包括永磁體和轉(zhuǎn)子，永磁體由塊狀磁體沿轉(zhuǎn)子周向分布裝配而成，每塊磁體正中對應(yīng)的轉(zhuǎn)子上開有第一槽口，其沿轉(zhuǎn)子徑向朝外的一端開口，另外一端連通第二槽口，轉(zhuǎn)子呈圓筒型，其內(nèi)壁上還設(shè)有沿徑向朝內(nèi)開口的第三槽口，所述第二槽口與所述第三槽口沿垂直于徑向的方向?qū)ΨQ，用于繞制閉合的阻尼線圈。按照本發(fā)明，定子電樞反應(yīng)低次諧波磁場在通過阻尼線圈時，阻尼繞組感應(yīng)的渦流將產(chǎn)生磁場阻礙穿過轉(zhuǎn)子的定子電樞反應(yīng)磁場，從而降低了轉(zhuǎn)子上永磁體的渦流損耗以及轉(zhuǎn)子疊片的鐵耗。
【專利說明】—種帶有阻尼線圈的交流永磁同步伺服電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于伺服電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種帶有不銹鋼緊固套筒阻尼線圈的交流永磁同步伺服電機(jī)。
技術(shù)背景
[0002]數(shù)控機(jī)床作為加工制造業(yè)的母機(jī)代表著一個國家的裝備制造業(yè)水平，是國民經(jīng)濟(jì)的主要基礎(chǔ)。高性能數(shù)控機(jī)床成為世界大國間加工制造業(yè)博弈的重要籌碼。在中國，高檔數(shù)控機(jī)床項目作為國家科技重大專項，預(yù)計在未來很長一段時間都將保持長足的發(fā)展。
[0003]交流永磁同步伺服電機(jī)作為數(shù)控機(jī)床中最主要的執(zhí)行單元之一，目前正朝著高效率、高轉(zhuǎn)矩密度和高冗余性發(fā)展。分?jǐn)?shù)槽集中線圈交流永磁同步伺服電機(jī)，以其線圈端部短轉(zhuǎn)矩密度高、轉(zhuǎn)矩脈動小和線圈冗余性高等優(yōu)勢成為目前最為主流的交流永磁同步伺服電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0004]在分?jǐn)?shù)槽集中線圈交流永磁同步伺服電機(jī)中，定子線圈產(chǎn)生具有很強(qiáng)穿透能力的低次磁動勢諧波，其在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)出較大的渦流造成較高的轉(zhuǎn)子損耗和轉(zhuǎn)子溫升，加大了永磁體退磁的風(fēng)險。同時，為了保證永磁同步伺服電機(jī)的機(jī)械可靠性，通常在轉(zhuǎn)子上裝配有不銹鋼緊固套筒，這近一步增加了轉(zhuǎn)子損耗和轉(zhuǎn)子溫升，從而使得永磁體退磁和電機(jī)發(fā)生故障的風(fēng)險近一步加大。
[0005]目前降低帶有不銹鋼緊固套筒的分?jǐn)?shù)槽集中線圈交流永磁同步電機(jī)的技術(shù)主要有套筒與永磁體分段和在套筒上鍍銅兩種技術(shù)，但是以上兩種技術(shù)在實際操作中存在以下的缺陷:(1)對于套筒與永磁體分段技術(shù)，其可以減少永磁體和套筒上的渦流損耗，但是不能消弱定子線圈電樞反應(yīng)低次諧波在轉(zhuǎn)子上的作用，故轉(zhuǎn)子疊片的鐵耗不能降低，同時由于套筒與永磁體分段，會存在裝配困難等一系列問題；(2)對于套筒上鍍銅技術(shù)，由于銅的電導(dǎo)率比不銹鋼高很多，定子線圈電樞反應(yīng)低次諧波磁場在穿透轉(zhuǎn)子時，鍍銅層會感應(yīng)出較大的渦流阻礙定子線圈電樞反應(yīng)磁場穿透轉(zhuǎn)子，可以降低不銹鋼緊固套筒、永磁體和轉(zhuǎn)子疊片上的損耗，而是鍍銅層需要有一定的厚度才行，交流永磁同步伺服電機(jī)氣隙一般都較小，不銹鋼緊固套筒本身又占用了部分氣隙，因此鍍銅技術(shù)在交流永磁同步伺服電機(jī)中應(yīng)用不多。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種帶有阻尼線圈交流永磁同步伺服電機(jī)，解決交流永磁同步伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子損耗，并降低永磁體的退磁風(fēng)險。
[0007]—種具有阻尼線圈的交流永磁同步伺服電機(jī)，其特征在于，該電機(jī)呈圓筒型且沿徑向由外至內(nèi)包括:定子機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)；其中有定子機(jī)構(gòu)包括定子、定子繞組，轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)包括永磁體和轉(zhuǎn)子，永磁體由塊狀磁體沿轉(zhuǎn)子周向分布裝配而成，每塊磁體正中對應(yīng)的轉(zhuǎn)子上開有第一槽口，其朝向所述永磁體的一端開口，另外一端連通第二槽口，所述轉(zhuǎn)子呈圓筒型，其內(nèi)壁上還設(shè)有沿徑向朝內(nèi)開口的第三槽口，所述第二槽口與所述第三槽口沿垂直于徑向的方向?qū)ΨQ，用于繞制閉合的阻尼線圈。
[0008]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)外周還箍有不銹鋼緊固套筒。
[0009]進(jìn)一步地，所述永磁體沿所述轉(zhuǎn)子的周向分布裝配方式為表貼式或內(nèi)置式。
[0010]按照本發(fā)明，由于采用了阻尼線圈，能夠達(dá)到如下的有益效果:
[0011](I)每個阻尼線圈里的感應(yīng)渦流將阻礙定子低次諧波磁場的通過，從而消弱定子的低次諧波磁場，進(jìn)而該諧波磁場在套筒、永磁體和轉(zhuǎn)子疊片里產(chǎn)生的損耗將大大降低；
[0012](2)由于采用了阻尼線圈，即使采用了不銹鋼緊固套筒來實現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，也可以進(jìn)一步地減小諧波磁場在不銹鋼緊固套筒里產(chǎn)生的損耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1(a)為本按照發(fā)明實現(xiàn)的帶有不銹鋼緊固套筒和阻尼線圈的低轉(zhuǎn)子損耗交流永磁同步伺服電機(jī)的實施例一的截面示意圖；
[0014]圖1(b)為本按照發(fā)明實現(xiàn)的帶有不銹鋼緊固套筒和阻尼線圈的低轉(zhuǎn)子損耗交流永磁同步伺服電機(jī)的實施例一的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為按照本發(fā)明實現(xiàn)的帶有不銹鋼緊固套筒和阻尼線圈的低轉(zhuǎn)子損耗交流永磁同步伺服電機(jī)的實施例二的截面示意圖；
[0015]圖3為本按照發(fā)明實現(xiàn)的帶有不銹鋼緊固套筒和阻尼線圈的低轉(zhuǎn)子損耗交流永磁同步伺服電機(jī)的實施例一的不銹鋼緊固套筒二維磁力線分布圖。
[0016]其中，1-定子2-單層繞組3-不銹鋼緊固套筒4-永磁體5-轉(zhuǎn)子6_第一矩形槽7-第二矩形槽8-第三矩形槽9-阻尼線圈。

【具體實施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和效果更加清晰明白，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以下實施例僅是用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。圖1所示為本發(fā)明的帶有不銹鋼緊固套筒和阻尼線圈的低轉(zhuǎn)子損耗分?jǐn)?shù)槽集中繞組交流永磁同步伺服電機(jī)的一個具體實施例示意圖，其中圖1(a)為橫向截面圖，圖1(b)為三維結(jié)構(gòu)示意圖。該實施例的帶有不銹鋼緊固套筒和阻尼線圈的低轉(zhuǎn)子損耗分?jǐn)?shù)槽集中繞組交流永磁同步伺服電機(jī)是一個帶有不銹鋼緊固套筒和阻尼線圈的12槽10極單層定子繞組的分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁同步伺服電機(jī)。在圖1中，定子I為12個槽，槽內(nèi)繞制有單層繞組2，當(dāng)然定子也可采用無槽結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子沖片疊加而成的轉(zhuǎn)子5外表面貼有10個永磁體4，在永磁體4外側(cè)箍不銹鋼緊固套筒3 ;在轉(zhuǎn)子沖片疊加而成的轉(zhuǎn)子5上，對應(yīng)與每個永磁體4的正下方開第一個矩形槽6，第一矩形槽6的一端沿徑向朝向永磁體的一端是開口的，并在第一矩形槽6的另外一端連通開有第二個矩形槽7，在距第二個矩形槽8的正下方一定距離處開第三個矩形槽8，第二矩形槽7與第三矩形槽8在沿徑向垂直的方向上對稱，在每個永磁體4正下方的第二個矩形槽7和第三個矩形槽8內(nèi)繞制閉合的阻尼線圈9，正因為矩形槽6在磁力線圓周方向的路徑上造成了截斷，而空氣比鐵磁的磁阻要大，因此可以將定子電樞反應(yīng)低次諧波磁場的路徑引向穿過阻尼線圈9。當(dāng)然，矩形槽6、7、8并不一定限定為矩形槽，只要能夠開口實現(xiàn)磁力線圓周方向的截斷，并且能夠繞制阻尼線圈即可，并不一定限定為矩形，可以為其它形狀，在此不再贅述。
[0018]另外，上述的實施例中的永磁體4與轉(zhuǎn)子5的裝配方式是表貼式的，但是實際上永磁體4與轉(zhuǎn)子5的裝配方式也可以是內(nèi)置式的，如圖2所示的實施例二中的永磁體內(nèi)置式的設(shè)置方式，在此種情況下，轉(zhuǎn)子5上開的矩形槽6依然在永磁體4正中對應(yīng)的下方，矩形槽6朝向永磁體4的一端開口，另外一端連通矩形槽7，其它的設(shè)置與上述實施例中的表貼式的相同，實現(xiàn)磁力線圓周方向的截斷。
[0019]圖3所示為本發(fā)明的帶有不銹鋼緊固套筒和阻尼線圈的低轉(zhuǎn)子損耗分?jǐn)?shù)槽集中繞組交流永磁同步伺服電機(jī)的一個具體實施例的定子繞組產(chǎn)生的二維磁場的磁力線分布示意圖。在圖3中，可以看出定子繞組產(chǎn)生的低次諧波磁場，主要是一次的二極諧波磁場，在其穿透轉(zhuǎn)子時，其主要通過放置在轉(zhuǎn)子疊片里的閉合阻尼線圈，閉合的阻尼繞組將感應(yīng)出渦流；根據(jù)楞次定律，每個阻尼線圈里的感應(yīng)渦流產(chǎn)生磁場并阻礙定子該一次諧波磁場的通過，從而消弱定子的一次諧波磁場，進(jìn)而該諧波磁場在套筒、永磁體和轉(zhuǎn)子疊片里產(chǎn)生的損耗將大大降低，另外，不銹鋼緊固套筒可以實現(xiàn)進(jìn)一步地機(jī)械穩(wěn)定，不使用也不會影響電機(jī)整體功能的實現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中若采用不銹鋼緊固套筒來實現(xiàn)機(jī)械穩(wěn)定的時候也會帶來損耗，而采用阻尼線圈后，即使采用不銹鋼緊固套筒，也能減小諧波在不銹鋼緊固套筒的損耗。由于銅電導(dǎo)率相對于不銹鋼電導(dǎo)率高很多，阻尼線圈里的渦流損耗相對較小，因此整體的轉(zhuǎn)子損耗也會大幅降低。
[0020]按照本發(fā)明提出的帶有阻尼線圈的交流永磁同步伺服電機(jī)，通過在轉(zhuǎn)子疊片上開槽和裝配阻尼線圈的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)降低轉(zhuǎn)子損耗作用，從而在一定程度上降低了永磁體退磁風(fēng)險。
[0021]其工作原理為:定子繞組產(chǎn)生的低次諧波磁場具有較低的極對數(shù)、較長的波長和較高的轉(zhuǎn)速，具有較強(qiáng)的穿透能力。定子低次諧波磁場在穿透轉(zhuǎn)子時，通過套筒和永磁體后，由于永磁體下方的第一個槽是空槽磁阻大，其大部分是連續(xù)多個通過第二個槽和第三個槽之間的轉(zhuǎn)子疊片后再通過永磁體和套筒回到氣隙。由于定子低次諧波磁場以較高的頻率交變，繞制在每個永磁體下方的第二個槽和第三個槽內(nèi)的閉合阻尼繞組將感應(yīng)出渦流；根據(jù)楞次定律，每個阻尼線圈里的感應(yīng)渦流將阻礙定子低次諧波磁場的通過，從而消弱定子的低次諧波磁場，進(jìn)而該諧波磁場在套筒、永磁體和轉(zhuǎn)子疊片里產(chǎn)生的損耗將大大降低。由于銅電導(dǎo)率相對于不銹鋼電導(dǎo)率高很多，阻尼線圈里的渦流損耗相對較小，因此整體的轉(zhuǎn)子損耗會大幅降低。
[0022]交流永磁同步伺服電機(jī)可作為本技術(shù)最典型的應(yīng)用場合，但本發(fā)明不限于應(yīng)用在伺服電機(jī)領(lǐng)域。
[0023]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】
1.一種具有阻尼線圈的交流永磁同步伺服電機(jī)，其特征在于，該電機(jī)呈圓筒型且沿徑向由外至內(nèi)包括:定子機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)；定子機(jī)構(gòu)包括定子(I)、定子繞組(2)，轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)包括永磁體(4)和轉(zhuǎn)子(5)，永磁體(4)由塊狀磁體沿所述轉(zhuǎn)子(5)周向分布裝配而成，每塊磁體正中對應(yīng)的所述轉(zhuǎn)子(5)上開有第一槽口(6)，其朝向所述永磁體(4)的一端開口，另外一端連通第二槽口(7)，所述轉(zhuǎn)子(5)呈圓筒型，其內(nèi)壁上還設(shè)有沿徑向朝內(nèi)開口的第三槽口(8)，所述第二槽口(7)與所述第三槽口(8)沿垂直于徑向的方向?qū)ΨQ，用于繞制閉合的阻尼線圈(9)。
2.如權(quán)利要求1所述的具有阻尼線圈的交流永磁同步伺服電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)外周箍有不銹鋼緊固套筒(3)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有阻尼線圈的交流永磁同步伺服電機(jī)，其特征在于，所述永磁體(4)沿所述轉(zhuǎn)子(5)的周向分布裝配方式為表貼式或內(nèi)置式。
【文檔編號】H02K21/16GK104319971SQ201410566238
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】曲榮海, 吳磊磊 申請人:華中科技大學(xué)