一種高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，包括定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)軸、磁鋼和定子三相對(duì)稱繞組；其特征在于：所述磁鋼為沿圓周方向均勻鑲有徑向磁化的V型磁鋼；所述V型磁鋼包括多個(gè)永磁體、多個(gè)隔磁橋和多個(gè)導(dǎo)磁橋；V型磁鋼的兩邊上設(shè)有多個(gè)永磁體，相鄰永磁體之間設(shè)有導(dǎo)磁橋，兩邊的V型邊頂端和V型磁鋼底端設(shè)有隔磁橋。有益效果：該電機(jī)不僅具有低速時(shí)的高轉(zhuǎn)矩運(yùn)行性能，并且在基速以上的恒功率段具有寬廣的弱磁升速范圍。在恒功率高速運(yùn)行時(shí)永磁體漏磁大，弱磁升速能力強(qiáng)?？蛰d時(shí)電機(jī)漏磁小，輸出轉(zhuǎn)矩大。設(shè)置分段不等厚磁鋼使得電機(jī)氣隙磁密接近正弦分布，從而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，控制精度高，且電機(jī)永磁體不易失磁。
【專利說明】—種高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，尤其是具有高轉(zhuǎn)速、寬調(diào)速范圍、高控制精度的永磁同步電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)中高端數(shù)控機(jī)床主要采用永磁同步電主軸。然而,其核心部件——永磁同步電動(dòng)機(jī)是采用永磁體進(jìn)行勵(lì)磁的，它的磁場較為恒定，勵(lì)磁強(qiáng)度很難進(jìn)行調(diào)節(jié)。在永磁同步電機(jī)基速以上的恒功率運(yùn)行區(qū)域，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，電機(jī)反電勢隨之上升，因而供電電壓上限以及電流控制器的飽和就限制了它的運(yùn)行范圍，使之很難在基速以上較高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行。因而，電機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)有利于其弱磁升速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]要解決的技術(shù)問題
[0004]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，解決國內(nèi)中高端數(shù)控機(jī)床電主軸弱磁升速難的問題，該電機(jī)不僅具有低速時(shí)的高轉(zhuǎn)矩運(yùn)行性能，并且在基速以上的恒功率段具有寬廣的弱磁升速范圍和高的控制精度。
[0005]技術(shù)方案
[0006]—種高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電機(jī),包括定子鐵芯1、轉(zhuǎn)子鐵芯2、轉(zhuǎn)軸3、磁鋼和定子三相對(duì)稱繞組7 ;其特征在于:所述磁鋼為沿圓周方向均勻鑲有徑向磁化的V型磁鋼；所述V型磁鋼包括多個(gè)永磁體、多個(gè)隔磁橋和多個(gè)導(dǎo)磁橋；V型磁鋼的兩邊上設(shè)有多個(gè)永磁體，相鄰永磁體之間設(shè)有導(dǎo)磁橋，兩邊的V型邊頂端和V型磁鋼底端設(shè)有隔磁橋；所述V型磁鋼張角的確定為:以180°除以磁極的極對(duì)數(shù)得到每一個(gè)V型磁鋼所占空間角度，然后采用AutoCAD軟件，根據(jù)每一個(gè)V型磁鋼所占空間角度和V型磁鋼底部的隔磁橋與轉(zhuǎn)子內(nèi)徑之間的距離，繪制整個(gè)V型磁鋼的圖形，得到V型磁鋼的張角。
[0007]所述多個(gè)永磁體等長且等寬，但不等厚；V型磁鋼底部的永磁體厚度最大，遠(yuǎn)離V型磁鋼底部的永磁體厚度最小，多個(gè)永磁體的厚度等值減少。
[0008]所述多個(gè)永磁體為六個(gè)，以V型分段磁鋼的中心兩邊均勻分布。
[0009]所述永磁體厚度的確定:根據(jù)永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的V型磁鋼的厚度作為中間部分永磁體的厚度，確定靠近V型磁鋼底部的永磁體厚度為中間部分永磁體厚度加上永磁體厚度差值。
[0010]有益效果
[0011]本發(fā)明提出的一種高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，在永磁同步電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩低速運(yùn)行時(shí)，盡管各分段磁鋼之間存在導(dǎo)磁橋，但恒轉(zhuǎn)矩低速運(yùn)行時(shí)，永磁同步電機(jī)定子電樞繞組電流較小，產(chǎn)生的電樞磁場小，電樞反應(yīng)不大，對(duì)永磁體產(chǎn)生的磁場削弱小，使轉(zhuǎn)子鐵芯，尤其是各導(dǎo)磁橋部分依然處于強(qiáng)飽和狀態(tài)，磁阻很大，電機(jī)永磁體漏磁很小，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩可以得到保證。在永磁同步電機(jī)恒功率高速運(yùn)行時(shí)，在電機(jī)定子電樞繞組內(nèi)電樞電流較大，產(chǎn)生的電樞磁場大，電樞反應(yīng)就很大，對(duì)永磁體產(chǎn)生的磁場削弱大，使得轉(zhuǎn)子鐵芯處于非飽和狀態(tài)，由于磁鋼是分段的，此時(shí)，各分段磁鋼之間的導(dǎo)磁橋提供了漏磁磁路，使得永磁體漏磁增大，因此，定子電樞繞組電樞反電勢比磁鋼不分段情況下電樞反電勢會(huì)降低很多，而反電勢隨轉(zhuǎn)速的增加而升高正是很多永磁同步電機(jī)當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度時(shí)無法繼續(xù)提高的原因，因而分段磁鋼的設(shè)置有利于永磁同步電機(jī)弱磁升速，且導(dǎo)磁橋提供漏磁磁路，使得永磁同步電機(jī)永磁體不易失磁，而V型磁鋼底部隔磁橋及V型磁鋼頂部隔磁橋的設(shè)置使得永磁體在恒功率高速運(yùn)行時(shí)漏磁不至于過大，保證電機(jī)轉(zhuǎn)矩不至太小。而考慮到V型分段磁鋼各分段磁鋼徑向厚度相等產(chǎn)生的氣隙磁場沿氣隙圓周的分布正弦性不是很理想，所以設(shè)置分段不等厚磁鋼各部分磁鋼厚度根據(jù)仿真反復(fù)試驗(yàn)得出使得電機(jī)氣隙磁密沿氣隙圓周方向的分布近似正弦，這樣可以使永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小，使得永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)控制精度提高。
[0012]該電機(jī)不僅具有低速時(shí)的高轉(zhuǎn)矩運(yùn)行性能，并且在基速以上的恒功率段具有寬廣的弱磁升速范圍。在恒功率高速運(yùn)行時(shí)永磁體漏磁大，弱磁升速能力強(qiáng)?？蛰d時(shí)電機(jī)漏磁小，輸出轉(zhuǎn)矩大。設(shè)置分段不等厚磁鋼使得電機(jī)氣隙磁密接近正弦分布，從而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，控制精度高，且電機(jī)永磁體不易失磁。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1:是本方案的一種6極電機(jī)結(jié)構(gòu)軸向剖面示意圖
[0014]圖2:是圖1中電機(jī)轉(zhuǎn)子1/6結(jié)構(gòu)示意圖
[0015]1.定子鐵芯,2.轉(zhuǎn)子鐵芯,3.轉(zhuǎn)軸,4.轉(zhuǎn)子永磁體,5.隔磁橋,6.導(dǎo)磁橋,7.定子
三相對(duì)稱繞組。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0017]本實(shí)施例采用的技術(shù)方案是:在內(nèi)置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)，沿圓周方向均勻鑲有徑向磁化的V型分段磁鋼，這樣，在恒功率段運(yùn)行時(shí)可以增加電機(jī)弱磁升速的能力，在一定程度上減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，并且不易導(dǎo)致電機(jī)永磁體失磁。并且，一個(gè)磁極下各部分分段磁鋼徑向厚度不相等，一個(gè)磁極下靠近磁極中間分段磁鋼的厚度大于兩側(cè)分段磁鋼的厚度，這樣可以使氣隙磁密盡可能接近正弦分布，同樣可以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，這對(duì)電主軸高精度的運(yùn)行要求十分有利。一個(gè)磁極下同一側(cè)相鄰分段磁鋼間設(shè)置導(dǎo)磁橋，一個(gè)磁極對(duì)稱兩部分分段磁鋼之間設(shè)置隔磁槽，磁極間設(shè)置隔磁槽，這樣，可以合理規(guī)劃電機(jī)空載及負(fù)載運(yùn)行時(shí)的磁通，使得空載時(shí)電機(jī)漏磁不至過大，保證恒功率段電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，在高速段增大永磁體漏磁又不至使永磁體失磁。
[0018]在圖1中，定子鐵芯1、轉(zhuǎn)子鐵芯2均由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵芯2安裝于定子鐵芯I內(nèi)側(cè)，定子鐵芯I槽中安放三相對(duì)稱繞組7，轉(zhuǎn)軸3在轉(zhuǎn)子鐵芯2內(nèi)。
[0019]在圖2中，永磁體4、隔磁橋5、導(dǎo)磁橋6位于轉(zhuǎn)子鐵芯2中，切呈環(huán)形360°均勻分布，V型磁鋼張角由磁極極對(duì)數(shù)、隔磁橋5與轉(zhuǎn)子內(nèi)徑之間的距離確定。具體張角大小可以在AutoCAD軟件中，先根據(jù)磁極極對(duì)數(shù)確定每一個(gè)V型磁鋼所占空間角度，如本實(shí)施例3對(duì)極，每一個(gè)V型磁鋼所占空間角度為60°。再根據(jù)處在V型磁鋼底部的隔磁橋5與轉(zhuǎn)子內(nèi)徑之間的距離確定隔磁橋5底部具體位置，如本實(shí)施例4mm的距離。隨后便可以畫出整個(gè)V型磁鋼的圖形，并可以確定V型磁鋼張角大小，如本實(shí)施例的150.1°。其中，一個(gè)磁極下的V型磁鋼分為對(duì)稱的左右兩部分，永磁體4三部分等長、等寬，但不等厚，其中，靠近V型磁鋼底部的永磁體厚度最大，遠(yuǎn)離V型磁鋼底部的永磁體厚度最小，夾在兩個(gè)永磁體中間的永磁體厚度介于兩者之間，一般情況下，相鄰兩個(gè)永磁體厚度差值基本相等，各部分分段磁鋼的具體厚度根據(jù)氣隙磁密正弦分布原則通過仿真試驗(yàn)來確定。首先，根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)確定所需V型磁鋼大致厚度，并設(shè)定為中間部分永磁體的厚度,如本實(shí)施例的4mm。然后設(shè)定兩個(gè)永磁體厚度差值取不同的值不大于2mm進(jìn)行仿真，根據(jù)氣隙磁密分布波形正弦原則確定最優(yōu)差值，如本實(shí)施例的1mm。最后，確定靠近V型磁鋼底部的永磁體厚度為中間部分永磁體厚度加上永磁體厚度差值，如本實(shí)施例的5_ ;遠(yuǎn)離V型磁鋼底部的永磁體厚度為中間部分永磁體厚度減去永磁體厚度差值，如本實(shí)施例的3mm。一個(gè)V型磁鋼下含有三個(gè)隔磁橋5，V型磁鋼底部有一個(gè)隔磁橋，保證永磁體在負(fù)載時(shí)漏磁不至于過大，在遠(yuǎn)離V型磁鋼頂部兩側(cè)靠近電機(jī)氣隙各有一個(gè)隔磁橋，保證永磁體主磁通穿過氣隙進(jìn)入定子鐵芯，且使得電機(jī)在任何工作狀態(tài)下漏磁通都不至于過大，保證電機(jī)轉(zhuǎn)矩。一個(gè)V型磁鋼下的六個(gè)分段磁鋼之間有導(dǎo)磁橋6，設(shè)置導(dǎo)磁橋6的目的在于空載或低速運(yùn)行時(shí)導(dǎo)磁橋6處磁密處于飽和狀態(tài)，電機(jī)永磁體漏磁不大，保證電機(jī)低速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，在高速時(shí)，由于定子鐵芯I內(nèi)的繞組7電流較大，產(chǎn)生磁場相應(yīng)較大，對(duì)主磁場削弱較強(qiáng)，導(dǎo)磁橋6提供了漏磁磁路，保證電機(jī)永磁體不易失磁，且電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，控制精度高。
【權(quán)利要求】
1.一種高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，包括定子鐵芯(I)、轉(zhuǎn)子鐵芯(2)、轉(zhuǎn)軸(3)、磁鋼和定子三相對(duì)稱繞組(7);其特征在于:所述磁鋼為沿圓周方向均勻鑲有徑向磁化的V型磁鋼；所述V型磁鋼包括多個(gè)永磁體、多個(gè)隔磁橋和多個(gè)導(dǎo)磁橋；V型磁鋼的兩邊上設(shè)有多個(gè)永磁體，相鄰永磁體之間設(shè)有導(dǎo)磁橋，兩邊的V型邊頂端和V型磁鋼底端設(shè)有隔磁橋；所述V型磁鋼張角的確定為:以180°除以磁極的極對(duì)數(shù)得到每一個(gè)V型磁鋼所占空間角度，然后采用AutoCAD軟件，根據(jù)每一個(gè)V型磁鋼所占空間角度和V型磁鋼底部的隔磁橋與轉(zhuǎn)子內(nèi)徑之間的距離，繪制整個(gè)V型磁鋼的圖形，得到V型磁鋼的張角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電機(jī),其特征在于:所述多個(gè)永磁體等長且等寬，但不等厚；V型磁鋼底部的永磁體厚度最大，遠(yuǎn)離V型磁鋼底部的永磁體厚度最小，多個(gè)永磁體的厚度等值減少。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電機(jī),其特征在于:所述多個(gè)永磁體為六個(gè)，以V型分段磁鋼的中心兩邊均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述高速電主軸用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，其特征在于:所述永磁體厚度的確定:根據(jù)永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的V型磁鋼的厚度作為中間部分永磁體的厚度，確定靠近V型磁鋼底部的永磁體厚度為中間部分永磁體厚度加上永磁體厚度差值。
【文檔編號(hào)】H02K21/14GK103956843SQ201410198096
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】劉景林, 魯家棟, 韓澤秀, 衛(wèi)麗超 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)