CN103795213A - 新型无磁钢同步磁阻伺服电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明为新型无磁钢同步磁阻伺服电动机(Syn RM)，由定子1、转子2、转轴3、编码器5、冷却风扇9和机壳10等主要部件组成。本发明的关键技术是转子铁芯的设计和优化。如附图2所示，转子冲片叠压后通过8个铆钉孔11由铆钉紧固，形成一尺寸为的圆柱体，转子的外周为厚度0.5mm的磁桥12，转子的栅格由空气隙与铁芯弧相间排列组成。为加强磁通的导向性和减少漏磁，6层栅格后又设置8个“人”字形气隙13和8个“一”字型气隙14.转子的形状尺寸经过优化，确保了整个电机的性能优良。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制系统中的伺服电机，特别涉及一种无磁钢的同步磁阻伺服电动机。
背景技术
伺服电动机又称为执行电动机，在自控系统中作为执行元件，可将控制电信号转变为转轴的角位移或角速度，通过改变控制电信号的大小和极性，可改变电动机的转速大小和转向。
目前使用的交流伺服电动机包括交流异步伺服电动机和交流同步伺服电动机，这里主要针对交流同步伺服电动机，其中又包括同步永磁伺服电机和同步磁阻伺服电机，这两者的差别主要在于有无磁钢的设置。
众所周知，稀土永磁NdFeB是我国严格控制的战略资源，也是永磁电机所用磁钢的首选材料，目前的价格已经10倍以上的上涨。故通用的永磁同步伺服电机(PMSM)对比本发明推出的同步磁阻伺服电机(SynRM)，其本质的缺点是成本太高，而且在高温运行时，PMSM有可能退磁。对于励磁调节，PMSM弱磁时无负载电流增加，高速运行下可能产生过电压：而SynRM则易于实现高速运转，因转子发热量小，也可在高温下运行，空载试验的升仅5～7℃。
在相同功率和相同直径尺寸下，SynRM比1M(异步伺服电动机)长度缩短50％，比PMSM则长25％，效率介于二者之间(约90％)，但随着功率增大，效率也增加。
由于SynRM转子铁芯的特殊结构，能将定子磁极(如N极)的磁力线有方向的导向定子的另一磁极(如S极)形成磁回格，因而磁力线导通的面 积大，效率相对较高。又因转子结构不存在开关磁阻电机(SRM)的凸极性，转动时的风损耗小，齿槽效应、脉动转矩极小，操作平滑稳定性好，且起动电流小，响应速度快、符合伺服电机的要求。
此外，SynRM的转子能自适应正弦波、方波、梯形波等电源驱动，转子上无频率变化，无磁滞损耗、电磁噪音极小，对电网无电磁干扰(EM1)。总之，从高效节能和环境保护的观点看，SynRM的性价比最优，在自控系统应用中的重要性必将与日俱增。
发明内容
本发明旨在提供一种无磁钢、低成本、结构简单、性能优良的同步磁阻伺服电动机(SynRM)，该装置的结构包括定子1(定子铁芯7和定子线圈8)，转子2，转轴3，轴承4，编码器5，接线盒6，冷却风扇9和机壳10等主要部件(图1)。
定子1与目前通用的交流伺服电动机的定子结构基本相同，本发明的关键技术是转子铁芯的设计与优化。如图3所示，转子冲片叠压后总厚度0.5mm×140，形成一完整的圆柱体Φ102.5×70。铁芯中间通过8个铆钉孔11由铆钉紧固。转子外周的磁桥12厚度0.5mm。转子的栅格由空气隙和铁芯弧相间排列组成，从外向内的前5层气隙宽1.5mm，第6层宽为2.5mm。为加强磁通的导向性和减少漏磁， 后面又设置了8个“人”字形气隙13和8个“一”字形气隙14。转子的内孔Φ46和转轴配合，8个小半圆15起到既减小漏磁又减轻重量的作用。
与SRM的工作原理相同，遵循“磁阻最小原理”-磁通总要沿着磁阻最小(Rmin)的路径闭合。本发明同步磁阻式伺服电机(SynRM)，当定子某相绕组通电时，所产生的磁场由于磁力线扭曲而产生切向磁拉力，试图使相近的转子极旋转到其轴线与该定子轴线对齐的位置、即Rmin位置。这就是本发明的工作原理。由于结构上的独特之处，性能却大大优越于SRM.
附图说明
图1为新型同步磁阻伺服电机SynRM的结构总装图。
图2为SynRM伺服电机的定子铁芯冲片
图3为SynRM伺服电机转子铁芯冲片
图4为SynRM伺服电机定子、转子铁芯的组合
图中，1-定子；2-转子；3-转轴；4-轴承；5-编码器；6-接线盒；7-定子铁芯；8-定子线圈；9-冷却风扇；10-机壳；11-铆钉孔；12-转子磁桥；13-人字形气隙；14-一字形气隙；15-半圆孔
具体实施方式
下面，结合附图，对本发明同步磁阻式伺服电机作进一步的说明。
如附图1所示，定子1由铁芯7和线圈8组成，定子铁芯冲片(图2)采用0.5mm厚的冷轧硅钢片B50A350，由复式冲模冲制叠压组成铁芯。定子的槽数为36均布圆周，槽中按三相双层分布绕组嵌线。 每槽的匝数22×2＝44匝，每匝为5根Φ0.63的铜导线，节距y＝1-5并联支路线a＝1，电机定、转子的气隙δ＝0.65mm。
转子铁芯冲片(图3)，同样采用B50A350硅钢片冲制，选用140片叠压成形，通过8个Φ3.0的孔11用铆钉紧固一体，尺寸为Φ102.5×70。
为对电机进行冷却散热，转轴后端配有风扇9。编码器5、前后轴承4等均依次装配在转轴3上，定子1和转子2的装配最重要，要求确保电磁气隙均匀、转动灵活，运行可靠。
此外，在电机绕组内嵌130℃的PTC与150℃的KTY，即可通过驱动器对电机内部的温度自动监测与保护。
电机各部件完全组装完毕以后，还要进行一系列特性试验，以确保电机的全部性能优良。
Claims (6)
1.本发明公开了一种新型无磁钢同步磁阻伺服电动机，包括定子1，转子2，转轴3、编码器5，冷却风扇9和机壳10等主要部件。
2.根据权利要求1，本发明的转子冲片叠压后形成一总厚度70mm的圆柱体
。
3.根据权利要求1，本发明在转子铁芯中间穿过8个
的铆钉孔11，用铆钉紧固。
4.根据权利要求1，本发明的转子外周有一厚度0.5mm的磁桥12。
5.根据权利要求1，本发明的转子栅格由6层空气隙和铁芯弧相间排列组成。
6.根据权利要求1，本发明为加强磁通的导向性和减少漏磁，在6层栅格后又开设了8个“人”字形气隙13和8个“一”字形气隙14。转子形状尺寸的优化，确保了整个伺服电机的性能优良。
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