CN103795213B - 新型无磁钢同步磁阻伺服电动机 - Google Patents
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Abstract
专利名称：新型无磁钢同步磁阻伺服电动机申报时间：2012年10月发明人：蔡桓梅更德邓隐北曹红清专利权所属单位：广东力好科技股份有限公司摘要：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：
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可以克服上述缺陷的、无磁钢、低成本、结构简单、性能优良的同步磁阻伺服电动机。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种新型无磁钢同步磁阻伺服电动机，关键在于，该电动机包括定子、转子、转轴、编码器、冷却风扇和机壳，转子栅格由6层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；
在所述转子内的转子栅格的栅格之内靠近转子轴心侧，依次沿圆周均布设有8个“人”字形气隙和8个“一”字形气隙，“一”字形气隙相对于“人”字形气隙更靠近转子轴心；
所述的转子由转子冲片叠压后形成一总厚度为70mm、直径102.5mm的圆柱体，所述的转子为铁芯材料制作，铁芯中间设有8个直径3mm的铆钉孔，所述转子用铆钉紧固，所述转子外围有一厚度为0.5mm的转子磁桥；
所述定子由铁芯和线圈组成，定子铁芯冲片采用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，电机定、转子的气隙δ＝0.65mm；转轴后端配有风扇。
本发明的与无磁钢同步磁阻伺服电动机SRM的工作原理相同，遵循“磁阻最小原理”一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，性能却具有大大优越于SRM的优点。
附图说明：
图1为本发明新型同步磁阻伺服电机SynRM的结构总装图
图2为本发明SynRM伺服电机的定子铁芯冲片
图3为本发明SynRM伺服电机转子铁芯冲片
图4为本发明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：
如图1至图4所示，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。
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，转子栅格由6层空气隙和铁
心弧相间排列组成，在所述转子内的转子栅格的6层栅格之后设有8个“人”字形气隙13和8个“一”字形气隙14。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。转子的内孔和转轴配合，8个小半圆15起到既减小漏磁又减轻重量的作用。
所述转子分为8个转子栅格，为加强磁通的导向性和减少漏磁设置8个“人”字形气隙13和8个“一，，’字形气隙14。6层空气隙中，从外向内的前5层气隙宽1.5mm，第6层宽为2.5mm。
所述的转子由转子冲片叠压后形成一总厚度为70mm、直径102.5mm的圆柱体。
所述的转子为铁芯材料制作，铁芯中间设有8个直径3mm的铆钉孔11，
所述转子用铆钉紧固。
所述的转子外围有一厚度为0.5mm的磁桥。
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22X2～44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Φ102.5X70。
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。
一种新型无磁钢同步磁阻伺服电动机，该电动机包括定子1、转子2、转轴3、编码器5、冷却风扇9和机壳10，
转子栅格由6层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；
在所述转子2内的转子栅格的栅格之内靠近转子轴心侧，依次沿圆周均布设有8个“人”字形气隙13和8个“一”字形气隙14，“一”字形气隙14相对于“人”字形气隙13更靠近转子轴心；
所述的转子2由转子冲片叠压后形成一总厚度为70mm、直径102.5mm的圆柱体，所述的转子2为铁芯材料制作，铁芯中间设有8个直径3mm的铆钉孔11，所述转子用铆钉紧固，所述转子外围有一厚度为0.5mm的转子磁桥12；
所述定子1由铁芯7和线圈8组成，定子铁芯冲片采用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，电机定、转子的气隙δ＝0.65mm；转轴后端配有风扇9。
Claims (1)
1.一种新型无磁钢同步磁阻伺服电动机，其特征在于，该电动机包括定子(1)、转子(2)、转轴(3)、编码器(5)、冷却风扇(9)和机壳(10)，
转子栅格由6层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；
在所述转子(2)内的转子栅格的栅格之内靠近转子轴心侧，依次沿圆周均布设有8个“人”字形气隙(13)和8个“一”字形气隙(14)，“一”字形气隙(14)相对于“人”字形气隙(13)更靠近转子轴心；
所述的转子(2)由转子冲片叠压后形成一总厚度为70mm、直径102.5mm的圆柱体，所述的转子(2)为铁芯材料制作，铁芯中间设有8个直径3mm的铆钉孔(11)，所述转子用铆钉紧固，所述转子外围有一厚度为0.5mm的转子磁桥(12)；
所述定子(1)由铁芯(7)和线圈(8)组成，定子铁芯冲片采用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，电机定、转子的气隙δ＝0.65mm；转轴后端配有冷却风扇(9)。
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