CN105099012A - 一种高性能永磁伺服电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了高性能永磁伺服电机，包括定子和转子，所述的定子包括定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的线圈，所述的转子包括转子铁芯以及设于转子铁芯外周上的永磁体，其特征在于，所述的定子铁芯由定子冲片叠压形成，所述的定子冲片由至少二个定子齿冲片拼接形成，所述的转子铁芯由转子冲片叠压形成，转子铁芯的外周形成有永磁体槽，所述的永磁体嵌在所述的永磁体槽中。本发明有利于提高硅钢片的利用率；不仅提高了下线生产率，而且能提高槽满率，使槽内线圈排列整齐密集，有利于线圈的散热。

Description

一种高性能永磁伺服电机

技术领域

本发明涉及一种高性能永磁伺服电机设计制造领域，特别涉及对于体积、重量有严格要求的诸如机床、电子制造等高精密度机械工艺设备领域。

背景技术

随着永磁体性能的提高和价格的下降，以及电力电子控制技术、微电子器件开发技术的飞速发展，永磁伺服控制系统得到了快速发展。由永磁体取代绕线式转子中的转子绕组所带来的一系列优点如转子无发热问题、控制系统简单，且体积小、重量轻、功率密度高、具有较高的运行效率和较高的运行速度等等，使永磁同步伺服电机在数控机床、机器人等高性能、高精度的运动控制领域和一些小功率应用场合，获得了广泛应用。

有高性能、高精度等指标要求的永磁伺服电机的定、转子结构和制造工艺与普通永磁同步电机以及异步电动机已经有了较大区别，高性能永磁伺服电机对电动势谐波、齿槽转矩、转动惯量等要求更高，并且要求在结构设计上使之能更多采用自动化设备完成诸如铁芯叠压、线圈绕线、绑带等工序，以提高生产效率，保证制造精度。一般结构的永磁电机定子采用整圆冲片叠压铁芯，然后人工下线，这样大大降低了劳动生产效率，并且线圈与铁芯会有较大缝隙，不利于定子散热；转子则多采用永磁体表面粘贴式结构，在高速运转中可能发生永磁体被甩出的危险，而且受冲片尺寸约束，永磁体的用量受到限制，将对电机的功率密度带来不良影响。综上所述，可见定、转子结构设计是提高永磁伺服电机性能的关键技术所在。定、转子结构不同，电机的运行性能、制造工艺和适用场合也不相同。因此提高永磁伺服电机的性能，应重点考虑电机的新型结构开发。

申请号为200610024831.8的专利，提到一种高效永磁同步电机的转子冲片结构，但此结构在转子铁芯上设置有起动笼，电机虽然具有了自起动能力，但增加了电机的转子重量，因此主要适用于自起动的永磁电机，而不适用于对转动惯量要求较高的永磁伺服电机。申请号为200720031138.3的专利，提到一种永磁交流伺服电动机永磁转子结构，但该结构只在转子铁芯上设置有嵌放永磁体的方槽，没有考虑磁路结构对空载反电动势和电机交、直轴电抗参数的影响，导致气隙内磁场为梯形分布，因此并不能很好提高永磁伺服电机的动态响应特性。申请号为201010175463.3的专利，提到一种冲片磁极永磁电机转子，但该方案只是单纯考虑了冲制定子片后留下的内圆片冲制转子片，而并没有考虑改进冲片结构提升伺服电机的性能。申请号为201210081738.6的专利，提到一种新型永磁电机的转子冲片结构，但该方案在转子铁芯上设置有起动笼，考虑重点是提高永磁体产生的气隙主磁场的强度，缩小电机的体积，并不适用于对起动、调速、刹车等响应时间要求较高的伺服电机。申请号为201210419454.3的专利，提到一种内置式永磁电机转子冲片及内置式永磁电机转子，该方案的转子磁路结构能有效避免隔磁磁桥处的漏磁，因而使得同样用量的永磁体产生的气隙磁场强度要更大，降低了制造成本，但其磁路结构依然不能很好解决空载相正弦反电动势问题，特别是交轴电枢反应磁场对直轴磁路影响没有考虑，会降低高速运行时电机的运行性能。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服现有技术不足，通过改善定、转子冲片结构，提高永磁伺服电机铁芯制造和线圈下线生产效率，提高定子槽满率，改善气隙磁场走向，充分利用转子冲片结构提高永磁体运行的安全性，提升永磁伺服电机的抗退磁能力和过载能力，降低永磁电机的定、转子温升水平，有效提高永磁伺服电机制造和运行性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种高性能永磁伺服电机，包括定子和转子，所述的定子包括定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的线圈，所述的转子包括转子铁芯以及设于转子铁芯外周上的永磁体，其特征在于，所述的定子铁芯由定子冲片叠压形成，所述的定子冲片由至少二个定子齿冲片拼接形成，所述的转子铁芯由转子冲片叠压形成，转子铁芯的外周形成有永磁体槽，所述的永磁体嵌在所述的永磁体槽中。

优选地，所述的永磁体的表面和永磁体槽内皆涂抹胶水加固。

优选地，所述的永磁体槽为鸽尾形。

优选地，所述的永磁体槽的底部设有轴向冷却通道。

优选地，所述的定子铁芯具有闭口槽结构或半开口槽结构。

优选地，所述的定子齿冲片在一端的轭部形成拼接槽，所述的拼接槽为三角形、半圆形或梯形。

优选地，所述的定子齿冲片的齿顶部开有三角形或矩形槽。

优选地，所述的永磁体为不等厚形状。

优选地，所述的转子铁芯及永磁体的外侧设有塑封，所述的定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的线圈的外侧设有塑封。

优选地，所述的转子铁芯的外周上设有限位凸起。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的用于永磁伺服电机的定子结构，其拼装式齿片结构，有利于提高硅钢片的利用率；齿部铁芯叠压后，可以直接使用绕线机直接在齿上绕线，不仅提高了生产率，而且能提高槽满率，使槽内线圈排列整齐密集，有利于线圈的散热。嵌完线的铁芯拼接后，进行塑封，可使定子铁芯和线圈形成牢固的一体结构，不仅提高了刚度和强度，而且有利于铁芯的散热，大大提高了永磁伺服电机的可靠性。

2、本发明的用于永磁伺服电机的转子结构，在转子外圆形成鸽尾槽，然后涂抹胶水，以固定永磁体，这种结构使永磁伺服电机在高速运转时也能保证永磁体的安全可靠，不会发生甩出或移动的情况。

3、本发明的用于永磁伺服电机的不等厚永磁体结构，优化了磁场波形，能减小电机的齿槽转矩，使转矩脉动率减低，电机运行更加平稳。

4、本发明的用于永磁伺服电机的转子通风孔结构，使电机转子有了轴向风道，能有效降低电机温升，保证永磁体工作在可靠温度内，使电机运行安全系数更高。

5、本发明的用于永磁伺服电机的转子结构，在装好永磁体后，对转子整体塑封，可以提高转子的刚度和强度，增加了永磁体运行的安全性，并有利于转子部件的散热。

附图说明

图1为高性能永磁伺服电机结构示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例的高性能永磁伺服电机包括定子和转子，所述的定子包括定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的线圈，所述的转子包括转子铁芯以及设于转子铁芯外周上的永磁体2，所述的定子铁芯由定子冲片叠压形成，所述的定子冲片是分瓣式齿片结构，由12个定子齿冲片1拼接形成，所述的转子铁芯由转子冲片叠压形成，转子铁芯的外周形成有永磁体槽，所述的永磁体2为不等厚形状，嵌在所述的永磁体槽中，所述的永磁体的表面和永磁体槽内皆涂抹胶水加固。所述的转子铁芯及永磁体2的外侧设有塑封，所述的定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的线圈的外侧设有塑封。

所述的转子铁芯的外周上设有倒梯形的限位凸起3，限位凸起3的高度可以根据永磁体漏磁情况进行计算后优选，限位凸起3之间形成鸽尾形的永磁体槽。所述的永磁体槽的底部设有多个通孔，构成轴向冷却通道，有助于电机散热。所述的定子铁芯具有闭口槽结构6。所述的定子齿冲片1在一端的轭部形成拼接槽4，以提高铁芯冲片拼接质量，所述的拼接槽4为三角形。所述的定子齿冲片的外侧齿顶处开有矩形的槽5，可以有效改善气隙磁密波形，降低谐波损耗。

所述的定子的制作方法为：将定子齿冲片1拼接形成定子冲片，将定子冲片叠压形成定子铁芯，使用自动绕线机完成线圈下线，然后塑封为整体结构；所述的转子的制作方法为：将转子冲片高速自动冲铆接叠压形成转子铁芯，转子铁芯的外周形成的永磁体槽内嵌放转子永磁体2；永磁体嵌放时，在永磁体2的表面和永磁体槽内涂抹胶水加固，然后塑封为整体结构。

本发明中，定子铁芯由12个定子齿冲片1拼接形成，这种结构设计能充分提升硅钢片的利用率，非常有利于自动化绕线设备下线，并提高了槽满率，使线圈在定子槽内排列整齐。下好线的定子铁心拼接后，进行塑封，有利于定子铁芯的整体散热效果；所述的定子冲片具有闭口槽结构，以改善气隙磁场分布，优化磁场和电动势波形。所述的永磁体槽为鸽尾形，能够良好的固定永磁体2，使永磁伺服电机在高速运行时不会有永磁体被甩出的危险，在永磁体和永磁体槽内涂抹胶水，还有利于散热，提高了电机的过载能力。永磁体2为不等厚形状，可根据有限元分析计算，优化极弧系数的选择和偏心距的选择，进而改善气隙磁密波形，降低反电动势波形畸变率。永磁体2在转子铁芯上嵌放完毕后，对转子铁芯进行塑封，可以提高转子铁芯刚度，更好保护永磁体2，以免与定子铁芯发生碰撞事故，并有利于转子贴心的散热。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：所述的定子铁芯具有半开口槽结构，其开口形成在定子铁芯的内周，可以有效改善气隙磁场分布，降低谐波损耗，并使齿槽转矩大大降低，因此使永磁伺服电机的输出转矩波动满足精度要求。

上述只是本发明的例示，并非对本发明做任何形式和结构上的限制。虽然本发明已以较佳的结构件图标示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可以利用上述揭示的技术内容和说明做出多种可能的变动。因此凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上例示所做的任何简单修改、等同变化等，均应落在本发明技术方案保护范围内。

Claims (10)

1.一种高性能永磁伺服电机，包括定子和转子，所述的定子包括定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的线圈，所述的转子包括转子铁芯以及设于转子铁芯外周上的永磁体，其特征在于，所述的定子铁芯由定子冲片叠压形成，所述的定子冲片由至少二个定子齿冲片拼接形成，所述的转子铁芯由转子冲片叠压形成，转子铁芯的外周形成有永磁体槽，所述的永磁体嵌在所述的永磁体槽中。

2.如权利要求1所述的高性能永磁伺服电机，其特征在于，所述的永磁体的表面和永磁体槽内皆涂抹胶水加固。

3.如权利要求1所述的高性能永磁伺服电机，其特征在于，所述的永磁体槽为鸽尾形。

4.如权利要求1所述的高性能永磁伺服电机，其特征在于，所述的永磁体槽的底部设有轴向冷却通道。

5.如权利要求1所述的高性能永磁伺服电机，其特征在于，所述的定子铁芯具有闭口槽结构或半开口槽结构。

6.如权利要求1所述的高性能永磁伺服电机，其特征在于，所述的定子齿冲片在一端的轭部形成拼接槽，所述的拼接槽为三角形、半圆形或梯形。

7.如权利要求1所述的高性能永磁伺服电机，其特征在于，所述的定子齿冲片的齿顶部开有三角形或矩形槽。

8.如权利要求1所述的高性能永磁伺服电机，其特征在于，所述的永磁体为不等厚形状。

9.如权利要求1所述的高性能永磁伺服电机，其特征在于，所述的转子铁芯及永磁体的外侧设有塑封，所述的定子铁芯以及缠绕在定子铁芯上的线圈的外侧设有塑封。

10.如权利要求1所述的高性能永磁伺服电机，其特征在于，所述的转子铁芯的外周上设有限位凸起。