CN106655649A - 高速高功率密度交流伺服电机 - Google Patents

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Abstract

高速高功率密度交流伺服电机，属于电机技术领域。包括定子部分和转子部分，定子部分包括机座、定子铁芯、定子绕组及端盖和轴承；转子部分包括转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带四部分组成，机座两端安装有前端盖和后端盖，机座内置有转轴、定子铁芯、定子绕组、转子部分，转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，产生气隙磁场；采用铸造铝合金浇注机座、前端盖和后端盖，并进行热处理；采用硅钢片加工定子铁芯，并用硅钢片表面氧化层作为片间绝缘，在铁芯圆环内圆上均匀分布有与轴平行的槽，嵌放定子绕组，定子绕组采用耐高温铜线；组装转子部分；将定子部分和转子部分组合在一起。电机转速高，功率密度大，运转平稳。

Description

高速高功率密度交流伺服电机
技术领域
本发明公开了一种交流伺服电机的制备方法，特别涉及一种高速高功率密度交流伺服电机制备方法，属于电机技术领域。
背景技术
作为增量运动控制的主流执行元件，步进电动机系统的研究与应用已经取得了长足的进步。步进电动机驱动控制技术的发展，使步进电动机系统存在的失步、震荡、驱动电流过大(效率不高)等问题得到了不同程度改善或克服，但步进电动机固有的功率密度低的问题依然存在。此外，驱动电路与控制技术的发展，使得利用少极对数电机模拟传统多极对数步进电动机的运行特点成为可能。例如，以交流伺服电机(三相永磁同步电机)为控制对象，实现其步进运行，使该装置在具有传统步进电动机系统运行特点的同时，具有高功率。
另外，近年来随着高性能永磁材料技术、电力电子技术、微电子技术飞速的发展以及矢量控制理论、自动控制理论研究的不断深入，永磁同步电机伺服控制系统得到了迅速发展。作为机电伺服机构的核心动力元件，伺服电机不仅需要具有高可靠性和优良的动态性能，还必须具有较高的功率质量比密度，具有较强的耐热力学环境能力。因此，发展高速高功率密度交流伺服电机，是目前电机研制领域亟待解决的重大课题。
为了提高电机的功率密度，通常采用以下三种方法：①合理优化电机电磁设计和采用高性能的电磁材料；②适当提高电机的额定转速，转速一般可高达上万转；③提高电机的散热能力。中国发明专利CN105680581公开了一种高功率密度电机的定子结构，包括定子齿部铁芯、定子轭部铁芯和绕组，所述定子齿部铁芯上缠绕有所述绕组，并与所述定子轭部铁芯拼接连接，并用填充剂在真空高压环境下进行灌封；拼接后，所述定子齿部铁芯的头端形成带有间隙的环形。该发明还涉及一种高功率密度伺服电机，包括上述的定子结构、转子及其转子磁钢，所述磁钢贴于转子铁芯外表面，所述磁钢外表面采用偏心结构；所述转子位于定子结构内部，并与定子同轴；所述定子结构与转子之间的气隙为非均匀气隙。该发明既能保证定子铁芯内圆光滑，减低电机的齿槽转矩，又能提高电机的槽满率。中国发明专利CN103558784还公开了一种面向直流有刷伺服电机的高功率密度智能驱动器。它包括基于DSP的智能控制及处理单元，数据采集单元、智能控制输出单元、数据存储单元和下位机CAN总线通讯网络连接，下位机CAN总线通讯网络连接与CAN总线通讯网络连接，CAN总线通讯网络与上位机CAN总线通讯单元连接，上位机CAN总线通讯单元与系统参数设置单元连接。其优点是，采用先进处理器和先进信号处理技术实现对直流无刷电机的可靠运行，驱动负载能力强，功率密度高，体积小，系统实时性好，响应快，输出电压0～80V，额定输出电流达30A；自动化程度高，具有多种控制模式和多种控制方式。
中国发明专利CN 105634157还公开了一种集成于8AT变速箱内置的高功率密度永磁电机，包括变速箱法兰、变速箱壳体、内置永磁电机定子、转子、变速箱轮毂，变速箱法兰连接于变速箱壳体的左端；变速箱法兰的右端设有变速箱壳体后端盖；电机定子设于变速箱壳体的内壁上；电机定子上设有扁线成形绕组；转子设于变速箱轮毂上，转子内设有转子磁钢；扁线成形绕组与出线盒相连接；变速箱轮毂上设有旋变转子；变速箱壳体后端盖上设有旋变定子；旋变定子与出线盒相连接；定子冲片采用定子轭和定子齿先分离、后合成结构，定子冲片为闭口槽，无齿谐波；转子采用V形插入式磁钢结构、余弦气隙设计，聚磁显著。该发明结构新颖、电机振动、噪声小，损耗小，效率高。中国发明专利CN105610281还公开了一种开放式绕组变结构电机系统，包括主控制器、可变结构驱动器和开放式绕组电机；主控制器接收控制指令和开放式绕组电机的反馈信息，并生成功率驱动和驱动拓扑变结构指令，可变结构驱动器根据驱动拓扑变结构指令将驱动拓扑结构进行变换，可变结构驱动器将开放式绕组电机的多个绕组串联起来成为新的一相绕组，可变结构驱动器根据功率驱动指令驱动开放式绕组电机。该发明的开放式绕组变结构电机系统，充分利用可变结构驱动器和多相电机的结构可变、高功率密度、高可靠性优点，可满足不同的工况需求，相比多电机+离合器结构，能够有效地降低电机驱动系统重量和体积，并有效地提高功率密度和可靠性，消除机械噪声。
中国发明专利CN105591479还公开了一种高功率密度的绕组结构、方法及应用其的电机，该发明的绕组为多层2D结构，绕组采用180°电角度的分布式结构；通过印刷电路板的形式制作而成；每一层上仅设有一相绕组，每相绕组由偶数绕组层所组成；每一层上的绕组，由与电机磁极数相同的绕组周期所组成；同一相的绕组层间通过连接孔连接；连接孔位于该绕组环内的上部的角落处。使用时，1)可充分利用PCB技术实现具有轴向磁场的绕组。不需埋孔，只用穿孔就可实现绕组连接；2)可提高绕组对转子磁钢产生的磁场的利用率。3)绕组是由PCB的方式实现，因而2D的绕组的形状可以是任意的，绕组的尺寸可以控制得很准确。通过对每相绕组的特别安排，绕组的对称性较好。
中国发明专利CN 105553207还公开了一种高功率密度电动汽车电机，由转子和定子组成，所述的定子位于转子内，该定子的环向区域上设有若干个呈上下等均分布的定子槽，该定子槽内设有环状线圈；相邻的定子槽间的区域为导磁区域，该导磁区域由磁极、绕组槽底及圆环型绕组组成，磁极与磁极间呈直线状分布；所述的转子由永磁体和斜导磁体组成，所述的永磁体呈斜向等均布置，斜导磁体与永磁体呈相对应分布；所述的定子的中心为小通孔或无通孔，所述的定子槽的结构为圆形或近圆形或有圆角的方形的形状；该发明可以提高电机的功率密度，尤其能够提高电机的扭矩密度。结构上可以充分发挥导磁材料的导磁和频率性能。中国发明专利CN105515328还公开了一种重量更低、发热量低、占用空间小，同时做到防尘的高功率密度的用于电动工具中的无刷电机，包括转子轴1、前端盖2、绝缘骨架3、定子铁芯4、槽楔5、绕组6、后端盖7、滚珠轴承8、平衡铜套9、磁钢10和转子铁芯11；所述转子轴1上依次设有转子铁芯11和磁钢10，所述定子铁芯4内设有绕组6，所述定子铁芯4的两端分别设有绝缘骨架3、所述定子铁芯4上还设有槽楔5，所述前端盖2和后端盖7分别盖合在槽楔5的两端，所述前端盖2和后端盖7分别为镂空结构，所述磁钢10和转子铁芯11位于绕组6中且转子轴1两侧分别依次安装有平衡铜套9和滚珠轴承8；所述两个滚珠轴承8分别与前端盖2和后端盖7相抵。中国发明专利CN105186734还公开了一种单集中绕组低成本高功率密度永磁直线发电机，其定子上均匀设置有偶数个定子齿，相邻两个定子齿中设有定子槽，定子槽轭与定子背轭之间设有永磁体，所述定子齿与动子的动子齿之间设有主气隙，所述永磁体产生的磁通经过主气隙进入动子形成主磁通；所述永磁体不随动子转动，同一个定子槽轭上的永磁体的充磁方向相同，相邻两个定子槽轭部上的永磁体的充磁方向相反；所述定子槽内安放有一套电枢绕组，通过控制一套电枢绕组的电流磁场和永磁体产生的磁场相互作用使得定子齿上的磁通改变，利用定子和动子间磁阻变化产生转矩。该发明只有一套绕组，运行时只需要控制一套电枢绕组的电流大小和方向，功率电路只需要两个功率开关器件。
中国发明专利CN105331879还公开了一种高功率密度电机用无取向硅钢，其组分及wt％为：C≤0.0030％，Si：3.25～3.45％，Mn：0.05～0.10％，Al≤0.005％，P≤0.05％，S≤0.0020％，Sn：0.04～0.06％，N≤0.0030％；生产方法：按低Al纯净钢冶炼并连铸成坯；将铸坯加热；热轧；卷取并冷却至室温；常化；常规酸洗后采用一次冷轧法轧制至成品厚度；成品退火；冷却、涂层及精整。该发明能同时满足铁芯高速冲片和铁芯叠片自动铆接，及磁性和高疲劳强度要求，且磁感B5000≥1.69T，铁损P1.0/400≤17.0W/kg，硬度Hv5达到180～200，疲劳极限强度≥400Mpa，即具有优良的抗疲劳性能。中国发明专利CN105186733还公开了一种双绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机，包括定子，定子上均匀设置有偶数个定子齿，相邻两个定子齿中设有定子槽，定子槽轭与定子背轭之间设有永磁体，定子齿与动子的动子齿之间设有主气隙；定子槽包括电枢槽和励磁槽，电枢槽和励磁槽交替间隔排列，两个相邻的电枢槽内环绕有一套电枢绕组，两个相邻的励磁槽内环绕有一套励磁绕组，励磁绕组通方向不变的直流电流；励磁绕组所在的定子槽的轭部中设有附加气隙，相邻两块永磁体产生的磁通一部分经过主气隙进入动子形成主磁通，另一部分经过附加气隙闭合形成漏磁通。该发明通过调节励磁绕组内电流的方向和大小可以调节该漏磁通的大小，起到增磁和去磁的作用。中国发明专利CN104868626还公开了一种低漏磁高可靠性高功率密度轴向磁场圆盘式发电机，包括铝合金机壳、磁轭式前端盖、磁轭式后端盖、主轴，磁轭式前端盖和磁轭式后端盖分别设于铝合金机壳的左右两端；主轴连接于磁轭式前端盖和磁轭式后端盖上；主轴的右端上连接有旋变转子；磁轭式前端盖和磁轭式后端盖的内侧分别连接有圆筒式定子；主轴的中部设有圆盘式转子组件；磁轭式后端盖的外侧连接有旋变定子；圆盘式转子组件包括转子轭；转子轭的前后两面设有若干扇形磁钢；相邻两扇形磁钢之间设有空气槽。该发明结构简单，扇形磁钢表面再加防护导磁盘及空气槽，能有效的达到增强导磁，防止漏磁，同时将磁钢更加可靠的固定，提高电机效率，同时提高可靠性。中国发明专利ZL201410241364.9还公告了一种高功率密度的磁通切换型混合永磁记忆电机，该电机包括定子(1)、转子(2)和不导磁转轴(9)，定子(1)设在转子(2)外部，转子(2)固定于不导磁转轴(9)上，为凸极式；定子包括定子轭(1.1)、设置在定子轭(1.1)与转子之间的定子铁心(1.2)、三相电枢绕组(5)和脉冲绕组(6)，定子轭(1.1)和钉子铁心(1.2)之间有空隙，且中分别设有两种永磁体共同励磁，即铝镍钴永磁(3)和钕铁硼永磁(4)。该发明通过定子混合永磁的设置以实现高功率密度，且施加脉冲电流调节永磁体剩余磁化强度和磁化方向，实现电机空载气隙磁场高效调节，提高转速运行范围。
中国实用新型ZL201520239453.X公告了一种高功率密度混合励磁无刷爪极电机，爪极转子为两个，它们相互扣接在一起，并通过穿过其中心的转轴相固定，各爪极转子具有多个爪极，各爪极的极面宽度和厚度都相同，任一爪极转子上的爪极和另一个爪极转子上的与其相邻的爪极之间的空隙内嵌有长方形永磁体，两个爪极转子的极掌之间夹接有圆环状永磁体，转轴穿过圆环状永磁体的中心。该实用新型采用无刷结构，提高了系统的可靠性，采用混合励磁，可以灵活的调节气隙磁场，降低了励磁容量，提高了电机的效率，节约能源。中国发明专利CN104426265还公开了一种高功率密度的永磁电机转子结构及应用其的电机，该转子结构包括转子外壳、转子励磁磁钢、磁楔；设于所述的转子励磁磁钢的N极和S极之间的空隙中。由于磁楔具有较高的机械强度，尺寸也可以进行加工控制的很精密，因而，其在安装到转子上后，也可以对转子励磁磁钢进行支撑作用，加强转子的机械强度。另外，在使用时，由于两个转子励磁磁钢之间的磁轭部分的厚度得到增加，磁饱和的现象得到缓解，转子励磁磁钢产生的磁场能力得到加强。中国发明专利CN104426253还公开了一种高功率密度的电机定子铁芯结构及应用其的电机，该电机定子铁芯结构，包括定子铁芯本体及定子铁芯端部，所述的定子铁芯本体为2D结构，由所述的软磁材料构成；所述的定子铁芯端部，其设在所述的定子铁芯本体的端部，且与所述的定子铁芯本体相配合的一侧，为平面结构，所述的定子铁芯端部的另一侧，圆周上设有凸出平面的挡垣。该发明可以避免软磁复合材料(SMC)的磁饱和点较低的弱点，将SMC用于高功率密度电机；同时，利用软磁复合材料(SMC)所构成的端部铁芯，对与电枢绕组端部以较大的圆角实现接触。这简化了铁芯绝缘层的处理，提高了电枢绕组的可靠性；再者，其制作的电机的结构更加紧凑。这有利于增加电机的功率密度。中国发明专利ZL201310588768.0还公告了一种高功率密度的混合励磁同步发电机，沿轴向分为全永磁部分和辅助电励磁部分，主要由定子铁心、定子导磁套筒、定子电枢绕组、直流励磁绕组、转子铁心极、永磁体N极、永磁体S极，转子背轭和转轴组成。全永磁部分位于电机中部，辅助电励磁部分位于电机两侧，转子铁心极和永磁极交错排列，在定子内布置两组环形直流励磁绕组，将定子铁心分成三段，定子铁心外部由导磁套筒实现磁路上的连接。两侧直流励磁绕组产生的磁场对中间全永磁部分的作用相互抵消，调节励磁电流对全永磁部分基本没有影响，电机整体具有较好的对称性。所述电机转子无绕组、结构简单、可高速运行、无附加气隙并具有高功率密度，特别适用于大功率高速永磁发电系统。中国发明专利CN103647382还公开了一种双定子高功率密度磁通切换永磁电机，包括外定子、内定子和转子，转子与内、外定子之间具有气隙。该电机的转子由导磁块组成，导磁块在空间均匀分布，可间隔排列或采用连接桥连成整体；外定子包括U型导磁块、切向充磁永磁体和集中绕组；每块永磁体夹在两个相邻U型导磁块之间，集中绕组设置于U型导磁块的槽中且套住永磁体；相邻永磁体沿切向交替充磁；内定子与外定子的U型导磁块的径向轴线重合，导磁齿相对，内、外定子空间位置相同的永磁体充磁方向相反，内、外定子空间位置相同的集中绕组属于同相。该发明与现有技术相比省去了转子导磁轭部，减小转子尺寸，降低铁耗，提高了功率密度和效率，可在风力发电，电动汽车及舰船等动力系统中应用。中国发明专利CN103390946还公开了一种高功率密度无刷双馈风力发电机。其特征在于：高功率密度无刷双馈风力发电。其特征在于：定子上有两套三相对称绕组分别为功率绕组和控制绕组，功率绕组直接与工频电网相连接，控制绕组与变频控制器相连；通过双向逆变器对控制绕组提供特定频率和幅值的电压，可以调节该电机功率绕组的功率因数和输出电压的频率和幅值；转子是凸极和笼型混合转子，在每个凸极轴向上开有数个圆形槽，圆形槽内放入短路笼条和公共笼条；在转子内径上开槽，实现转轴与转子的连接；这种结构可以增加凸极效应，增大交轴磁阻，减少直轴磁阻，便于磁通沿着有利于磁场调制的路径流通，改善电机的性能，使得对定子两套绕组耦合能力实现最大化，具有高功率密度和优良动态性能，并且便于加工制造。
但是上述发明成果并未能详细提出高速、高功率密度的交流伺服电机技术方案，解决高速高功率密度交流伺服电机制备难题。
发明内容
针对高速高功率密度交流伺服电机制备中存在的难题，本发明所要解决的技术问题是提供一种高速高功率密度的交流伺服电机及其定子和转子组成，设计其转速高达30000～35000r/min。
一种高速高功率密度交流伺服电机，包括定子部分和转子部分，定子部分包括机座、定子铁芯、定子绕组及端盖和轴承；转子部分包括转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带四部分组成，机座前端安装有前端盖，机座后端设有后端盖，机座内置有轴承、定子铁芯、定子绕组、转子部分，转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，产生气隙磁场；具体制备方法包括如下步骤：
(1)采用铸造铝合金浇注机座、前端盖和后端盖，并进行热处理，铸造铝合金的化学组成及其质量分数为0.008～0.018％B,5.0～5.5％Cu,0.06～0.13％Ca,0.15～0.20％Li,3.0～3.5％Mg,2.6～3.1％Ni,1.1～1.5％Si,0.08～0.15％Zr,1.10～1.35％Er,0.22～0.27％Ti,0.29～0.39％Fe,0.51～0.72％Mn,余量为铝以及不可避免的杂质；采用厚度0.17～0.22mm的硅钢片加工定子铁芯，并用硅钢片表面厚度达2.5～3.8μm的氧化层作为片间绝缘，在铁芯圆环的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组，定子绕组采用耐高温铜线，耐高温铜线的化学组成及其质量分数为2.5～2.8％Cr,0.35～0.50％Y,0.19～0.26％Zr,0.27～0.34％Ag,余量Cu；
(2)采用转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带制造转子部分，先将转子导磁体套在转轴上，转子导磁体外表面粘接瓦形永磁体，用于产生气隙磁场，永磁体选用钕铁硼稀土永磁材料，永磁体外表面用厚度1.5～2.0mm的不锈钢带箍紧；
(3)将定子部分和转子部分通过转轴和轴承组合在一起，使得转子部分位于定子铁芯圆环内，并使定子铁芯和转子部分之间的气隙控制在0.15～0.40mm，即可获得高速高功率密度交流伺服电机。
后端盖和轴承之间形成空腔，空腔内设有编码器，编码器中心设有编码器轴，编码器轴通过编码器连接螺钉连接在转轴上；所述编码器底部通过编码器固定螺钉连接有安装座。机座外还安装有接线盒。
如上所述铸造铝合金热处理工艺是将铝合金铸件加热到495～505℃，保温1～1.5h，进行固溶处理，固溶后立即水冷淬火处理，淬火后再进行时效处理，即把铸件加热到120～150℃，保温8～12h，炉冷至温度低于80℃后，出炉空冷至室温即可。
本发明为了使交流伺服电机实现高功率密度，需要降低电机重量，另外，随着电机转速的提高，电机内部散发的热量增加，因此需要增加电机的散热效果，因此，本发明电机的机座和端盖，选用高强度铸造铝合金，其化学组成及其质量分数为0.008～0.018％B,5.0～5.5％Cu,0.06～0.13％Ca,0.15～0.20％Li,3.0～3.5％Mg,2.6～3.1％Ni,1.1～1.5％Si,0.08～0.15％Zr,1.10～1.35％Er,0.22～0.27％Ti,0.29～0.39％Fe,0.51～0.72％Mn,余量为铝以及不可避免的杂质，其中加入0.06～0.13％Ca可以改善铝铸件表面质量，本发明中加入0.22～0.27％Ti和0.08～0.15％Zr，它能形成TiA13和ZrA13，在铝基体相的晶间析出，从而可限制铝基体相晶粒的长大，获得细晶粒的铸造铝合金，但TiA13和ZrA13又能降低铝合金的韧性，为此加入1.10～1.35％Er,不仅可以提高铝合金强度，还有增加铝合金韧性的作用。0.15～0.20％Li和0.008～0.018％B的加入，可以防止铝合金铸件表面出现气孔和裂纹，5.0～5.5％Cu,2.6～3.1％Ni和1.1～1.5％Si的加入，可以提高铝合金强度，此外，3.0～3.5％Mg的加入，可以提高铝合金耐蚀性，1.10～1.35％Er的加入，还可以提高铝合金的散热效果。
本发明电机的机座和端盖，选用高强度铸造铝合金，将铸造铝合金铸件加热到495～505℃，保温1～1.5h，进行固溶处理，固溶后立即水冷淬火处理，可以进一步提高铝合金强度，淬火后再进行时效处理，即把铸件加热到120～150℃，保温8～12h，炉冷至温度低于80℃后，出炉空冷至室温，可消除应力，防止铝合金机座和端盖的变形和开裂。
本发明电机采用厚度0.17～0.22mm的硅钢片加工定子铁芯，并用硅钢片表面厚度达2.5～3.8μm的氧化层作为片间绝缘，在铁芯的内圆上均匀分布有与轴平行的槽(可以是半圆形的或长方形的)，用以嵌放定子绕组(优选装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它用于连接在交流电压Uf上，另一个是控制绕组L，用于联接控制信号电压Uc)。定子绕组采用耐高温铜线，耐高温铜线的化学组成及其质量分数为2.5～2.8％Cr,0.35～0.50％Y,0.19～0.26％Zr,0.27～0.34％Ag,余量Cu，确保定子具有良好的机械稳定性和电-磁转换效能。在此基础上，本发明采用转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带制造转子部分，先将转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，用于产生气隙磁场，永磁体选用钕铁硼稀土永磁材料，永磁体外表面用厚度1.5～2.0mm的不锈钢带箍紧，这样不但可以提高电机的动态响应速度，还可以提高系统的性能。本发明通过将定子和转子通过定子部分的轴承和转子部分的转轴组合在一起，最后与机座、端盖以及脉冲编码器和接线盒等组装在一起，并使定子和转子之间的气隙控制在0.15～0.40mm，即可获得高速高功率密度交流伺服电机。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)本发明电机转速高，且高速运转平稳，转速高达30000～35000r/min；
2)本发明电机功率密度大，达到3.2～3.7Kw/Kg；
3)本发明电机制造工艺简便，易于实现工业化生产，推广应用具有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1为交流伺服电机结构示意图；
图2为定子铁芯和定子绕组示意图；
图3为两个位置互差90°的定子绕组示意图；
1为定子铁芯，2为转子部分，3编码器，4为机座，5接线盒。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
一种高速高功率密度交流伺服电机(可参见图1-3)，电机由定子部分、转子部分和检测元件组成，定子部分包括机座4、定子铁芯1、定子绕组及端盖和轴承，转子部分2由转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带四部分组成，转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，产生气隙磁场，具体制备方法如下：
采用铸造铝合金浇注机座和端盖，铸造铝合金的化学组成及其质量分数为0.009％B,5.48％Cu,0.063％Ca,0.196％Li,3.01％Mg,3.07％Ni,1.13％Si,0.146％Zr,1.10％Er,0.268％Ti,0.294％Fe,0.715％Mn,余量为铝以及不可避免的杂质；铸造铝合金热处理工艺是将铝合金铸件加热到495℃，保温1.5h，进行固溶处理，固溶后立即水冷淬火处理，淬火后再进行时效处理，即把铸件加热到120℃，保温12h，炉冷至温度低于80℃后，出炉空冷至室温；采用厚度0.17mm的硅钢片加工定子铁芯，并用硅钢片表面厚度达2.5～3.8μm的氧化层作为片间绝缘，在铁芯的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组，并在定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它用于连接在交流电压Uf上，另一个是控制绕组L，用于联接控制信号电压Uc，定子绕组采用耐高温铜线，耐高温铜线的化学组成及其质量分数为2.52％Cr,0.49％Y,0.26％Zr,0.28％Ag,余量Cu；
②采用转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带制造转子部分，先将转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，用于产生气隙磁场，永磁体选用钕铁硼稀土永磁材料，永磁体外表面用厚度2.0mm的不锈钢带箍紧；
③将定子部分和转子部分通过转轴和轴承组合在一起，使得转子部分位于定子铁芯圆环内，并使定子铁芯和转子部分之间的气隙控制在0.16mm，最后将机座、端盖以及脉冲编码器和接线盒等组装在一起，即可获得高速高功率密度交流伺服电机，其转速达到35000r/min，功率密度达到3.2Kw/Kg。
实施例2：
一种高速高功率密度交流伺服电机(可参见图1-3)，电机由定子部分、转子部分和检测元件组成，定子部分包括机座4、定子铁芯1、定子绕组及端盖和轴承，转子部分2由转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带四部分组成，转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，产生气隙磁场，具体制备方法如下：
采用铸造铝合金浇注机座和端盖，铸造铝合金的化学组成及其质量分数为0.017％B,5.04％Cu,0.128％Ca,0.152％Li,3.480％Mg,2.607％Ni,1.48％Si,0.086％Zr,1.348％Er,0.220％Ti,0.384％Fe,0.519％Mn,余量为铝以及不可避免的杂质；铸造铝合金热处理工艺是将铝合金铸件加热到505℃，保温1h，进行固溶处理，固溶后立即水冷淬火处理，淬火后再进行时效处理，即把铸件加热到150℃，保温8h，炉冷至温度低于80℃后，出炉空冷至室温；采用厚度0.22mm的硅钢片加工定子铁芯，并用硅钢片表面厚度达2.5～3.8μm的氧化层作为片间绝缘，在铁芯的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组，并在定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它用于连接在交流电压Uf上，另一个是控制绕组L，用于联接控制信号电压Uc，定子绕组采用耐高温铜线，耐高温铜线的化学组成及其质量分数为2.79％Cr,0.36％Y,0.19％Zr,0.33％Ag,余量Cu；
②采用转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带制造转子部分，先将转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，用于产生气隙磁场，永磁体选用钕铁硼稀土永磁材料，永磁体外表面用厚度1.5mm的不锈钢带箍紧；
③将定子部分和转子部分通过转轴和轴承组合在一起，使得转子部分位于定子铁芯圆环内，并使定子铁芯和转子部分之间的气隙控制在0.39mm，最后将机座、端盖以及脉冲编码器和接线盒等组装在一起，即可获得高速高功率密度交流伺服电机，其转速达到32000r/min，功率密度达到3.3Kw/Kg。
实施例3：
一种高速高功率密度交流伺服电机(可参见图1-3)，电机由定子部分、转子部分和检测元件组成，定子部分包括机座4、定子铁芯1、定子绕组及端盖和轴承，转子部分2由转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带四部分组成，转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，产生气隙磁场，具体制备方法如下：
采用铸造铝合金浇注机座和端盖，铸造铝合金的化学组成及其质量分数为0.014％B,5.33％Cu,0.096％Ca,0.182％Li,3.208％Mg,2.77％Ni,1.37％Si,0.125％Zr,1.206％Er,0.251％Ti,0.354％Fe,0.595％Mn,余量为铝以及不可避免的杂质；铸造铝合金热处理工艺是将铝合金铸件加热到500℃，保温1.5h，进行固溶处理，固溶后立即水冷淬火处理，淬火后再进行时效处理，即把铸件加热到140℃，保温10h，炉冷至温度低于80℃后，出炉空冷至室温；采用厚度0.19mm的硅钢片加工定子铁芯，并用硅钢片表面厚度达2.5～3.8μm的氧化层作为片间绝缘，在铁芯的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组，并在定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它用于连接在交流电压Uf上，另一个是控制绕组L，用于联接控制信号电压Uc，定子绕组采用耐高温铜线，耐高温铜线的化学组成及其质量分数为2.63％Cr,0.44％Y,0.21％Zr,0.31％Ag,余量Cu；
②采用转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带制造转子部分，先将转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，用于产生气隙磁场，永磁体选用钕铁硼稀土永磁材料，永磁体外表面用厚度1.8mm的不锈钢带箍紧；
③将定子部分和转子部分通过转轴和轴承组合在一起，使得转子部分位于定子铁芯圆环内，并使定子铁芯和转子部分之间的气隙控制在0.25mm，最后将机座、端盖以及脉冲编码器和接线盒等组装在一起，即可获得高速高功率密度交流伺服电机，其转速达到33000r/min，功率密度达到3.5Kw/Kg。
本发明电机具有以下优点：转速高，且高速运转平稳，转速高达30000～35000r/min，电机功率密度大，达到3.2～3.7Kw/Kg。本发明电机制造工艺简便，易于实现工业化生产，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Claims (6)

1.一种高速高功率密度交流伺服电机的制备方法，包括定子部分和转子部分，定子部分包括机座、定子铁芯、定子绕组及端盖和轴承；转子部分包括转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带四部分组成，机座前端安装有前端盖，机座后端设有后端盖，机座内置有轴承、定子铁芯、定子绕组、转子部分，转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，产生气隙磁场；具体制备方法包括如下步骤：
(1)采用铸造铝合金浇注机座、前端盖和后端盖，并进行热处理，铸造铝合金的化学组成及其质量分数为0.008～0.018％B,5.0～5.5％Cu,0.06～0.13％Ca,0.15～0.20％Li,3.0～3.5％Mg,2.6～3.1％Ni,1.1～1.5％Si,0.08～0.15％Zr,1.10～1.35％Er,0.22～0.27％Ti,0.29～0.39％Fe,0.51～0.72％Mn,余量为铝以及不可避免的杂质；采用厚度0.17～0.22mm的硅钢片加工定子铁芯，并用硅钢片表面厚度达2.5～3.8μm的氧化层作为片间绝缘，在铁芯圆环的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组，定子绕组采用耐高温铜线，耐高温铜线的化学组成及其质量分数为2.5～2.8％Cr,0.35～0.50％Y,0.19～0.26％Zr,0.27～0.34％Ag,余量Cu；
(2)采用转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带制造转子部分，先将转子导磁体套在转轴上，转子导磁体外表面粘接瓦形永磁体，用于产生气隙磁场，永磁体选用钕铁硼稀土永磁材料，永磁体外表面用厚度1.5～2.0mm的不锈钢带箍紧；
(3)将定子部分和转子部分通过转轴和轴承组合在一起，使得转子部分位于定子铁芯圆环内，并使定子铁芯和转子部分之间的气隙控制在0.15～0.40mm，即可获得高速高功率密度交流伺服电机。
2.按照权利要求1所述的一种高速高功率密度交流伺服电机的制备方法，其特征在于，铸造铝合金热处理工艺是将铝合金铸件加热到495～505℃，保温1～1.5h，进行固溶处理，固溶后立即水冷淬火处理，淬火后再进行时效处理，即把铸件加热到120～150℃，保温8～12h，炉冷至温度低于80℃后，出炉空冷至室温即可。
3.按照权利要求1所述的一种高速高功率密度交流伺服电机的制备方法，其特征在于，后端盖和轴承之间形成空腔，空腔内设有编码器，编码器中心设有编码器轴，编码器轴通过编码器连接螺钉连接在转轴上。
4.按照权利要求1所述的一种高速高功率密度交流伺服电机的制备方法，其特征在于，所述编码器底部通过编码器固定螺钉连接有安装座；机座外还安装有接线盒。
5.按照权利要求1所述的一种高速高功率密度交流伺服电机的制备方法，其特征在于，装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它用于连接在交流电压Uf上，另一个是控制绕组L，用于联接控制信号电压Uc。
6.按照权利要求1-5任一项方法制备得到的高速高功率密度交流伺服电机。
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