專利名稱：：一種能夠主動控制轉(zhuǎn)子振動的永磁同步電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及永磁同步電機，特別是能夠主動控制轉(zhuǎn)子振動的永磁同步電機。
背景技術(shù)：
：永磁同步電機除了作為一般的動力單元將電能轉(zhuǎn)換為機械能外，在很多場合也是一個具有特殊功能的單元，如機床的電主軸，就是一種將電機的能量轉(zhuǎn)換功能與輸出端所具有的加工功能集成在一起的功能部件。在這些多功能部件中，轉(zhuǎn)子的振動會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的功能，因此對這些部件上電機轉(zhuǎn)子的振動提出了十分嚴(yán)格的要求。永磁同步電機轉(zhuǎn)子的振動有多個因素，主要是由轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的機械激振力和永磁同步電機氣隙中的磁場產(chǎn)生的電磁激振力引起。轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡是由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不對稱、材料不均勻、加工工藝等原因引起，使永磁同步電機轉(zhuǎn)子的重心與電機的幾何中心不重合，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的不平衡激勵力，從而引起轉(zhuǎn)子中心慣性軸線與回轉(zhuǎn)軸線不重合，產(chǎn)生振動。任何轉(zhuǎn)子都存在一定的質(zhì)量不平衡，雖然通過對轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡，可以減小轉(zhuǎn)子的不平衡水平，但是無法完全消除轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡的影響。永磁同步電機氣隙磁場產(chǎn)生的電磁激振力是由永磁同步電機氣隙中非對稱的磁場所產(chǎn)生。永磁同步電機氣隙中非對稱的磁場一方面是由永磁同步電機定子電流中的諧波分量引起，另一方面是由于永磁同步電機轉(zhuǎn)子或定子結(jié)構(gòu)的非對稱引起。永磁同步電機氣隙磁場所產(chǎn)生的電磁激勵力對轉(zhuǎn)子施加額外的磁激勵，引起永磁同步電機轉(zhuǎn)子的振動。目前，為了減小永磁同步電機振動通常采用減小氣隙磁場的諧波、高速動平衡、優(yōu)化永磁同步電機轉(zhuǎn)子及定子結(jié)構(gòu)、采用高精度和性能的軸承等，以降低永磁同步電機轉(zhuǎn)子上的激勵力、使永磁同步電機的工作轉(zhuǎn)速運離轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速、增加永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的阻尼能力,以達(dá)到降低永磁同步電機轉(zhuǎn)子振動的目的。但是目前的方法，除采用主動控制軸承結(jié)構(gòu)外，對永磁同步電機轉(zhuǎn)子振動的控制效果十分有限。為了對永磁同步電機轉(zhuǎn)子的振動進(jìn)行主動振動控制，必須在永磁同步電機上添加必要的執(zhí)行裝置，如采用主動軸承結(jié)構(gòu)，以對永磁同步電機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性進(jìn)行在線調(diào)節(jié)和控制。主動軸承結(jié)構(gòu)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對永磁同步電機轉(zhuǎn)子振動的主動控制，但是由于它對傳統(tǒng)永磁同步電機的軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改動，其可靠性問題尚未得到應(yīng)有的證實。如果能夠不改動傳統(tǒng)永磁同步電機軸承及定轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu)，而在永磁同步電機的本體結(jié)構(gòu)上設(shè)計出一套能夠按照要求產(chǎn)生一定控制力的裝置，那么就能夠方便地實現(xiàn)對永磁同步電機轉(zhuǎn)子振動的控制。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)﹄姍C轉(zhuǎn)子的振動進(jìn)行主動控制的永磁同步電機。本發(fā)明的能夠主動控制轉(zhuǎn)子振動的永磁同步電機，包括轉(zhuǎn)子，定子和軸承，定子鐵芯上裝有兩套獨立繞組，一套是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩繞組，另一套是產(chǎn)生控制力的控制繞組，兩套繞組的極對數(shù)P相差1。本發(fā)明中，所說的永磁同步電機可以是單相、二相、三相或多相電機。所的的轉(zhuǎn)子是表面式、內(nèi)置式或爪極式結(jié)構(gòu)。所的的軸承可以是滾動軸承或滑動軸承或磁軸承。本發(fā)明在傳統(tǒng)的具有轉(zhuǎn)矩繞組的永磁同步電機定子鐵芯上，加上一套控制繞組，兩套繞組獨立工作，轉(zhuǎn)矩繞組產(chǎn)生使電機旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩，控制繞組產(chǎn)生能夠?qū)D(zhuǎn)子的振動進(jìn)行主動控制的控制力，通過控制繞組產(chǎn)生的控制力，對永磁同步電機轉(zhuǎn)子的振動進(jìn)行主動控制和補償。本發(fā)明的有益效果在于1)本發(fā)明根據(jù)轉(zhuǎn)子振動的情況通過控制控制繞組，就可以產(chǎn)生足夠的控制力對永磁同步電機轉(zhuǎn)子的振動進(jìn)行在線實時控制，實施方便；2)控制繞組可以工作，也可以不工作，在控制繞組不工作的條件下，不會對原來電機的特性產(chǎn)生影響。3)采用本發(fā)明可有效地減小永磁同步電機轉(zhuǎn)子的振動和噪聲，提高永磁同步電機轉(zhuǎn)子的工作精度，延長軸承的使用壽命，提高永磁同步電機的運行性能。圖1是本發(fā)明的永磁同步電機定子鐵芯兩套繞組的一種具體實例示意圖；圖2是轉(zhuǎn)子靜止時控制繞組產(chǎn)生X方向控制力的原理圖；圖3是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時控制繞組產(chǎn)生X方向控制力的原理圖。具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以圖1所示三相永磁同步電機為例，A相定子鐵芯8個槽內(nèi)安裝有兩套獨立的繞組，一套是2對極的轉(zhuǎn)矩繞組N1，另一套是1對極的控制繞組N2，轉(zhuǎn)矩繞組分布排列安裝于定子凸極的下層，產(chǎn)生使電機旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩，控制繞組分布排列安裝于定子凸極的上層，產(chǎn)生對轉(zhuǎn)子的振動進(jìn)行主動控制的控制力?；蛘咭部梢允窍聦影惭b控制繞組，上層安裝轉(zhuǎn)矩繞組。A相轉(zhuǎn)矩繞組和控制繞組具體分布如表1所示，B相和C相分布與A相類似。表l轉(zhuǎn)矩繞組和控制繞組在槽中的分布<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表中+八表示八相轉(zhuǎn)矩繞組的首端，-A表示A相轉(zhuǎn)矩繞組的末端；+八0表示A相控制繞組的首端，-Ac表示A相控制繞組的末端。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時控制繞組產(chǎn)生X方向控制力的原理參見圖2，為了方便敘述，按照轉(zhuǎn)子上永磁體的分布將氣隙劃分成8個區(qū)域，轉(zhuǎn)子四個永磁體所對應(yīng)的氣隙分別為區(qū)域l，區(qū)域3，區(qū)域5和區(qū)域7，相鄰永磁體之間所對應(yīng)的氣隙分別為區(qū)域2，區(qū)域4，區(qū)域6和區(qū)域8，圖3類似。如果只有轉(zhuǎn)矩控制繞組通入電流/,，區(qū)域1和區(qū)域5內(nèi)的氣隙磁密相同，那么轉(zhuǎn)子受到的麥克斯韋合力為零。當(dāng)控制繞組通入電流/2后，由于區(qū)域l內(nèi)的磁鏈^，平2方向相同，合成磁密增加；而區(qū)域5內(nèi)的4V甲2方向相反，合成磁密減少，此時，轉(zhuǎn)子受到向左的麥克斯韋合力作用。當(dāng)控制繞組通入電流/2反向時，由于區(qū)域5內(nèi)的磁鏈甲,，甲2方向相同，合成磁密增加；而區(qū)域1內(nèi)的4V中2方向相反，合成磁密減少，此時，轉(zhuǎn)子受到向右的麥克斯韋合力作用。所以，可以通過改變控制繞組中的電流方向和大小來產(chǎn)生需要的控制力。Y方向的控制力可以用同樣原理產(chǎn)生。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時控制繞組產(chǎn)生X方向控制力的原理參見圖3，圖3中，如果只有轉(zhuǎn)矩控制繞組通入電流^，區(qū)域2、8、4、6內(nèi)的氣隙磁密相同，那么轉(zhuǎn)子受到的麥克斯韋合力為零。當(dāng)控制繞組通入電流^后，由于區(qū)域2、8內(nèi)的磁鏈A，^方向相同，合成磁密增加；而區(qū)域4、6內(nèi)的T"^方向相反，合成磁密減少，此時，轉(zhuǎn)子受到向左的麥克斯韋合力作用。當(dāng)控制繞組通入電流A反向時，由于區(qū)域4、6內(nèi)的磁鏈^，A方向相同，合成磁密增加；而區(qū)域2、8內(nèi)的^，^方向相反，合成磁密減少，此時，轉(zhuǎn)子受到向右的麥克斯韋合力作用。所以，可以通過改變控制繞組中的電流方向和大小來產(chǎn)生需要的控制力。Y方向的控制力可以用同樣原理產(chǎn)生。權(quán)利要求1.一種能夠主動控制轉(zhuǎn)子振動的永磁同步電機，包括轉(zhuǎn)子，定子和軸承，其特征在于定子鐵芯上安裝有兩套獨立繞組，一套是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩繞組，另一套是產(chǎn)生控制力的控制繞組，兩套繞組的極對數(shù)P相差1。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的能夠主動控制轉(zhuǎn)子振動的永磁同步電機，其特征在于永磁同步電機是單相、二相、三相或多相電機。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的能夠主動控制轉(zhuǎn)子振動的永磁同步電機，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子是表面式、內(nèi)置式或爪極式結(jié)構(gòu)。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的能夠主動控制轉(zhuǎn)子振動的永磁同步電機，其特征在于所述的軸承是滾動軸承或滑動軸承或磁軸承。全文摘要本發(fā)明公開的能夠主動控制轉(zhuǎn)子振動的永磁同步電機，包括轉(zhuǎn)子，定子和軸承，定子鐵芯上安裝有兩套獨立繞組，一套是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩繞組，另一套是產(chǎn)生控制力的控制繞組，兩套繞組的極對數(shù)P相差1。該電機根據(jù)轉(zhuǎn)子振動的情況通過控制控制繞組，就可以產(chǎn)生足夠的控制力對永磁同步電機轉(zhuǎn)子的振動進(jìn)行在線實時控制，實施方便；采用本發(fā)明可有效地減小永磁同步電機轉(zhuǎn)子的振動和噪聲，提高永磁同步電機轉(zhuǎn)子的工作精度，延長軸承的使用壽命，提高永磁同步電機的運行性能。文檔編號H02K21/02GK101546946SQ20091009817公開日2009年9月30日申請日期2009年5月5日優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日發(fā)明者丹周,祝長生申請人:浙江大學(xué)