一種車銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機。包括定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、n個永磁體、前端蓋、后端蓋和機殼；每個永磁體包括偶數(shù)個按V型對稱分布的子永磁體；轉(zhuǎn)軸的一端通過前端軸承固定在前端蓋上，另一端通過后端軸承固定在后端蓋上，前端蓋、后端蓋和機殼構(gòu)成電機外殼；轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)軸上，定子固定在機殼上，包括繞組和定子鐵芯，繞組纏繞在定子鐵芯上；定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置；轉(zhuǎn)子內(nèi)表面的橫截面為圓形，外表面的橫截面為類圓型結(jié)構(gòu)，與內(nèi)表面的橫截面同軸，該類圓型結(jié)構(gòu)由n段圓弧和n條直線交替連接而成；n個永磁體嵌入轉(zhuǎn)子內(nèi)。本發(fā)明能提高電機的弱磁擴速能力和動態(tài)性能，加工精度高，繞組引出方便，易于拆卸和維修。
【專利說明】-種車銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電主軸電機【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種車銑類直驅(qū)式永磁同步電 主軸電機。
【背景技術(shù)】
[0002] 車銑類電主軸電機主要應(yīng)用于車銑類數(shù)控機床。車銑加工是銑刀旋轉(zhuǎn)為主運動， 工件運動為進給運動的加工方法。電主軸電機轉(zhuǎn)速和控制精度越高，則工件加工精度越高。 其中，直驅(qū)式永磁同步電主軸電機與傳統(tǒng)主軸電機相比，省去了齒輪、皮帶等傳動機構(gòu)，提 升了系統(tǒng)傳動效率和可靠性，更具有振動小、噪聲低、加工精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。冷卻結(jié) 構(gòu)電機具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度的優(yōu)點，電機體積小，適合用作電主軸電機。但是，車銑 類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機對電機恒功率運行范圍和轉(zhuǎn)矩脈動的要求較高，因此，需要 采取特殊的設(shè)計來增加恒功率運行范圍并削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種車銑類直驅(qū)式永磁同步 電主軸電機，能削弱電機齒槽轉(zhuǎn)矩，且在不增加逆變器容量的前提下，提高電機的弱磁擴速 能力，加工精度高；改善了定子的散熱性能，從而提高了電機電流密度，增大了電機轉(zhuǎn)矩密 度，降低了電機體積，提高了電機的動態(tài)性能；繞組引出方便，易于拆卸和維修。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種車銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機，其特征 在于，包括定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、η個永磁體、前端蓋、后端蓋和機殼；η為電機極數(shù)；所述轉(zhuǎn)軸的 一端通過前端軸承固定在所述前端蓋上，另一端通過后端軸承固定在所述后端蓋上，所述 前端蓋、后端蓋和機殼構(gòu)成電機外殼；所述轉(zhuǎn)子安裝在所述轉(zhuǎn)軸上，所述定子固定在所述機 殼上，包括繞組和定子鐵芯，所述繞組纏繞在所述定子鐵芯上；所述定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸同軸 設(shè)置；所述轉(zhuǎn)子內(nèi)表面的橫截面為圓形，外表面的橫截面為類圓型結(jié)構(gòu)，與內(nèi)表面的橫截面 同軸，該類圓型結(jié)構(gòu)由η段圓弧和η條直線交替連接而成；所述η個永磁體嵌入所述轉(zhuǎn)子 內(nèi)，與所述η段圓弧 對應(yīng)。
[0005] 優(yōu)選地，每個所述永磁體包括偶數(shù)個按V型對稱分布的子永磁體，子永磁體間的 區(qū)域形成導磁橋，V型結(jié)構(gòu)的兩側(cè)分別指向?qū)?yīng)圓弧的兩端。
[0006] 優(yōu)選地，所述定子還包括結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道，它們分別設(shè) 置在所述定子鐵芯的體內(nèi)和外表面；所述內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道均包括兩個設(shè)置在 所述定子鐵芯兩端的圓形管道以及連通兩端圓形管道的多個軸向連接管道，所述內(nèi)層冷卻 管道的多個軸向連接管道貫穿所述定子鐵芯體結(jié)構(gòu)，所述外層冷卻管道的多個軸向連接管 道部分嵌入所述定子鐵芯外表面的線狀凹槽中。
[0007] 優(yōu)選地，所述后端蓋由兩個對稱結(jié)構(gòu)拼接而成，其端面為圓形，圓周上設(shè)有圓筒結(jié) 構(gòu)構(gòu)成端蓋外側(cè)壁，端面中心開孔，孔壁上設(shè)有圓筒結(jié)構(gòu)構(gòu)成端蓋內(nèi)側(cè)壁，所述轉(zhuǎn)軸穿過該 孔，端面上鄰近端蓋外側(cè)壁的位置設(shè)有開口，用于引出所述繞組的出線端。
[0008] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效 果：
[0009] 1、電機永磁體采用V型分段結(jié)構(gòu)，包括偶數(shù)個對稱分布的子永磁體，子永磁體間 被導磁橋隔斷，一方面，當電機工作于弱磁擴速區(qū)域時，定子繞組的直軸去磁電流產(chǎn)生的電 樞反應(yīng)使磁橋的飽和程度降低，永磁磁通通過磁橋產(chǎn)生的漏磁增大，定子直軸去磁電流抵 消永磁體產(chǎn)生的氣隙磁通，使氣隙中的永磁磁通減??；另一方面，由于存在導磁橋，直軸磁 路的磁阻變小，分段結(jié)構(gòu)可以獲得更大的直軸電感。因此，V型分段結(jié)構(gòu)的永磁體能夠在不 增加逆變器容量的前提下，提高電機的弱磁擴速能力，降低成本。
[0010] 2、采用不均勻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，通過氣隙磁阻的不均勻分布，優(yōu)化氣隙磁密波形，有效削 弱反電勢諧波，從而削弱了電機齒槽轉(zhuǎn)矩。V型分段結(jié)構(gòu)的永磁體與不均勻轉(zhuǎn)子的圓弧一一 對應(yīng)，永磁體的兩側(cè)分別指向?qū)?yīng)圓弧的兩端，能充分利用氣隙磁阻的不均勻分布，一方面 進一步削弱電機齒槽轉(zhuǎn)矩，另一方面進一步減小直軸磁路的磁阻，獲得更大的直軸電感。因 此，將V型分段結(jié)構(gòu)與不均勻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)結(jié)合，能最大程度地提高電機弱磁擴速能力和加工 精度。
[0011] 3、在定子鐵芯體內(nèi)和外表面分別設(shè)置內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道，能加快電機 熱量的散發(fā)，冷卻效果更好，從而提高電機電流密度，增大電機轉(zhuǎn)矩密度，降低電機體積，提 高電機的動態(tài)性能。
[0012] 4、內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道均包括設(shè)置在定子兩端的圓形管道以及連通兩 端圓形管道的多個軸向連接管道，能有效減小冷卻劑的流通阻力，使冷卻劑的流通更加順 暢，冷卻效果更佳。
[0013] 5、后端蓋的端面為圓形，圓周上設(shè)有圓筒狀突起構(gòu)成端蓋外側(cè)壁，端面中心開孔， 孔壁設(shè)有圓筒狀突起構(gòu)成端蓋內(nèi)側(cè)壁，端面上鄰近端蓋外側(cè)壁的位置設(shè)有開口。后端蓋由 兩個對稱結(jié)構(gòu)拼接而成，只需拆卸部分后端蓋即可對電機進行維修，此外，端面上鄰近端蓋 外側(cè)壁處的開口用作三相繞組的出線端口，繞組的出線端通過三相繞組出線端口引出到電 機外部，方便電機的接線操作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明實施例的車銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2是電機轉(zhuǎn)子沖片示意圖；
[0016] 圖3是電機轉(zhuǎn)子立體示意圖；
[0017] 圖4是電機定子冷卻結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖5是電機定子鐵芯示意圖；
[0019] 圖6是電機機殼的局部不意圖；
[0020] 圖7是電機后端蓋不意圖。
[0021] 在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：
[0022] 1 -后端蓋，2 -光電編碼器，3 -后端軸承，4 一繞組，5 -冷卻劑出口，6 -定子 鐵芯，7 -轉(zhuǎn)子，8 -套管，9 一冷卻結(jié)構(gòu)，10 -冷卻劑入口，11 一前端軸承，13 -轉(zhuǎn)軸，14 一 前端蓋，15 -永磁體，17 -外層冷卻管道，18 -內(nèi)層冷卻管道，19 一安裝管路，20 -機殼， 21 -開口，22 -對稱結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0023] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明實施例的車銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機包括光電編碼器 2、繞組4、定子鐵芯6、轉(zhuǎn)子7、轉(zhuǎn)軸13、η個永磁體15、前端蓋14、后端蓋1和機殼20。
[0025] 轉(zhuǎn)軸13的一端通過前端軸承11固定在前端蓋14上，另一端通過后端軸承3固定 在后端蓋1上，前端蓋14、后端蓋1和機殼20構(gòu)成電機外殼。光電編碼器2固定在后端蓋 1上，與轉(zhuǎn)軸13同軸安裝，用于檢測轉(zhuǎn)子7的位置信號。轉(zhuǎn)子7安裝在轉(zhuǎn)軸13上，轉(zhuǎn)子7和 轉(zhuǎn)軸13之間設(shè)有套管8,以方便拆卸轉(zhuǎn)軸13而不致?lián)p壞電機。定子固定在機殼20上，包括 繞組4和定子鐵芯6,繞組4纏繞在定子鐵芯6上。轉(zhuǎn)子7、定子和轉(zhuǎn)軸13同軸設(shè)置。
[0026] 如圖2和圖3所不，轉(zhuǎn)子7內(nèi)表面的橫截面為圓形，外表面的橫截面為類圓型結(jié) 構(gòu)，與內(nèi)表面的橫截面同軸，該類圓型結(jié)構(gòu)由η段圓弧和η條直線交替連接而成，η為電機 極數(shù)（例如η = 4)，圓弧圓心與內(nèi)表面的橫截面的圓心的距離即偏心距離為〇-〇'。η個永 磁體15嵌入轉(zhuǎn)子7內(nèi)，與η段圓弧一一對應(yīng)，每個永磁體15包括偶數(shù)個按V型對稱分布的 子永磁體，子永磁體間的區(qū)域形成導磁橋，V型結(jié)構(gòu)的兩側(cè)分別指向?qū)?yīng)圓弧的兩端。這種 V型分段結(jié)構(gòu)與不均勻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的結(jié)合能最大程度地提高電機弱磁擴速能力和加工精度。
[0027] 如圖1所示，定子還包括冷卻結(jié)構(gòu)9。如圖4和圖5所示，冷卻結(jié)構(gòu)9包括內(nèi)層冷 卻管道18和外層冷卻管道17,分別設(shè)置在定子鐵芯6的體內(nèi)和外表面。內(nèi)層冷卻管道18 和外層冷卻管道17的結(jié)構(gòu)相同，均包括兩個設(shè)置在定子鐵芯兩端的圓形管道以及連通兩 端圓形管道的多個軸向連接管道，內(nèi)層冷卻管道18的多個軸向連接管道貫穿定子鐵芯體 結(jié)構(gòu)，外層冷卻管道17的多個軸向連接管道部分嵌入定子鐵芯外表面的線狀凹槽中。
[0028] 如圖6所示，機殼20與定子接觸的部位對應(yīng)設(shè)置多個由線狀凹槽形成的安裝管路 19,其與定子鐵芯外表面的線狀凹槽一起包覆外層冷卻管道17的多個軸向連接管道。機殼 20上開有冷卻劑入口 10和冷卻劑出口 5,冷卻劑入口 10與定子鐵芯6 -端的內(nèi)層冷卻管 道18和外層冷卻管道17的圓形管道連通，冷卻劑出口 5與定子鐵心6另一端的內(nèi)層冷卻 管道18和外層冷卻管道17的圓形管道連通。冷卻劑由冷卻劑入口 10同時進入內(nèi)層冷卻 管道18和外層冷卻管道17,在冷卻劑出口 5匯流并流出。
[0029] 如圖7所示，后端蓋由兩個對稱結(jié)構(gòu)22拼接而成，其端面為圓形，圓周上設(shè)有圓筒 結(jié)構(gòu)構(gòu)成端蓋外側(cè)壁，端面中心開孔，孔壁上設(shè)有圓筒結(jié)構(gòu)構(gòu)成端蓋內(nèi)側(cè)壁，轉(zhuǎn)軸13穿過 該孔，端面上鄰近端蓋外側(cè)壁的位置設(shè)有開口 21，用于引出繞組4的出線端。這種拼接結(jié)構(gòu) 容易拆卸，給電機的維修工作帶來極大的便利。繞組4的出線端通過電壓保護模塊與逆變 器模塊相連，以避免電機在最高轉(zhuǎn)速下電源斷開或逆變器故障時，電機反電勢過電壓損壞 逆變器。
[0030] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種車銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機，其特征在于，包括定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、η個永 磁體、前端蓋、后端蓋和機殼；η為電機極數(shù)； 所述轉(zhuǎn)軸的一端通過前端軸承固定在所述前端蓋上，另一端通過后端軸承固定在所述 后端蓋上，所述前端蓋、后端蓋和機殼構(gòu)成電機外殼；所述轉(zhuǎn)子安裝在所述轉(zhuǎn)軸上，所述定 子固定在所述機殼上，包括繞組和定子鐵芯，所述繞組纏繞在所述定子鐵芯上；所述定子、 轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置； 所述轉(zhuǎn)子內(nèi)表面的橫截面為圓形，外表面的橫截面為類圓型結(jié)構(gòu)，與內(nèi)表面的橫截面 同軸，該類圓型結(jié)構(gòu)由η段圓弧和η條直線交替連接而成；所述η個永磁體嵌入所述轉(zhuǎn)子 內(nèi)，與所述η段圓弧 對應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的車銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機，其特征在于，每個所述永 磁體包括偶數(shù)個按V型對稱分布的子永磁體，子永磁體間的區(qū)域形成導磁橋，V型結(jié)構(gòu)的兩 側(cè)分別指向?qū)?yīng)圓弧的兩端。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的車銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機，其特征在于，所述定子 還包括結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道，它們分別設(shè)置在所述定子鐵芯的體內(nèi)和 外表面；所述內(nèi)層冷卻管道和外層冷卻管道均包括兩個設(shè)置在所述定子鐵芯兩端的圓形管 道以及連通兩端圓形管道的多個軸向連接管道，所述內(nèi)層冷卻管道的多個軸向連接管道貫 穿所述定子鐵芯體結(jié)構(gòu)，所述外層冷卻管道的多個軸向連接管道部分嵌入所述定子鐵芯外 表面的線狀凹槽中。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的車銑類直驅(qū)式永磁同步電主軸電機，其特征在于， 所述后端蓋由兩個對稱結(jié)構(gòu)拼接而成，其端面為圓形，圓周上設(shè)有圓筒結(jié)構(gòu)構(gòu)成端蓋外側(cè) 壁，端面中心開孔，孔壁上設(shè)有圓筒結(jié)構(gòu)構(gòu)成端蓋內(nèi)側(cè)壁，所述轉(zhuǎn)軸穿過該孔，端面上鄰近 端蓋外側(cè)壁的位置設(shè)有開口，用于引出所述繞組的出線端。
【文檔編號】H02K21/14GK104113176SQ201410284413
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】楊凱, 王曉杰, 楊雪姣 申請人:華中科技大學