[实用新型]高恒功率调速比稀土永磁同步电动机

说明书

本实用新型涉及一种稀土永磁调速电动机，特别是一种宽调速范围高恒功率调速比的稀土永磁同步电动机。

永磁同步电动机以其转子位置易于检测、电机功率密度高，控制系统简单，功率密度高而在各种伺服场合的应用越来越广，它由与普通感应调速电动机定子相近的定子、永磁体构成的转子等组成。目前在一些调速领域，如数控机床、高精密机床和机器人等领域中作为位置和速度伺服元件应用较多，但这些应用对电机的要求是输出较大的转矩和具有快速的响应速度，而作为宽调速、高恒功率调速比的功率驱动装置中，如机床的主轴传动系统中，由于现有的永磁同步电动机提高恒功率运行范围的关键技术尚未解决，故目前主要采用感应调速电动机。国内外开发的永磁同步电动机的恒功率调速比一般低于1∶5，在机座中心高为100以上的作为功率输出元件的电机中，其最高转速也低于9000r/min，最低转速高于1r/min。

本实用新型的目的是提供一种高恒功率调速比稀土永磁同步电动机。它结构紧凑、永磁体布局合理，电机装配工艺简单，永磁材料利用率高，漏磁系数合适，不仅具有极高的转子机械强度和刚度，可胜任极高的转速，而且具有合理的参数关系，电机恒功率调速比高，调速范围宽。

本实用新型的目的是这样实现的：该装置包括机座及组装其内的普通调速感应电动机用的定子，由转轴、铁心、永磁体构成的转子，其中径向分布的瓦片形永磁体嵌入由高强度导磁合金材料制成的导磁套筒套装在实心转子后所构成的永磁体槽中，导磁套筒外均布有隔涡流环。

本实用新型是在现有感应电动机的基础上改进的，可直接采用除电机转子外的现有感应电动机的其他配件，非常容易实现。该装置采用内置径向式转子磁路结构，将瓦片形的永磁体按极性规则地嵌入由高强度导磁套筒套装在实心转子后所形成的永磁体槽中。由于套筒采用了具有合适导磁性能的合金材料，与表面安装永磁体的结构形式相比，永磁体受到了很好的机械保护，且由于套筒的屏蔽，也使永磁体不容易失磁。套筒采用高强度导磁合金材料且保证一定的厚度，因此转子机械强度和刚度高，可胜任极高的极限转速。通过合理设计永磁体的尺寸和导磁套筒的厚度，电机直轴电枢反应电感与永磁磁链的关系保持在合理的范围内，从而提高了电机的弱磁扩速能力，使得电机低速时可输出较大的转矩，高速时可输出较高的功率，且恒功率调速范围宽。对于导磁套筒壁厚d取值范围宜在3.2～5mm，隔涡流环槽深h=0.5～1.2mm，隔涡流环槽的宽度b取值范围宜在1～3mm，隔涡流环间的间距c取值宜在3～8mm，电机的磁极系数α_p宜在0.6～0.9之间选取，(磁极系数α_p为永磁体槽所跨的弧度与电机转子极距τ之比，τ=π/p,p为电机的极对数)，导磁套筒的高强度导磁合金材料的机械强度和刚度不宜低于40Cr合金材料的有关性能。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的一种4极转子结构轴向剖面示意图。

图2是导磁套筒的局部剖视图。

根据图1详细说明本实用新型的具体结构。该装置的基本结构除转子外，其余部分同普通调速感应电动机的基本结构，如机座、定子、风扇、位置检测元件等部件。其中转子由导磁套筒1、瓦片形永磁体2、实心转子3(根据电机负载的具体要求采用45#钢或其他合金钢)、带有周向排列的永磁体槽4等构成，电机转轴和实心转子3作为一体。其中永磁体2优先采用稀土永磁材料制成，其规格、形状大小可视具体使用要求确定，永磁体的磁极系数α_p优先在0.6～0.9之间选取。导磁套筒1采用不低于40Cr合金材料的机械强度和刚度的合金材料，并套装于加工有槽的实心转子上形成永磁体槽4。

为降低电机的涡流损耗，在导磁套筒1上沿轴向均匀地设置有隔涡流环5，如图2所示。导磁套筒1的壁厚d宜在3.2～5mm之间选取，隔涡流环5槽深h在0.5～1.2mm之间选取，隔涡流环槽的宽度b优先在1～3mm之间选取，隔涡流环间的间距c优先在3～8mm之间选取。

本实用新型适用于4、6和8极宽调速范围高恒功率调速比的稀土永磁同步电动机。

利用本实用新型的技术方案设计出的机床主轴用7.5kW 4极宽调速范围高恒功率调速比的稀土永磁同步电动机，选取的α_p为0.72,h=1mm,b=1mm,c=4mm,d=3.5mm，导磁套筒1和实心转子3均采用40Cr合金材料。该电动机按标准规格配件制成后，其各项性能指标与同容量感应电动机相比，最低转速由8r/min下降至0.1r/min，最高转速由8000r/min升至12000r/min，恒功率调速比为1∶8，主要性能提高显著。