[发明专利]用于电主轴的大功率低转矩脉动永磁同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及电机领域，特别涉及大功率高速高精度车铣用电主轴的低转矩脉动永磁同步电机。

背景技术

主轴电机目前主要有直流电机和感应电机，尤其是感应电机，在数控机床和高精度机床主轴驱动中占有主导地位，但是这两种电机都存在着一些不足。直流电机结构复杂，维护工作难且工作量大，电机效率低，散热条件差，转动惯量大，动态性能差。感应电机存在以下几个问题：一是转子发热，尤其是低速下温升严重，且热量直接传至主轴，影响机床的加工精度；二是效率低，要求较大的逆变器容量；三是功率(转矩)密度低，电机体积大；四是转子参数随温度而变化，易产生控制误差，影响电机的控制精度。因而对于高速、高精度电主轴，需要一种新结构电机。

发明内容

本发明提出一种用于电主轴的大功率低转矩脉动永磁同步电机，既解决了直流电机结构复杂，维护工作难且工作量大，电机效率低，散热条件差，转动惯量大，动态性能差的问题，又解决了感应电机加工精度低、效率低、功率密度低、电机体积大和控制精度低的问题。

本发明包括定子、转子、转轴、永磁体和隔磁桥；永磁体为分段式永磁体组，每一组分段式永磁体组由2n个截面为矩形的永磁体组成；转子的转子铁心的端面平均分为2P区域，P为电机的极对数；每一个区域中沿转子铁心的轴向方向开有2n个矩形截面的孔，n为自然数；所述的2n个矩形截面的孔沿转子铁心的端面的圆心线对称的排列成开口朝向转子铁心外边缘的V字形或W字形；所述的每一组分段式永磁体组的截面为矩形的永磁体对应嵌于转子铁心所开设的2n个矩形截面的孔内；所述的每一组分段式永磁体组的每相邻两块截面为矩形的永磁体之间的磁桥宽度在0.5mm～L/2mm，其中L为每块截面为矩形的永磁体的宽度；排列在V字形或W字形首尾两个矩形截面的孔的邻近转子铁心外边缘的两条边向转子铁心外边缘方向延展，构成一个半包在所述两个矩形截面的孔外侧的隔磁孔，所述的隔磁孔与所述的两个矩形截面的孔连通，在所述的隔磁孔中填充非导磁材料构成隔磁桥。

目前现有的永磁同步电机的弱磁调速范围一般较小，满足不了机床加工时大调速范围的要求。本发明将永磁同步电机技术与电主轴技术相结合，并采用电机每极永磁体分段式，以实现弱磁扩速，使电主轴电机运行在一个宽的调速范围，满足机床的不同加工要求。基于此种结构的永磁同步电机至少可实现1∶3以上的恒功率调速范围。

高精度机床对主轴电机的要求是振动和转矩脉动尽可能要小，而一般的永磁同步电机的转矩波动和齿槽转矩较大，本发明在分段式磁极的基础上同时对放置永磁体的隔磁桥的形状和大小进行优化，提出一种特殊形状的隔磁桥结构，这种结构可以改善气隙磁密的波形，减小谐波的含量，以减小转矩波动，与不加隔磁桥或者现有的隔磁桥相比较，转矩波动减小30％-60％。这样的措施可以大幅提高主轴电机的定位精度，以此来提高机床加工的精度。

本发明中的有益效果：提高了电机的恒功率运行范围，减小转子的发热，同时通过隔磁桥的形状和尺寸，减小转矩脉动，削弱了电主轴电机的振动，避免了传统电机通过斜极、斜槽方式的复杂工艺，提高了加工精度，可以满足负载波动情况下较高转速的稳定性要求，功率越大节能效果越显著。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；图2是转子的转子铁心2的端面均分的一个区域结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式由定子1、转子、转轴3、永磁体和隔磁桥6组成；永磁体为分段式永磁体组5，每一组分段式永磁体组5由2n个截面为矩形的永磁体组成；转子的转子铁心2的端面平均分为2P区域，P为电机的极对数；每一个区域中沿转子铁心2的轴向方向开有2n个矩形截面的孔4，n为自然数；所述的2n个矩形截面的孔4沿转子铁心2的端面的圆心线对称的排列成开口朝向转子铁心2外边缘的V字形或W字形；这样的排列可以在有限的空间内放置更多的永磁体，保证永磁体提供足够的有效磁通。所述的每一组分段式永磁体组5的截面为矩形的永磁体对应嵌于转子铁心2所开设的2n个矩形截面的孔4内；所述的每一组分段式永磁体组5的每相邻两块截面为矩形的永磁体之间的磁桥宽度在0.5mm～L/2mm，其中L为每块截面为矩形的永磁体的宽度；排列在V字形或W字形首尾两个矩形截面的孔4的邻近转子铁心2外边缘的两条边向转子铁心2外边缘方向延展，构成一个半包在所述两个矩形截面的孔4外侧的隔磁孔7，所述的隔磁孔7与所述的两个矩形截面的孔4连通，在所述的隔磁孔中填充铝质材料构成隔磁桥6。