[发明专利]高品质三相交流永磁伺服同步电动机

说明书

 

技术领域    

    本发明涉及一种高品质三相交流永磁伺服同步电动机，属伺服电机技术领域。

背景技术    

目前，在交流伺服驱动系统中，普遍应用的交流伺服电动机有两大类。一类为无刷直流电动机，简称BDCM；另一类为三相永磁同步电动机，简称PMSM。对于高精度控制的伺服系统，PMSM更具优势，是发展的重点和热点。由于向PMSM输入三相对称正弦电流，同时就要求PMSM的每相感应电动势也应该为正弦波。一般情况下，永磁体产生的气隙磁场不是正弦分布的，而要实现每相感应电动势为正弦波，这就对该类电动机的电枢绕组设计提出了更高要求；另外，由于永磁体的存在，定子铁芯开槽，由此引起的齿槽转矩如何减少也是一个重要问题；再则，如何改进低速和高速时的输出和调速特性，都是实际需要解决的问题。因此，针对目前三相交流永磁伺服同步电动机存在的电枢绕组每相反电动势并非纯正弦波，含有大量谐波成份；永磁体布置和固定上工艺复杂，气隙磁场正弦性差；齿槽转矩大；低速力矩小，高速区过电压危险等缺陷进行改进，开发高度正弦、低速力矩大、齿槽转矩小、控制灵活、控制精度高的高品质三相交流永磁伺服同步电动机，即高品质PMSM电动机非常必要。

公告号CN2180019公开了一种改进型稀土交流伺服电机，该电机转子冲片的外表形状为燕尾槽形，转子永磁体为带燕尾的弧形瓦块，装配时，将永磁体插入转子铁芯，并粘结固定在转子上。但这种结构中，永磁体贴在转子外表面，无保护容易破损，可靠性差；而且其气隙磁场正弦性差，不适宜做高品质三相交流永磁伺服同步电动机。

发明内容    

本发明的目的是，根据现有三相交流永磁伺服同步电动机存在的诸多问题，提供一种高品质三相交流永磁伺服同步电动机，即高品质PMSM永磁同步电动机。

本发明的技术方案是，

（1）电动机的定子绕组采用分数槽集中绕组设计，使三相反电动势波形高度正弦，谐波含量小于1%；克服整数槽集中绕组相反电动势含有大量谐波的重大缺陷。

（2）永磁体采用径向内置式，极靴形状正弦化，以使气隙磁场分布为正弦性；

（3）通过定子铁芯斜槽、永磁体偏置、转子冲片外圆磁体中心线处挖凹槽以增大漏磁导等三大措施，大大减少齿槽转矩。

（4）优化转子冲片设计，提高转子d轴，q轴磁导比，增大转子的凸极性。

（5）采用定子绕组Δ接和Υ接变换的方法来增加低速转矩，避免高速过压危险等。

本发明高品质三相交流永磁伺服同步电动机，包括定子、转子，所述电动机定子铁芯12槽，定子铁芯斜7/32个齿距，极数10极，相数为3相；定子铁芯三相绕组是分数槽集中绕组，绕组线圈的节距为1，每个线圈的匝数都相等，三相绕组互差120°电角度；A相绕组ax有8个线圈，即a-（4-5）-（4-3）-（2-3）-（2-1）-（9-10）-（9-8）-（7-8）-（7-6）-x，线圈按闭口-开口-闭口-开口-闭口-开口-闭口-开口规律相串联连接，a、x分别从第4槽、第6槽引出；B相绕组by同样有8个线圈，绕法同A相绕组，b、y分别从第12、2槽引出；C相绕组cz同样有8个线圈，绕法同A相绕组，c、z分别从第8、10槽引出；

所述三相绕组有6个引出线，提供二种接线法，分别为Υ接法和Δ接法；Υ接法时，用于低速，Δ接法时，用于高速；

所述转子永磁体结构为内置式，转子冲片沿外圆周方向均布10个梯形槽，钕铁硼永磁体N、S相间嵌入由转子冲片迭压成转子铁芯的梯形槽中，形成10极，转子铁芯轴向平分为两段，两段同极性的磁体中心线轴向偏移4㎜；转子铁芯极靴外圆与轴孔不同心，每个极的极靴均与定子铁芯内圆形成不均匀气隙，以提高气隙磁场的正弦性，转子铁芯外园最大直径Φm=100mm,每极偏心园半径R=41.5mm，转子铁芯外园与定子铁芯内园形成不均匀气隙，每极最小气隙1mm，最大气隙1.5mm。

转子冲片外圆从相对一个梯形槽的中心线处起均布20个R1.5的半圆孔；转子冲片梯形槽与梯形槽之间设置有3㎜宽的磁桥，使得电机的d轴电抗与q轴电抗不相等，即X_q＞X_d，增大了弱磁范围，扩大了电机的调速范围；转子冲片上设置了10个均布的通风孔，减轻了转子惯量，增加了转子的轴向风路。

通过上述综合措施，使PMSM永磁同步电动机的低速转矩大，弱磁调速范围宽，齿槽转矩小，控制灵活，气隙磁场和反电势波形正弦性好，控制精度高，是一种高品质三相交流永磁伺服同步电动机，即高品质的PMSM永磁同步电动机。