[发明专利]一种车铣类直驱式永磁同步电主轴电机

说明书

技术领域

本发明属于电主轴电机技术领域，更具体地，涉及一种车铣类直驱式永磁同步电主轴电机。

背景技术

车铣类电主轴电机主要应用于车铣类数控机床。车铣加工是铣刀旋转为主运动，工件运动为进给运动的加工方法。电主轴电机转速和控制精度越高，则工件加工精度越高。其中，直驱式永磁同步电主轴电机与传统主轴电机相比，省去了齿轮、皮带等传动机构，提升了系统传动效率和可靠性，更具有振动小、噪声低、加工精度高、稳定性好等优点。冷却结构电机具有高转矩密度、高功率密度的优点，电机体积小，适合用作电主轴电机。但是，车铣类直驱式永磁同步电主轴电机对电机恒功率运行范围和转矩脉动的要求较高，因此，需要采取特殊的设计来增加恒功率运行范围并削弱齿槽转矩。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种车铣类直驱式永磁同步电主轴电机，能削弱电机齿槽转矩，且在不增加逆变器容量的前提下，提高电机的弱磁扩速能力，加工精度高；改善了定子的散热性能，从而提高了电机电流密度，增大了电机转矩密度，降低了电机体积，提高了电机的动态性能；绕组引出方便，易于拆卸和维修。

为实现上述目的，本发明提供了一种车铣类直驱式永磁同步电主轴电机，其特征在于，包括定子、转子、转轴、n个永磁体、前端盖、后端盖和机壳；n为电机极数；所述转轴的一端通过前端轴承固定在所述前端盖上，另一端通过后端轴承固定在所述后端盖上，所述前端盖、后端盖和机壳构成电机外壳；所述转子安装在所述转轴上，所述定子固定在所述机壳上，包括绕组和定子铁芯，所述绕组缠绕在所述定子铁芯上；所述定子、转子和转轴同轴设置；所述转子内表面的横截面为圆形，外表面的横截面为类圆型结构，与内表面的横截面同轴，该类圆型结构由n段圆弧和n条直线交替连接而成；所述n个永磁体嵌入所述转子内，与所述n段圆弧一一对应。

优选地，每个所述永磁体包括偶数个按V型对称分布的子永磁体，子永磁体间的区域形成导磁桥，V型结构的两侧分别指向对应圆弧的两端。

优选地，所述定子还包括结构相同的内层冷却管道和外层冷却管道，它们分别设置在所述定子铁芯的体内和外表面；所述内层冷却管道和外层冷却管道均包括两个设置在所述定子铁芯两端的圆形管道以及连通两端圆形管道的多个轴向连接管道，所述内层冷却管道的多个轴向连接管道贯穿所述定子铁芯体结构，所述外层冷却管道的多个轴向连接管道部分嵌入所述定子铁芯外表面的线状凹槽中。

优选地，所述后端盖由两个对称结构拼接而成，其端面为圆形，圆周上设有圆筒结构构成端盖外侧壁，端面中心开孔，孔壁上设有圆筒结构构成端盖内侧壁，所述转轴穿过该孔，端面上邻近端盖外侧壁的位置设有开口，用于引出所述绕组的出线端。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、电机永磁体采用V型分段结构，包括偶数个对称分布的子永磁体，子永磁体间被导磁桥隔断，一方面，当电机工作于弱磁扩速区域时，定子绕组的直轴去磁电流产生的电枢反应使磁桥的饱和程度降低，永磁磁通通过磁桥产生的漏磁增大，定子直轴去磁电流抵消永磁体产生的气隙磁通，使气隙中的永磁磁通减小；另一方面，由于存在导磁桥，直轴磁路的磁阻变小，分段结构可以获得更大的直轴电感。因此，V型分段结构的永磁体能够在不增加逆变器容量的前提下，提高电机的弱磁扩速能力，降低成本。

2、采用不均匀转子结构，通过气隙磁阻的不均匀分布，优化气隙磁密波形，有效削弱反电势谐波，从而削弱了电机齿槽转矩。V型分段结构的永磁体与不均匀转子的圆弧一一对应，永磁体的两侧分别指向对应圆弧的两端，能充分利用气隙磁阻的不均匀分布，一方面进一步削弱电机齿槽转矩，另一方面进一步减小直轴磁路的磁阻，获得更大的直轴电感。因此，将V型分段结构与不均匀转子结构结合，能最大程度地提高电机弱磁扩速能力和加工精度。

3、在定子铁芯体内和外表面分别设置内层冷却管道和外层冷却管道，能加快电机热量的散发，冷却效果更好，从而提高电机电流密度，增大电机转矩密度，降低电机体积，提高电机的动态性能。

4、内层冷却管道和外层冷却管道均包括设置在定子两端的圆形管道以及连通两端圆形管道的多个轴向连接管道，能有效减小冷却剂的流通阻力，使冷却剂的流通更加顺畅，冷却效果更佳。