[实用新型]一种宽恒功率调速范围的高速电主轴用永磁同步电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及电机，尤其是涉及一种宽恒功率调速范围的高速电主轴用永磁同步电机。

背景技术

电主轴正在朝宽恒功率调速范围的方向发展，以满足客户在低转速大转矩粗加工，高转速高恒功率精密加工的需求。目前电主轴所采用的内装式异步电机依然占据主流，但异步电机固有存在的以下特性制约着其向更高的阶层发展：1.低速时转子发热严重，由此产生的转轴热伸长将直接影响机床的加工精度；2.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；3.功率因素和效率低，要求配置较大的逆变器容量；4.功率(转矩)密度低，电机体积大；5.响应时间慢，加减速时间长，影响机床加工效率。针对以上问题，亟需一种新结构的电机来解决。永磁同步电机具有结构简单、损耗小、功率因素高、效率高、响应速度快等一系列优点，可完美解决上述感应电机的不足。

但是，现有的永磁同步电机具存在以下缺陷：

永磁同步电机的磁场由永磁体产生的而无法调节，永磁同步电机具有反电势基本上和转速成正比的特性，当U＝U_lim时，由于逆变器容量的限制，电机绕组不能再输入电流。要想继续升高转速，只有靠调节i_d和i_q来实现，通过增加电机i_d分量和减小i_q分量，以维持电压平衡关系。但是电机能够承受的电流是有极限的，增加去磁电流分量而同时保证电枢电流不超过电流极限值，转矩电流就相应减小，因而无法在高速时维持恒功率运行。永磁同步电机的这一缺陷严重限制了它的进一步应用。因此，如何扩展永磁同步电机的恒功率运行范围，已经成为永磁同步电机的一个重要课题。另外，永磁同步电机的转矩波动会引起电主轴的振动和噪声，进而影响机床的加工质量，对于要求工作在高速、高精密状态下的电主轴需要极力抑制其转矩波动。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种宽恒功率调速范围的高速电主轴用永磁同步电机。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

一种宽恒功率调速范围的高速电主轴用永磁同步电机，包括定子组件、转轴及转子铁芯，所述转轴转动安装于所述定子组件，所述转子铁芯固定安装于所述转轴，所述宽恒功率调速范围的高速电主轴用永磁同步电机还包括若干固定于所述转子铁芯的永磁体，所述若干永磁体的数量为偶数个，每2n个所述永磁体形成一磁极，所述2n个永磁体之间存在由所述转子铁芯形成的磁桥使每一所述磁极形成分段结构，所述2n个永磁体排列成∧形。

进一步地，每一所述磁极对应的2n个永磁体具有一极弧，所述极弧的圆心与所述定子组件的内圆圆心不重合，使所述极弧与所述定子组件的内圆存在气隙，所述气隙沿极弧中心线两侧至所述极弧末端逐渐增大。

进一步地，所述极弧的圆心与所述定子组件的内圆圆心距离为3mm-8mm。

进一步地，相邻两极弧之间由圆弧连接，所述圆弧的圆心与所述定子组件的内圆圆心重合。

进一步地，每一所述磁极由两所述永磁体组成，所述两永磁体之间的距离为所述磁桥的宽度，所述磁桥宽度为0.5mm至所述永磁体宽度的三分之一。

进一步地，每一所述永磁体靠近所述极弧中心线一端与所述转轴边缘的距离即为所述磁桥的高度，所述磁桥高度为1-3mm。

进一步地，所述两磁极之间的磁桥宽度为1.5mm-3mm，所述磁桥高度为1.8mm-2.5mm。

进一步地，所述转子铁芯设有安装孔，每一所述永磁体通过胶水固定安装于所述安装孔。

进一步地，所述胶水为高强度双组分环氧粘接胶水。

进一步地，所述永磁体与所述安装孔的空隙处采用环氧树脂真空灌封。

相比现有技术，本实用新型宽恒功率调速范围的高速电主轴用永磁同步电机具有以下有益效果：

(1)每2n个永磁体形成一磁极，2n个永磁体之间存在由转子铁芯形成的磁桥使每一磁极形成分段结构，2n个永磁体排列成∧形，增加永磁体的磁通面积来增加电机的ψf，又保证交轴磁路宽度，提高Lq；同时，∧形的设计解决了传统内置永磁电机对转子铁芯空间的要求，使得转子铁芯内孔得以放大，以满足电主轴轴心安放拉刀机构的需求；

(2)通过不均匀气隙的设计改善了气隙磁场的波形，使得永磁体在气隙中形成的磁场近似为正弦性，大大削弱了各种谐波磁场，降低了电动机的电磁噪声，降低了由谐波磁场引起的铁耗，降低了电动机的温升，保证了电动机的高性能。