高速高功率密度交流伺服电机制造技术

高速高功率密度交流伺服电机，属于电机技术领域。包括定子部分和转子部分，定子部分包括机座、定子铁芯、定子绕组及端盖和轴承；转子部分包括转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带四部分组成，机座两端安装有前端盖和后端盖，机座内置有转轴、定子铁芯、定子绕组、转子部分，转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，产生气隙磁场；采用铸造铝合金浇注机座、前端盖和后端盖，并进行热处理；采用硅钢片加工定子铁芯，并用硅钢片表面氧化层作为片间绝缘，在铁芯圆环内圆上均匀分布有与轴平行的槽，嵌放定子绕组，定子绕组采用耐高温铜线；组装转子部分；将定子部分和转子部分组合在一起。电机转速高，功率密度大，运转平稳。

【技术实现步骤摘要】
高速高功率密度交流伺服电机
本专利技术公开了一种交流伺服电机的制备方法，特别涉及一种高速高功率密度交流伺服电机制备方法，属于电机

技术介绍
作为增量运动控制的主流执行元件，步进电动机系统的研究与应用已经取得了长足的进步。步进电动机驱动控制技术的发展，使步进电动机系统存在的失步、震荡、驱动电流过大(效率不高)等问题得到了不同程度改善或克服，但步进电动机固有的功率密度低的问题依然存在。此外，驱动电路与控制技术的发展，使得利用少极对数电机模拟传统多极对数步进电动机的运行特点成为可能。例如，以交流伺服电机(三相永磁同步电机)为控制对象，实现其步进运行，使该装置在具有传统步进电动机系统运行特点的同时，具有高功率。另外，近年来随着高性能永磁材料技术、电力电子技术、微电子技术飞速的发展以及矢量控制理论、自动控制理论研究的不断深入，永磁同步电机伺服控制系统得到了迅速发展。作为机电伺服机构的核心动力元件，伺服电机不仅需要具有高可靠性和优良的动态性能，还必须具有较高的功率质量比密度，具有较强的耐热力学环境能力。因此，发展高速高功率密度交流伺服电机，是目前电机研制领域亟待解决的重大课题。为了提高电机的功率密度，通常采用以下三种方法：①合理优化电机电磁设计和采用高性能的电磁材料；②适当提高电机的额定转速，转速一般可高达上万转；③提高电机的散热能力。中国专利技术专利CN105680581公开了一种高功率密度电机的定子结构，包括定子齿部铁芯、定子轭部铁芯和绕组，所述定子齿部铁芯上缠绕有所述绕组，并与所述定子轭部铁芯拼接连接，并用填充剂在真空高压环境下进行灌封；拼接后，所述定子齿部铁芯的头端形成带有间隙的环形。该专利技术还涉及一种高功率密度伺服电机，包括上述的定子结构、转子及其转子磁钢，所述磁钢贴于转子铁芯外表面，所述磁钢外表面采用偏心结构；所述转子位于定子结构内部，并与定子同轴；所述定子结构与转子之间的气隙为非均匀气隙。该专利技术既能保证定子铁芯内圆光滑，减低电机的齿槽转矩，又能提高电机的槽满率。中国专利技术专利CN103558784还公开了一种面向直流有刷伺服电机的高功率密度智能驱动器。它包括基于DSP的智能控制及处理单元，数据采集单元、智能控制输出单元、数据存储单元和下位机CAN总线通讯网络连接，下位机CAN总线通讯网络连接与CAN总线通讯网络连接，CAN总线通讯网络与上位机CAN总线通讯单元连接，上位机CAN总线通讯单元与系统参数设置单元连接。其优点是，采用先进处理器和先进信号处理技术实现对直流无刷电机的可靠运行，驱动负载能力强，功率密度高，体积小，系统实时性好，响应快，输出电压0～80V，额定输出电流达30A；自动化程度高，具有多种控制模式和多种控制方式。中国专利技术专利CN105634157还公开了一种集成于8AT变速箱内置的高功率密度永磁电机，包括变速箱法兰、变速箱壳体、内置永磁电机定子、转子、变速箱轮毂，变速箱法兰连接于变速箱壳体的左端；变速箱法兰的右端设有变速箱壳体后端盖；电机定子设于变速箱壳体的内壁上；电机定子上设有扁线成形绕组；转子设于变速箱轮毂上，转子内设有转子磁钢；扁线成形绕组与出线盒相连接；变速箱轮毂上设有旋变转子；变速箱壳体后端盖上设有旋变定子；旋变定子与出线盒相连接；定子冲片采用定子轭和定子齿先分离、后合成结构，定子冲片为闭口槽，无齿谐波；转子采用V形插入式磁钢结构、余弦气隙设计，聚磁显著。该专利技术结构新颖、电机振动、噪声小，损耗小，效率高。中国专利技术专利CN105610281还公开了一种开放式绕组变结构电机系统，包括主控制器、可变结构驱动器和开放式绕组电机；主控制器接收控制指令和开放式绕组电机的反馈信息，并生成功率驱动和驱动拓扑变结构指令，可变结构驱动器根据驱动拓扑变结构指令将驱动拓扑结构进行变换，可变结构驱动器将开放式绕组电机的多个绕组串联起来成为新的一相绕组，可变结构驱动器根据功率驱动指令驱动开放式绕组电机。该专利技术的开放式绕组变结构电机系统，充分利用可变结构驱动器和多相电机的结构可变、高功率密度、高可靠性优点，可满足不同的工况需求，相比多电机+离合器结构，能够有效地降低电机驱动系统重量和体积，并有效地提高功率密度和可靠性，消除机械噪声。中国专利技术专利CN105591479还公开了一种高功率密度的绕组结构、方法及应用其的电机，该专利技术的绕组为多层2D结构，绕组采用180°电角度的分布式结构；通过印刷电路板的形式制作而成；每一层上仅设有一相绕组，每相绕组由偶数绕组层所组成；每一层上的绕组，由与电机磁极数相同的绕组周期所组成；同一相的绕组层间通过连接孔连接；连接孔位于该绕组环内的上部的角落处。使用时，1)可充分利用PCB技术实现具有轴向磁场的绕组。不需埋孔，只用穿孔就可实现绕组连接；2)可提高绕组对转子磁钢产生的磁场的利用率。3)绕组是由PCB的方式实现，因而2D的绕组的形状可以是任意的，绕组的尺寸可以控制得很准确。通过对每相绕组的特别安排，绕组的对称性较好。中国专利技术专利CN105553207还公开了一种高功率密度电动汽车电机，由转子和定子组成，所述的定子位于转子内，该定子的环向区域上设有若干个呈上下等均分布的定子槽，该定子槽内设有环状线圈；相邻的定子槽间的区域为导磁区域，该导磁区域由磁极、绕组槽底及圆环型绕组组成，磁极与磁极间呈直线状分布；所述的转子由永磁体和斜导磁体组成，所述的永磁体呈斜向等均布置，斜导磁体与永磁体呈相对应分布；所述的定子的中心为小通孔或无通孔，所述的定子槽的结构为圆形或近圆形或有圆角的方形的形状；该专利技术可以提高电机的功率密度，尤其能够提高电机的扭矩密度。结构上可以充分发挥导磁材料的导磁和频率性能。中国专利技术专利CN105515328还公开了一种重量更低、发热量低、占用空间小，同时做到防尘的高功率密度的用于电动工具中的无刷电机，包括转子轴1、前端盖2、绝缘骨架3、定子铁芯4、槽楔5、绕组6、后端盖7、滚珠轴承8、平衡铜套9、磁钢10和转子铁芯11；所述转子轴1上依次设有转子铁芯11和磁钢10，所述定子铁芯4内设有绕组6，所述定子铁芯4的两端分别设有绝缘骨架3、所述定子铁芯4上还设有槽楔5，所述前端盖2和后端盖7分别盖合在槽楔5的两端，所述前端盖2和后端盖7分别为镂空结构，所述磁钢10和转子铁芯11位于绕组6中且转子轴1两侧分别依次安装有平衡铜套9和滚珠轴承8；所述两个滚珠轴承8分别与前端盖2和后端盖7相抵。中国专利技术专利CN105186734还公开了一种单集中绕组低成本高功率密度永磁直线发电机，其定子上均匀设置有偶数个定子齿，相邻两个定子齿中设有定子槽，定子槽轭与定子背轭之间设有永磁体，所述定子齿与动子的动子齿之间设有主气隙，所述永磁体产生的磁通经过主气隙进入动子形成主磁通；所述永磁体不随动子转动，同一个定子槽轭上的永磁体的充磁方向相同，相邻两个定子槽轭部上的永磁体的充磁方向相反；所述定子槽内安放有一套电枢绕组，通过控制一套电枢绕组的电流磁场和永磁体产生的磁场相互作用使得定子齿上的磁通改变，利用定子和动子间磁阻变化产生转矩。该专利技术只有一套绕组，运行时只需要控制一套电枢绕组的电流大小和方向，功率电路只需要两个功率开关器件。中国专利技术专利CN105331879还公开了一种高功率密度电机用无取向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速高功率密度交流伺服电机的制备方法，包括定子部分和转子部分，定子部分包括机座、定子铁芯、定子绕组及端盖和轴承；转子部分包括转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带四部分组成，机座前端安装有前端盖，机座后端设有后端盖，机座内置有轴承、定子铁芯、定子绕组、转子部分，转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，产生气隙磁场；具体制备方法包括如下步骤：(1)采用铸造铝合金浇注机座、前端盖和后端盖，并进行热处理，铸造铝合金的化学组成及其质量分数为0.008～0.018％B,5.0～5.5％Cu,0.06～0.13％Ca,0.15～0.20％Li,3.0～3.5％Mg,2.6～3.1％Ni,1.1～1.5％Si,0.08～0.15％Zr,1.10～1.35％Er,0.22～0.27％Ti,0.29～0.39％Fe,0.51～0.72％Mn,余量为铝以及不可避免的杂质；采用厚度0.17～0.22mm的硅钢片加工定子铁芯，并用硅钢片表面厚度达2.5～3.8μm的氧化层作为片间绝缘，在铁芯圆环的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组，定子绕组采用耐高温铜线，耐高温铜线的化学组成及其质量分数为2.5～2.8％Cr,0.35～0.50％Y,0.19～0.26％Zr,0.27～0.34％Ag,余量Cu；(2)采用转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带制造转子部分，先将转子导磁体套在转轴上，转子导磁体外表面粘接瓦形永磁体，用于产生气隙磁场，永磁体选用钕铁硼稀土永磁材料，永磁体外表面用厚度1.5～2.0mm的不锈钢带箍紧；(3)将定子部分和转子部分通过转轴和轴承组合在一起，使得转子部分位于定子铁芯圆环内，并使定子铁芯和转子部分之间的气隙控制在0.15～0.40mm，即可获得高速高功率密度交流伺服电机。...

【技术特征摘要】
1.一种高速高功率密度交流伺服电机的制备方法，包括定子部分和转子部分，定子部分包括机座、定子铁芯、定子绕组及端盖和轴承；转子部分包括转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带四部分组成，机座前端安装有前端盖，机座后端设有后端盖，机座内置有轴承、定子铁芯、定子绕组、转子部分，转子导磁体套在转轴上，其外表面粘接瓦形永磁体，产生气隙磁场；具体制备方法包括如下步骤：(1)采用铸造铝合金浇注机座、前端盖和后端盖，并进行热处理，铸造铝合金的化学组成及其质量分数为0.008～0.018％B,5.0～5.5％Cu,0.06～0.13％Ca,0.15～0.20％Li,3.0～3.5％Mg,2.6～3.1％Ni,1.1～1.5％Si,0.08～0.15％Zr,1.10～1.35％Er,0.22～0.27％Ti,0.29～0.39％Fe,0.51～0.72％Mn,余量为铝以及不可避免的杂质；采用厚度0.17～0.22mm的硅钢片加工定子铁芯，并用硅钢片表面厚度达2.5～3.8μm的氧化层作为片间绝缘，在铁芯圆环的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组，定子绕组采用耐高温铜线，耐高温铜线的化学组成及其质量分数为2.5～2.8％Cr,0.35～0.50％Y,0.19～0.26％Zr,0.27～0.34％Ag,余量Cu；(2)采用转轴、转子导磁体、永磁体和不锈钢带制造转子部分，先将转子导磁体套在转轴上，转子导磁体外表...

【专利技术属性】
技术研发人员：马幼鸣，高召，
申请(专利权)人：马幼鸣，高召，北京中航科电测控技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11