三相永磁伺服电动机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种三相永磁伺服电动机，其转子磁极数2P＝8，定子齿槽数Z＝12，十二个齿中包括六个大齿(8)、三个小齿(9)、以及三个更小的微齿(10)；六个集中绕组分别装于六个大齿上，排列次序是：小齿→装A相绕组的大齿→微齿→装C相绕组的大齿→小齿→装B相绕组的大齿→微齿→装A相绕组的大齿→小齿→装C相绕组的大齿→微齿→装B相绕组的大齿；大齿、小齿、微齿所占圆周机械角度分别是45°±5°、20°±5°、10°±5°。该电动机可采用三相方波电流或三相正弦波电流驱动，并具有绕组端部小、用铜少、损耗小等一系列优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及永磁电动机，更具体地说，涉及一种三相永磁伺服电动机，该电动机适用于直接驱动和位置、速率伺服控制应用。
技术介绍
本技术所涉及的永磁直流电动机，主要是指能够有效地产生具有低扭矩波动的伺服电动机。其中，扭矩波动主要包括较低的齿槽效应扭矩分量(定位力矩)、较低的电流与电势谐波扭矩分量。目前，此类伺服电动机设计的主要目标是力矩波动小、输出功率大(转速和力矩的乘积大)、过载能力大、体积小、价格低等等。产生力矩波动的主要原因包括(1)定子电流谐波与反电势谐波乘积呈现的力矩波动；(2)定子电流为零时转子转动，由于齿槽效应产生磁导变化呈现的定位力矩波动。抑制力矩波动的主要方法包括(1)传统的分数槽绕组设计；(2)优化齿槽与磁极配合的集中绕组设计，例如名为“高效永磁无刷电动机”，公开号CN1856921A的中国技术专利申请。其中，传统的分数槽绕组设计的电机制造工艺复杂、生产成本很高。优化齿槽与磁极配合的集中绕组设计具有性价比高的特点，但其只适应于磁极数大于20的低速伺服电机。在公开号为CN101371425A的中国技术专利申请中，公开了一种磁极数2P = 8，齿槽数Z= 12，采用大、中、小齿结构的方波三相无刷永磁直流电动机。该电机具备优异的性能，具有很高的性价比，但仍有欠缺。由于它装有绕组的两个齿的大小不同，给制造带来许多不便，例如，齿的加工模具、工装、工艺均不能一致，绕组的加工模具、工装、工艺也不能一致；更严重的是由于槽的空间尺寸不同，必然导致每相的两个绕组的匝数、线径不能一致，从而对电机性能造成不良影响，例如导致两个绕组的电流产生的力矩在空间不对称。此外该电机的大、中、小齿结构，对于定位力矩的抑制作用不够强。该电机的每相两个齿的电角度为200° 士20°和160° 士20°，其相反电势波形具有120°以上的平顶区，可以实现方波永磁伺服电机。然而为了获得最高的绕组利用率和最宽的平顶区，理想电角度应为180°，该电机偏离理想电角度士20°，必然导致其绕组利用率下降为 sin(140° /180° X90° )= 0. 940，且该电机的相反电势平顶区也因此并非最佳。
技术实现思路
本技术要解决现有正弦波永磁伺服电动机和方波永磁伺服电动机所存在的问题，提出一种新原理、新结构、高性能、高性价比的三相永磁伺服电动机。为解决上述技术问题，本技术提供一种三相永磁伺服电动机，所述电动机的转子铁芯上装有多对永磁体，定子的齿槽中装有三相绕组，其中，所述转子铁芯上的磁极数2P = 8 ；所述定子铁芯的槽数Z = 12，相应有十二个齿， 所述槽的槽口宽度为0. 1 2. Omm ；所述十二个齿中包括六个大齿、三个小齿、以及三个更小的微齿；所述三相绕组为六个集中绕组，分别装于所述六个大齿上，所述绕组和齿的排列次序小齿一装A相绕组的大齿一微齿一装C相绕组的大齿一小齿一装B相绕组的大齿一微齿一装A相绕组的大齿一小齿一装C相绕组的大齿一微齿一装B相绕组的大齿；所述定子铁芯上的每个大齿占圆周45° 士5°机械角度，S卩180° 士20°电角度； 每个小齿占圆周20° 士5°机械角度，即80° 士20°电角度；每个微齿占圆周10° 士5° 机械角度，即40° 士20°电角度；其中每个齿所占圆周机械角度包含一个所述槽口的宽度，且其中两个大齿、一个小齿、再加上一个微齿的机械角度之和等于120°。本技术中，所述转子铁芯上各个永磁体的N、S磁极相间排列，所述永磁体可以是径向充磁的瓦形磁钢、或者是平行充磁的瓦形磁钢。所述瓦形磁钢的外圆两侧最好设有角度不大于15°、长度不大于磁钢的外圆弧长1/4的削角。所述定子与转子之间的物理气隙可为0. 2 2mm。本技术的一个优选方案中，所述定子铁芯由七部分组成，包括含有三个小齿和三个微齿的由多层硅钢片自铆迭压而成的一体式环形铁芯，由多层硅钢片自铆迭压而成的六个独立的大齿铁芯；所述环形铁芯的轭部和大齿铁芯上分别设有凹槽/凸台，并互相咬合形成完整的定子铁芯。本技术的另一个优选方案中，所述定子铁芯也由七部分组成，包括含有六个大齿的由多层硅钢片自铆迭压而成的一体式环形铁芯，由多层硅钢片自铆迭压而成的三个独立的小齿铁芯、以及由多层硅钢片自铆迭压而成的三个独立的微齿铁芯；所述环形铁芯的轭部和小齿、微齿铁芯上分别设有凹槽/凸台，并互相咬合形成完整的定子铁芯。本技术的另一个优选方案中，所述定子铁芯由十二部分组成，即包括由多层硅钢片自铆迭压而成的六个独立大齿、三个独立小齿、以及三个独立微齿；每个齿的轭部两侧设有凹槽/凸台，相邻齿的轭部互相咬合形成完整的定子铁芯。由上述技术方案可知，本技术的三相永磁伺服电动机的磁极数为2P = 8，装有绕组的大齿占180电角度。，使其相反电势波形具有近135°电角度的平顶区，而且大齿宽不容易受电枢反应影响，使电机具有更强的过载能力；两种非均勻小齿专用于抑制定位力矩，使定位力矩减小至万分之一水平。该电动机每相只有两个集中绕组，且两个集中绕组结构和匝数完全相同，制造简单、工艺一致，生产成本很低。该电动机的出力比传统正弦波永磁伺服电机大30%，绕组端部比传统正弦波永磁伺服电机小3倍以上，所以铜耗大幅度减少。该三相永磁伺服电动机采用三相方波电流驱动时，能产生平稳的力矩，其力矩波动指标与正弦波永磁伺服电机相当。该三相永磁伺服电动机具有绕组端部小、用铜少、损耗小、 气隙小磁负荷高、定位力矩小和过载能力强等一系列优点。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中图1是本技术一个优选实施例中电动机的定、转子结构示意图；图2是本技术一个优选实施例中电动机总装结构示意图；图3是图1所示实施例中的定子齿槽角度分布示意图；图4A是未镶嵌大齿的定子冲片的结构示意图；图4B是镶嵌大齿构成定子冲片的结构示意图；图5A是未镶嵌小齿和微齿的定子冲片的结构示意图；图5B是镶嵌小齿和微齿构成定子冲片的结构示意图；图6是十二个齿分别独立并互相咬合的结构示意图；图7是正弦波磁场电机的转子结构示意图。具体实施方式本技术的一个优选实施例如图1和图2所示。从图2中可以看出这种三相永磁伺服电动机的大致结构，其主要部件包括转子1、定子2、转轴30等，转子1与定子2之间的物理气隙5为0. 2 2mm。转子位置传感器6，可以是光电编码器、旋转变压器、磁编码器中任何一种。从图1中可以看出，在转子铁芯上装有四对极的永磁体4，这些永磁体N、S相间排列，转子的磁极数2P = 8。具体实施时，永磁体4可以是径向充磁的瓦形磁钢、或者是平行充磁的瓦形磁钢。转子铁芯上的永磁体的极距η D/8的物理尺寸是10 120mm，其中D是转子外径。这种结构可以获得趋于135°方波的相反电势波形，与方波定子电流配合可实现力矩波动很小的方波永磁伺服电机运行。由于两相反电势方波中的3、6次谐波相位相同， 相减为零，因此这种结构的线反电势波形仍趋于正弦波，采用正弦波电流驱动时三相正弦波定子电流与三相相反电势方波中的3、6次谐波的乘积不呈现力矩波动，而且电机的输出功率获得约30%的提升。从图1中可以看出，定子齿槽的数目Z = 12，即对应有十二个齿和十二个槽；定子槽的槽口 3的宽度为0. 1 2. 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种三相永磁伺服电动机，所述电动机的转子铁芯（１）上装有多对永磁体（４），定子（２）的齿槽中装有三相绕组，其特征在于，所述转子铁芯上的磁极数２Ｐ＝８；所述定子铁芯的槽数Ｚ＝１２，相应有十二个齿，所述槽的槽口（３）宽度为０．１～２．０ｍｍ；所述十二个齿中包括六个大齿（８）、三个小齿（９）、以及三个更小的微齿（１０）；所述三相绕组为六个集中绕组，分别装于所述六个大齿上，所述绕组和齿的排列次序：小齿→装Ａ相绕组的大齿→微齿→装Ｃ相绕组的大齿→小齿→装Ｂ相绕组的大齿→微齿→装Ａ相绕组的大齿→小齿→装Ｃ相绕组的大齿→微齿→装Ｂ相绕组的大齿；所述定子铁芯上的每个大齿占圆周４５°±５°机械角度，即１８０°±２０°电角度；每个小齿占圆周２０°±５°机械角度，即８０°±２０°电角度；每个微齿占圆周１０°±５°机械角度，即４０°±２０°电角度；其中每个齿所占圆周机械角度包含一个所述槽口（３）的宽度，且其中两个大齿、一个小齿、再加上一个微齿的机械角度之和等于１２０°。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜坤梅，曹立明，
申请(专利权)人：浙江博望科技发展有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86