本發(fā)明涉電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及永磁交流伺服電機(jī)，具體地說(shuō)是一種二極永磁交流伺服電機(jī)的內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括機(jī)殼、端蓋、定子和轉(zhuǎn)子。其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括永磁體1、導(dǎo)磁體2和轉(zhuǎn)軸3。通常永磁體放在轉(zhuǎn)子上。大部分伺服電機(jī)采用外貼式結(jié)構(gòu)，即將永磁體1放在導(dǎo)磁2外表面。永磁體1可采用瓦形磁鋼(如圖1和圖2所示)或環(huán)形磁鋼(如圖3和圖4所示)。前者磁場(chǎng)較強(qiáng)但磁鋼外表面須加固；后者磁鋼外表面不需加固，但磁場(chǎng)相對(duì)較弱。

另一種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，此時(shí)將永磁體1放置在導(dǎo)磁體2的內(nèi)部，如如圖5和圖6所示。

永磁交流伺服電機(jī)的常用極數(shù)為4、6、8、10極，極數(shù)越多則轉(zhuǎn)速越低。因而上述轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的伺服電機(jī)的通常應(yīng)用于不大于10000rpm場(chǎng)合，否則電機(jī)會(huì)產(chǎn)生很高的溫升，無(wú)法正常運(yùn)行。理論上說(shuō)，采用二極伺服電機(jī)則有利于提高轉(zhuǎn)速。然而，二極永磁交流伺服電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)的優(yōu)化又相當(dāng)困難，因此很少有二極永磁交流伺服電機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，旨在提供一種二極永磁交流伺服電機(jī)的內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子，通過(guò)優(yōu)化永磁體的排列、優(yōu)化導(dǎo)磁體內(nèi)部放置永磁體的扁平容置槽的幾何尺寸，使氣隙磁場(chǎng)接近正弦。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種二極永磁交流伺服電機(jī)的內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子，包括永磁體、導(dǎo)磁體和轉(zhuǎn)軸，其特征在于所述的導(dǎo)磁體包括兩個(gè)半圓柱體和一個(gè)寬度與半圓柱體的直徑相同的長(zhǎng)方體，所述兩個(gè)半圓柱體的底平面分別與長(zhǎng)方體的上下表面連接；每個(gè)半圓柱體上對(duì)稱開(kāi)設(shè)有一個(gè)三段式結(jié)構(gòu)容置槽，包括頂部的水平段、兩側(cè)的第一斜面段和第二斜面段，所述的永磁體與所述的容置槽的結(jié)構(gòu)相同并置于所述的容置槽內(nèi)；并且：

容置槽的第一斜面段和第二斜面段的夾角為120±20度；

永磁體的水平段頂部與半圓柱體的底平面之間的距離與半圓柱體的底平面半徑(R)之比為0.88～0.92；

半圓柱體的底平面的半徑與長(zhǎng)方體的高度之比為6～10；

半圓柱體的底平面的半徑與永磁體的兩個(gè)斜面段的長(zhǎng)度之比為0.78～1.28；

半圓柱體的底平面的半徑與永磁體的兩個(gè)斜面段的厚度之比為8～12；

永磁體的頂部水平段的厚度等于或略小于兩個(gè)斜面段的厚度。

本發(fā)明的一種二極永磁交流伺服電機(jī)的內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子，優(yōu)化永磁體的排列，同時(shí)優(yōu)化導(dǎo)磁體內(nèi)部放置永磁體的扁平容置槽的幾何尺寸，通過(guò)有限元的分析和計(jì)算，大大抑制了五次以上的高次諧波，使氣隙磁場(chǎng)接近正弦。由于本發(fā)明的交流伺服電機(jī)為二極結(jié)構(gòu)，因而可應(yīng)用于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合，拓展了伺服電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

進(jìn)一步地，所述的永磁體可以為整體式結(jié)構(gòu)，也可以為分體式結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用后者結(jié)構(gòu)時(shí)，至少其中一個(gè)斜面段為獨(dú)立的單元。

一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的永磁體的頂部水平段和兩個(gè)斜面段分別為獨(dú)立的單元。各獨(dú)立單元可以分別裝入導(dǎo)磁體上的容置槽內(nèi)，相鄰單元之間不留空隙。各獨(dú)立單元也可以先粘接成一體，而后裝入導(dǎo)磁體上的容置槽內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述半圓柱體兩個(gè)斜面段底部還留有缺口，用于阻止上半圓柱體永磁體二個(gè)斜面的磁通不經(jīng)過(guò)氣隙直接跑到下半圓柱體的永磁體。所述的缺口能夠增加上下半圓內(nèi)的永磁體之間的磁阻，使一個(gè)磁極的盡能多的磁力線均經(jīng)由電機(jī)的氣隙和定子然后返回到轉(zhuǎn)子，從而轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)磁力線產(chǎn)生有效切割，提高電機(jī)的效率。

所述缺口與半圓柱體的半圓柱體的之間距離越小，則磁阻越大，從一個(gè)磁極的磁通不經(jīng)過(guò)氣隙直接流到另一個(gè)磁極的磁通越少。但是，如果該距離太小，則不利于加工。所述缺口與半圓柱體的半圓柱體的之間的最短距離優(yōu)選為0.3～0.8mm。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有采用瓦形磁鋼的四極永磁交流伺服電機(jī)的外帖式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的A-A向剖視圖。

圖3是現(xiàn)有采用環(huán)形磁鋼的四極永磁交流伺服電機(jī)的外帖式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖圖。

圖4是圖3的B-B向剖視圖。

圖5和圖6是現(xiàn)有四極永磁交流伺服電機(jī)的內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明一種二極永磁交流伺服電機(jī)的內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明半圓柱體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明長(zhǎng)方體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本發(fā)明永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-永磁體，2-半圓柱體，3-轉(zhuǎn)軸，4-長(zhǎng)方體，101-永磁體的平面段，102-永磁體的第一斜面段，103-永磁體的第二斜面段，101-容置槽的平面段，202-容置槽的第一斜面段，203-容置槽的第二斜面段，204-半圓柱體的底平面，205-半圓柱體的的圓柱面，206-缺口。

具體實(shí)施方式

圖1-圖6是現(xiàn)有伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其缺陷前面已經(jīng)描述了，在此不再贅述。

參照?qǐng)D7、圖8、圖9和圖10，本發(fā)明的一種二極永磁交流伺服電機(jī)的內(nèi)嵌式轉(zhuǎn)子，包括永磁體1、導(dǎo)磁體和轉(zhuǎn)軸3，所述的導(dǎo)磁體包括兩個(gè)半圓柱體2和一個(gè)寬度與半圓柱體2的直徑相同的長(zhǎng)方體4。所述兩個(gè)半圓柱體2的底平面204分別與長(zhǎng)方體4的上下表面連接。

參照?qǐng)D8，每個(gè)半圓柱體2上對(duì)稱開(kāi)設(shè)有一個(gè)三段式結(jié)構(gòu)容置槽，包括頂部的水平段201、兩側(cè)的第一斜面段202和第二斜面段20；這樣，整體容置槽形成面向底平面204的喇叭形結(jié)構(gòu)。

參照?qǐng)D10所述的永磁體1與所述的容置槽的結(jié)構(gòu)相同，包括頂部的水平段101、兩側(cè)的第一斜面段102和第二斜面段103，并置于所述的容置槽內(nèi)的相應(yīng)位置處。

并且，本發(fā)明的參數(shù)滿足以下條件：

容置槽的第一斜面段202和第二斜面段203的夾角α為120±20度；

永磁體1的水平段101頂部與半圓柱體2的底平面204之間的距離G與半圓柱體的底平面半徑R之比為0.88～0.92；

半圓柱體2的底平面204的半徑R與長(zhǎng)方體4的高度H之比為6～10；

半圓柱體2的底平面204的半徑R與永磁體1的兩個(gè)斜面段102，103的長(zhǎng)度A之比為0.78～1.28；

半圓柱體2的底平面204的半徑R與永磁體1的兩個(gè)斜面段102，103的厚度B之比為8～12；

永磁體1的頂部水平段101的厚度F等于或略小于兩個(gè)斜面段102，103的厚度B。

所述的永磁體1可以為整體式結(jié)構(gòu)，也可以為分體式結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用后者結(jié)構(gòu)時(shí)，至少其中一個(gè)斜面段102、103為獨(dú)立的單元。

一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述的永磁體1的頂部水平段101和兩個(gè)斜面段102、103分別為獨(dú)立的單元。各獨(dú)立單元可以分別裝入導(dǎo)磁體上的容置槽內(nèi)，相鄰單元之間不留空隙。各獨(dú)立單元也可以先粘接成一體，而后裝入導(dǎo)磁體上的容置槽內(nèi)。所述的永磁體1為整體式結(jié)構(gòu)。

各獨(dú)立單元可分別裝入導(dǎo)磁體上的容置槽內(nèi)，相鄰單元之間不留空隙。

各獨(dú)立單元也可以粘接后裝入導(dǎo)磁體上的容置槽內(nèi)。

在本實(shí)施方式中，永磁體1的三段結(jié)構(gòu)均為獨(dú)立的單元，其中兩個(gè)斜面段102、103的橫截面為扁方形，水平段101的截面為梯形。

所述半圓柱體2兩個(gè)斜面段202，203底部還留有缺口206。該缺口206用于阻斷上下永磁體之間的短路，使所有磁力線均經(jīng)由電機(jī)的氣隙和定子然后返回到轉(zhuǎn)子，從而轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)磁力線產(chǎn)生有效切割，提高電機(jī)的效率。所述缺口與半圓柱體的表面之間的最短距離為0.3～0.8mm。

在本實(shí)施例中，參數(shù)選擇如下：

永磁體的兩個(gè)斜面段的夾角α為120±20度

半圓柱體的半徑為R＝20±3mm，

長(zhǎng)方體4的高度H＝4±2mm，

永磁體斜面段的長(zhǎng)度A＝20±2mm，寬度B＝2±1mm，

永磁體水平段梯形上底長(zhǎng)D＝8±3mm，下底長(zhǎng)E＝10±2.5mm，高F＝2±1mm，

永磁體的水平段頂部與半圓柱體的底平面之間的距離G＝(0.88—0.92)*R；

缺口與永磁體外圓的最短距離C＝0.3～0.8mm。

經(jīng)詳細(xì)的有限元分析，結(jié)果如表1所示：

表1

從表1可見(jiàn)，本發(fā)明的二極永磁交流伺服電機(jī)的內(nèi)嵌轉(zhuǎn)子，導(dǎo)磁體的每個(gè)半圓柱體的容置槽中，每個(gè)兩個(gè)斜面段之間的夾角和頂部平面段的寬度對(duì)反電勢(shì)波形影響較大。采用本結(jié)構(gòu)優(yōu)化值尺寸后，反電勢(shì)波形的5次以上的高次諧波值達(dá)到比較理想結(jié)果。雖然其中的三次諧波仍較大，但是三相電機(jī)在實(shí)際使用時(shí)采用星形連接后，線電壓上的三次諧波被抵消，因而電機(jī)的整體波形非常接近正弦波。

應(yīng)該理解到的是：上述實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。