[实用新型]一种三相永磁伺服电动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及永磁电动机，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。

背景技术

本实用新型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的中国实用新型专利申请。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的中国实用新型专利申请中，公开了一种磁极数2P＝16，齿槽数Z＝24，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°±20°和160°±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±20°，必然导致其绕组利用率下降为sin(140°/180°×90°)＝0.940，且该电机的相反电势平顶区也因此并非最佳。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型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＝16；所述定子铁芯的槽数Z＝24，相应有二十四个齿，所述槽的槽口宽度为0.1～3.0mm；所述二十四个齿中包括十二个大齿、六个小齿、以及六个更小的微齿；

所述三相绕组为十二个集中绕组，分别装于所述十二个大齿上，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→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22.5°±2.5°机械角度，即180°±20°电角度；每个小齿占圆周10°±2.5°机械角度，即80°±20°电角度；每个微齿占圆周5°±2.5°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的宽度，且其中四个大齿、两个小齿、再加上两个微齿的机械角度之和等于120°。

本实用新型中，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7.5°、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0.5～4mm。

本实用新型的一个优选方案中，所述定子铁芯由十三部分组成，包括含有六个小齿和六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十二个独立的大齿铁芯；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。

本实用新型的另一个优选方案中，所述定子铁芯也由十三部分组成，包括含有十二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六个独立的小齿铁芯、以及由多层硅钢片自铆迭压而成的六个独立的微齿铁芯；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。