一种二极永磁交流伺服电机的内嵌式转子的制作方法

本发明涉电机领域，尤其涉及永磁交流伺服电机，具体地说是一种二极永磁交流伺服电机的内嵌式转子。

背景技术：

现代交流伺服电机结构，包括机壳、端盖、定子和转子。其转子结构如图1所示，包括永磁体1、导磁体2和转轴3。通常永磁体放在转子上。大部分伺服电机采用外贴式结构，即将永磁体1放在导磁2外表面。永磁体1可采用瓦形磁钢(如图1和图2所示)或环形磁钢(如图3和图4所示)。前者磁场较强但磁钢外表面须加固；后者磁钢外表面不需加固，但磁场相对较弱。

另一种转子结构为内嵌式结构，此时将永磁体1放置在导磁体2的内部，如如图5和图6所示。

永磁交流伺服电机的常用极数为4、6、8、10极，极数越多则转速越低。因而上述转子结构的伺服电机的通常应用于不大于10000rpm场合，否则电机会产生很高的温升，无法正常运行。理论上说，采用二极伺服电机则有利于提高转速。然而，二极永磁交流伺服电机的气隙磁场的优化又相当困难，因此很少有二极永磁交流伺服电机。

技术实现要素：

本发明要解决的是现有技术存在的问题，旨在提供一种二极永磁交流伺服电机的内嵌式转子，通过优化永磁体的排列、优化导磁体内部放置永磁体的扁平容置槽的几何尺寸，使气隙磁场接近正弦。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种二极永磁交流伺服电机的内嵌式转子，包括永磁体、导磁体和转轴，其特征在于所述的导磁体包括两个半圆柱体和一个宽度与半圆柱体的直径相同的长方体，所述两个半圆柱体的底平面分别与长方体的上下表面连接；每个半圆柱体上对称开设有一个三段式结构容置槽，包括顶部的水平段、两侧的第一斜面段和第二斜面段，所述的永磁体与所述的容置槽的结构相同并置于所述的容置槽内；并且：

容置槽的第一斜面段和第二斜面段的夹角为120±20度；

永磁体的水平段顶部与半圆柱体的底平面之间的距离与半圆柱体的底平面半径(R)之比为0.88～0.92；

半圆柱体的底平面的半径与长方体的高度之比为6～10；

半圆柱体的底平面的半径与永磁体的两个斜面段的长度之比为0.78～1.28；

半圆柱体的底平面的半径与永磁体的两个斜面段的厚度之比为8～12；

永磁体的顶部水平段的厚度等于或略小于两个斜面段的厚度。

本发明的一种二极永磁交流伺服电机的内嵌式转子，优化永磁体的排列，同时优化导磁体内部放置永磁体的扁平容置槽的几何尺寸，通过有限元的分析和计算，大大抑制了五次以上的高次谐波，使气隙磁场接近正弦。由于本发明的交流伺服电机为二极结构，因而可应用于高速转动的场合，拓展了伺服电机的应用领域。

进一步地，所述的永磁体可以为整体式结构，也可以为分体式结构。当采用后者结构时，至少其中一个斜面段为独立的单元。

一个优选的实施方式，所述的永磁体的顶部水平段和两个斜面段分别为独立的单元。各独立单元可以分别装入导磁体上的容置槽内，相邻单元之间不留空隙。各独立单元也可以先粘接成一体，而后装入导磁体上的容置槽内。

进一步地，所述半圆柱体两个斜面段底部还留有缺口，用于阻止上半圆柱体永磁体二个斜面的磁通不经过气隙直接跑到下半圆柱体的永磁体。所述的缺口能够增加上下半圆内的永磁体之间的磁阻，使一个磁极的尽能多的磁力线均经由电机的气隙和定子然后返回到转子，从而转子在转动时对磁力线产生有效切割，提高电机的效率。

所述缺口与半圆柱体的半圆柱体的之间距离越小，则磁阻越大，从一个磁极的磁通不经过气隙直接流到另一个磁极的磁通越少。但是，如果该距离太小，则不利于加工。所述缺口与半圆柱体的半圆柱体的之间的最短距离优选为0.3～0.8mm。

附图说明

图1是现有采用瓦形磁钢的四极永磁交流伺服电机的外帖式转子的结构示意图。

图2是图1的A-A向剖视图。

图3是现有采用环形磁钢的四极永磁交流伺服电机的外帖式转子的结构示意图图。

图4是图3的B-B向剖视图。

图5和图6是现有四极永磁交流伺服电机的内嵌式转子的结构示意图。

图7是本发明一种二极永磁交流伺服电机的内嵌式转子的结构示意图。

图8是本发明半圆柱体的结构示意图。

图9是本发明长方体的结构示意图。

图10是本发明永磁体的结构示意图。

图中，1-永磁体，2-半圆柱体，3-转轴，4-长方体，101-永磁体的平面段，102-永磁体的第一斜面段，103-永磁体的第二斜面段，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-半圆柱体的底平面，205-半圆柱体的的圆柱面，206-缺口。

具体实施方式

图1-图6是现有伺服电机的结构示意图，其缺陷前面已经描述了，在此不再赘述。

参照图7、图8、图9和图10，本发明的一种二极永磁交流伺服电机的内嵌式转子，包括永磁体1、导磁体和转轴3，所述的导磁体包括两个半圆柱体2和一个宽度与半圆柱体2的直径相同的长方体4。所述两个半圆柱体2的底平面204分别与长方体4的上下表面连接。

参照图8，每个半圆柱体2上对称开设有一个三段式结构容置槽，包括顶部的水平段201、两侧的第一斜面段202和第二斜面段20；这样，整体容置槽形成面向底平面204的喇叭形结构。

参照图10所述的永磁体1与所述的容置槽的结构相同，包括顶部的水平段101、两侧的第一斜面段102和第二斜面段103，并置于所述的容置槽内的相应位置处。

并且，本发明的参数满足以下条件：

容置槽的第一斜面段202和第二斜面段203的夹角α为120±20度；

永磁体1的水平段101顶部与半圆柱体2的底平面204之间的距离G与半圆柱体的底平面半径R之比为0.88～0.92；

半圆柱体2的底平面204的半径R与长方体4的高度H之比为6～10；

半圆柱体2的底平面204的半径R与永磁体1的两个斜面段102，103的长度A之比为0.78～1.28；

半圆柱体2的底平面204的半径R与永磁体1的两个斜面段102，103的厚度B之比为8～12；

永磁体1的顶部水平段101的厚度F等于或略小于两个斜面段102，103的厚度B。

所述的永磁体1可以为整体式结构，也可以为分体式结构。当采用后者结构时，至少其中一个斜面段102、103为独立的单元。

一个优选的实施方式，所述的永磁体1的顶部水平段101和两个斜面段102、103分别为独立的单元。各独立单元可以分别装入导磁体上的容置槽内，相邻单元之间不留空隙。各独立单元也可以先粘接成一体，而后装入导磁体上的容置槽内。所述的永磁体1为整体式结构。

各独立单元可分别装入导磁体上的容置槽内，相邻单元之间不留空隙。

各独立单元也可以粘接后装入导磁体上的容置槽内。

在本实施方式中，永磁体1的三段结构均为独立的单元，其中两个斜面段102、103的横截面为扁方形，水平段101的截面为梯形。

所述半圆柱体2两个斜面段202，203底部还留有缺口206。该缺口206用于阻断上下永磁体之间的短路，使所有磁力线均经由电机的气隙和定子然后返回到转子，从而转子在转动时对磁力线产生有效切割，提高电机的效率。所述缺口与半圆柱体的表面之间的最短距离为0.3～0.8mm。

在本实施例中，参数选择如下：

永磁体的两个斜面段的夹角α为120±20度

半圆柱体的半径为R＝20±3mm，

长方体4的高度H＝4±2mm，

永磁体斜面段的长度A＝20±2mm，宽度B＝2±1mm，

永磁体水平段梯形上底长D＝8±3mm，下底长E＝10±2.5mm，高F＝2±1mm，

永磁体的水平段顶部与半圆柱体的底平面之间的距离G＝(0.88—0.92)*R；

缺口与永磁体外圆的最短距离C＝0.3～0.8mm。

经详细的有限元分析，结果如表1所示：

表1

从表1可见，本发明的二极永磁交流伺服电机的内嵌转子，导磁体的每个半圆柱体的容置槽中，每个两个斜面段之间的夹角和顶部平面段的宽度对反电势波形影响较大。采用本结构优化值尺寸后，反电势波形的5次以上的高次谐波值达到比较理想结果。虽然其中的三次谐波仍较大，但是三相电机在实际使用时采用星形连接后，线电压上的三次谐波被抵消，因而电机的整体波形非常接近正弦波。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。