【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机领域，尤其涉及一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构。
技术介绍
1、电主轴电机是电主轴的动力源，其产品设计性能对零件的加工精度、加工效率及可靠性具有决定性的影响。为保证任何情况下的最佳切削条件，要求电主轴不管是在高速还是低速运行时都能够保持很高的精度。但电主轴振动或者转矩脉动会在零件表面留下加工痕迹，电机谐波含量过高会产生较大损耗，加重高速电主轴电机的散热问题，引起输出轴端发热和变形，如何从电主轴电机本体设计角度，抑制电主轴齿槽转矩、抑制转矩脉动、抑制谐波是亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，可削弱电机转矩脉动和齿槽转矩，谐波含量更小，同时可抑制电磁振动。设计不等宽虚齿定子铁芯、非均匀分段人字型斜极转子铁芯、不等宽不等厚非均匀分块永磁体、差异化隔磁桥形状，利用互补结构抵消大部分齿槽转矩基波，空间谐波总幅值明显下降。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，包括定子水冷套、不等宽虚齿定子铁芯、非均匀分段人字型斜极转子铁芯、不等宽不等厚非均匀分块永磁体、电主轴转轴；不等宽不等厚非均匀分块永磁体插入非均匀分段人字型斜极转子铁芯中，非均匀分段人字型斜极转子铁芯套在电主轴转轴上，不等宽虚齿定子铁芯压入定子水冷套中，非均匀分段人字型斜极转子铁芯、不等宽不等厚非均匀分块
4、进一步地，不等宽虚齿定子铁芯的定子齿顶开半椭圆辅助槽，并在齿两侧四分之一处设置π/4削角。
5、进一步地，相邻定子齿顶开矩形辅助槽，并在齿两侧五分之二处设置π/6削角。
6、进一步地，半椭圆辅助槽和矩形辅助槽在圆周方向上交错均匀分布。
7、进一步地，非均匀分段人字型斜极转子铁芯的轴向分成非均匀六段，其中l1=l6>l2=l5>l3=l4，并且l1+l3=2l2满足等差数列关系，六段磁极在轴向排列类似人字型；l1-l6为非均匀分段人字型斜极转子铁芯每一段在轴向上的长度。
8、进一步地，相同极性的两组永磁体间夹角θ1 + θ3=2θ2满足等差数列关系，θ1、θ2、θ3分别为相同极性两组不等宽不等厚分块永磁体下沿延长线间形成的夹角。
9、进一步地，相同极性两组磁体下沿交点距离转轴中心线的距离r1+r3=2r2满足等差数列关系；r1、r2、r3分别为相同极性两组永磁体下沿延长线交点到转轴中心线的距离。
10、进一步地，长度为l1的转子铁芯段在π/4-α角度中心线上开辅助圆孔，长度为l2的转子铁芯段在π/4角度中心线上开辅助圆孔，长度为l3的转子铁芯段在π/4+α角度中心线上开辅助圆孔。
11、进一步地，不等宽不等厚非均匀分块永磁体包括三段永磁体，三段永磁体的宽度分别为b1、b2、b3，厚度分别为h1、h2、h3；其中，b1+b2=2b3满足等差数列关系，厚度h1=h3=0.8h2，并且厚度为h1处的永磁体对应的非均匀分段人字型斜极转子铁芯的磁极设置等腰三角形削角。
12、进一步地，l1段转子铁芯对应的厚度为h3的永磁体处隔磁桥设置倒圆角，l2段转子铁芯对应的厚度为h3的永磁体处隔磁桥设置外伸三角形，l3段转子铁芯对应的厚度为h3的永磁体处隔磁桥设置内倒角。
13、本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
14、1、本专利技术设计的不等宽虚齿定子铁芯不仅采用非传统的不等宽虚齿，还对不同虚齿的齿顶采用不等角度削角，此结构能降低定子齿的杠杆效应，将切向力矩波动转化为定子轭部径向振动的可能性降到最低，这些不嵌入绕组的虚槽，扩大了极数与槽数的最小公倍数，使磁路更加优化。
15、2、传统的转子铁芯分段斜极是轴向均匀分段并且磁体夹角相同，忽略了磁极边端效应的存在，其会导致每一段电机齿槽转矩的幅值和相位与理想状态相比有所偏差，以至于相量叠加后，基波和谐波分量均无法完全抵消，本专利技术中采用轴向非均匀六段设计，改变各段转子铁芯磁极的轴向长度和偏斜角度尽可能弥补分段磁极边端效应导致的各段齿槽转矩和相位的变化，使电机径向电磁力沿轴向发生相移，并使平均径向电磁力波降低，削弱了电机的转矩脉动和齿槽转矩。
16、3、本专利技术采用非传统的永磁体不等宽不等厚非均匀分块结构并且等腰三角形削角，通过改变永磁体的轮廓以达到优化气隙磁通密度的目的，可使其正弦度更高、谐波含量更小。
17、4、本专利技术采用非传统的差异化隔磁桥形状配合不等宽不等厚非均匀分块永磁体可以优化气隙磁场分布，消除特定阶次高次谐波，在有效降低齿槽转矩的同时也可提升弱磁扩速能力。
18、5、本专利技术采用的四种结构相互配合，缺一不可，这样的互补结构可抵消大部分齿槽转矩基波，空间谐波总幅值明显下降。
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1.一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，包括定子水冷套、不等宽虚齿定子铁芯、非均匀分段人字型斜极转子铁芯、不等宽不等厚非均匀分块永磁体、电主轴转轴；不等宽不等厚非均匀分块永磁体插入非均匀分段人字型斜极转子铁芯中，非均匀分段人字型斜极转子铁芯套在电主轴转轴上，不等宽虚齿定子铁芯压入定子水冷套中，非均匀分段人字型斜极转子铁芯、不等宽不等厚非均匀分块永磁体、电主轴转轴整体装入定子水冷套、不等宽虚齿定子铁芯为一体的电主轴外壳中；不等宽不等厚非均匀分块永磁体包括多组N极永磁体和S极永磁体，多组N极永磁体和S极永磁体的宽度和高度各不相同，不等宽不等厚非均匀分块永磁体表面涂粘结胶后插入不等宽虚齿定子铁芯的卡槽；将非均匀分段人字型斜极转子铁芯以过盈方式热套在电主轴转轴上，电主轴外壳与定子水冷套为一体，将不等宽虚齿定子铁芯以过盈方式热压在定子水冷套中；不等宽虚齿定子铁芯、非均匀分段人字型斜极转子铁芯、不等宽不等厚非均匀分块永磁体、差异化隔磁桥形状互补结合，抵消齿槽转矩基波，降低空间谐波总幅值。
2.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结
3.根据权利要求2所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，相邻定子齿顶开矩形辅助槽，并在齿两侧五分之二处设置π/6削角。
4.根据权利要求3所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，半椭圆辅助槽和矩形辅助槽在圆周方向上交错均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，非均匀分段人字型斜极转子铁芯的轴向分成非均匀六段，其中L1=L6>L2=L5>L3=L4，并且L1+L3=2L2满足等差数列关系，六段磁极在轴向排列类似人字型；L1-L6为非均匀分段人字型斜极转子铁芯每一段在轴向上的长度。
6.根据权利要求5所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，相同极性的两组永磁体间夹角θ1 + θ3=2θ2满足等差数列关系，θ1、θ2、θ3分别为相同极性两组不等宽不等厚分块永磁体下沿延长线间形成的夹角。
7.根据权利要求5所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，相同极性两组磁体下沿交点距离转轴中心线的距离R1+R3=2R2满足等差数列关系；R1、R2、R3分别为相同极性两组永磁体下沿延长线交点到转轴中心线的距离。
8.根据权利要求5所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，长度为L1的转子铁芯段在π/4-α角度中心线上开辅助圆孔，长度为L2的转子铁芯段在π/4角度中心线上开辅助圆孔，长度为L3的转子铁芯段在π/4+α角度中心线上开辅助圆孔。
9.根据权利要求4所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，不等宽不等厚非均匀分块永磁体包括三段永磁体，三段永磁体的宽度分别为b1、b2、b3，厚度分别为h1、h2、h3；其中，b1+b2=2b3满足等差数列关系，厚度h1=h3=0.8h2，并且厚度为h1处的永磁体对应的非均匀分段人字型斜极转子铁芯的磁极设置等腰三角形削角。
10.根据权利要求8所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，L1段转子铁芯对应的厚度为h3的永磁体处隔磁桥设置倒圆角，L2段转子铁芯对应的厚度为h3的永磁体处隔磁桥设置外伸三角形，L3段转子铁芯对应的厚度为h3的永磁体处隔磁桥设置内倒角。
...【技术特征摘要】
1.一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，包括定子水冷套、不等宽虚齿定子铁芯、非均匀分段人字型斜极转子铁芯、不等宽不等厚非均匀分块永磁体、电主轴转轴；不等宽不等厚非均匀分块永磁体插入非均匀分段人字型斜极转子铁芯中，非均匀分段人字型斜极转子铁芯套在电主轴转轴上，不等宽虚齿定子铁芯压入定子水冷套中，非均匀分段人字型斜极转子铁芯、不等宽不等厚非均匀分块永磁体、电主轴转轴整体装入定子水冷套、不等宽虚齿定子铁芯为一体的电主轴外壳中；不等宽不等厚非均匀分块永磁体包括多组n极永磁体和s极永磁体，多组n极永磁体和s极永磁体的宽度和高度各不相同，不等宽不等厚非均匀分块永磁体表面涂粘结胶后插入不等宽虚齿定子铁芯的卡槽；将非均匀分段人字型斜极转子铁芯以过盈方式热套在电主轴转轴上，电主轴外壳与定子水冷套为一体，将不等宽虚齿定子铁芯以过盈方式热压在定子水冷套中；不等宽虚齿定子铁芯、非均匀分段人字型斜极转子铁芯、不等宽不等厚非均匀分块永磁体、差异化隔磁桥形状互补结合，抵消齿槽转矩基波，降低空间谐波总幅值。
2.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，不等宽虚齿定子铁芯的定子齿顶开半椭圆辅助槽，并在齿两侧四分之一处设置π/4削角。
3.根据权利要求2所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，相邻定子齿顶开矩形辅助槽，并在齿两侧五分之二处设置π/6削角。
4.根据权利要求3所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，半椭圆辅助槽和矩形辅助槽在圆周方向上交错均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种卧式加工中心用内装式电主轴永磁同步电机结构，其特征在于，非均匀分段人字型斜极转子铁芯的轴向分成非均匀六段，其中l1=l6>...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁锦华，许海平，刘舒，周鹏，陈曦，原增泉，袁志宝，宫辰，李瑞，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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