CN103312068B - 一种节能伺服电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能伺服电机，包括机壳、定子组件和转子组件，转子组件包括电机轴和套接固定在电机轴上的转子铁芯，转子铁芯由数片硅钢片叠压构成，在转子铁芯上安装有采用钕铁硼材料制成的多块磁钢，转子铁芯上中间部位的硅钢片在外圆周面上具有沿圆周方向分布的与磁钢个数相同的T型的凸块，硅钢片上的凸块叠压在一起形成让磁钢嵌入的卡槽。与现有技术相比，本伺服电机的转子在转子铁芯上安装有钕铁硼材料的磁钢，无励磁绕组，钕铁硼磁钢具有优越的磁性能如高磁能积和高矫顽力，材料的矫顽力高，气隙长度可以取较大值，使得本伺服电机比传统铁氧体电机及其他类型电机的节能效果提高了20%，节能效果好。<!--1-->

Description

一种节能伺服电机

技术领域

本发明属于电机的技术领域，具体地说，本发明涉及一种节能伺服电机。

背景技术

目前，使用在缝纫机上的电机最普遍、量最大的是离合器电机，由于它有低成本的优势，所以离合器电机的统治地位一直难以被其它电机动摇。由于离合器电机的动力是靠离合器的离合来传递，不管是否在缝纫，电机始终在运转，因而电机空载时间往往超过工作时间，空耗很大。另一方面，由于离合器电机是交流异步电机，而交流异步电机自身的输出效率较低，通过磨擦离合器传递扭矩到缝纫机，效率大幅下降，所以整个系统的输出功率非常低，效率十分低下。这种电机除了高能耗，还具有高噪音、高振动、高温升的缺点。

另一种在缝纫机上使用较多的电机是电子马达，电子马达控制系统同样有着像离合器电机一样的高能耗弊端，电子马达系统在系统通电后，无论是否需要缝纫，感应电机将一直维持额定转速“全速”旋转，电控器接收缝纫工的操作命令即踏板命令，并根据同步器的反馈来控制离合器的啮合状态以及各电磁铁的动作来完成所需要的缝纫工作。虽然电子马达能够很好的控制缝制效果，但是依然没有解决浪费电能的问题。因为电子马达控制器不能直接控制感应电机的运行速度的和起停，而是通过控制离合器来实现起停和调速，而电机是消耗电能的主要部件，电机在不受控制的情况下运行，无论缝纫机工作在什么工况，无论高速或低速、缝厚料或薄料（缝厚料时缝纫机需要更大的力矩，而缝薄料时需要较少的力矩）、缝纫机是否工作，电机都在全速运行，由于电机无辜浪费了许多电能，所以整个系统效率很低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种节能伺服电机，以达到降低能耗的目的。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种节能伺服电机，包括机壳、定子组件和转子组件，转子组件包括电机轴和套接固定在电机轴上的转子铁芯，转子铁芯由数片硅钢片叠压构成，转子组件无励磁绕组，在转子铁芯上安装有采用钕铁硼材料制成的多块磁钢，转子铁芯上中间部位的硅钢片在外圆周面上具有沿圆周方向分布的与磁钢个数相同的T型的凸块，硅钢片上的凸块叠压在一起形成让磁钢嵌入的卡槽，磁钢的两个端面与转子铁芯的两个端面要平齐。

所述磁钢设有八块。

所述转子铁芯的硅钢片通过铆钉铆接固定成一体。

所述定子组件包括定子铁芯、励磁绕组和与定子铁芯的形状相匹配的硬质的绕线支架，定子铁芯上设有线槽，绕线支架插入定子铁芯的线槽中包覆住线槽的表面，励磁绕组缠绕在绕线支架上。

所述定子铁芯由多片硅钢片叠压构成，所有硅钢片通过焊接连接成一体。

所述硅钢片具有44片。

所述绕线支架的材质为塑料。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，本伺服电机的转子在转子铁芯上安装有钕铁硼材料的磁钢，无励磁绕组，钕铁硼磁钢具有优越的磁性能如高磁能积和高矫顽力（特别是高内禀矫顽力），材料的矫顽力高，气隙长度可以取较大值，使得本伺服电机比传统铁氧体电机及其他类型电机的节能效果提高了20%，节能效果好；另外由于钕铁硼永磁体的最大磁能积很高，特别是能制成超薄型的永磁体，从而电机可以实现超微和低惯量，一方面节省了制造资源（主要节省了金属材料铜、钢铁和铝等不可再生的资源），另一方面则大大提高了用户的工作效率。

附图说明

图1为本发明的伺服电机的剖视图；

图2为转子组件的结构示意图；

图3为转子组件的侧视图；

图4为机壳的结构示意图；

图5为定子组件的结构示意图；

图6为定子铁芯的结构示意图；

图7为绕线支架的第一半部的结构示意图；

图8为绕线支架的第二半部的结构示意图；

图9为固定支架的结构示意图；

图10为固定支架安装到伺服电机上的装配图；

上述图中的标记均为：1、机壳；11、前端盖；12、后端盖；13、后罩；

2、定子组件；21、定子铁芯；22、绕线支架；23、励磁绕组；24、凸出部；25、焊锡槽；26、插接块；27、第一半部；28、第二半部；

3、转子组件；31、电机轴；32、转子铁芯；33、磁钢；34、凸块；

4、固定支架；41、连接板；42、引脚；43、锁紧螺栓；44、锁紧螺母；45、底板；46、调节杆；47、调节螺母。

具体实施方式

如图1所示为本发明的一种节能伺服电机，包括机壳1、定子组件2和转子组件3。如图2和图3所示，转子组件3包括电机轴31和套接固定在电机轴31上的转子铁芯32，转子铁芯32由数片硅钢片叠压构成，转子组件3无励磁绕组，在转子铁芯32上安装有采用钕铁硼材料制成的多块磁钢33，磁钢33呈瓦片状，转子铁芯32上中间部位的硅钢片在外圆周面上具有沿圆周方向分布的与磁钢33个数相同的T型的凸块34，凸块34沿硅钢片的径向向外伸出。中间部位的所有硅钢片上的凸块34叠压在一起形成与磁钢33个数相等的卡槽，卡槽的形状与磁钢33的形状相同，磁钢33嵌入卡槽中固定。在安装磁钢33时，磁钢33的两个端面要确保与转子铁芯32的两个端面要平齐，即磁钢33的长度与转子铁芯32的长度相等。由于钕铁硼磁钢33具有优越的磁性能如高磁能积和高矫顽力（特别是高内禀矫顽力），材料的矫顽力高，气隙长度可以取较大值，使得本伺服电机比传统铁氧体电机及其他类型电机的节能效果提高了20%，节能效果好；另外由于钕铁硼磁钢33的最大磁能积很高，特别是能制成超薄型的永磁体，从而电机可以实现超微和低惯量，一方面节省了制造资源（主要节省了金属材料铜、钢铁和铝等不可再生的资源），另一方面则大大提高了用户的工作效率。

由于伺服电机转速高，钕铁硼磁钢33装在转子组件3上，以保证定子电气联接的可靠性。如图2和图3所示，磁钢33均布有八个，相邻两个磁钢33中，其中一个为N极，另外一个为S极，即相邻的磁钢33极性相反。转子铁芯32的硅钢片通过冲压成型，在冲压时保证T型凸块34的对称度，从而保证了卡槽的对称度，进而保证磁路的对称性。转子铁芯32只在中间部位的硅钢片上设置凸块34，两端的硅钢片上不带有凸块34，这样在转子铁芯32的外圆周面上，在相邻两个磁钢33之间会形成一个凹槽的结构。由于在电机内要有用来感应转子组件3上的磁钢33的霍尔片，霍尔片的位置与转子铁芯32其中一端的硅钢片位置对齐，但是在相邻两块磁钢33之间的临界点磁场比较乱，硅钢片还是导磁的，所以转子铁芯32要在与霍尔片位置对齐的硅钢片上不设置凸块34，这样霍尔片就不会受到硅钢片导磁的干扰。另外，为了避免转子组件3在平衡方面受到影响，所以在转子铁芯32的两端的硅钢片都不设置凸块34，这样转子组件3旋转起来平衡性比较好。

转子铁芯32中间部位带有凸块34的硅钢片具有24片，两端的不带有凸块34的硅钢片分别由10片，硅钢片共计44片，每片厚度为0.5mm。如图2所示，转子铁芯32的所有硅钢片通过四根铆钉铆接固定成一体。

为了解决永磁材料抗氧化的问题，磁钢33的表面要经过镀锌处理形成一层镀锌层。

如图4所示，定子组件2包括定子铁芯21、励磁绕组23和与定子铁芯21的形状相匹配的绕线支架22，如图5所示，定子铁芯21上设有线槽，相邻两个线槽之间的部分为定子铁芯21的凸出部24，凸出部24为T型结构。绕线支架22采用硬质塑料制成，起到类似于绝缘纸的绝缘作用，其沿径向分成两个半部，分别为第一半部27和第二半部28，如图7和图8所示。第一半部27和第二半部28均为圆盘形，包括一个圆片和在圆片上的沿圆周方向设置的一圈插接块26，插接块26的形状与线槽的形状相同，插接块26的朝向圆片中心的端部为锥形，并具有一个开口，插接块26开口处的端面为台阶面，使得插接块26能够插入定子铁芯21的线槽中并通过端部的台阶面卡在凸出部24上进行固定。插接块26的个数与线槽个数相同，在插接块26上设有让漆包线通过的通孔。绕线支架22的两个半部分别从定子铁芯21的两端通过插接块26插入安装在定子铁芯21的线槽中并包覆住线槽的内表面以及定子铁芯21的两端面，只露出定子铁芯21的内圆周面。励磁绕组23是缠绕在绕线支架22上。采用此结构，电机定子组件2在定子铁芯21的线槽处安装有硬质材料制成的绕线支架22，由于绕线支架22能够固定在定子铁芯21上，不会移动，励磁绕组23可以通过机器缠绕在绕线支架22上，能够确保定子产品的一致性较好，而且还提高了定子的加工效率。

用来感应转子组件3上的磁钢33的霍尔片是安装在电路板上，电路板安装在电机内靠近定子铁芯21端部的位置，霍尔片等距设置三个，霍尔片伸入定子铁芯21上相邻两个凸出部24之间的区域中，并在其中相邻的某两个凸出部24的末端的两侧部沿轴向切去一块，形成让霍尔片伸入的避让槽，在该两个凸出部24的两侧的另外两个凸出部24上，只在末端的一侧部沿轴向切去一块，与中间的两个凸出部24相配合，共同形成三个避让槽。

如图5所示，定子铁芯21由44片硅钢片叠压构成，每片硅钢片的厚度为0.5mm，所有硅钢片通过焊接连接成一体，在定子铁芯21的外圆周面上设有沿轴向延伸的焊锡槽25，焊锡槽25沿定子铁芯21的圆周方向共设有六个。采用焊接的方法，操作简单，加工效率高，硅钢片连接可靠。

如图4所示，本伺服电机的机壳1的材质为铝合金，在机壳1的外表面设有多个散热筋，散热性能好。这种机壳1的体积比较小，具体尺寸为长度105.4mm、宽度105.4mm、高度为50mm，内孔直径为49.7mm。机壳1与定子铁芯21的为过盈配合，定子铁芯21的是通过热套挤压进入加热膨胀后的机壳1中，机壳1冷却收缩后，将定子铁芯21牢牢固定。

如图1所示，电机轴31通过两个轴承支撑在机壳1前端和后端的前端盖11和后端盖12上，在后端盖12上还安装有后罩13，在后罩13中的电机轴31的端部安装有扇叶，在电机轴31转动时，可以对电机进行降温冷却。电机轴31从前端盖11伸出的端部安装有皮带轮。

如图10所示，本伺服电机在机壳1外部还安装有一个固定支架4，电机通过该固定支架4安装到缝纫机的台板上。如图9所示，该固定支架4包括夹脚和与夹脚连接的底板45，夹脚上具有用于与机壳1连接的两个引脚42，在机壳1上设有两个相平行的与引脚42相配合的卡槽，在两个引脚42上还设有用于固定引脚42位置的锁紧机构。在引脚42插入机壳1上的卡槽中后，可以通过锁紧机构将引脚42的位置固定住，再通过底板45安装到缝纫机上，即实现伺服电机在缝纫机上的固定安装。

如图9所示，夹脚包括一个连接板41，两个引脚42分别在连接板41的两端与连接板41转动连接，引脚42安装在转轴上。锁紧机构包括锁紧螺栓43和锁紧螺母44，锁紧螺栓43穿过两个引脚42上设置的通孔，由锁紧螺母44锁紧。

如图9所示，底板45与夹脚上的连接板41为转动连接，底板45包括一个用于与缝纫机连接的平板和用于与连接板41连接的安装座，底板45通过在平板上安装三个螺丝固定到缝纫机的台板上。安装座与夹脚上的其中一个引脚42连接在同一根转轴上，该转轴的直径较大。在底板45与夹脚之间还设有角度调整机构，该角度调整机构包括与底板45上的安装座转动连接的调节杆46和与调节杆46为螺纹连接的两个调节螺母47，调节杆46的表面设有外螺纹，调节杆46并从另一个引脚42的转轴中穿过，该转轴的直径较小，调节螺母47在调节杆46上位于引脚42转轴的两侧，在调节时，可以通过调整调节螺母47的位置，使底板45与夹脚之间具有不同的角度。通过设置调节机构，使得伺服电机的位置可调，从而能够调节伺服电机上的皮带轮的位置，最终可以达到调节皮带的松紧度的目的。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种节能伺服电机，包括机壳、定子组件和转子组件，转子组件包括电机轴和套接固定在电机轴上的转子铁芯，转子铁芯由数片硅钢片叠压构成，其特征在于：所述转子组件无励磁绕组，在所述转子铁芯上安装有采用钕铁硼材料制成的多块磁钢，转子铁芯上中间部位的硅钢片在外圆周面上具有沿圆周方向分布的与磁钢个数相同的T型的凸块，硅钢片上的凸块叠压在一起形成让磁钢嵌入的卡槽，磁钢的两个端面与转子铁芯的两个端面要平齐；转子铁芯两端部位的硅钢片上不具有凸块；

所述转子铁芯的硅钢片通过铆钉铆接固定成一体；所述定子组件包括定子铁芯、励磁绕组和与定子铁芯的形状相匹配的硬质的绕线支架，定子铁芯上设有多个线槽，绕线支架插入定子铁芯的线槽中包覆住线槽的表面，励磁绕组缠绕在绕线支架上；

定子铁芯由多片硅钢片叠压构成，定子铁芯的所有硅钢片通过焊接连接成一体，定子铁芯的外圆周面上设有沿轴向延伸的焊锡槽。

2.根据权利要求1所述的节能伺服电机，其特征在于：所述磁钢设有八块。

3.根据权利要求1所述的节能伺服电机，其特征在于：所述定子铁芯的硅钢片具有44片。

4.根据权利要求1或3所述的节能伺服电机，其特征在于：所述绕线支架的材质为塑料。