CN106153973B - 一种一体式交流伺服测速机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型一体式交流伺服测速机组，包括转轴、铜套、内定子铁心、永磁磁钢、霍尔元件、无槽转子、隔磁枕套、外定子铁心、激磁绕组、机壳、端盖和配套轴承。转轴穿过无槽转子、铜套中心孔和轴承，通过端盖和机壳固定；内定子铁心通过铜套与端盖固定，永磁磁钢和霍尔元件嵌放在内定子铁心凹槽中；外定子铁心与机壳固定，励磁绕组嵌放在外定子铁心绕组槽中；无槽转子杯体置于内、外定子铁心的间隙中，无槽转子包括铁心和内、外两层短路绕组，且铁心由隔磁枕套分为内、外两层。本发明的新型交流伺服测速机组，电动机和测速装置共用同一转子，结构紧凑、体积小、运行稳定，能够直接输出与机组角速度对应的电信号，线性误差小，无剩余电压。

Description

一种一体式交流伺服测速机组

技术领域

本发明涉及一种交流伺服测速机组，更具体的是涉及一种一体式交流伺服测速机组。

背景技术

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件，将输入的电压信号变换为转轴的角位移或者角速度输出。伺服电动机按照电源性质的不同，可以分为直流伺服电动机和交流伺服电动机。其中瞬时旋转角速度信息是伺服电动机的重要参数，通过对旋转角速度的测量，可以实现伺服电动机运行状态的监测，并根据生产要求对伺服电动机进行控制。

目前常采用交流伺服测速机组，其制作工艺一般为伺服电动机和测速机共用同一个转轴，但定子和转子绕组(或杯形转子的杯体)为两段式结构，因此，测速机组的整体形状多为细长型，体积较大，机组的制造成本较高。此外，机组中采用的测速发电机为交流测速发电机，运行时输出特性存在非线性误差，主要原因是转子旋转时产生的脉振磁场，以及杯型转子存在漏抗，除此之外，由于交流异步测速发电机的两相定子绕组不完全垂直，或是气隙不均，磁路不对称，亦或是空心杯转子的壁厚不均以及制造杯型转子的材料不均，都会造成一定的剩余电压。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种一体式交流伺服测速机组。

本发明的目的采取下述技术方案实现：

一种一体式交流伺服测速机组，包括转轴、铜套、内定子铁心、永磁磁钢、霍尔元件、无槽转子、隔磁枕套、外定子铁心、激磁绕组、机壳、前后端盖和配套轴承；

所述转轴依次穿过前端盖轴承、无槽转子、铜套中心孔和后端盖轴承，分别通过前、后端盖与机壳固定；

所述铜套固定在后端盖的内侧，中心设有通孔；

所述内定子铁心同心地固定在铜套的外侧，且设有夹槽；

所述永磁磁钢固定在内定子铁心的夹槽中；

所述霍尔元件固定在内定子铁心的夹槽中；

所述永磁磁钢和霍尔元件的安装位置在空间上错开90°角；

所述外定子铁心固定在机壳的内侧，且设有绕组槽；

所述激磁绕组为两相，嵌放在外定子铁心的绕组槽中；

所述无槽转子为固化一体式结构，整体为杯形，其杯体置于内、外定子铁心之间的空气隙中；

所述无槽转子的杯底与转轴固定，跟随转轴一同旋转；

所述无槽转子包括铁心和内、外两层绕组，且直接短路，分别固定在铁心的内侧和外侧；

所述隔磁枕套为圆筒形，置于无槽转子的铁心中，将无槽转子的铁心分为内、外两层；

所述霍尔元件为两片，安装位置在空间上错开180°角；

所述永磁磁钢为两片，安装位置在空间上错开180°角；

所述两相激磁绕组的安装位置在空间上错位对称排列，且分别通入两相错开90°电角度的交流电压。

本发明的有益效果：一种一体式交流伺服测速机组，交流伺服电动机与测速装置共用同一无槽杯形转子，具有结构紧凑、体积小、运行平稳等优点；此外，测速装置能够直接输出机组的瞬时旋转角速度信号，线性误差小，且不存在剩余电压。

附图说明

图1为本发明的一种一体式交流伺服测速机组的结构图；

图2为本发明的一种一体式交流伺服测速机组的A-A截面图；

图3为本发明的一种一体式交流伺服测速机组的工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图进一步描述本发明的一种一体式交流伺服测速机组的实施。

如图1、图2所示，一种一体式交流伺服测速机组，包括转轴1、前端盖轴承2、前端盖3、机壳4、外定子铁心5、激磁绕组6、无槽转子7、隔磁枕套8、永磁磁钢9、铜套10、后端盖轴承11、后端盖12、霍尔元件13和内定子铁心14；

所述转轴1依次穿过前端盖轴承2、无槽转子7、铜套10的中心孔和后端盖轴承11，分别通过前端盖3和后端盖12与机壳4固定；

所述铜套10固定在后端盖12的内侧，中心设有通孔；

所述内定子铁心14同心地固定在铜套10的外侧，且设有夹槽；

所述永磁磁钢9固定在内定子铁心14的夹槽中；

所述霍尔元件13固定在内定子铁心14的夹槽中；

所述永磁磁钢9和霍尔元件13的安装位置在空间上错开90°角；

所述外定子铁心5固定在机壳4的内侧，且设有绕组槽；

所述激磁绕组6为两相，分别为601-604和605-608，嵌放在外定子铁心5的绕组槽中；

所述无槽转子7为固化一体式结构，整体为杯形，其杯体置于内定子铁心14与外定子铁心5之间的空气隙中；

所述无槽转子7的杯底与转轴1固定，跟随转轴1一同旋转；

所述无槽转子7包括铁心和内层绕组702、外层绕组701，且绕组702和701直接短路，分别固定在铁心的内侧和外侧；

所述隔磁枕套8为圆筒形，置于无槽转子7的铁心中，将无槽转子7的铁心分为内、外两层；

所述霍尔元件13为两片，分别为1301和1302，两片霍尔元件的安装位置在空间上错开180°角；

所述永磁磁钢9为两片，分别为901和902，两片永磁磁钢的安装位置在空间上错开180°角；

所述两相激磁绕组601-604和605-608的安装位置在空间上错位对称排列，且分别通入两相错开90°电角度的交流电压。

图3为本发明的一种一体式交流伺服测速机组的工作原理图：

根据交流电动机的工作原理可知，当两相对称的激磁绕组，通入两相对称的交流电压时，会在气隙中产生旋转磁场。根据图3所示的激磁绕组结构，形成的旋转磁场为对称的四个磁极，假设磁通量为Φ₁，则该磁通经由外定子铁心、空气隙和无槽转子的外铁心形成闭合回路。

由于磁通量Φ₁为旋转磁场，根据法拉第电磁感应定律，无槽转子的外层绕组产生感应电动势，由于无槽转子的外层绕组直接短路，因此绕组中存在电流，该电流在旋转磁场的作用下受到电磁力的作用，继而产生驱动的电磁转矩，带动无槽转子开始转动，假设瞬时旋转角速度为Ω。

假设无槽转子受到的电磁转矩为逆时针方向，则无槽转子的内层绕组开始切割永磁磁钢的磁通Φ₂，该磁通经由内定子铁心、空气隙和无槽转子的内铁心形成闭合回路，且磁通Φ₂不经过霍尔元件。

当无槽转子的内层绕组以角速度Ω逆时针切割磁通Φ₂时，根据法拉第电磁感应定律，无槽转子的内层绕组产生的感应电动势为：

e＝C_eΦ₂Ω (1)，

式中C_e为与无槽转子内层绕组结构相关的常数。

根据右手定则，感应电动势e的方向如图3所示，由于无槽转子的内层绕组为短路连接，则绕组中产生短路电流i，且电流正比于感应电动势。该短路电流产生的磁通为Φ₃，假设磁路不饱和，则磁通Φ₃与短路电流成正比，且方向与电流符合右手螺旋定则。

根据上述过程可知，磁通Φ₃与感应电动势e成正比，即：

Φ₃∝i∝e (2)。

由于磁通Φ₃穿过内定子铁心、霍尔元件、空气隙和无槽转子的内铁心后形成闭合回路，所以此时霍尔元件会产生霍尔电势：

E_H∝Φ₃ (3)。

联立公式(3)和公式(2)可知，霍尔电势E_H与机组的瞬时旋转角速度Ω成正比。

当无槽转子静止时，由于永磁磁钢形成的磁通量Φ₂不穿过霍尔元件，因此霍尔元件不会产生霍尔电势，即不存在剩余电压。

本发明的一种一体式交流伺服测速机组，交流伺服电动机与测速装置共用同一无槽杯形转子，具有结构紧凑、体积小、运行平稳等优点；此外，测速装置能够直接输出机组的瞬时旋转角速度信号，线性误差小，且不存在剩余电压。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种一体式交流伺服测速机组，包括转轴、铜套、内定子铁心、永磁磁钢、霍尔元件、无槽转子、隔磁枕套、外定子铁心、激磁绕组、机壳、前后端盖和配套轴承；

其特征在于：所述转轴依次穿过前端盖轴承、无槽转子、铜套中心孔和后端盖轴承，分别通过前、后端盖与机壳固定；

所述铜套固定在后端盖的内侧，中心设有通孔；

所述内定子铁心同心地固定在铜套的外侧，且设有夹槽；

所述永磁磁钢固定在内定子铁心的夹槽中；

所述霍尔元件固定在内定子铁心的夹槽中；

所述永磁磁钢和霍尔元件在空间上错开90°角；

所述外定子铁心固定在机壳的内侧，且设有绕组槽；

所述激磁绕组为两相，嵌放在外定子铁心的绕组槽中；

所述无槽转子为固化一体式结构，整体为杯形，其杯体置于内、外定子铁心之间的空气隙中；

所述无槽转子的杯底与转轴固定，跟随转轴一同旋转；

所述无槽转子包括铁心和内、外两层绕组，且直接短路，分别固定在铁心的内侧和外侧；

所述隔磁枕套为圆筒形，置于无槽转子的铁心中，将无槽转子的铁心分为内、外两层；

所述两相激磁绕组的安装位置在空间上错位对称排列，且分别通入两相错开90°电角度的交流电压。

2.根据权利要求1所述的一种一体式交流伺服测速机组，其特征在于：霍尔元件为两片，安装位置在空间上错开180°角。

3.根据权利要求1所述的一种一体式交流伺服测速机组，其特征在于：永磁磁钢为两片，安装位置在空间上错开180°角。