CN106300842B - 一种双转子永磁式直流伺服测速机组 - Google Patents

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Abstract

一种双转子永磁式直流伺服测速机组，包括转轴、电刷及支架、换向器、绝缘套筒、无槽转子、外定子铁心、永磁磁钢、杯形转子、内定子铁心、霍尔元件、铜套、机壳、前后端盖及轴承。转轴依次穿过前端盖轴承、绝缘套筒、无槽转子、杯形转子、铜套中心孔和后端盖轴承，分别通过前、后端盖与机壳固定；无槽转子的绕组通过换向器与电刷相连；换向器通过绝缘套筒固定在转轴上；霍尔元件固定在内定子铁心中；永磁磁钢固定在外定子铁心中；杯形转子的杯体置于内外定子铁心之间气隙中。本发明的双转子永磁式直流伺服测速机组，电动机和测速装置共用同一磁场和转轴，结构紧凑、体积小、运行稳定，且测速装置的信号为无刷输出，线性误差小，无低速失灵区。

Description

一种双转子永磁式直流伺服测速机组
技术领域
本发明涉及一种直流伺服测速机组，更具体的是涉及一种双转子永磁式直流伺服测速机组。
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。
目前常采用直流伺服测速机组，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，且机组的制造成本也较高。此外，对于直流伺服测速机组，采用的测速发电机为直流测速发电机，其电枢电路包括电刷和换向片，会产生相应的接触电阻，导致测速发电机的输出特性存在线性误差和低速失灵区。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种双转子永磁式直流伺服测速机组。
本发明的目的采取下述技术方案实现：
一种双转子永磁式直流伺服测速机组，包括转轴、电刷及支架、换向器、绝缘套筒、无槽转子、外定子铁心、永磁磁钢、杯形转子、内定子铁心、霍尔元件、铜套、机壳、前、后端盖及配套轴承；
其特征在于：所述转轴依次穿过前端盖轴承、绝缘套筒、无槽转子、杯形转子、铜套中心孔和后端盖轴承，分别通过前、后端盖与机壳固定；
所述绝缘套筒、无槽转子和杯形转子与转轴固定，随转轴旋转；
所述电刷通过支架固定在前端盖内侧；
所述换向器通过绝缘套筒固定在转轴上；
所述无槽转子为杯形结构，其铁心和绕组为固化一体式设计，无槽转子的绕组通过换向器与电刷相连；
所述内定子铁心固定在铜套外侧；
所述霍尔元件固定在内定子铁心中；
所述内定子铁心和霍尔元件置于杯形转子杯体的内部；
所述杯形转子的杯体置于内定子铁心和外定子铁心之间的空气隙中；
所述永磁磁钢固定在外定子铁心中；
所述无槽转子的杯形置于外定子铁心和机壳之间的空气隙中；
所述外定子铁心和铜套固定在后端盖的内侧；
所述内定子铁心设有凹槽，霍尔元件为四片，嵌放在内定子铁心的凹槽中，且在空间上均匀分布；
所述外定子铁心设有凹槽，永磁磁钢为四片，嵌放在外定子铁心的凹槽中，且在空间上均匀分布；
所述永磁磁钢和霍尔元件的位置在空间上错开45°角；
所述杯形转子采用一体式结构，由黄铜材料制成。
本发明的有益效果：一种双转子永磁式直流伺服测速机组，伺服电动机和测速装置共用同一定子磁场，转子采用同心内套式双层设计，结构紧凑、体积小、噪声低、运行平稳；此外，机组中的测速装置采用无刷、无槽结构，动态特性好，测量精度高，能够直接将直流伺服电动机的瞬时旋转角速度信号输出，且线性误差小，不存在低速失灵区。
附图说明
图1为本发明的一种双转子永磁式直流伺服测速机组的结构图；
图2为本发明的一种双转子永磁式直流伺服测速机组的A-A截面图；
图3为本发明的一种双转子永磁式直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双电枢永磁式直流伺服测速机组的实施。
如图1、图2所示，一种双转子永磁式直流伺服测速机组，包括转轴1、前端盖轴承2、前端盖3、绝缘套筒4、换向器5、电刷6、电刷支架7、机壳8、无槽转子9、永磁磁钢10、外定子铁心11、后端盖12、杯形转子13、铜套14、后端盖轴承15、内定子铁心16和霍尔元件17；
所述转轴1依次穿过前端盖轴承2、绝缘套筒4、无槽转子9、杯形转子13、铜套14的中心孔和后端盖轴承15，分别通过前端盖3和后端盖12与机壳8固定；
所述绝缘套筒4、无槽转子9和杯形转子13与转轴1固定，随转轴1旋转；
所述电刷6通过支架7固定在前端盖3的内侧；
所述换向器5通过绝缘套筒4固定在转轴1上；
所述无槽转子9为杯形结构，其铁心和绕组为固化一体式设计，无槽转子9的绕组通过换向器5与电刷6相连；
所述内定子铁心16固定在铜套14的外侧；
所述霍尔元件17固定在内定子铁心16中；
所述内定子铁心16和霍尔元件17置于杯形转子13杯体的内部；
所述杯形转子13的杯体置于内定子铁心16和外定子铁心11之间的空气隙中；
所述永磁磁钢10固定在外定子铁心11中；
所述无槽转子9的杯形置于外定子铁心11和机壳8之间的空气隙中；
所述外定子铁心11和铜套14固定在后端盖12的内侧；
所述内定子铁心16设有凹槽，霍尔元件17为四片，嵌放在内定子铁心16的凹槽中，且在空间上均匀分布；
所述外定子铁心11设有凹槽，永磁磁钢10为四片，嵌放在外定子铁心11的凹槽中，且在空间上均匀分布；
所述永磁磁钢10和霍尔元件17的位置在空间上错开45°角；
所述杯形转子13采用一体式结构，由黄铜材料制成。
图3为本发明的一种双电枢永磁式直流伺服测速机组的工作原理图：
直流电流I通过电刷和换向器后，接入到无槽转子的绕组中形成闭合回路，电流I的方向如图所示。永磁磁钢形成的磁场分布情况如图3所示，一部分经过外定子铁心、空气隙、无槽转子的绕组及内部铁心后形成闭合回路，假设该部分恒定磁通为Φ1，根据直流电动机的电磁转矩公式可知，无槽转子绕组受到的驱动转矩为：
T＝CTΦ1I (1)，
式中CT为与无槽转子绕组结构相关的常数。
根据左手定则，无槽转子受到的电磁转矩为顺时针方向，即此时无槽转子为顺时针旋转。
此外，永磁磁钢形成的磁场，还有一部分经过外定子铁心、空气隙、杯形转子及内定子铁心后形成闭合回路，假设该部分恒定磁通为Φ2。由于霍尔元件与永磁磁钢在空间上互相错开45°空间角，所以此时磁通Φ2不会穿过霍尔元件。
当无槽转子为顺时针旋转时，带动转轴和杯形转子一同转动，假设瞬时旋转角速度为Ω，杯形转子的杯体可以看做是很多根导条，如图3所示。则根据法拉第电磁感应定律，杯形转子的导条切割磁通Φ2产生的感应电动势为：
e＝CeΦ2Ω (2)，
式中Ce为与杯形转子结构相关的常数。
根据右手定则，感应电动势e的方向如图3所示，对应电流产生的磁通为Φ3，其方向与感应电流符合右手螺旋定则，且与感应电动势成正比，即：
Φ3∝e∝Ω (3)。
由于磁通Φ3穿过外定子铁心、空气隙、杯形转子、内定子铁心和霍尔元件后形成闭合回路，所以此时霍尔元件会产生霍尔电势：
EH∝Φ3 (4)。
联立公式(4)和公式(3)可知，霍尔电势与机组的瞬时旋转角速度Ω成正比。
本发明的一种双转子永磁式直流伺服测速机组，伺服电动机和测速装置共用同一定子磁场，转子采用同心内套式双层设计，结构紧凑、体积小、噪声低、运行平稳；此外，机组中的测速装置采用无刷、无槽结构，动态特性好，测量精度高，能够直接将直流伺服电动机的瞬时旋转角速度信号输出，且线性误差小，不存在低速失灵区。
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 (5)

1.一种双转子永磁式直流伺服测速机组，包括转轴、电刷及支架、换向器、绝缘套筒、无槽转子、外定子铁心、永磁磁钢、杯形转子、内定子铁心、霍尔元件、铜套、机壳、前、后端盖及配套轴承；
其特征在于：所述转轴依次穿过前端盖轴承、绝缘套筒、无槽转子、杯形转子、铜套中心孔和后端盖轴承，分别通过前、后端盖与机壳固定；
所述绝缘套筒、无槽转子和杯形转子与转轴固定，随转轴旋转；
所述电刷通过支架固定在前端盖内侧；
所述换向器通过绝缘套筒固定在转轴上；
所述无槽转子为杯形结构，其铁心和绕组为固化一体式设计，无槽转子的绕组通过换向器与电刷相连；
所述内定子铁心固定在铜套外侧；
所述霍尔元件固定在内定子铁心中；
所述内定子铁心和霍尔元件置于杯形转子杯体的内部；
所述杯形转子的杯体置于内定子铁心和外定子铁心之间的空气隙中；
所述永磁磁钢固定在外定子铁心中；
所述无槽转子的杯形置于外定子铁心和机壳之间的空气隙中；
所述外定子铁心和铜套固定在后端盖的内侧。
2.根据权利要求1所述的一种双转子永磁式直流伺服测速机组，其特征在于：内定子铁心设有凹槽，霍尔元件为四片，嵌放在内定子铁心的凹槽中，且在空间上均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种双转子永磁式直流伺服测速机组，其特征在于：外定子铁心设有凹槽，永磁磁钢为四片，嵌放在外定子铁心的凹槽中，且在空间上均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种双转子永磁式直流伺服测速机组，其特征在于：永磁磁钢和霍尔元件的位置在空间上错开45°角。
5.根据权利要求1所述的一种双转子永磁式直流伺服测速机组，其特征在于：杯形转子采用一体式结构，由黄铜材料制成。
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