CN107425616A - 一种双通道伺服电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种双通道伺服电机，属于特种电机技术领域，包括定子铁心、励磁绕组、转子铁心、定子隔离块、轴承和轴。所述定子铁心固定在轴上，转子铁心在轴承的作用下可绕轴旋转。转子铁心上有16个均布的凸形转子极，呈扇形的定子铁心共有9个，每个定子铁心上有2个凸形的定子极。定子铁心之间的定子固定块外侧有电枢槽，同一个定子铁心的两个定子极之间有外侧励磁槽，外侧励磁槽内嵌有励磁绕组和电枢绕组；每个定子铁心的内侧有内侧励磁槽，内侧励磁槽嵌有励磁绕组；每个定子极上绕有集中式的电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反。本发明的技术定子铁心相互独立，每个定子铁心上的励磁绕组通电产生磁场，磁路之间相互隔离，提高了电机效率和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种双通道伺服电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
无论是在日常生活中还是在工业生产中都会见到伺服电机的身影。伺服电机的转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其中，电励磁伺服电机作为伺服电机的一种，它与永磁伺服电机不同之处在于电励磁伺服电机由励磁绕组通电产生磁通代替永磁电机使用永磁体提供磁通，从而解决了永磁伺服电机磁场不可调的问题。
目前，关于伺服电机的发明专利并不多见，同时相关的专利主要集中在伺服电机的性能测试方面，并未涉及到伺服电机本体结构的研究。例如申请号为201610968476.3的专利申请：一种交流伺服电机的速度检测方法及系统，公开了一种交流伺服电机的速度检测方法，能够在电机低速运转时，提高系统的检测精度,获得理想的速度特性和伺服性能。
另外，伺服电机用在高精度场合下必须保证其电机的可靠性，其工作的可靠性一般是由电机控制方法和电机本体结构设计两方面来决定。在本发明中主要是通过采用新型的双凸极电机结构来实现伺服电机的可靠工作。在双凸极电机的相关研究中，有授权号为ZL2013100794514的发明专利：各相电感对称的四相双凸极无刷直流电机，四相电机拥有四相定子绕组，这种相数冗余的设计使得四相电机可以进一步提高电机的可靠性，以使电动车在故障后主动重构系统的软硬件结构，在不损失性能或仅降低部分性能指标的情况下，使系统实现容错运行。该专利提出了新型的12/9极结构和各相对称的新型绕组配置方式。
在此基础上，发明人对多相双凸极电机的极数和极弧系数进行了深入的研究，在《中国电机工程学报》2015年第七期发表了“多相电励磁双凸极发电机极数与极弧系数研究”的学术论文，指出定子极数和转子极数之比应为m/(m+1)或m/(m-1)。
作为已有技术，传统的双凸极电机具有较大的转矩脉动，其换向转矩脉动产生的原理可见《中国电机工程学报》2011年第27期论文“基于半桥变换器的电励磁双凸极电机角度优化控制策略”。随着研究的深入，发明人发现前期提出的技术仍旧存在较大的换向转矩脉动，因此急需研究一种换向转矩脉动较小的伺服电机。
基于此，本发明提出一种反电势为正弦波的电机以减小换向转矩脉动，同时具备多相绕组以提高系统的可靠性。本发明的技术突破了原有双凸极电机极数之比应为m/(m+1)或m/(m-1)这一技术偏见，因此具有创造性。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种定子铁心相互独立、故障不能传播的一种双通道伺服电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
一种双通道伺服电机，为外转子结构，包括定子铁心、励磁绕组、转子铁心、定子隔离块、轴承和轴，其特征在于：
所述定子铁心固定在轴上；转子铁心在轴承的作用下可绕轴旋转；
所述转子铁心上有16个均布的凸形转子极；
呈扇形的定子铁心共有9个，每个定子铁心上有2个凸形的定子极，所有18个凸形的定子极沿圆周方向均布；
定子铁心之间有定子隔离块，定子隔离块和轴皆不导磁；
定子铁心之间的定子固定块外侧有电枢槽；
同一个定子铁心的两个定子极之间有外侧励磁槽，外侧励磁槽内嵌有励磁绕组和电枢绕组；
每个定子铁心的内侧有内侧励磁槽，内侧励磁槽嵌有励磁绕组；励磁绕组从定子铁心的内侧励磁槽绕进，再从外侧励磁槽绕出；所有励磁绕组的绕制方向相同；
每个定子极上绕有集中式的电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反。
如上所述的一种双通道伺服电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次是第一A相电枢绕组、第二A相电枢绕组、第一X相电枢绕组、第一B相电枢绕组、第二B相电枢绕组、第一Y相电枢绕组、第一C相电枢绕组、第二C相电枢绕组、第一Z相电枢绕组、第三A相电枢绕组、第二X相电枢绕组、第三X相电枢绕组、第三B相电枢绕组、第二Y相电枢绕组、第三Y相电枢绕组、第三C相电枢绕组、第二Z相电枢绕组和第三Z相电枢绕组。
如上所述的一种双通道伺服电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
如上所述的一种双通道伺服电机，其特征在于：A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组组成一个通道；X相电枢绕组、Y相电枢绕组和Z相电枢绕组组成另一个通道。
本发明的有益效果是：
1电机的定子铁心相互独立，磁路相互隔离、可以把故障限制在一相内，以减小故障相对其它相造成负面影响，防止故障传播；
2本发明转子为凸极结构，工作可靠；
3电机采用六相绕组，且绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高；
4总的磁链较短，定子铁心磁阻小，铁耗少，硅钢片用量少、电机重量轻。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明一种双通道伺服电机横剖图。其中，1、转子铁心，2、定子铁心，3、电枢绕组，4、励磁绕组，5、定子隔离块，6、轴。
图2是本发明一种双通道伺服电机各个线圈矢量星形图。
图3是本发明一种双通道伺服电机各相绕组矢量星形图。
图4是本发明一种双通道伺服电机功率变换器拓扑图。
具体实施方式
本发明提供一种双通道伺服电机，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明一种双通道伺服电机横剖图。如图所示，所述一种双通道伺服电机为外转子结构，包括定子铁心、励磁绕组、转子铁心、定子隔离块、轴承和轴。
所述定子铁心固定在轴上，转子铁心在轴承的作用下可绕轴旋转。转子铁心上有16个均布的凸形转子极；呈扇形的定子铁心共有9个，每个定子铁心上有2个凸形的定子极，所有18个凸形的定子极沿圆周方向均布。定子铁心之间有定子隔离块，定子隔离块和轴皆不导磁。定子铁心之间的定子固定块外侧有电枢槽。同一个定子铁心的两个定子极之间有外侧励磁槽，外侧励磁槽内嵌有励磁绕组和电枢绕组。每个定子铁心的内侧有内侧励磁槽，内侧励磁槽嵌有励磁绕组。励磁绕组从定子铁心的内侧励磁槽绕进，再从外侧励磁槽绕出，所有励磁绕组的绕制方向相同。每个定子极上绕有集中式的电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反。
转子极为斜极结构。
所述的一种双通道伺服电机沿圆周方向的电枢绕组依次是第一A相电枢绕组、第二A相电枢绕组、第一X相电枢绕组、第一B相电枢绕组、第二B相电枢绕组、第一Y相电枢绕组、第一C相电枢绕组、第二C相电枢绕组、第一Z相电枢绕组、第三A相电枢绕组、第二X相电枢绕组、第三X相电枢绕组、第三B相电枢绕组、第二Y相电枢绕组、第三Y相电枢绕组、第三C相电枢绕组、第二Z相电枢绕组、第三Z相电枢绕组。
图2是本发明一种双通道伺服电机各个线圈矢量星形图。相邻绕组相差40°电角度。
图3是本发明一种双通道伺服电机各相绕组矢量星形图。第一A相电枢绕组、第二A相电枢绕组和第三A相电枢绕组串联组成A相绕组；第一B相电枢绕组、第二B相电枢绕组和第三B相电枢绕组串联组成B相绕组；第一C相电枢绕组、第二C相电枢绕组和第三C相电枢绕组串联组成C相绕组；第一X相电枢绕组、第二X相电枢绕组和第三X相电枢绕组串联组成X相绕组；第一Y相电枢绕组、第二Y相电枢绕组和第三Y相电枢绕组串联组成E相绕组；第一Z相电枢绕组、第二Z相电枢绕组和第三Z相电枢绕组串联组成Z相绕组。
图4是本发明一种双通道伺服电机功率变换器拓扑图。A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组组成一个通道；X相电枢绕组、Y相电枢绕组和Z相电枢绕组组成另一个通道。
下面对本发明提出的一种双通道伺服电机进行工作原理的说明。
在本发明一种双通道伺服电机中给励磁绕组通电产生磁场，磁通经过各个定子铁心的定子轭部、定子齿部、空气隙、转子齿部、转子轭部形成闭合回路。通过位置传感器检测电机转子位置，将位置信号输送给控制器后，控制器控制功率变换器的相应开关管，给电感上升的绕组通以正向电流，给电感下降的绕组通以负向电流，电机即可实现对外输出转矩。
需要指出的是，本发明的一种双通道伺服电机所采用极数并不是一个有限数值内的选取问题，而是对传统设计理念禁锢的一种突破，克服了传统双凸极电机极数方面的技术偏见。
Claims (4)
1.一种双通道伺服电机，为外转子结构，包括定子铁心、励磁绕组、转子铁心、定子隔离块、轴承和轴，其特征在于：
所述定子铁心固定在轴上；转子铁心在轴承的作用下可绕轴旋转；
所述转子铁心上有16个均布的凸形转子极；
呈扇形的定子铁心共有9个，每个定子铁心上有2个凸形的定子极，所有18个凸形的定子极沿圆周方向均布；
定子铁心之间有定子隔离块，定子隔离块和轴皆不导磁；
定子铁心之间的定子固定块外侧有电枢槽；
同一个定子铁心的两个定子极之间有外侧励磁槽，外侧励磁槽内嵌有励磁绕组和电枢绕组；
每个定子铁心的内侧有内侧励磁槽，内侧励磁槽嵌有励磁绕组；励磁绕组从定子铁心的内侧励磁槽绕进，再从外侧励磁槽绕出；所有励磁绕组的绕制方向相同；
每个定子极上绕有集中式的电枢绕组，相邻的电枢绕组绕向相反。
2.如权利要求1所述的一种双通道伺服电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次是第一A相电枢绕组、第二A相电枢绕组、第一X相电枢绕组、第一B相电枢绕组、第二B相电枢绕组、第一Y相电枢绕组、第一C相电枢绕组、第二C相电枢绕组、第一Z相电枢绕组、第三A相电枢绕组、第二X相电枢绕组、第三X相电枢绕组、第三B相电枢绕组、第二Y相电枢绕组、第三Y相电枢绕组、第三C相电枢绕组、第二Z相电枢绕组和第三Z相电枢绕组。
3.如权利要求1所述的一种双通道伺服电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
4.如权利要求2所述的一种双通道伺服电机，其特征在于：A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组组成一个通道；X相电枢绕组、Y相电枢绕组和Z相电枢绕组组成另一个通道。
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