CN110855033B - 轻型汽车高可靠性双通道伺服电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，包括转子铁心、主电枢绕组、附加电枢绕组、转轴、永磁体和定子铁心；电枢槽共有18个，包括12个大电枢槽和6个小电枢槽，两相邻的大电枢槽中心线夹角为30°；电枢极上的电枢绕组分为主电枢绕组和附加电枢绕组，主电枢绕组和附加电枢绕组匝数比优选为0.8：0.2；所述的轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组组成第一个通道，X相电枢绕组、Y相电枢绕组和Z相电枢绕组组成第二个通道；A相与X相的相位差为30°，B相与Y相的相位差为30°，C相与Z相的相位差为30°；本发明的技术与传统的伺服电机相比，采用主电枢绕组的长距加附加电枢绕组的短距的绕组方式减小伺服电机的转矩脉动。

Description

轻型汽车高可靠性双通道伺服电机
技术领域
轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，属于汽车电机电器技术领域。
背景技术
伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。伺服电机可使控制速度、位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机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，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，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。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
目前，伺服电机控制技术正朝着交流化、数字化、智能化三个方向发展，作为数控机床的执行机构，伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。随着现代工业自动化程度的逐渐提高，伺服电机的应用已经成为工业控制的主流，并且在当代工业设备生产中占有相当重要的地位，伺服电机的精确的速度控制结构、噪音小和可靠性高等诸多优越性能使其被人们所青睐。
伺服电机属于机电元件，在系统中起着执行、检测的作用。从运行原理上讲，伺服电机和普通的电机都是依据电磁感应定理和电磁力定理实现机电能量转换和信号传递的装置，没有本质的差别。但普通的电机着重于对电机的力学指标方面的要求，而直流伺服电机则着重于对特性、高精度和快速响应方面的要求。
目前，关于伺服电机的研究主要是以其控制方法和性能测试方法为主。例如申请号为201610731573 .0的专利申请：一种伺服电机控制方法，公开了一种伺服电机控制方法，能够解决现有伺服电机存在由于设置转矩限制值过大导致驱动的机械部件损坏、生产成本高的问题。还有申请号为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。
作为已有技术，传统的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。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种减小转矩脉动的轻型汽车高可靠性双通道伺服电机。
轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，包括转子铁心、主电枢绕组 、附加电枢绕组、转轴、永磁体和定子铁心；其特征在于：
永磁体共有10个，且以表面凸出式或嵌入式的方式固定在转子铁心上，永磁体采取径向充磁；
所述伺服电机共有18个电枢槽，包括12个大电枢槽和6个小电枢槽，顺时针沿圆周方向第1、3、4、6、7、9、10、12、13、15、16和第18个电枢槽为大电枢槽，其余6个电枢槽为小电枢槽；小电枢槽分布在两大电枢槽中间，即第1和3、第4和6、第7和9、第10和12、第13和15以及第16和18个电枢槽中间；两相邻的大电枢槽中心线夹角为30°；
所述电枢极上的电枢绕组分为主电枢绕组和附加电枢绕组；主电枢绕组为绕制在同一电枢极两侧的两相邻大电枢槽内，即从第3n-2个电枢槽绕制到第3n个电枢槽，n为正整数；附加电枢绕组为绕制在相邻的两个大电枢槽和小电枢槽内，即从第3n-1个电枢槽绕制到第3n个电枢槽；主电枢绕组和附加电枢绕组匝数比优选为0.8：0.2；同时绕在第3n个电枢槽上的主电枢绕组和附加电枢绕组串联组成一相电枢绕组。
如上所述的轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次是A相电枢绕组、X相电枢绕组、B相电枢绕组、Y相电枢绕组、C相电枢绕组和Z相电枢绕组。
如上所述的轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，特征在于：A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组组成第一个通道；X相电枢绕组、Y相电枢绕组和Z相电枢绕组组成第二个通道。
如上所述轻型的汽车高可靠性双通道伺服电机，特征在于：A相与X相的相位差为30°，B相与Y相的相位差为30°，C相与Z相的相位差为30°。
本发明的有益效果是：
1在本发明中增加附加电枢绕组，可以有效的减少转矩脉动；
2两套绕组电枢反应磁动势在空间上有30°相移，有利于扩大弱磁控制范围；
3采用双通道工作，增加电机工作的可靠性。
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是本发明轻型汽车高可靠性双通道伺服电机第一实施例结构纵剖图。其中，1、主电枢绕组，2、附加电枢绕组，3、转轴，4、永磁极，5、转子铁心，6、定子铁心。
图2是本发明轻型汽车高可靠性双通道伺服电机绕线图。
图3为所设计的电机转矩原理图。
图4为轻型汽车高可靠性双通道伺服电机各线圈矢量星形图。
具体实施方式
本发明提供轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，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。
如图1所示的轻型汽车高可靠性双通道伺服电机第1实施例结构纵剖图，包括转子铁心、主电枢绕组 、附加电枢绕组、转轴、永磁体和定子铁心；其特征在于：永磁体共有10个，且以表面凸出式或嵌入式的方式固定在转子铁心上，永磁体采取径向充磁；所述伺服电机共有18个电枢槽，包括12个大电枢槽和6个小电枢槽，顺时针沿圆周方向第1、3、4、6、7、9、10、12、13、15、16和第18个电枢槽为大电枢槽，其余6个电枢槽为小电枢槽；小电枢槽分布在两大电枢槽中间，即第1和3、第4和6、第7和9、第10和12、第13和15以及第16和18个电枢槽中间；两相邻的大电枢槽中心线夹角为30°；所述电枢极上的电枢绕组分为主电枢绕组和附加电枢绕组；主电枢绕组为绕制在同一电枢极两侧的两相邻大电枢槽内，即从第3n-2个电枢槽绕制到第3n个电枢槽，n为正整数；附加电枢绕组为绕制在相邻的两个大电枢槽和小电枢槽内，即从第3n-1个电枢槽绕制到第3n个电枢槽；主电枢绕组和附加电枢绕组匝数比优选为0.8：0.2；同时绕在第3n个电枢槽上的主电枢绕组和附加电枢绕组串联组成一相电枢绕组。
轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次是A相电枢绕组、X相电枢绕组、B相电枢绕组、Y相电枢绕组、C相电枢绕组和Z相电枢绕组。
轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，特征在于：A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组组成第一个通道；X相电枢绕组、Y相电枢绕组和Z相电枢绕组组成第二个通道。
轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，特征在于：A相与X相的相位差为30°，B相与Y相的相位差为30°，C相与Z相的相位差为30°。
图2是本发明轻型汽车高可靠性双通道伺服电机绕线图，在位于同一电枢极的两相邻的大电枢槽中间开设小电枢槽，主电枢绕组为绕制在同一电枢极两侧的两相邻大电枢槽内，即从第3n-2个电枢槽绕制到第3n个电枢槽，n为正整数；附加电枢绕组为绕制在相邻的两个大电枢槽和小电枢槽内，即从第3n-1个电枢槽绕制到第3n个电枢槽；主电枢绕组和附加电枢绕组匝数比优选为0.8：0.2；同时绕在第3n个电枢槽上的主电枢绕组和附加电枢绕组串联组成一相电枢绕组。
图3是本发明的转矩原理图，由于磁阻电机特性，主电枢绕组产生的转矩成斜坡状，而补偿电枢绕组产生的转矩，可以有效补充了转矩斜坡的最小值，减小了磁阻电机的转矩脉动。
图4为轻型汽车高可靠性双通道伺服电机各线圈矢量星形图，A相与X相的相位差为30°，B相与Y相的相位差为30°，C相与Z相的相位差为30°，可以采取一套电机驱动，另一套电机产生去磁作用的运行方式，有利于扩大弱磁控制范围。
本发明提供的轻型汽车高可靠性双通道伺服电机技术效果为：受磁阻电机转矩影响，电枢绕组产生的转矩转矩出现最大值与最小值，通过设置附加电枢绕组，附加电枢绕组形成另一个转矩，此时，附加电枢绕组与主电枢绕组形成的转矩矢量相加，附加电枢绕组形成的转矩可以有效的弥补主电枢绕组转矩的最小值，从而达到减小电机转矩脉动的效果。

Claims (4)

1.轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，其特征在于：包括转子铁心、主电枢绕组 、附加电枢绕组、转轴、永磁体和定子铁心；
永磁体共有10个，且以表面凸出式或嵌入式的方式固定在转子铁心上，永磁体采取径向充磁；
所述伺服电机共有18个电枢槽，包括12个大电枢槽和6个小电枢槽，顺时针沿圆周方向第1、3、4、6、7、9、10、12、13、15、16和第18个电枢槽为大电枢槽，其余6个电枢槽为小电枢槽；小电枢槽分布在两大电枢槽中间，即第1和3、第4和6、第7和9、第10和12、第13和15以及第16和18个电枢槽中间；两相邻的大电枢槽中心线夹角为30°；
电枢极上的电枢绕组分为主电枢绕组和附加电枢绕组；主电枢绕组为绕制在同一电枢极两侧的两相邻大电枢槽内，即从第3n-2个电枢槽绕制到第3n个电枢槽，n为正整数；附加电枢绕组为绕制在相邻的两个大电枢槽和小电枢槽内，即从第3n-1个电枢槽绕制到第3n个电枢槽；主电枢绕组和附加电枢绕组匝数比为0.8：0.2；同时绕在第3n个电枢槽上的主电枢绕组和附加电枢绕组串联组成一相电枢绕组。
2.如权利要求1所述的轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次是A相电枢绕组、X相电枢绕组、B相电枢绕组、Y相电枢绕组、C相电枢绕组和Z相电枢绕组。
3.如权利要求1所述的轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，特征在于：A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组组成第一个通道；X相电枢绕组、Y相电枢绕组和Z相电枢绕组组成第二个通道。
4.如权利要求1所述的轻型汽车高可靠性双通道伺服电机，特征在于：A相与X相的相位差为30°、B相与Y相的相位差为30°、和C相与Z相的相位差为30°。
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