CN111010010A - 交流伺服测速电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流伺服测速电机，包括转子组件、带壳体的电机组件和定子铁芯组件，带壳体的电机组件同轴套在转子组件外部；转子组件由电动机转子、发电机转子、联轴齿轮和公共轴组成；带壳体的电机组件由电动机定子、发电机定子、接线座组件、环形隔板和壳体组成；定子铁芯组件包括铁芯骨架和定子铁芯。本发明将电动机和发电机的功能整合到一起，同时起到执行和测速的作用，实现交流伺服电机的控制和自我反馈功能。

Description

交流伺服测速电机

技术领域

本发明属于交流电机技术领域，涉及一种交流伺服测速电机。

背景技术

交流伺服电机在航空仪表、自控系统、传感器等诸多领域中得到了广泛的应用。现有的交流伺服电机只有单一的电动机功能，无法起到同时执行和测速的作用。

发明内容

本发明提出一种交流伺服测速电机，其目的在于解决现有交流伺服电机功能单一、无法同时执行和测速的问题。

实现上述目的的技术方案是：一种交流伺服测速电机，包括转子组件、带壳体的电机组件和定子铁芯组件，所述带壳体的电机组件同轴套在转子组件外部；所述转子组件由电动机转子、发电机转子、联轴齿轮和公共轴组成；所述带壳体的电机组件由电动机定子、发电机定子、接线座组件、环形隔板和壳体组成；所述定子铁芯组件包括铁芯骨架和定子铁芯；所述联轴齿轮、电动机转子和发电机转子依次压装在公共轴上，所述电动机定子与发电机定子同轴线前后定位在壳体内，两者相邻端面之间设置有起分割作用的不锈钢环形隔板；所述电动机转子与电动机定子位置对应，发电机转子与发电机定子位置对应；所述定子铁芯组件内部设置有内孔，定子铁芯压装在铁芯骨架上，铁芯骨架通过环形螺塞安装在壳体的接线座组件同一端。

本发明的技术特征还在于，所述电动机转子为鼠笼结构；所述发电机转子为薄壁类杯型结构。

进一步，所述联轴齿轮、电动机转子之间的公共轴上设置有前端轴承安装台阶外圆，所述发电机转子后端的公共轴末端设置有后端轴承安装台阶外圆，所述前端轴承安装台阶外圆和后端轴承安装台阶外圆上分别安装前端轴承和后端轴承，所述前端轴承和后端轴承分别通过大压环和小压环限位，所述大压环和小压环分别通过卡圈和锁紧螺母固定。

进一步，所述电动机定子为叠片压合而成的叠层结构，叠层内设置有激磁线圈和控制线圈绕组；所述发电机定子为叠片压合而成的叠层结构，叠层内设置有激磁线圈和输出线圈绕组；所述电动机定子和发电机定子压装在壳体内，所述接线座组件安装在壳体的后端且连接电动机定子和发电机定子的激磁线圈、控制线圈和输出线圈。

进一步，所述电动机转子的外圆直径与该电机尺寸成正比，所述电动机转子的高度与电机力矩、电机长度成正比；所述发电机转子的壁厚为0.3～0.5mm，所述发电机转子的高度、外圆直径与该电机尺寸成正比。

进一步，所述电动机定子与发电机定子的叠片为铁镍软磁合金材料；所述电动机定子和发电机定子的内壁分别设置有电动机定子的内孔和发电机定子的内孔，所述电动机定子的内孔与发电机定子的内孔为同轴。

本发明的有益效果是，将电动机和发电机的功能整合到一起，同时起到执行和测速的作用，实现了交流伺服电机的控制和自我反馈功能。

附图说明

图1是本发明一个实施例的整体形状示意图。

图2是图1所示实施例中转子组件的结构示意图。

图3是图1所示实施例中带壳体的电机组件结构示意图。

图4是图1所示实施例中定子铁芯组件的结构示意图。

图5是本发明的整体结构剖视图。

图中：1、转子组件，2、带壳体的电机组件，3、定子铁芯组件，3-1、内孔，4、电动机转子，d4、外圆直径，h4、高度，5、发电机转子，d5、外圆直径，h5、高度，L5、壁厚，6、联轴齿轮，7、公共轴，7-1、前端轴承安装台阶外圆，7-2、后端轴承安装台阶外圆，8、电动机定子，8-1、内孔，9、发电机定子，9-1、内孔，10、接线座组件，11、环形隔板，12、壳体，13、接线柱，14、铁芯骨架，15、定子铁芯，16、大压环，17、前端轴承，18、小压环，19、后端轴承，20、锁紧螺母，21、环形螺塞，22、卡圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-图5所示，本发明所述的交流伺服测速电机，包括转子组件1、带壳体的电机组件2和定子铁芯组件3，带壳体的电机组件2同轴套在转子组件1外部；转子组件1由电动机转子4、发电机转子5、联轴齿轮6和公共轴7组成；带壳体的电机组件2由电动机定子 8、发电机定子9、接线座组件10、环形隔板11和壳体12组成；定子铁芯组件3包括铁芯骨架14和定子铁芯15。

联轴齿轮6、电动机转子4和发电机转子5依次压装在轴7上，联轴齿轮6用于该电机的动力输出轴与外部设备齿轮的啮合；电动机转子4为鼠笼结构；发电机转子5为薄壁类杯型结构。

联轴齿轮6、电动机转子4之间的公共轴7上设置有前端轴承安装台阶外圆7-1，发电机转子5后端的公共轴7末端设置有后端轴承安装台阶外圆7-2，前端轴承安装台阶外圆7-1和后端轴承安装台阶外圆7-2上分别安装前端轴承17和后端轴承19，前端轴承17和后端轴承 19分别通过大压环16和小压环18限位，大压环16和小压环18分别通过卡圈22和锁紧螺母20固定。

电动机定子8为叠片压合而成的叠层结构，叠层内设置有激磁线圈和控制线圈绕组；发电机定子9为叠片压合而成的叠层结构，叠层内设置有激磁线圈和输出线圈绕组；电动机定子8和发电机定子9压装在壳体12内，接线座组件10安装在壳体12的后端，通过接线柱 13连接电动机定子8和发电机定子9的激磁线圈、控制线圈和输出线圈。

电动机定子8与电动机转子4位置相适配对应，所述电机定子9与发电机转子5位置相适配对应。

电动机定子8与发电机定子9之间设置有起分割作用的不锈钢环形隔板11。

定子铁芯组件3内部设置有内孔3-2，定子铁芯15压装在铁芯骨架14上，铁芯骨架14 通过环形螺塞21安装在壳体12的接线座组件10同一端。

电动机转子4的外圆与电机尺寸成正比，其高度h4与该电机的力矩、该电机长度成正比；发电机转子5的壁厚L5为0.3-0.5mm，其高度h5、直径d5与该电机尺寸成正比。

电动机转子4的外圆直径d4、发电机转子的外圆直径d5、前端轴承安装台阶外圆7-1、后端轴承安装台阶外圆7-2同轴装配。

电动机定子8与发电机定子9的叠片为铁镍软磁合金材料；电动机定子8与发电机定子 9的内壁分别设置有电动机定子的内孔8-1与发电机定子的内孔9-1，电动机定子的内孔8-1 与发电机定子的内孔9-1为同轴。

本发明交流伺服测速电机，转子组件1由电动机转子4、发电机转子5、联轴齿轮6和公共轴7组成，如图2所示。电动机转子4为鼠笼结构，作为交流伺服测速电机的执行部件，其电动机转子外圆4-1大小根据电机尺寸而定，电动机转子的高度h4的尺寸要综合考虑电机力矩和电机长度尺寸因素，电动机转子的高度h4越大，力矩越大)；发电机转子5为薄壁类杯形结构，作为交流伺服测速电机的反馈部件，采用导电性好的纯铜材料加工而成，发电机转子5的高度h5、外圆直径d5的尺寸根据电机尺寸而定，发电机转子的壁厚L5要保证厚度均匀，一般为0.3-0.5mm，在满足使用强度的前提下可以更薄；联轴齿轮6是作为本电机的动力输出轴与外部设备齿轮的啮合部件，实现动力传动；公共轴7为高强度不锈钢材料，是电动机转子4和发电机转子5的支撑结构。转子组件1中电动机转子外圆4-1、发电机转子外圆、前端轴承安装台阶外圆7-1和后端轴承安装台阶外圆7-2采用同轴加工，以保证其同轴度要求。

带壳体的电机组件2由电动机定子8、发电机定子9、接线座组件10、环形隔板11和壳体12组成，如图3所示。电动机定子8为叠层结构，由0.35mm叠片压合而成，叠片为铁镍软磁合金材料，在叠层上嵌有激磁线圈和控制线圈绕组，线圈绕组通电后产生交变磁场，电动机转子4在该交变磁场中受电磁力作用产生转动；发电机定子9为叠层结构，由0.35mm 叠片压合而成，叠片为铁镍软磁合金材料，在叠层上嵌有激磁线圈和输出线圈绕组，激磁线圈绕组通电后产生交变磁场，发电机转子5在该交变磁场中产生感应磁场并作用于输出线圈绕组，进而产生反馈信号输出；接线座组件10起连接电动机定子和发电机定子线圈引线的作用，通过接线座组件10接入外部电源和向外反馈输出信号；环形隔板11由不锈钢材料加工而成，主要起隔绝和支撑电动机定子和发电机定子的作用；壳体12为薄壁型筒状结构，采用不锈钢材料，主要起支撑和保护内部零组件的作用。带壳体的电机组件2中电动机定子8的内孔8-1和发电机定子9的内孔9-1采用一次装夹加工，保证整个内孔的同轴度。

定子铁芯组件3由铁芯骨架14和定子铁芯15组成，铁芯骨架14采用不锈钢材料，定子铁芯15采用铜导电体。定子铁芯15压装在铁芯骨架14上，在其接触面涂X98-11胶。

转子组件1和带壳体的电机组件2间的间隙大小决定了电机的力矩大小，加工同轴度越高，转子组件1和带壳体的电机组件2间的间隙就能控制的越小。

本发明的装配过程具体如下：分别在电动机定子8外圆、发电机定子9外圆和环形隔板 11外圆均匀涂抹X98-11胶后，将其压入壳体12。然后将接线座组件10压入壳体12后端，并采用激光焊接将接线座组件10焊接在壳体12上，在接线座组件10和壳体12的接缝处，沿圆周均匀焊接四组焊点。此时整个带壳体的电机组件2装配完成，再对电动机定子8的内孔8-1和发电机定子9的内孔9-1采用一次装夹加工。

分别在电动机转子4和发电机转子5内孔均匀涂抹X98-11胶后，将其压装在公共轴7 上，压装时应保证作用在电动机转子4和发电机转子5上的压力均衡。压装完成后，同轴加工电动机转子外圆、发电机转子5的外圆、前端轴承安装台阶外圆7-1和后端轴承安装台阶外圆7-2，以保证其同轴度。

如图5所示，将定子铁芯组件3压装在带壳体的电机组件2中接线座组件10一端，然后用环形螺塞21锁紧，并用X98-11胶封。将前端轴承17和后端轴承19分别安装在转子组件1中的前端轴承安装台阶外圆7-1和后端轴承安装台阶外圆7-2上，然后将转子组件1从后端轴承处沿带壳体的电机组件2内孔一端插入，再分别用大压环16和小压环18对前后端轴承进行限位。大压环16用卡圈22进行固定，小压环18用锁紧螺母20进行固定。装配完成后，要保证转子组件1转动灵活。

本发明中，鼠笼结构的电动机转子4和杯型结构发电机转子5，与公共轴7安装配合面为过盈配合。压装鼠笼结构的电动机转子4和杯型结构发电机转子5时，所加压力要均匀。电动机定子8和发电机定子9与壳体12安装配合面为间隙配合。压装电动机定子8和发电机定子9时，在其外圆表面均匀涂抹X98-11胶。接线座组件10与壳体12采用激光焊接进行固定。定子铁芯组件3的外圆3-1与接线座组件10内孔为过渡配合，并用环形螺塞21锁紧。转子组件1通过前端轴承17和后端轴承19与带壳体的电机组件2保证同轴安装。

本发明的功能实现描述如下：

电动机功能的实现：电动机转子4和电动机定子8共同组成交流伺服电机中的电动机部分。当给电动机定子8中的激磁线圈和控制线圈接通电源，在电动机转子4和电动机定子8 构成的空间内就会产生两个交变磁场(激磁线圈产生的磁场和控制线圈产生的磁场)，根据电磁感应原理，在激磁线圈产生的交变磁场作用下，电动机转子4中的导体内会产生电流。此时在控制线圈产生的磁场作用下，根据通电导体在磁场中电磁受力原理，电动机转子4受到持续的电磁力作用发生转动，实现电动机功能。

发电机功能的实现：发电机转子5、发电机定子9和定子铁芯组件3共同组成交流伺服电机中的发电机部分。当给发电机定子9中的激磁线圈接通电源，在发电机转子5、发电机定子9和定子铁芯组件3构成的空间内就会产生一个交变磁场。发电机定子9和定子铁芯组件3共同形成一个磁回路，发电机转子5被电动机转子4带动在发电机定子9和定子铁芯组件3形成的环形气隙中同步转动。根据电磁感应原理，此时发电机转子5会产生一个交变磁场作用于发电机定子9中的输出线圈，输出线圈在交变磁场作用下产生电流，形成与电机转子转速成正比的电压输出，实现发电机功能。

测速功能的实现：由于电动机转子4与发电机转子5为共轴设计，当电动机转子4转动时，会同时带动发电机转子5转动，且两者转速相同。根据上述发电机工作原理，发电机转子5转动切割磁力线，在发电机转子5中产生电流，该电流又会形成一个磁场作用于发电机定子9中输出线圈，输出线圈在磁场作用下产生感应电动势(即输出电压)，依据电磁感应定律，该感应电动势与发电机转子转速成正比，且每千转输出电压基本为一恒值，因此根据输出电压大小即能判断出此时电机的转速。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种交流伺服测速电机，其特征在于，包括转子组件（1）、带壳体的电机组件（2）和定子铁芯组件（3），所述带壳体的电机组件（2）同轴套在转子组件（1）外部；所述转子组件（1）由电动机转子（4）、发电机转子（5）、联轴齿轮（6）和 公共轴（7）组成；所述带壳体的电机组件（2）由电动机定子（8）、发电机定子（9）、接线座组件（10）、环形隔板（11）和壳体（12）组成；所述定子铁芯组件（3）包括铁芯骨架（14）和定子铁芯（15）；所述公共轴（7）水平设置，所述联轴齿轮（6）、电动机转子（4）和发电机转子（5）依次压装在公共轴（7）上，所述电动机定子（8）与发电机定子（9）同轴线前后定位在壳体（12）内，两者相邻端面之间设置有起分割作用的不锈钢环形隔板（11）；所述电动机转子（4）与电动机定子（8）位置对应，发电机转子（5）与发电机定子（9）位置对应；所述定子铁芯组件（3）内部设置有内孔（3-2），定子铁芯（15）压装在铁芯骨架（14）上，铁芯骨架（14）通过环形螺塞（21）安装在壳体（12）的接线座组件（10）同一端。

2.根据权利要求1所述的交流伺服测速电机，其特征在于，所述电动机转子（4）为鼠笼结构；所述发电机转子（5）为薄壁类杯型结构。

3.根据权利要求1所述的交流伺服测速电机，其特征在于，所述联轴齿轮（6）、电动机转子（4）之间的公共轴（7）上设置有前端轴承安装台阶外圆（7-1），所述发电机转子（5）后端的公共轴（7）末端设置有后端轴承安装台阶外圆（7-2），所述前端轴承安装台阶外圆（7-1）和后端轴承安装台阶外圆（7-2）上分别安装前端轴承（17）和后端轴承（19），所述前端轴承（17）和后端轴承（19）分别通过大压环（16）和小压环（18）限位，所述大压环（16）和小压环（18）分别通过卡圈（22）和锁紧螺母（20）固定。

4.根据权利要求1所述的交流伺服测速电机，其特征在于，所述电动机定子（8）为叠片压合而成的叠层结构，叠层内设置有激磁线圈和控制线圈绕组；所述发电机定子（9）为叠片压合而成的叠层结构，叠层内设置有激磁线圈和输出线圈绕组；所述壳体（12）套在电动机定子（8）和发电机定子（9）外部，所述接线座组件（10）安装在壳体（12）的后端且连接电动机定子（8）和发电机定子（9）的激磁线圈、控制线圈和输出线圈。

5.根据权利要求2所述的交流伺服测速电机，其特征在于，所述电动机转子（4）的外圆直径（d4）与该电机尺寸成正比，所述电动机转子（4）的高度（h4）与电机力矩、电机长度成正比；所述发电机转子（5）的壁厚（L5）为0.3～0.5mm，所述发电机转子（5）的高度（h5）、外圆直径（d5）与该电机尺寸成正比。

6.根据权利要求4所述的交流伺服测速电机，其特征在于，所述电动机定子（8）与发电机定子（9）的叠片为铁镍软磁合金材料；所述电动机定子（8）和发电机定子（9）的内壁分别设置有电动机定子的内孔（8-1）和发电机定子的内孔（9-1），所述电动机定子的内孔（8-1）与发电机定子的内孔（9-1）为同轴。

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