CN207782605U - 一种伺服电机 - Google Patents

Abstract

伺服电机，包括壳体、定子、转子、前端盖、后端盖、滑差磁悬浮精准启停装置和编码器；定子三相短节矩线圈的定子线圈支架上开设有旋转式线圈槽，定子的三相短节矩线圈分别装设在对应的旋转式线圈槽内，转子主要是由主轴、转子磁钢保持架、八对转子磁钢、二个磁钢引擎套装配成。转子磁钢保持架截面为八角星形结构。所述转子磁钢的截面为扇形结构。八对截面为扇形的磁钢装设在截面为八角星形的保持架内。主轴的两端分别由装设在前端盖和后端盖内壁上的第一轴承室内的磁悬浮旋转轴承组件支撑。所述磁悬浮旋转轴承组件主要由高频脉冲电磁场线圈绕组和旋转磁环构成。该伺服电机不会产生磁钢脱落现象、扭矩大、机械磨损小，特别是运行稳定性好，精度高。

Description

一种伺服电机

技术领域

本实用新型涉及一种电动机，特别是一种伺服电机。

背景技术

伺服电机能将电信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，并能快速反应，在控制系统中作为执行元件，运行稳定，精度高，因此被广泛应用于机械、电力、石化、自动控制等领域。但是，目前已知的伺服电机，还存在磁钢容易脱落、定子轴易磨损、扭矩较低、运行噪音较大和精度尚不完美等不足。随着高科技自动化和机器人技术的快速发展，需要更高级的伺服电机的出现。

实用新型内容

本实用新型的目的，是提供一种伺服电机，该伺服电机不会产生磁钢脱落现象、扭矩是普通类同功率电机的1.5倍、机械磨损小，不会引起噪音，发热系数很小。

采用的技术方案是：

一种伺服电机，包括壳体、定子、转子、前端盖、后端盖、滑差磁悬浮精准启停装置和编码器，所述定子主要由定子硅钢片、线圈、绝缘材料和防脱键装配成，其特征在于：

定子线圈骨架上开设有旋转式线圈绕组槽，线圈为三相短节矩线圈，三相短节矩线圈按设计要求设置在旋转式线圈绕组槽内，由绝缘材料绝缘。三相短节矩线圈产生引波磁场与转子相互作用产生旋转力矩，驱动转子转动。由于定子采用旋转式线圈绕组槽，使电机的定转子磁路形成所需的夹角，电机堵转转矩高于普通类同功率电机的2倍，扭矩是普通类同功率电机的1.5倍。

所述转子主要是由主轴、转子磁钢保持架、磁钢、固定胶、磁钢引擎套装配成。转子磁钢保持架截面为八角星形结构。所述磁钢的截面采用扇形结构。八对截面为扇形的磁钢装设在截面为八角星形的保持架内，截面为扇形的磁钢装入后磁钢之间形成倒三角空间，然后在倒三角空间注入固定胶，磁钢与磁钢保持架形成一整体结构，并由磁钢引擎套固定在主轴上，形成扇形隅磁星形结构。八对截面为扇形的磁钢形成四极磁场。八对磁钢外部装设有磁场引擎固定罩，使得转子表面磁场均匀一致，使转子与定子之间的磁场间隙均衡一致性，保证转子运行平衡度，抖动率和跳动控制在0.001mm以下,实现平稳高精度运行。

主轴由分别装设在前端盖和后端盖内壁上的第一轴承室内的磁悬浮旋转轴承组件支撑。所述磁悬浮旋转轴承组件，主要由高频脉冲电磁场线圈(定圈)和旋转磁环(动圈)装配成。旋转磁环(动圈)固定在主轴上，高频脉冲电磁场线圈套装在旋转磁环(动圈)外部，且同轴线布设。磁悬浮旋转轴承的高频脉冲电磁场线圈在高频脉冲电场的作用下，在该线圈（定圈）与旋转磁环（动圈）之间产生相应的同性磁极电磁场，磁悬浮旋转轴承的定圈与动圈之间形成0.001—0.005mm的间隙，使转子主轴在无磨损的状态下旋转。主轴的前端由磁悬浮轴向推力轴承组件支撑。磁悬浮轴向推力轴承设置在前端盖的外壁上的第二轴承室内。

磁悬浮轴向推力轴承组件主要由高频脉冲电磁场线圈（定圈）、旋转磁环（动圈）装配成，在电场的作用下，定圈与动圈之间产生可控的电磁场，控制转子主轴不受轴向力的影响产生轴向窜动，始终保持在正常运行的位置上，确保电机平衡稳定的工作。

后端盖外侧的转子轴上装有滑差磁悬浮精准启停装置，在电机启停运行过程中，根据定子的三相短节矩线圈产生的引波磁场与转子的物理相位差，电磁场初相角位移差等参数由运算器进行算法运算，得出相应的调控指令，控制启停运行稳定度与轨迹运行过程的精度。在运行过程当中，根据目标轨迹点与调控轨迹点，修正轨迹并进行转移调控，在停止过程当中调控复原零位点。

在转子主轴的最末端设置有混合式编码器，混合式编码器的作用是检测电机定子与转子物理角度差，磁场初相角及电磁场强弱度等参数由计算机进行算法运算与逻辑判断作出相应的指令，使三相短节矩线圈产生引波磁场与工作轨迹一一对应，精准运行，确保电机运行在最佳状态。

本实用新型的特征与优点：

1、本实用新型由于采用磁悬浮旋转轴承和磁悬浮推力轴承取代了常规机械旋转轴承与常规机械推力轴承，使电机运行在无磨损状态之中，机械精度保持始终不变。

2、旋转式定子线圈的磁场形成跨极磁场夹角，这样启动时消除了死点，无抖动，使转子整个运行过程平稳，保证运行轨迹精度。

3、转子采用扇形隅磁星形结构，八对扇形磁钢形成四极磁场，磁钢引擎套固定磁钢并使转子表面的磁场均匀一致，使转子与定子之间的磁场间隙均衡一致性，保证转子运行平衡度，抖动率和跳动控制在0.001mm以下,实现平稳高精度运行。

4、转子磁钢采用扇形，扇形双磁钢面积是同功率瓦型伺服电机磁钢面积的2--3倍，磁钢磁涡流降到最底，比瓦型磁钢低50%—65%，从而降低电机发热系数，磁钢退磁率几乎为零，确保电机磁力永久稳定。

5、转子磁钢架截面是八角星形结构，扇形磁钢装入后磁钢之间形成倒三角空间，然后空间注入固定环氧胶固定，磁钢与架形成了一个整体，强度好，永远不会产生磁钢脱落现象。

6、转子采用扇形磁钢，定子采用旋转式线圈绕组槽，使电机的定转子磁路形成所需的夹角，电机堵转转矩高于普通类同功率电机的2倍，扭矩是普通类同功率电机的1.5倍。

7、转子磁钢外部装备了磁场引擎固定罩，使得转子表面磁场均匀一致，定子与转子之间的磁场间隙均匀平衡，时同转子整体牢固，永久不会变形，确保转子运行平衡度一致性。

8、采用磁悬浮方式，控制纳米高分子磁性材料产生强弱不同的电磁场，精准的控制电机运行轨迹，整个控制过程以磁场为动力源，所以没有机械磨损，不会引起噪音，发热系数很小。不会产生磁钢脱落现象、扭矩是普通类同功率电机的1.5倍，机械磨损小，不会引起噪音，发热系数很小。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图。

图2是磁钢保持架结构示意图。

图3是图2的右视图。

图4是磁悬浮旋转轴承结构示意图。

图5是磁钢结构示意图。

图6是图5的截面示意图。

图7是定子线圈铁芯上旋转式线圈槽结构示意图。

图8是图7的右视图。

图9是滑差磁悬浮精准启停装置结构示意图。

图10是转子磁钢保护引擎套结构示意图。

具体实施方式

一种伺服电机，包括电机壳体1、定子2、转子3、前端盖4、后端盖5、滑差磁悬浮精准启停装置6和编码器7，其特征在于：

所述定子2主要由定子硅钢片8、定子三相短节矩线圈9和防脱键10装配成。硅钢片8固定在电机壳体1的内壁上。定子线圈支架11上开设有旋转式线圈槽12，定子的三相短节矩线圈9按设计要求分别装设在对应的旋转式线圈槽12内，由环氧树脂浇注绝缘。

所述转子3主要是由主轴13、转子磁钢保持架14、八对转子磁钢15、一个磁钢引擎套16装配成。转子磁钢保持架14截面为八角星形结构；所述转子磁钢15的截面为扇形结构，夹角为41度。八对截面为扇形的磁钢15装设在截面为八角星形的保持架14内，其中有八个S极性的磁钢、八个N极性的磁钢，二个同极性为一组，形成四对极性。每二个截面为扇形的磁钢15之间形成倒三角形空间，倒三角形空间内浇注环氧树脂，使转子磁钢15与转子磁钢保持架14形成一整体结构，并由一个磁钢引擎套16将八对三角形磁钢固定在转子磁钢保持架14上，形成扇形隅磁星形结构。

主轴13的两端分别由装设在前端盖4和后端盖5内壁上的第一轴承室17内的磁悬浮旋转轴承组件18支撑。所述磁悬浮旋转轴承组件18主要由高频脉冲电磁场线圈绕组19(定圈）和旋转磁环20（动圈）构成。

所述旋转磁环20为由纳米高分子磁性材料（钕铁硼等稀土永磁混合材料）制成的磁环；所述高频脉冲电磁场线圈绕组19，包括四个高频脉冲磁场线圈21，四个高频脉冲磁场线圈21分别绕设在环形磁化体22的四个芯柱23上；旋转磁环20设置在四个高频脉冲电磁场线圈21内，且同轴心布设，旋转磁环20固定在主轴13上。

磁悬浮旋转轴承的定圈与动圈之间形成0.001—0.005mm的间隙。主轴13的前端由磁悬浮轴向推力轴承组件24支撑。磁悬浮轴向推力轴承组件24设置在前端盖的外壁上的第二轴承室25内。磁悬浮轴向推力轴承组件24主要由高频脉冲电磁场线圈26（定圈）、旋转磁环27（动圈）装配成。

后端盖5外侧的转子轴上装有滑差磁悬浮精准启停装置6。在转子主轴13的最末端设置有混合式编码器7。

所述滑差磁悬浮精准启停装置6包括启停装置壳体28、静态导磁极板29、动态导磁极板30和高频磁悬浮脉冲线圈31，其特征在于：

启停装置壳体28内开设有磁悬浮磁场反应堆腔32和线圈室33，高频磁悬浮脉冲线圈31设置在线圈室33内，动态导磁极板30设置在磁悬浮磁场反应堆腔32内，动态导磁极板30一体连接有导流套34，导流套34装设在主轴13的后端。磁悬浮磁场反应堆腔32内充填有纳米颗粒高分子磁性材料35。静态导磁极板29固定设置在启停装置壳体28上，静态导磁极板29穿过高频磁悬浮脉冲线圈31，静态导磁极板29通过隔磁环36与动态导磁极板30连接。

滑差磁悬浮精准启停装置工作原理及作用：

磁悬浮脉冲线圈通电后与静态导磁极板、动态导磁极板相互作用，在磁悬浮磁场反应堆腔体内形成磁场。腔体内的纳米颗粒高分子磁性材料在磁场作用下，经隔磁环的分隔形成有序排列，排列的纳米磁性材料颗粒与装于转子轴上的运动体（动圈）之间形成大小、极性可变的力矩。在电机启停时根据定子三相短节矩线圈产生引波磁场与转子的物理相位差电磁场初相角位移差等参数由伺服电机控制器进行算法运算，给出相应的指令通过调整磁悬浮脉冲线圈的磁场强度来控制力矩大小的变化，调控启动的稳定度与定位精度，在运行过程当中根据目标轨迹点调控并修正运行轨迹精度，在停止过程当中调控复原零位点。

Claims (6)

1.一种伺服电机，包括壳体(1)、定子(2)、转子(3)、前端盖(4)、后端盖(5)、滑差磁悬浮精准启停装置（6）和编码器（7）；所述定子（2）主要由定子硅钢片（8）、定子三相短节矩线圈（9）和防脱键（10）装配成，硅钢片（8）固定在电机壳体（1）的内壁上；其特征在于：

所述定子三相短节矩线圈（9）的定子线圈支架（11）上开设有旋转式线圈槽（12），定子的三相短节矩线圈（9）按设计要求分别装设在对应的旋转式线圈槽（12）内，由环氧树脂浇注绝缘；

所述转子（3）主要是由主轴（13）、转子磁钢保持架（14）、八对转子磁钢（15）、二个磁钢引擎套（16）装配成；转子磁钢保持架（14）截面为八角星形结构；所述转子磁钢（15）的截面为扇形结构；八对截面为扇形的磁钢（15）装设在截面为八角星形的保持架（14）内，其中有八个S极性的磁钢、八个N极性的磁钢，二个同极性为一组，形成四对极性；主轴（13）的两端分别由装设在前端盖（4）和后端盖（5）内壁上的第一轴承室（17）内的磁悬浮旋转轴承组件（18）支撑；所述磁悬浮旋转轴承组件（18）主要由高频脉冲电磁场线圈绕组（19）和旋转磁环（20）构成；主轴后端分别固定有滑差磁悬浮精准启停装置（6）和编码器（7）。

2.根据权利要求1所述的一种伺服电机，其特征在于：

所述旋转磁环（20）为由纳米高分子磁性材料制成的磁环；所述高频脉冲电磁场线圈绕组（19），包括四个高频脉冲电磁场线圈（21），四个高频脉冲电磁场线圈（21）分别绕设在环形磁化体（22）的四个芯柱（23）上；旋转磁环（20）设置在四个高频脉冲电磁场线圈（21）内，且同轴心布设，旋转磁环（20）固定在主轴（13）上。

3.根据权利要求1或2所述的一种伺服电机，其特征在于：每两个截面为扇形的磁钢（15）之间形成倒三角形空间，倒三角形空间内浇注环氧树脂，使转子磁钢（15）与转子磁钢保持架（14）形成一整体结构，并由一个磁钢引擎套（16）将八对三角形磁钢固定在转子磁钢保持架(14)上，形成扇形隅磁星形结构。

4.根据权利要求1或2所述的一种伺服电机，其特征在于：

所述滑差磁悬浮精准启停装置（6）包括启停装置壳体（28）、静态导磁极板（29）、动态导磁极板（30）和高频磁悬浮脉冲线圈（31），启停装置壳体（28）内开设有磁悬浮磁场反应堆腔（32）和线圈室（33），高频磁悬浮脉冲线圈（31）设置在线圈室（33）内，动态导磁极板（30）设置在磁悬浮磁场反应堆腔（32）内，动态导磁极板（30）一体连接有导流套（34），导流套（34）装设在主轴（13）的后端；磁悬浮磁场反应堆腔（32）内充填有纳米颗粒高分子磁性材料（35）；静态导磁极板（29）固定设置在启停装置壳体（28）上，静态导磁极板（29）穿过高频磁悬浮脉冲线圈（31），静态导磁极板（29）通过隔磁环（36）与动态导磁极板（30）连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种伺服电机，其特征在于：高频脉冲电磁场线圈(21)与旋转磁环(20)之间形成0.001—0.005mm的间隙。

6.根据权利要求1或2所述的一种伺服电机，其特征在于：

所述转子磁钢（15）的扇形截面的夹角为41度。