CN104600945A - 一种高比功率宽调速伺服电机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于伺服电机,具体公开一种在小体积条件下实现的高比功率宽调速伺服电机,它包括定子、转子、机壳、端盖、旋转变压器、卡箍和尾罩,定子包括定子铁芯和三相绕组,定子铁芯采用9槽结构,转子包括转轴、磁钢、磁轭、前挡板、后挡板、钢套、前轴承和后轴承,转子磁钢采用8极结构,且长径比为2.5。在外形尺寸为Φ45mm×125mm的空间内,实现了500W伺服电机的轻小型化结构设计,也实现了0.7kW/kg的高比功率和0~12000rpm的高调速范围。
Description
技术领域
本发明属于伺服电机,具体涉及一种在小体积条件下实现的高比功率宽调速伺服电机。
背景技术
伺服技术是机电一体化的重要组成部分,广泛应用于军工、现代工业和日常生活中,如运载火箭发动机喷管位置摆动、卫星姿态控制、导弹舵机姿态控制、数控机床、工业机器人等自动化设备中。永磁同步伺服电机无换向器、无电刷、具有优良的低速性能、转矩电流比高、效率高、动态响应快、控制简单,适应高性能伺服驱动的要求,近年来广泛应用于国防、工农业生产等领域的高伺服性能、高可靠性的中小容量传动领域。
目前,航空、航天领域等伺服机构的电机产品在飞行时要承受高温环境,同时具有多种工况下的适应能力,对重量、体积要求较为严格。市场上生产的小型伺服电机体积较大(一般大于Φ60mm×100mm),比功率较低(一般小于0.4kW/kg),供电电压较大(一般为AC200V~230V),调速范围较窄(一般为0~6000rpm)。不能满足对电压、速度以及环境有特殊要求的***和场合。
小体积和高比功率宽调速是一对技术上的矛盾,现有技术所提供的伺服电机结构都不能将二者比较好的结合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、比功率高、调速范围宽的伺服电机。
实现本发明目的的技术方案:一种高比功率宽调速伺服电机,它包括定子、转子、机壳、端盖、旋转变压器、卡箍和尾罩,定子设在转子外部,旋转变压器的输入端与转子的转轴连接,定子和转子设在机壳内部,端盖的右端与机壳的左端固定连接,尾罩的右端与端盖的左端固定连接,旋转变压器设在尾罩和端盖内部,旋转变压器通过卡箍与端盖内壁连接。
所述的定子包括定子铁芯和三相绕组,三相绕组设在定子铁芯内部,定子铁芯上沿周向均匀开有若干个槽,每个槽的槽口处均各自设有槽楔,每个槽内均各自设有槽绝缘,槽绝缘分别与定子铁芯的内壁和槽楔的顶端连接,每个槽内均各自设有层间绝缘,层间绝缘的两端分别与槽绝缘的两侧内壁连接,层间绝缘将槽内分为两层,每层内平行排布若干匝三相绕组。
所述的定子铁芯上沿周向均匀开有9个槽。
所述的转子包括转轴、磁钢、磁轭、前挡板、后挡板、钢套、前轴承和后轴承,磁轭设在转轴外部,若干个磁钢均匀地设在磁轭外部,磁钢外部设有钢套,钢套的右端设有前挡板,钢套的左端设有后挡板,转轴外设有前轴承和后轴承,前轴承设在前挡板右端,后轴承设在后挡板左端。
所述的磁钢共有8个。
本发明的有益技术效果在于:
(1)本发明提供的一种高比功率宽调速伺服电机采用8极9槽的电磁设计方案,该结构能够消除齿谐波基波及2~7次谐波,配合采用双层绕组能够大幅减少转矩波动,使小体积高速伺服电机具有较大的功率密度和较小的转矩波动;
(2)采用长径比为2.5的细长结构,降低了转动惯量,提高电机输出功率,在外形尺寸为Φ45mm×125mm的空间内,实现了500W伺服电机的轻小型化结构设计,也实现了0.7kW/kg的高比功率和0~12000rpm的高调速范围。
附图说明
图1为本发明所提供的一种高比功率宽调速伺服电机的轴向剖视图;
图2为伺服电机的径向剖视图;
图3为定子一个槽的轴向结构示意图;
图4为定子铁芯的径向示意图;
图5为图3中A-A剖面示意图;
图6为转子的轴向剖视图;
图7为图6中B-B剖面示意图。
图中:10.定子,20.转子,30.端盖,40.弹性销,50.旋转变压器,60.卡箍,70.尾罩,11.机壳,13.螺钉,121.定子铁芯,122.三相绕组,123.引线,124.槽绝缘,125.层间绝缘,126.槽楔,21.转轴,22.磁钢,23.磁轭,24.前挡板,25.后挡板,26.钢套,27.前轴承,28.后轴承。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示,本发明提供的一种高比功率宽调速伺服电机包括:机壳11、定子10、转子20、端盖30、弹性销40、旋转变压器50、卡箍60和尾罩70。定子10设在转子20外部。旋转变压器50的输入端与转子20的转轴21固定连接,转轴21带动旋转变压器50的输入端旋转。定子10和转子20设在机壳11内部,定子10和机壳11通过螺钉13固定连接。端盖30的右端与机壳11的左端通过弹性销40固定连接,尾罩70的右端与端盖30的左端通过螺钉固定连接。旋转变压器50设在尾罩70和端盖30内部,旋转变压器50通过卡箍60与端盖30内壁连接。
如图3所示,定子10包括定子铁芯121和三相绕组122,三相绕组122设在定子铁芯121内部,三相绕组122的输出端焊接引线123。定子铁芯121如图4所示。定子铁芯121上沿周向均匀开有9个槽,槽形为平底半开口梯形,槽口宽度为1.2mm,上底宽5.68mm,深度为6.5mm,槽与槽之间的齿宽为3.4mm,槽底倒角为R0.8。定子铁芯121外径为Φ40mm,内径为Φ24mm,轴向长度为60mm。定子铁芯121的长径比为60mm/24mm=2.5,这种较大的长径比可以降低转动惯量,提高电机输出功率。如图5所示,每个槽的槽口处均各自设有槽楔126,每个槽内均各自设有槽绝缘124,槽绝缘124分别与定子铁芯121的内壁和槽楔124的顶端紧密贴合,每个槽内均各自设有层间绝缘125,层间绝缘125的两端分别与槽绝缘124的两侧内壁紧密贴合,层间绝缘125将槽内分为两层,每层内平行排布8匝三相绕组122。槽绝缘124和层间绝缘125采用6层聚酰亚胺薄膜或一层聚酰亚胺复合材料。三相绕组122为由3根漆包铜圆线并绕成的3个线圈,所用的铜线为220℃耐温等级的聚酰亚胺漆包铜圆线。
如图6所示,转子20包括转轴21、磁钢22、磁轭23、前挡板24、后挡板25、钢套26、前轴承27和后轴承28。磁轭23与转轴21滚花过盈配合。磁钢22有8个,为瓦片形,选择2:17型稀土钴材料。磁钢22采用耐高温的胶粘剂均匀地粘贴在磁轭23外部。磁钢22的外部与钢套26间隙配合。钢套26选用1Cr18Ni9Ti材料,单边厚度范围取0.2mm~0.5mm。钢套26的右端与前挡板24焊接,钢套26的左端与后挡板25焊接。转轴21外设有前轴承27和后轴承28,前轴承27设在前挡板24右端,后轴承28设在后挡板25左端。前轴承27和后轴承28采用耐温250℃的深沟球轴承。
这种8片磁钢22、9个定子槽的结构为“8极9槽”结构。采用相近极槽数能够有效降低齿槽转矩,而“8极9槽”为电机在小体积、高转速下的最优组合。该结构能够消除齿谐波基波及2~7次谐波,配合采用双层绕组能够大幅减少转矩波动,使小体积高速伺服电机具有较大的功率密度和较小的转矩波动。
本发明的工作过程为:给外接的电机控制器中供直流母线电压DC56V。电机控制器通过引线123给三相绕组122通入三相正弦波电流,三相绕组122产生磁场,于是在三相交流电流产生的磁场和磁钢22产生的磁场相互作用下产生电磁转矩,驱动转子20转动。转子20的位置由旋转变压器50检测,旋转变压器50通过引线将转子位置信号送达电机控制器,电机控制器通过控制算法对电机电流进行闭环控制。由于采用了长径比为2.5的细长型结构和8极9槽的电磁结构,使得高比功率宽调速得到实现,在Φ45mm×125mm的空间内,实现了500W伺服电机的轻小型化结构设计,也实现了0.7kW/kg的高比功率和0~12000rpm的高调速范围。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (5)
1.一种高比功率宽调速伺服电机,其特征在于:它包括定子(10)、转子(20)、机壳(11)、端盖(30)、旋转变压器(50)、卡箍(60)和尾罩(70),定子(10)设在转子(20)外部,旋转变压器(50)的输入端与转子(20)的转轴(21)连接,定子(10)和转子(20)设在机壳(11)内部,端盖(30)的右端与机壳(11)的左端固定连接,尾罩(70)的右端与端盖(30)的左端固定连接,旋转变压器(50)设在尾罩(70)和端盖(30)内部,旋转变压器(50)通过卡箍(60)与端盖(30)内壁连接。
2.根据权利要求1所述的一种高比功率宽调速伺服电机,其特征在于:所述的定子(10)包括定子铁芯(121)和三相绕组(122),三相绕组(122)设在定子铁芯(121)内部,定子铁芯(121)上沿周向均匀开有若干个槽,每个槽的槽口处均各自设有槽楔(126),每个槽内均各自设有槽绝缘(124),槽绝缘(124)分别与定子铁芯(121)的内壁和槽楔(124)的顶端连接,每个槽内均各自设有层间绝缘(125),层间绝缘(125)的两端分别与槽绝缘(124)的两侧内壁连接,层间绝缘(125)将槽内分为两层,每层内平行排布若干匝三相绕组(122)。
3.根据权利要求2所述的一种高比功率宽调速伺服电机,其特征在于:所述的定子铁芯(121)上沿周向均匀开有9个槽。
4.根据权利要求2所述的一种高比功率宽调速伺服电机,其特征在于:所述的转子(20)包括转轴(21)、磁钢(22)、磁轭(23)、前挡板(24)、后挡板(25)、钢套(26)、前轴承(27)和后轴承(28),磁轭(23)设在转轴(21)外部,若干个磁钢(22)均匀地设在磁轭(23)外部,磁钢(22)外部设有钢套(26),钢套(26)的右端设有前挡板(24),钢套(26)的左端设有后挡板(25),转轴(21)外设有前轴承(27)和后轴承(28),前轴承(27)设在前挡板(24)右端,后轴承(28)设在后挡板(25)左端。
5.根据权利要求4所述的一种高比功率宽调速伺服电机,其特征在于:所述的磁钢(22)共有8个。
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