CN106208534B - 一种新型永磁式直流伺服测速机组 - Google Patents

一种新型永磁式直流伺服测速机组 Download PDF

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Abstract

一种新型永磁式直流伺服测速机组，主要包括转轴、电刷及支架、绝缘套筒、换向器、内定子铁心、无槽转子、永磁磁钢、外定子铁心、机壳、前后端盖及轴承。其中电刷及支架、绝缘套筒和换向器均为两个，无槽转子的两层绕组分别通过两个换向器与两个电刷相连；转轴依次穿过前端盖轴承、绝缘套筒一、无槽转子、内定子铁心中心孔、绝缘套筒二和后端盖轴承，分别通过前、后端盖与机壳固定；内、外定子铁心固定在机壳内侧；永磁磁钢分别固定在内、外定子铁心中；无槽转子的杯体置于内、外定子铁心之间气隙中。本发明的新型永磁式直流伺服测速机组，伺服电动机和测速机共用同一定子磁场和转子，具有结构紧凑、体积小、运行稳定、噪声小、成本低等优点。

Description

一种新型永磁式直流伺服测速机组
技术领域
本发明涉及一种直流伺服测速机组，更具体的是涉及一种电动机和测速机共用同一定子和转子的永磁式一体化直流伺服测速机组。
背景技术
伺服电动机又称执行电动机，在自动控制***中作为执行元件，将输入的电压信号变换为转轴的角位移或者角速度输出。伺服电动机按照电源性质的不同，可以分为直流伺服电动机和交流伺服电动机。其中角速度信息是伺服电动机的重要参数，通过对角速度的测量，可以实现伺服电动机运行状态的监测，并根据生产要求对伺服电动机进行控制。
目前常用的直流伺服测速机组，其制作工艺一般为伺服电动机和测速机共用同一个转轴，但定子和转子绕组(或杯形转子的杯体)为两段式结构，其中电动机的定子磁场对其转子绕组进行作用，驱动伺服电机转动；测速机的转子绕组切割其定子磁场，产生与机组旋转角速度对应的电信号。因此，测速机组的整体形状多为细长型，体积较大，且测速机组的制造成本也较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种新型永磁式直流伺服测速机组。
本发明的目的采取下述技术方案实现：
一种新型永磁式直流伺服测速机组，包括转轴、左电刷及支架、左换向器、左绝缘套筒、右电刷及支架、右换向器、右绝缘套筒、外定子铁心、永磁磁钢、无槽转子、内定子铁心、机壳、前后端盖及配套轴承；
所述左电刷支架固定在前端盖内侧，左电刷固定在左电刷支架上，左电刷与左换向器相接触；
所述左换向器固定在左绝缘套筒上，左绝缘套筒固定在转轴的一端，可跟随转轴一同转动；
所述右电刷支架固定在后端盖内侧，右电刷固定在右电刷支架上，右电刷与右换向器相接触；
所述右换向器固定在右绝缘套筒上，右绝缘套筒固定在转轴的一端，可跟随转轴一同转动；
所述无槽转子包括铁心及内、外双层绕组，采用固化一体式设计，其中外层绕组与左换向器连接，内层绕组与右换向器相连；
所述无槽转子为杯形结构，无槽转子的杯底与转轴固定，可跟随转轴一同转动；
所述无槽转子的杯体置于内、外定子铁心的空气隙之间；
所述外定子铁心固定在机壳内侧，且设有磁钢安装槽；
所述外内子铁心固定在机壳内侧，且设有磁钢安装槽；
所述永磁磁钢分别安装在内、外定子铁心的磁钢安装槽中；
所述内定子铁芯设有中心通孔；
所述转轴依次穿过前端盖轴承、左绝缘套筒、无槽转子、内定子铁心的中心通孔、右绝缘套筒和后端盖轴承，通过前、后端盖与机壳固定；
所述内、外定子铁心中的永磁磁钢，在机组内部产生的磁场为两极磁场；
所述左、右电刷的个数同为两个，安装在永磁磁钢形成的磁场的几何中性线位置；
所述无槽转子的内、外层绕组分别固定在其铁心的内侧和外侧。
本发明的有益效果：一种新型永磁式直流伺服测速机组，运行时定子内永磁磁钢形成的磁场直接作用在转子绕组上，可以同时产生驱动伺服电动机运转的电磁转矩和与机组瞬时旋转角速度对应的电信号。由于伺服电动机和测速发电机共用同一定子和同一转子，因此相比传统的直流伺服测速机组，结构更加紧凑、体积更小、成本更低。
附图说明
图1为本发明的一种新型永磁式直流伺服测速机组的结构图；
图2为本发明的一种新型永磁式直流伺服测速机组的A-A截面图；
图3为本发明的一种新型永磁式直流伺服测速机组的工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图进一步描述本发明的一种新型永磁式直流伺服测速机组的实施。
如图1、图2所示，一种新型永磁式直流伺服测速机组，包括转轴1、前端盖轴承2、前端盖3、左绝缘套筒4、左换向器5、左电刷6、左电刷支架7、机壳8、外定子铁心9、永磁磁钢10、无槽转子11、内定子铁心12、永磁磁钢13、后端盖14、右电刷支架15、右电刷16、右换向器17、右绝缘套筒18和后端盖轴承19；
所述左电刷支架7固定在前端盖3的内侧，左电刷6固定在左电刷支架7上，左电刷6与左换向器5相接触；
所述左换向器5固定在左绝缘套筒4上，左绝缘套筒4固定在转轴1的一端，可跟随转轴1一同转动；
所述右电刷支架15固定在后端盖14的内侧，右电刷16固定在右电刷支架15上，右电刷16与右换向器17相接触；
所述右换向器17固定在右绝缘套筒18上，右绝缘套筒18固定在转轴1的一端，可跟随转轴1一同转动；
所述无槽转子11包括铁心及内外双层绕组，采用固化一体式设计，其中外层绕组与左换向器5连接，内层绕组与右换向器17相连；
所述无槽转子11为杯形结构，无槽转子11的杯底与转轴1固定，可跟随转轴1一同转动；
所述无槽转子11的杯体置于内定子铁心12和外定子铁心9之间的空气隙中；
所述外定子铁心9固定在机壳8的内侧，且设有磁钢安装槽；
所述外内子铁心12固定在机壳8的内侧，且设有磁钢安装槽；
所述永磁磁钢10安装在外定子铁心9的磁钢安装槽中，永磁磁钢13安装在内定子铁心12的磁钢安装槽中；
所述内定子铁芯12设有中心通孔；
所述转轴1依次穿过前端盖轴承2、左绝缘套筒4、无槽转子11、内定子铁心12的中心通孔、右绝缘套筒18和后端盖轴承19，通过前端盖3和后端盖14与机壳8固定；
所述内定子铁心12中的永磁磁钢13，以及外定子铁心9中的永磁磁钢10，在机组内部产生的磁场为两极磁场；
所述左电刷6和右电刷16的个数同为两个，安装在永磁磁钢10和13形成的磁场的几何中性线位置；
所述无槽转子11的内、外层绕组分别固定在其铁心的内侧和外侧。
图3为本发明的一种新型永磁式直流伺服测速机组的工作原理图：
内、外定子铁心中的永磁磁钢产生的磁场方向如图3所示，假设该恒定磁通为Φ1。当直流电流I经过左电刷、左换向片和无槽转子外层绕组形成闭合回路时，根据直流电动机的电磁转矩公式可知，无槽转子受到的驱动转矩为：
T＝CTΦ1I (1)，
式中CT为与无槽转子外层绕组结构相关的常数。
假设无槽转子受到的电磁转矩为顺时针方向，即此时无槽转子为顺时针旋转。
当无槽转子顺时针旋转时，假设角速度为Ω，则无槽转子的内层绕组会以该角速度切割恒定磁通Φ1，如图3所示。则根据法拉第电磁感应定律，无槽转子内层绕组切割磁通Φ1产生的感应电动势为：
e＝CeΦ1Ω (2)，
式中Ce为与无槽转子内层绕组结构相关的常数。
由公式(2)可知，无槽转子内层绕组产生的感应电动势与机组的角速度Ω成正比。
无槽转子的内层绕组通过右换向器与右电刷相连，即可以通过右电刷将测速机组的角速度信号引出。
本发明的一种新型永磁式直流伺服测速机组，运行时定子内永磁磁钢形成的磁场直接作用在转子绕组上，可以同时产生驱动伺服电动机运转的电磁转矩和与机组瞬时旋转角速度对应的电信号。由于伺服电动机和测速发电机共用同一定子和同一转子，因此相比传统的直流伺服测速机组，结构更加紧凑、体积更小、成本更低。
实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型永磁式直流伺服测速机组，包括转轴、左电刷及支架、左换向器、左绝缘套筒、右电刷及支架、右换向器、右绝缘套筒、外定子铁心、永磁磁钢、无槽转子、内定子铁心、机壳、前后端盖及配套轴承；
其特征在于：所述左电刷支架固定在前端盖内侧，左电刷固定在左电刷支架上，左电刷与左换向器相接触；
所述左换向器固定在左绝缘套筒上，左绝缘套筒固定在转轴的一端，可跟随转轴一同转动；
所述右电刷支架固定在后端盖内侧，右电刷固定在右电刷支架上，右电刷与右换向器相接触；
所述右换向器固定在右绝缘套筒上，右绝缘套筒固定在转轴的一端，可跟随转轴一同转动；
所述无槽转子包括铁心及内外双层绕组，采用固化一体式设计，其中外层绕组与左换向器连接，内层绕组与右换向器相连；
所述无槽转子为杯形结构，无槽转子的杯底与转轴固定，可跟随转轴一同转动；
所述无槽转子的杯体置于内、外定子铁心的空气隙之间；
所述外定子铁心固定在机壳内侧，且设有磁钢安装槽；
所述内定子铁心固定在机壳内侧，且设有磁钢安装槽；
所述永磁磁钢分别安装在内、外定子铁心的磁钢安装槽中；
所述内定子铁芯设有中心通孔；
所述转轴依次穿过前端盖轴承、左绝缘套筒、无槽转子、内定子铁心的中心通孔、右绝缘套筒和后端盖轴承，通过前、后端盖与机壳固定；
永磁磁钢产生的恒定磁通为Φ1，当直流电流I经过左电刷、左换向片和无槽转子外层绕组形成闭合回路时，根据直流电动机的电磁转矩公式可知，无槽转子受到的驱动转矩为：
T＝CTΦ1I (1)，
式(1)中CT为与无槽转子外层绕组结构相关的常数；
无槽转子受到的电磁转矩为顺时针方向，即此时无槽转子为顺时针旋转；
当无槽转子顺时针旋转时，角速度为Ω，则无槽转子的内层绕组会以该角速度切割恒定磁通Φ1，根据法拉第电磁感应定律，无槽转子内层绕组切割磁通Φ1产生的感应电动势为：
e＝CeΦ1Ω (2)，
式中Ce为与无槽转子内层绕组结构相关的常数；
由公式(2)可知，无槽转子内层绕组产生的感应电动势与机组的角速度Ω成正比。
2.根据权利要求1所述的一种新型永磁式直流伺服测速机组，其特征在于：内、外定子铁心中的永磁磁钢，在机组内部产生的磁场为两极磁场。
3.根据权利要求1所述的一种新型永磁式直流伺服测速机组，其特征在于：左、右电刷的个数同为两个，安装在永磁磁钢形成的磁场的几何中性线位置。
4.根据权利要求1所述的一种新型永磁式直流伺服测速机组，其特征在于：无槽转子的内、外层绕组分别固定在其铁心的内侧和外侧。
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