CN107070014A - 一种混合励磁伺服电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种混合励磁伺服电机，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、永磁体和轴，属于特种电机技术领域。所述转子铁心固定在轴上，转子铁心上有10个均布的凸形转子极；定子铁心有12个凸形的定子极，12个定子极可分为6对平行定子极；每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽；每一对平行定子极上绕有励磁绕组，相邻励磁绕组的绕制方向相反；励磁绕组位于励磁槽的底部；每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，电枢绕组位于励磁槽和电枢槽的槽口；每一对平行定子极的两个定子极的轭部嵌有切向充磁的永磁体，相邻永磁体的充磁方向相反。本发明的技术不仅具备混合励磁电机优点，而且励磁绕组与电枢绕组互相隔离，转子上既无永磁体也无励磁绕组互不干扰，可靠性高。

Description

一种混合励磁伺服电机
技术领域
本发明涉及一种混合励磁伺服电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
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，其在工业生产自动化领域中的应用广泛。在伺服电机发展早期，直流电机以其良好的可控性成为主要的伺服电机种类，在机床等多种伺服***中得到大量应用。但随着科技的进步，特别是稀土永磁材料的出现，永磁交流伺服电机能够满足了现代髙性能伺服***对高精度、宽调速范围、低速大转矩、稳定性好、快速动态响应的要求。混合励磁不但具有永磁电机的所有优点，而且能够克服永磁电机磁场控制困难缺陷。因此，混合励磁伺服电机优良的性能与现代驱动控制技术和高精度传感器技术结合，组成了现代最优异的伺服***，将成为现代高性能伺服***的主流及发展方向。
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***，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***的检测精度,获得理想的速度特性和伺服性能。
另外，也有一些相关专利文献是关于伺服电机本体的设计，例如申请号为201610533985.3的专利申请：一种伺服电机的转子及该伺服电机，该发明能够使得现有伺服电机结构的轴向缩短、整体结构紧凑,同时使得连接的导线电缆对伺服机构的阻力矩减小,并提高导线电缆的使用寿命。
在此基础上，发明人对多相双凸极电机的极数和极弧系数进行了深入的研究，在《中国电机工程学报》2015年第七期发表了“多相电励磁双凸极发电机极数与极弧系数研究”的学术论文，指出定子极数和转子极数之比应为m/(m+1)或m/(m-1)。
作为已有技术，传统的双凸极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高可靠性伺服电机。
基于此，本发明提出一种反电势为正弦波的电机以减小换向转矩脉动，同时具备多相绕组以提高***的可靠性。本发明的技术突破了原有双凸极电机极数之比应为m/(m+1)或m/(m-1)这一技术偏见，因此具有创造性。
发明内容
所要解决的技术问题：提供一种磁场容易控制、工作可靠、转矩脉动较小的混合励磁伺服电机。
为了实现以上功能，本发明采取的技术方案是：
一种混合励磁伺服电机，为内转子结构，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、永磁体和轴，其特征在于：
所述转子铁心固定在轴上，转子铁心上有10个均布的凸形转子极；
所述定子铁心有12个凸形的定子极，12个定子极分为6对平行定子极，一对平行定子极上的两个定子极的中心线互相平行；
每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽；
所述励磁槽槽深大于电枢槽，励磁槽在槽的底部有沿圆周凹进的凹陷，使励磁槽底部宽度大于槽口宽度；
每一对平行定子极上绕有励磁绕组，相邻励磁绕组的绕制方向相反；励磁绕组位于励磁槽的底部；
每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，相邻电枢绕组的绕制方向相反；电枢绕组位于励磁槽和电枢槽的槽口；
每一对平行定子极的两个定子极的轭部嵌有切向充磁的永磁体，相邻永磁体的充磁方向相反；所述永磁体在径向的长度小于一对平行定子极定子轭部的厚度。
如上所述的一种混合励磁伺服电机，其特征在于：励磁槽内的电枢绕组和励磁绕组之间设置有绝缘隔板。
如上所述的一种混合励磁伺服电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
如上所述的一种混合励磁伺服电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次为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、Z相电枢绕组、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，电枢绕组依据相位不同分为六相；六相电枢绕组分为两个三角形连接的三相绕组。
如上所述的一种混合励磁伺服电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次为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、Z相电枢绕组、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；其中X相电枢绕组、Y相电枢绕组和Z相电枢绕组分别与A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组反向串联，组成相差120°电角度的三相绕组。
本发明的有益效果是：
1本发明电机为混合励磁，在出现电励磁故障的情况下永磁可以持续出力，在永磁失磁时，电励磁也可以继续工作；
2本发明励磁绕组与电枢绕组互相隔离，互不干扰，可靠性高；
3转子上既无永磁体也无励磁绕组，可高速旋转；
4总的磁链较短，磁阻小，铁耗少；
5绕组皆为集中式绕组，内阻小，效率高。
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是本发明一种混合励磁伺服电机的结构示意图。其中，1、定子铁心，2、转子铁心，3、励磁绕组，4、轴，5、永磁体，6、电枢绕组，7、绝缘隔板。
图2是本发明一种混合励磁伺服电机的充磁方向示意图。
图3是本发明一种混合励磁伺服电机的绕组示意图。
图4是本发明一种混合励磁伺服电机各个线圈矢量星形图。
图5是本发明一种混合励磁伺服电机各相绕组矢量星形图。
图6是本发明一种混合励磁伺服电机六相反电势图。
具体实施方式
本发明提供一种混合励磁伺服电机，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。
图1是本发明一种混合励磁伺服电机的结构示意图。如图所示，所述一种混合励磁伺服电机为内转子结构，包括定子铁心(1)、转子铁心(2)、励磁绕组(3)、电枢绕组(6)、永磁体(5)和轴(4)。所述转子铁心(2)固定在轴(4)上，转子铁心(2)上有10个均布的凸形转子极。
所述定子铁心(1)有12个凸形的定子极，12个定子极可分为6对平行定子极，一对平行定子极上的两个定子极的中心线互相平行。每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽。所述励磁槽槽深大于电枢槽，励磁槽在槽的底部有沿圆周凹进的凹陷，使励磁槽底部宽度大于槽口宽度。每一对平行定子极上绕有励磁绕组(3)，相邻励磁绕组(3)的绕制方向相反；励磁绕组(3)位于励磁槽的底部。每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组(6)，相邻电枢绕组(6)的绕制方向相反；电枢绕组(6)位于励磁槽和电枢槽的槽口。励磁槽内的电枢绕组(6)和励磁绕组(3)之间设置有绝缘隔板(7)。每一对平行定子极的两个定子极的轭部嵌有切向充磁的永磁体(5)，相邻永磁体(5)的充磁方向相反；所述永磁体(5)在径向的长度小于一对平行定子极定子轭部的厚度。
转子极为斜极结构。
图2是本发明一种混合励磁伺服电机的充磁方向示意图。每一对平行定子极的两个定子极的轭部嵌有切向充磁的永磁体(5)，相邻永磁体(5)的充磁方向相反；永磁体(5)在径向的长度小于一对平行定子极定子轭部的厚度。
图3是本发明一种混合励磁伺服电机的绕组示意图。沿圆周方向的电枢线圈依次为A相电枢线圈、X相电枢线圈、B相电枢线圈、Y相电枢线圈、C相电枢线圈、Z相电枢线圈、A相电枢线圈、X相电枢线圈、B相电枢线圈、Y相电枢线圈、C相电枢线圈和Z相电枢线圈。
图4是本发明一种混合励磁伺服电机各个线圈矢量星形图。如图所示，沿圆周方向的电枢线圈依次为A相电枢线圈、X相电枢线圈、B相电枢线圈、Y相电枢线圈、C相电枢线圈、Z相电枢线圈、A相电枢线圈、X相电枢线圈、B相电枢线圈、Y相电枢线圈、C相电枢线圈和Z相电枢线圈，相邻线圈相差60°电角度。
图5是本发明一种混合励磁伺服电机各相绕组矢量星形图。各相绕组之间相差60°电角度。
图6是本发明一种混合励磁伺服电机六相反电势图。各相绕组之间相差60°电角度。
下面给出本发明提供的一种混合励磁伺服电机工作原理。
在本发明一种混合励磁伺服电机励磁绕组(3)上通有电流或永磁体(5)充磁时，此时在电机内部会建立起磁场，产生的磁通将经过各相的定子轭部、定子齿部、空气隙、转子齿部、转子轭部形成闭合回路。通过位置传感器检测电机转子位置，将位置信号输送给控制器后，控制器控制功率变换器的相应开关管，给电感上升的绕组通以正向电流，给电感下降的绕组通以负向电流，电机即可实现对外输出转矩。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种混合励磁伺服电机，为内转子结构，包括定子铁心、转子铁心、励磁绕组、电枢绕组、永磁体和轴，其特征在于：
所述转子铁心固定在轴上，转子铁心上有10个均布的凸形转子极；
所述定子铁心有12个凸形的定子极，12个定子极分为6对平行定子极，一对平行定子极上的两个定子极的中心线互相平行；
每一对平行定子极的两个定子极之间有电枢槽，相邻两对平行定子极之间有励磁槽；
所述励磁槽槽深大于电枢槽，励磁槽在槽的底部有沿圆周凹进的凹陷，使励磁槽底部宽度大于槽口宽度；
每一对平行定子极上绕有励磁绕组，相邻励磁绕组的绕制方向相反；励磁绕组位于励磁槽的底部；
每个定子极上都绕有集中式的电枢绕组，相邻电枢绕组的绕制方向相反；电枢绕组位于励磁槽和电枢槽的槽口；
每一对平行定子极的两个定子极的轭部嵌有切向充磁的永磁体，相邻永磁体的充磁方向相反；所述永磁体在径向的长度小于一对平行定子极定子轭部的厚度。
2.如权利要求1所述的一种混合励磁伺服电机，其特征在于：励磁槽内的电枢绕组和励磁绕组之间设置有绝缘隔板。
3.如权利要求1所述的一种混合励磁伺服电机，其特征在于：转子极为斜极结构。
4.如权利要求1所述的一种混合励磁伺服电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次为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、Z相电枢绕组、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，电枢绕组依据相位不同分为六相；六相电枢绕组分为两个三角形连接的三相绕组。
5.如权利要求1所述的一种混合励磁伺服电机，其特征在于：沿圆周方向的电枢绕组依次为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、Z相电枢绕组、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；其中X相电枢绕组、Y相电枢绕组和Z相电枢绕组分别与A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组反向串联，组成相差120°电角度的三相绕组。
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