CN106248996A - 一种交流伺服测角加速度机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流伺服测角加速度机组，包括转轴、铜套、内定子铁心、永磁磁钢、输出绕组、无槽转子、隔磁枕套、外定子铁心、激磁绕组、机壳、端盖和轴承。转轴穿过无槽转子、铜套中心孔和轴承，通过端盖和机壳固定；内定子铁心通过铜套与端盖固定，永磁磁钢和输出绕组分别嵌放在内定子铁心的夹槽和绕组槽中；外定子铁心与机壳固定，励磁绕组嵌放在外定子铁心绕组槽中；无槽转子杯体置于内、外定子铁心间隙中，无槽转子包括铁心和内、外两层短路绕组，且铁心由隔磁枕套分为内、外两层。本发明的交流伺服测角加速度机组，电动机和测角加速度装置共用同一转子，结构紧凑、体积小、运行稳定，且能够直接输出与机组瞬时旋转角加速度对应的电信号。

Description

一种交流伺服测角加速度机组

技术领域

本发明涉及一种交流伺服机组，更具体的是涉及一种能够测量交流伺服电动机瞬时旋转角加速度的一体式机组。

背景技术

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件，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。其中瞬时旋转角加速度信息是伺服电动机的重要参数，通过对旋转角加速度的测量，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。

目前常采用交流伺服测速机组，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，因此，测速机组的整体形状多为细长型，体积较大，机组的制造成本较高。且常用的交流伺服机组只能检测系统的旋转角速度信息，无法获取其瞬时旋转角加速度信息。

测量伺服电动机旋转角加速度常用的方法可分为间接法和直接法，间接测量法一般采用多个方位的直线加速度传感器的输出进行合成，以及采用微分电路或微分计算算法对角速度信号进行微分处理来获取角加速度，间接测量法对信号的处理比较麻烦，特别是延迟特性和噪声放大问题不易解决；直接测量法一般是使用特殊敏感元件直接测量，工作时采用联轴器将伺服电动机的转轴和旋转角加速度传感器的转轴同心连接，由于联轴器的加工以及系统在装配过程中不可避免的存在误差，容易造成转轴的不同心，影响了系统运转的稳定性和瞬时旋转角加速度测量的精确性，此外，多数旋转角加速度检测装置的结构设计较复杂，且受频率等因素影响精度不高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种交流伺服测角加速度机组。

本发明的目的采取下述技术方案实现：

一种交流伺服测角加速度机组，包括转轴、铜套、内定子铁心、永磁磁钢、输出绕组、无槽转子、隔磁枕套、外定子铁心、激磁绕组、机壳、前后端盖和配套轴承；

所述转轴依次穿过前端盖轴承、无槽转子、铜套中心孔和后端盖轴承，分别通过前、后端盖与机壳固定；

所述铜套固定在后端盖的内侧，中心设有通孔；

所述内定子铁心同心地固定在铜套的外侧，且设有夹槽和绕组槽；

所述永磁磁钢固定在内定子铁心的夹槽中；

所述输出绕组嵌放在内定子铁心的绕组槽中；

所述永磁磁钢和输出绕组在空间上错开90°角；

所述外定子铁心固定在机壳的内侧，且设有绕组槽；

所述激磁绕组为两相，嵌放在外定子铁心的绕组槽中；

所述无槽转子为固化一体式结构，整体为杯形，其杯体置于内、外定子铁心之间的空气隙中；

所述无槽转子的杯底与转轴固定，跟随转轴一同旋转；

所述无槽转子包括铁心和内、外两层绕组，且直接短路，分别固定在铁心的内侧和外侧；

所述隔磁枕套为圆筒形，置于无槽转子的铁心中，将无槽转子的铁心分为内、外两层；

所述输出绕组为单相绕组；

所述永磁磁钢为两片，安装位置在空间上错开180°角；

所述两相激磁绕组的安装位置在空间上错位对称排列，且分别通入两相错开90°电角度的交流电压。

本发明的有益效果：一种交流伺服测角加速度机组，交流伺服电动机和旋转角加速度检测装置共用无槽转子，无需其他传动部件，具有结构紧凑、体积小、噪声低、运行平稳等优点；此外，机组中的旋转角加速度检测装置测量精度高，且无需滑环等信号引出装置，能够直接将伺服电动机的瞬时旋转角加速度信号输出，具有较好的抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明的一种交流伺服测角加速度机组的结构图；

图2为本发明的一种交流伺服测角加速度机组的A-A截面图；

图3为本发明的一种交流伺服测角加速度机组的工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图进一步描述本发明的一种交流伺服测角加速度机组的实施。

如图1、图2所示，一种交流伺服测角加速度机组，包括转轴1、前端盖轴承2、前端盖3、机壳4、外定子铁心5、激磁绕组6、无槽转子7、隔磁枕套8、输出绕组9、内定子铁心10、铜套11、后端盖轴承12、后端盖13和永磁磁钢14；

所述转轴1依次穿过前端盖轴承2、无槽转子7、铜套10的中心孔和后端盖轴承12，分别通过前端盖3和后端盖13与机壳4固定；

所述铜套11固定在后端盖13的内侧，中心设有通孔；

所述内定子铁心10同心地固定在铜套11的外侧，且设有夹槽和绕组槽；

所述永磁磁钢14固定在内定子铁心10的夹槽中；

所述输出绕组9固定在内定子铁心10的绕组槽中；

所述永磁磁钢14和输出绕组9的安装位置在空间上错开90°角；

所述外定子铁心5固定在机壳4的内侧，且设有绕组槽；

所述激磁绕组6为两相，分别为601-604和605-608，嵌放在外定子铁心5的绕组槽中；

所述无槽转子7为固化一体式结构，整体为杯形，其杯体置于内定子铁心10与外定子铁心5之间的空气隙中；

所述无槽转子7的杯底与转轴1固定，跟随转轴1一同旋转；

所述无槽转子7包括铁心和内层绕组702、外层绕组701，且绕组702和701直接短路，分别固定在铁心的内侧和外侧；

所述隔磁枕套8为圆筒形，置于无槽转子7的铁心中，将无槽转子7的铁心分为内、外两层；

所述输出绕组9为单相绕组，绕组的两端分别为901和902；

所述永磁磁钢14为两片，两片永磁磁钢的安装位置在空间上错开180°角；

所述两相激磁绕组601-604和605-608的安装位置在空间上错位对称排列，且分别通入两相错开90°电角度的交流电压。

图3为本发明的一种交流伺服测角加速度机组的工作原理图：

根据交流电动机的工作原理可知，当两相对称的激磁绕组，通入两相对称的交流电压时，会在气隙中产生旋转磁场。根据图3所示的激磁绕组结构，形成的旋转磁场为对称的四个磁极，假设磁通量为Φ₁，则该磁通经由外定子铁心、空气隙和无槽转子的外铁心形成闭合回路。

由于磁通量Φ₁为旋转磁场，根据法拉第电磁感应定律，无槽转子的外层绕组产生感应电动势，由于无槽转子的外层绕组直接短路，因此绕组中存在电流，该电流在旋转磁场的作用下受到电磁力的作用，继而产生驱动的电磁转矩，带动无槽转子开始转动，假设瞬时旋转角速度为Ω。

假设无槽转子受到的电磁转矩为逆时针方向，则无槽转子的内层绕组开始切割永磁磁钢的磁通Φ₂，该磁通经由内定子铁心、空气隙和无槽转子的内铁心形成闭合回路，且磁通Φ₂不经过输出绕组。

当无槽转子的内层绕组以角速度Ω逆时针切割磁通Φ₂时，根据法拉第电磁感应定律，无槽转子的内层绕组产生的感应电动势为：

e＝C_eΦ₂Ω (1)，

式中C_e为与无槽转子内层绕组结构相关的常数。

根据右手定则，感应电动势e的方向如图3所示，由于无槽转子的内层绕组为短路连接，则绕组中产生短路电流i，且电流正比于感应电动势。该短路电流产生的磁通为Φ₃，假设磁路不饱和，则磁通Φ₃与短路电流成正比，且方向与电流符合右手螺旋定则。

根据上述过程可知，磁通Φ₃与感应电动势e成正比，即：

Φ₃∝i∝e (2)。

由于磁通Φ₃穿过内定子铁心、输出绕组、空气隙和无槽转子的内铁心后形成闭合回路，根据电磁感应定律，输出绕组产生的感应电动势：

$e_o=-N\frac{{\mathrm{d\Φ}}_3}{dt}---\left(3\right).$

式(3)中的N为输出绕组的有效匝数。

联立公式(3)、(2)、(1)可知：

$e_o=\∝\frac{{\mathrm{d\Φ}}_3}{dt}\∝\frac{d\mathrm{\Ω}}{dt}---\left(4\right).$

即输出绕组的感应电动势e_o与机组的瞬时旋转角加速度成正比。

本发明的一种交流伺服测角加速度机组，交流伺服电动机和旋转角加速度检测装置共用无槽转子，无需其他传动部件，具有结构紧凑、体积小、噪声低、运行平稳等优点；此外，机组中的旋转角加速度检测装置测量精度高，且无需滑环等信号引出装置，能够直接将伺服电动机的瞬时旋转角加速度信号输出，具有较好的抗干扰能力。

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)

1.一种交流伺服测角加速度机组，包括转轴、铜套、内定子铁心、永磁磁钢、输出绕组、无槽转子、隔磁枕套、外定子铁心、激磁绕组、机壳、前后端盖和配套轴承；

其特征在于：所述转轴依次穿过前端盖轴承、无槽转子、铜套中心孔和后端盖轴承，分别通过前、后端盖与机壳固定；

所述铜套固定在后端盖的内侧，中心设有通孔；

所述内定子铁心同心地固定在铜套的外侧，且设有夹槽和绕组槽；

所述永磁磁钢固定在内定子铁心的夹槽中；

所述输出绕组固定在内定子铁心的绕组槽中；

所述永磁磁钢和输出绕组在空间上错开90°角；

所述外定子铁心固定在机壳的内侧，且设有绕组槽；

所述激磁绕组为两相，嵌放在外定子铁心的绕组槽中；

所述无槽转子为固化一体式结构，整体为杯形，其杯体置于内、外定子铁心之间的空气隙中；

所述无槽转子的杯底与转轴固定，跟随转轴一同旋转；

所述无槽转子包括铁心和内、外两层绕组，且直接短路，分别固定在铁心的内侧和外侧；

所述隔磁枕套为圆筒形，置于无槽转子的铁心中，将无槽转子的铁心分为内、外两层。

2.根据权利要求1所述的一种交流伺服测角加速度机组，其特征在于：输出绕组为单相绕组。

3.根据权利要求1所述的一种交流伺服测角加速度机组，其特征在于：永磁磁钢为两片，安装位置在空间上错开180°角。

4.根据权利要求1所述的一种交流伺服测角加速度机组，其特征在于：两相激磁绕组的安装位置在空间上错位对称排列，且分别通入两相错开90°电角度的交流电压。