一種高比功率寬調(diào)速伺服電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于伺服電機，具體涉及一種在小體積條件下實現(xiàn)的高比功率寬調(diào)速伺服電機。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服技術(shù)是機電一體化的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于軍工、現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中，如運載火箭發(fā)動機噴管位置擺動、衛(wèi)星姿態(tài)控制、導彈舵機姿態(tài)控制、數(shù)控機床、工業(yè)機器人等自動化設(shè)備中。永磁同步伺服電機無換向器、無電刷、具有優(yōu)良的低速性能、轉(zhuǎn)矩電流比高、效率高、動態(tài)響應(yīng)快、控制簡單，適應(yīng)高性能伺服驅(qū)動的要求，近年來廣泛應(yīng)用于國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的高伺服性能、高可靠性的中小容量傳動領(lǐng)域。
[0003]目前，航空、航天領(lǐng)域等伺服機構(gòu)的電機產(chǎn)品在飛行時要承受高溫環(huán)境，同時具有多種工況下的適應(yīng)能力，對重量、體積要求較為嚴格。市場上生產(chǎn)的小型伺服電機體積較大(一般大于Φ60ι?πιΧ 100mm),比功率較低(一般小于0.4kW/kg),供電電壓較大(一般為AC200V?230V)，調(diào)速范圍較窄(一般為O?6000rpm)。不能滿足對電壓、速度以及環(huán)境有特殊要求的系統(tǒng)和場合。
[0004]小體積和高比功率寬調(diào)速是一對技術(shù)上的矛盾，現(xiàn)有技術(shù)所提供的伺服電機結(jié)構(gòu)都不能將二者比較好的結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、比功率高、調(diào)速范圍寬的伺服電機。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種高比功率寬調(diào)速伺服電機，它包括定子、轉(zhuǎn)子、機殼、端蓋、旋轉(zhuǎn)變壓器、卡箍和尾罩，定子設(shè)在轉(zhuǎn)子外部，旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入端與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸連接，定子和轉(zhuǎn)子設(shè)在機殼內(nèi)部，端蓋的右端與機殼的左端固定連接，尾罩的右端與端蓋的左端固定連接，旋轉(zhuǎn)變壓器設(shè)在尾罩和端蓋內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)變壓器通過卡箍與端蓋內(nèi)壁連接。
[0007]所述的定子包括定子鐵芯和三相繞組，三相繞組設(shè)在定子鐵芯內(nèi)部，定子鐵芯上沿周向均勻開有若干個槽，每個槽的槽口處均各自設(shè)有槽楔，每個槽內(nèi)均各自設(shè)有槽絕緣，槽絕緣分別與定子鐵芯的內(nèi)壁和槽楔的頂端連接，每個槽內(nèi)均各自設(shè)有層間絕緣，層間絕緣的兩端分別與槽絕緣的兩側(cè)內(nèi)壁連接，層間絕緣將槽內(nèi)分為兩層，每層內(nèi)平行排布若干匝三相繞組。
[0008]所述的定子鐵芯上沿周向均勻開有9個槽。
[0009]所述的轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸、磁鋼、磁軛、前擋板、后擋板、鋼套、前軸承和后軸承，磁軛設(shè)在轉(zhuǎn)軸外部，若干個磁鋼均勻地設(shè)在磁軛外部，磁鋼外部設(shè)有鋼套，鋼套的右端設(shè)有前擋板，鋼套的左端設(shè)有后擋板，轉(zhuǎn)軸外設(shè)有前軸承和后軸承，前軸承設(shè)在前擋板右端，后軸承設(shè)在后擋板左端。
[0010]所述的磁鋼共有8個。
[0011]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0012](I)本發(fā)明提供的一種高比功率寬調(diào)速伺服電機采用8極9槽的電磁設(shè)計方案，該結(jié)構(gòu)能夠消除齒諧波基波及2?7次諧波，配合采用雙層繞組能夠大幅減少轉(zhuǎn)矩波動，使小體積高速伺服電機具有較大的功率密度和較小的轉(zhuǎn)矩波動；
[0013](2)采用長徑比為2.5的細長結(jié)構(gòu)，降低了轉(zhuǎn)動慣量，提高電機輸出功率，在外形尺寸為Φ45πιπιΧ 125mm的空間內(nèi)，實現(xiàn)了 500W伺服電機的輕小型化結(jié)構(gòu)設(shè)計，也實現(xiàn)了0.7kff/kg的高比功率和O?12000rpm的高調(diào)速范圍。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明所提供的一種高比功率寬調(diào)速伺服電機的軸向剖視圖；
[0015]圖2為伺服電機的徑向剖視圖；
[0016]圖3為定子一個槽的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為定子鐵芯的徑向示意圖；
[0018]圖5為圖3中A-A首I]面不意圖；
[0019]圖6為轉(zhuǎn)子的軸向剖視圖；
[0020]圖7為圖6中B-B剖面示意圖。
[0021]圖中:10.定子，20.轉(zhuǎn)子，30.端蓋，40.彈性銷，50.旋轉(zhuǎn)變壓器，60.卡箍，70.尾罩，11.機殼，13.螺釘，121.定子鐵芯，122.三相繞組，123.引線，124.槽絕緣，125.層間絕緣，126.槽楔，21.轉(zhuǎn)軸，22.磁鋼，23.磁軛，24.前擋板，25.后擋板，26.鋼套，27.前軸承，28.后軸承。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0023]如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的一種高比功率寬調(diào)速伺服電機包括:機殼11、定子10、轉(zhuǎn)子20、端蓋30、彈性銷40、旋轉(zhuǎn)變壓器50、卡箍60和尾罩70。定子10設(shè)在轉(zhuǎn)子20外部。旋轉(zhuǎn)變壓器50的輸入端與轉(zhuǎn)子20的轉(zhuǎn)軸21固定連接，轉(zhuǎn)軸21帶動旋轉(zhuǎn)變壓器50的輸入端旋轉(zhuǎn)。定子10和轉(zhuǎn)子20設(shè)在機殼11內(nèi)部，定子10和機殼11通過螺釘13固定連接。端蓋30的右端與機殼11的左端通過彈性銷40固定連接，尾罩70的右端與端蓋30的左端通過螺釘固定連接。旋轉(zhuǎn)變壓器50設(shè)在尾罩70和端蓋30內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)變壓器50通過卡箍60與端蓋30內(nèi)壁連接。
[0024]如圖3所示，定子10包括定子鐵芯121和三相繞組122，三相繞組122設(shè)在定子鐵芯121內(nèi)部，三相繞組122的輸出端焊接引線123。定子鐵芯121如圖4所示。定子鐵芯121上沿周向均勻開有9個槽，槽形為平底半開口梯形，槽口寬度為1.2mm，上底寬5.68mm,深度為6.5mm，槽與槽之間的齒寬為3.4mm，槽底倒角為R0.8。定子鐵芯121外徑為Φ40πιπι，內(nèi)徑為Φ24ι?πι,軸向長度為60mm。定子鐵芯121的長徑比為60mm/24mm=2.5,這種較大的長徑比可以降低轉(zhuǎn)動慣量，提高電機輸出功率。如圖5所示，每個槽的槽口處均各自設(shè)有槽楔126，每個槽內(nèi)均各自設(shè)有槽絕緣124，槽絕緣124分別與定子鐵芯121的內(nèi)壁和槽楔124的頂端緊密貼合，每個槽內(nèi)均各自設(shè)有層間絕緣125，層間絕緣125的兩端分別與槽絕緣124的兩側(cè)內(nèi)壁緊密貼合，層間絕緣125將槽內(nèi)分為兩層，每層內(nèi)平行排布8匝三相繞組122。槽絕緣124和層間絕緣125采用6層聚酰亞胺薄膜或一層聚酰亞胺復(fù)合材料。三相繞組122為由3根漆包銅圓線并繞成的3個線圈，所用的銅線為220°C耐溫等級的聚酰亞胺漆包銅圓線。
[0025]如圖6所示，轉(zhuǎn)子20包括轉(zhuǎn)軸21、磁鋼22、磁軛23、前擋板24、后擋板25、鋼套26、前軸承27和后軸承28。磁軛23與轉(zhuǎn)軸21滾花過盈配合。磁鋼22有8個，為瓦片形，選擇2:17型稀土鈷材料。磁鋼22采用耐高溫的膠粘劑均勻地粘貼在磁軛23外部。磁鋼22的外部與鋼套26間隙配合。鋼套26選用lCrl8Ni9Ti材料，單邊厚度范圍取0.2mm?0.5mm。鋼套26的右端與前擋板24焊接，鋼套26的左端與后擋板25焊接。轉(zhuǎn)軸21外設(shè)有前軸承27和后軸承28，前軸承27設(shè)在前擋板24右端，后軸承28設(shè)在后擋板25左端。前軸承27和后軸承28采用耐溫250°C的深溝球軸承。
[0026]這種8片磁鋼22、9個定子槽的結(jié)構(gòu)為“8極9槽”結(jié)構(gòu)。采用相近極槽數(shù)能夠有效降低齒槽轉(zhuǎn)矩，而“8極9槽”為電機在小體積、高轉(zhuǎn)速下的最優(yōu)組合。該結(jié)構(gòu)能夠消除齒諧波基波及2?7次諧波，配合采用雙層繞組能夠大幅減少轉(zhuǎn)矩波動，使小體積高速伺服電機具有較大的功率密度和較小的轉(zhuǎn)矩波動。
[0027]本發(fā)明的工作過程為:給外接的電機控制器中供直流母線電壓DC56V。電機控制器通過引線123給三相繞組122通入三相正弦波電流，三相繞組122產(chǎn)生磁場，于是在三相交流電流產(chǎn)生的磁場和磁鋼22產(chǎn)生的磁場相互作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子20轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子20的位置由旋轉(zhuǎn)變壓器50檢測，旋轉(zhuǎn)變壓器50通過引線將轉(zhuǎn)子位置信號送達電機控制器，電機控制器通過控制算法對電機電流進行閉環(huán)控制。由于采用了長徑比為2.5的細長型結(jié)構(gòu)和8極9槽的電磁結(jié)構(gòu)，使得高比功率寬調(diào)速得到實現(xiàn)，在Φ45πιπιΧ 125mm的空間內(nèi)，實現(xiàn)了 500W伺服電機的輕小型化結(jié)構(gòu)設(shè)計，也實現(xiàn)了 0.7kff/kg的高比功率和O?12000rpm的高調(diào)速范圍。
[0028]上面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。本發(fā)明中未作詳細描述的內(nèi)容均可以采用現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種高比功率寬調(diào)速伺服電機，其特征在于:它包括定子(10)、轉(zhuǎn)子(20)、機殼(11)、端蓋(30)、旋轉(zhuǎn)變壓器(50)、卡箍(60)和尾罩(70)，定子(10)設(shè)在轉(zhuǎn)子(20)外部，旋轉(zhuǎn)變壓器(50)的輸入端與轉(zhuǎn)子(20)的轉(zhuǎn)軸(21)連接，定子(10)和轉(zhuǎn)子(20)設(shè)在機殼(11)內(nèi)部,端蓋(30)的右端與機殼(11)的左端固定連接，尾罩(70)的右端與端蓋(30)的左端固定連接，旋轉(zhuǎn)變壓器(50 )設(shè)在尾罩(70 )和端蓋(30 )內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)變壓器(50 )通過卡箍(60)與端蓋(30)內(nèi)壁連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高比功率寬調(diào)速伺服電機，其特征在于:所述的定子(10)包括定子鐵芯(121)和三相繞組(122)，三相繞組(122)設(shè)在定子鐵芯(121)內(nèi)部，定子鐵芯(121)上沿周向均勻開有若干個槽，每個槽的槽口處均各自設(shè)有槽楔(126)，每個槽內(nèi)均各自設(shè)有槽絕緣(124)，槽絕緣(124)分別與定子鐵芯(121)的內(nèi)壁和槽楔(124)的頂端連接，每個槽內(nèi)均各自設(shè)有層間絕緣(125)，層間絕緣(125)的兩端分別與槽絕緣(124)的兩側(cè)內(nèi)壁連接，層間絕緣(125)將槽內(nèi)分為兩層，每層內(nèi)平行排布若干匝三相繞組(122)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高比功率寬調(diào)速伺服電機，其特征在于:所述的定子鐵芯(121)上沿周向均勻開有9個槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高比功率寬調(diào)速伺服電機，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子(20)包括轉(zhuǎn)軸(21)、磁鋼(22)、磁軛(23)、前擋板(24)、后擋板(25)、鋼套(26)、前軸承(27 )和后軸承(28 )，磁軛(23 )設(shè)在轉(zhuǎn)軸(21)外部，若干個磁鋼(22 )均勻地設(shè)在磁軛(23 )外部，磁鋼(22)外部設(shè)有鋼套(26)，鋼套(26)的右端設(shè)有前擋板(24)，鋼套(26)的左端設(shè)有后擋板(25 )，轉(zhuǎn)軸(21)外設(shè)有前軸承(27 )和后軸承(28 )，前軸承(27 )設(shè)在前擋板(24)右端，后軸承(28)設(shè)在后擋板(25)左端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高比功率寬調(diào)速伺服電機，其特征在于:所述的磁鋼(22)共有8個。
【專利摘要】本發(fā)明屬于伺服電機，具體公開一種在小體積條件下實現(xiàn)的高比功率寬調(diào)速伺服電機，它包括定子、轉(zhuǎn)子、機殼、端蓋、旋轉(zhuǎn)變壓器、卡箍和尾罩，定子包括定子鐵芯和三相繞組，定子鐵芯采用9槽結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸、磁鋼、磁軛、前擋板、后擋板、鋼套、前軸承和后軸承，轉(zhuǎn)子磁鋼采用8極結(jié)構(gòu)，且長徑比為2.5。在外形尺寸為Φ45mm×125mm的空間內(nèi)，實現(xiàn)了500W伺服電機的輕小型化結(jié)構(gòu)設(shè)計，也實現(xiàn)了0.7kW/kg的高比功率和0～12000rpm的高調(diào)速范圍。
【IPC分類】H02K1-16, H02K29-03, H02K1-27
【公開號】CN104600945
【申請?zhí)枴緾N201310530172
【發(fā)明人】丁閃, 王毅, 劉雯, 蘇靜靜, 董菲, 王鑫
【申請人】北京精密機電控制設(shè)備研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年10月31日