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CN104682647A - 一种超大功率伺服电机 - Google Patents

一种超大功率伺服电机 Download PDF

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CN104682647A
CN104682647A CN201410429330.2A CN201410429330A CN104682647A CN 104682647 A CN104682647 A CN 104682647A CN 201410429330 A CN201410429330 A CN 201410429330A CN 104682647 A CN104682647 A CN 104682647A
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CN
China
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stator
high power
super high
magnet steel
power servomotor
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Application number
CN201410429330.2A
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English (en)
Inventor
魏娟
陈俊杰
郭喜彬
王春明
韩继文
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China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Original Assignee
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
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Publication date
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    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种超大功率伺服电机，属于伺服电机领域，所述超大功率伺服电机包括定子和转子，所述转子位于所述定子内部，所述定子的中轴线与所述定子的中轴线共线，所述定子上的定子槽内嵌绕双层绕组使得所述电机的电动势接近正弦波形的绕组，所述绕组在所述定子上的分布方式为短距分布，所述转子包括转子轴和磁钢，所述磁钢固定在所述转子轴的外表面上，固定所述磁钢处的所述转子轴为非圆柱体结构，所述磁钢为非等厚磁钢，其横截面呈镰刀状，且充磁形式为平行充磁。本发明公开的超大功率伺服电机其电动势的正弦性高，能够在高比功率的情况下实现低惯量、高转速以及短时峰值过载等性能指标。

Description

一种超大功率伺服电机
技术领域
本发明涉及伺服电机领域，尤其涉及一种超大功率伺服电机。
背景技术
伺服电机是一种在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，可实现速度和位置的精确控制，广泛运用于飞行控制系统及多自由度传动机构中。
随着伺服技术的发展，全电伺服系统由于具有小型化、轻质化及集成化等特点，日渐受到人们的重视，与传统的伺服系统相比，全电伺服系统其工作时间和动态性能均得到大幅的提高。为了使得全电伺服系统实现大功率，研制超大功率级别的伺服电机显得尤为重要，而现有的伺服电机较为笨重，工作时长有限，且无法实现高比功率、短时峰值过载等性能指标，使得全电伺服系统的发展受限。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种超大功率伺服电机，其电动势的正弦性高，能够在高比功率的情况下实现低惯量、高转速以及短时峰值过载等性能指标。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种超大功率伺服电机，包括定子和转子，所述转子位于所述定子内部，所述定子的中轴线与所述定子的中轴线共线，所述定子上缠绕有一层或多层使得所述电机的电动势接近正弦波形的绕组，所述绕组在所述定子上的分布方式为短距分布。
本发明的进一步技术方案：所述转子包括转子轴和磁钢，所述磁钢固定在所述转子轴的外表面上，固定所述磁钢处的所述转子轴为非圆柱体结构。
本发明的进一步技术方案：所述磁钢为非等厚磁钢，其横截面呈镰刀状，且充磁形式为平行充磁。
本发明的进一步技术方案：所述磁钢上设有定子槽，所述定子槽内嵌绕有双层绕组，所述定子槽的数量为18个。
本发明的进一步技术方案：所述电机为三相双节点电机。
本发明的进一步技术方案：每层所述三相绕组均采用Y型接线方式，两套所述三相绕组均具有A、B、C、X、Y以及Z六个节点，其中节点Y1和节点Y2不接线，节点A1和A2、B1和B2、C1和C2分别并联连接后从同一接线槽中引出。
本发明的进一步技术方案：还包括电气接口、反馈元件、壳体以及第一端盖，所述电气接口固定在所述壳体上，所述电气接口包括接线盒和反馈连接器，所述反馈连接器位于所述接线盒的内部，所述反馈元件固定在所述第一端盖上，且与所述反馈连接器电性连接。
本发明的进一步技术方案：所述反馈元件包括用于检测转子轴位置和速度的旋转变压器和变压器压片，所述旋转变压器通过所述变压器压片固定在所述第一端盖上。
本发明的进一步技术方案：所述转子还包括不锈钢套，所述不锈钢套套设在所述磁钢上。
本发明的进一步技术方案：所述磁钢的两端设有用于消除不平衡量的平衡环。
本发明的有益效果为：
本发明提供的超大功率伺服电机通过在定子槽内嵌绕双层使得电机的电动势接近正弦波形的绕组，使得电机的绕组系数增高，适合于高速运行，绕组在定子上的分布方式为短距分布，这种采用短距分布绕组的齿槽定位转矩小，对谐电动势的削弱更为明显，能较大改善电机电动势的波形。本发明提供的磁钢为非等厚磁钢且固定磁钢处的转子轴为非圆柱体结构，采用这种非等厚的磁钢和非圆柱体状的转子轴利于提高电机反电势的正弦性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的超大功率伺服电机的半剖视图；
图2是本发明具体实施方式提供的超大功率伺服电机的左视图；
图3是本发明具体实施方式提供的超大功率伺服电机的右视图；
图4是本发明具体实施方式提供的转子的结构示意图；
图5是本发明具体实施方式提供的展开的绕组的结构示意图；
图6是本发明具体实施方式提供的转子的截面图。
图中：
1、壳体；2、第一端盖；3、第二端盖；41、铁芯；42、绕组；51、不锈钢套；52、转子轴；53、轴承；54、平衡环；55、磁钢；61、接线盒；62、动力连接器；63、反馈连接器；71、旋转变压器；72、变压器压片。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明提供的一种30KW级超大功率伺服电机，包括壳体1、第一端盖2、第二端盖3、定子、转子、电气接口以及反馈元件，第一端盖2和第二端盖3分别位于壳体1的两端端部，转子位于定子内部，定子的中轴线与定子的中轴线共线，即转子和定子同轴设置，电气接口固定在壳体1的外表面上，反馈元件固定在第一端盖2上，反馈元件与电气接口电性连接。
定子包括铁芯41和绕组42，铁芯41位于壳体1内，铁芯41上缠绕两层使得电机的电动势接近正弦波形的绕组42，电动势接近正弦波形会使得电机的绕组42系数增高，适合于高速运行，绕组42通过电流时会产生磁场，铁芯41为磁场提供通路。绕组42在定子上的分布方式为短距分布，短距分布会使得绕组42的齿槽定位转矩小，对谐电动势的削弱更为明显，能较大改善电机电动势的波形，提高电动势的正弦性。装配时，铁芯41与壳体1的装配采用热装工艺，且通过专用工装进行安装。
如图4所示，进一步的，转子包括不锈钢套51、转子轴52、轴承53、平衡环54以及磁钢55，其中轴承53的数量为两个，位于支撑转子轴52的两个端部，并套设在转子轴52上。磁钢55固定在转子轴52的外表面上，其固定方式可以是粘接。平衡环54位于磁钢55的两端，用于消除不平衡量，起到保护磁钢55的作用。不锈钢套51套设在磁钢55上，用于紧固及保护磁钢55。装配时，平衡环54的装配采用压装工艺，并通过螺钉进行双面加固，钢套51与磁钢55的装配采用热装工艺，磁钢55与转子轴52之间的转配也采用热装工艺，压装工艺和热装工艺均增强构件之间固定的可靠性。
如图6所示，进一步优选的，固定磁钢55处的转子轴52为非圆柱体结构，其横截面图形为一个由四段圆弧构成的类矩形结构，类矩形结构是指其大致性状为矩形。进一步优选的，磁钢55为非等厚磁钢55，其横截面呈镰刀状，其横截面图形由两条弧线和两条平行线构成，采用这种非等厚的磁钢55和非圆柱体状的转子轴52利于提高电机反电势的正弦性。磁钢55的充磁形式为平行充磁，平行充磁是指磁力线发出和进入的方向与转子轴52的轴向方向保持一致。
优选的，电机为三相双节点电机，磁钢55上设有定子槽，定子槽内嵌绕有双层绕组42，所述定子槽的数量为18个。
综上所述，本实施例中提供的30KW级超大功率伺服电机通过极槽优选配置、转子永磁体结构设计以及线型的优化，使得30KW级超大功率伺服电机能够在高比功率的情况下实现低惯量、高转速以及短时峰值过载等性能指标，从而使得30KW的超大功率伺服电机能够满足在航天器械等苛刻工况。
如图2所示，进一步的，电气接口包括接线盒61、动力连接器62以及反馈连接器63，接线盒61固定在壳体1上，动力连接器62和反馈连接器63均位于接线盒61的内部，动力连接器62和反馈连接器63用于接收及反馈控制信号。
如图3所示，进一步的，反馈元件与反馈连接器63电性连接，反馈元件包括旋转变压器71和变压器压片72，旋转变压器71通过变压器压片72固定在第一端盖2上，旋转变压器71用于检测转子轴52位置和速度。动力连接器62、反馈连接器63、绕组42引线以及旋转变压器71均按照点定义安装在接线盒61内。
如图5所示，具体使用时，每层三相绕组42均采用Y型接线方式，即星形接线方式，每套三相绕组42均具有A、B、C、X、Y以及Z六个节点。其中节点Y1和节点Y2不接线，节点A1和节点A2、节点B1和节点B2、节点C1和节点C2分别并联连接后从同一接线槽中引出。Y1和Y2接点不接线可以减少定子绕组42中由于永磁体性能不同而引起的相绕组42永磁感应电动势不平衡所造成的绕组42间环流。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种超大功率伺服电机，包括定子和转子，所述转子位于所述定子内部，所述定子的中轴线与所述定子的中轴线共线，其特征在于：
所述定子上缠绕有一层或多层使得所述电机的电动势接近正弦波形的绕组(42)，所述绕组(42)在所述定子上的分布方式为短距分布。
2.根据权利要求1所述的超大功率伺服电机，其特征在于：
所述转子包括转子轴(52)和磁钢(55)；
所述磁钢(55)固定在所述转子轴(52)的外表面上；
固定所述磁钢(55)处的所述转子轴(52)为非圆柱体结构。
3.根据权利要求2所述的超大功率伺服电机，其特征在于：
所述磁钢(55)为非等厚磁钢(55)，其横截面呈镰刀状，且充磁形式为平行充磁。
4.根据权利要求2或3所述的超大功率伺服电机，其特征在于：
所述磁钢(55)上设有定子槽；
所述定子槽内嵌绕有双层绕组；
所述定子槽的数量为18个。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超大功率伺服电机，其特征在于：
所述电机为三相双节点电机。
6.根据权利要求5所述的超大功率伺服电机，其特征在于：
每层所述三相绕组(42)均采用Y型接线方式；
两套所述三相绕组(42)均具有A、B、C、X、Y以及Z六个节点；
其中节点Y1和节点Y2不接线，节点A1和A2、B1和B2、C1和C2分别并联连接后从同一接线槽中引出。
7.根据权利要求1所述的超大功率伺服电机，其特征在于：
还包括电气接口、反馈元件、壳体(1)以及第一端盖(2)；
所述电气接口固定在所述壳体(1)上；
所述电气接口包括接线盒(61)和反馈连接器(63)，所述反馈连接器(63)位于所述接线盒(61)的内部；
所述反馈元件固定在所述第一端盖(2)上，且与所述反馈连接器(63)电性连接。
8.根据权利要求7所述的超大功率伺服电机，其特征在于：
所述反馈元件包括用于检测转子轴(52)位置和速度的旋转变压器(71)和变压器压片(72)；
所述旋转变压器(71)通过所述变压器压片(72)固定在所述第一端盖(2)上。
9.根据权利要求2所述的超大功率伺服电机，其特征在于：
所述转子还包括不锈钢套(51)；
所述不锈钢套(51)套设在所述磁钢(55)上。
10.根据权利要求2或9所述的超大功率伺服电机，其特征在于：
所述磁钢(55)的两端设有用于消除不平衡量的平衡环。
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