[发明专利]多速伺服系统及速度切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及机电一体化的技术领域，特别是关于一种用于多速永磁同步电机的伺服系统，及多速永磁同步电机的速度切换方法。

背景技术

图1显示了现有伺服系统的一种结构，其中主要包括伺服电机80和伺服控制装置90。伺服电机80包括电磁部件88，安装该电磁部件的轴承86和支撑连接体84，以及用于检测电机工作状态的传感器82。伺服控制装置90包括控制器92和驱动器94。传感器82将检测到的电机速度、位置等信号输入控制器92中，控制器92经驱动器94对伺服电机80的电磁部件88进行控制。

图2伺服电机的局部剖视示意图，伺服电机包括传感器82、支撑连接体84、轴承86和电磁部件，电磁部件包括转子881和定子882，定子882安装在支撑连接体84上，转子881安装在轴承86上，传感器82可以包括一个光数码传感器，通过感应转子881的位置即可确定伺服电机80的转速。

传统伺服系统通过传感器采集电机工作状态信号来控制电机，虽然这种电机可以在很大的转速范围内使用，但其性能最优的转速区间往往只是中间的一段。在低速时，电机往往无法提供足够大的扭矩；而在高速时，由于受到反电势的限制，最高转速也受到了限制。因此这种伺服系统通常适合用于中速平稳的状态。

一种现有的伺服系统可以实现低速大扭矩或高速小扭矩，但无法兼顾速度和扭矩的性能要求。另一种则是使用大功率的驱动系统，以满足速度和扭矩的要求，但这种结构体积庞大，而且也造成了能源的浪费。

还有一种是采用机械的变速机构，通过改变齿轮速比来实现速度的调节，但这种结构体积庞大，传动效率低。

发明内容

本发明旨在提供一种多速伺服系统，操作者可以根据伺服系统不同的使用工况，为伺服电机设定不同的速度，只需输入指令信号即可实现速度的切换，而不必使用复杂的机械结构，体积小、结构简单、且效率高。

本发明还旨在提供一种多速伺服系统的速度切换方法，该速度切换方法可以因改变绕组中各路线圈的连接方式而改变伺服电机速度的同时，改变与之相应的电机控制参数，确保各转速下的伺服电机的最佳配置。

本发明提供了一种多速伺服系统，它包括一个伺服电机、一个伺服控制装置和一个速度切换装置。伺服电机包括一个电磁部件、该电磁部件包括一个转子和一个具有三相绕组的定子，且定子的各相绕组由复数路线圈连接而成。伺服控制装置包括一个控制器，控制器包括一个切换模块，该切换模块可以接收速度切换的指令并输出切换信号。速度切换装置包括连接复数路线圈的复数个二位的控制开关，该速度切换装置可以根据切换信号控制各控制开关的开关位置，以改变各相绕组中的复数路线圈的连接方式。

在多速伺服系统中的切换模块中，速度切换装置可以根据切换信号控制控制开关的开关位置，实现各相绕组的所述复数路线圈的串联连接，降低伺服电机的转速；或速度切换装置根据切换信号控制控制开关的开关位置，实现各相绕组的复数路线圈并联连接，提高伺服电机的速度。

在多速伺服系统的示意性实施方式中，各相绕组可以是星形连接或三角形连接。

在多速伺服系统的示意性实施方式中，各相绕组中包括第一路线圈和第二路线圈，速度切换装置包括第一控制开关和第二控制开关。第一路线圈的出线端连接至该相绕组的出线端，第一路线圈的进线端与第一控制开关相连，第一控制开关的第一开关位置连接该相绕组的进线端。第二路线圈的进线端连接至该相绕组的进线端，第二路线圈的出线端与第二控制开关相连，该第二控制开关的第二开关位置连接该相绕组的出线端。

在多速伺服系统的一种示意性实施方式中，各相绕组由第一路线圈和第二路线圈组成，速度切换装置由第一控制开关和第二控制开关组成，第一路线圈的出线端连接至该相绕组的出线端，第一路线圈的进线端与第一控制开关相连，第一控制开关的第一开关位置连接该相绕组的进线端。第二路线圈的进线端连接至该相绕组的进线端，第二路线圈的出线端与第二控制开关相连，该第二控制开关的第二开关位置连接该相绕组的出线端。第一控制开关的第二开关位置连接至第二控制开关的第一开关位置。