[实用新型]伺服压力机用双绕组永磁无刷伺服电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种永磁无刷伺服电机，尤其是一种适合于机械伺服压力机性能要求的双绕组永磁无刷伺服电机。

背景技术

伺服压力机是在20世纪90年代国际上出现的一种与传统机械压力机完全不同概念的第三代压力机，它消除了传统机械压力机的飞轮和离合器等部件，由伺服电机直接或经过一定的机械齿轮减速驱动滑块，因此伺服压力机所需要的工作压力能量不同于传统机械压力机主要由飞轮储能提供，而全部由伺服电机提供。伺服压力机与传统机械压力机相比具有结构简单性、复合性、高效性、高精度、高柔性、低噪环保性等特点，充分体现了锻压机床的发展趋势。

伺服压力机的工作过程包括三个阶段：滑块空行程向下运动、滑块工作行程向下运动及滑块空行程向上运动，工作行程时需要伺服电机具有低速大转矩输出，空行程时需要的伺服电机输出转矩很低，但为了提高压力机加工工作效率，要求空行程时伺服电机高速旋转。因此伺服压力机用伺服电机应同时具有低速大转矩和高速低转矩的输出能力，同时这一伺服电机还应具有高功率密度、高转矩密度及高效及低振动噪声性能及低成本。感应伺服电机具有良好的弱磁扩速能力，因此同时具有低速大转矩和高速低转矩的输出性能，但功率密度和转矩密度及运行效率都较低，因此伺服压力机用伺服电机主要是永磁无刷伺服电机，该电机由于采用稀土永磁材料而具有高效、高功率密度、高转矩密度和低振动噪声性能，但是该种电机正常情况下不能同时满足低速大转矩和高速低转矩的输出要求，为了满足伺服压力机的这一驱动要求，只能通过增加逆变器容量实现，这无疑增加了整体系统的成本。可行的方法是采用双永磁无刷伺服电机驱动伺服压力机，其一为压力机工作行程用永磁无刷伺服电机，具有低速大转矩输出能力，其二是压力机空行程用永磁无刷伺服电机，具有高速低转矩输出能力，这不但增加了一台伺服驱动电机，而且还需要伺服电机切换装置和两台交流伺服驱动器，因此也增加了整体驱动系统的成本。

普通永磁无刷伺服电机由定子及转子构成，其中定子主要由定义铁心及定子绕组构成，转子由转子永磁体和转子铁心构成，转子结构型式多种多样，可以是内置式永磁体结构、表面式磁体结构或插入式磁体结构，定子铁心都类似，都是叠片圆环结构，在其内周或外周均匀分布槽，定子绕组型式多种多样，可以是三相单层绕组和三相双层绕组，但都是三相对称绕组。图1给出的是三相8极24槽表面式磁体结构永磁无刷伺服电机，定子由定子铁心1和定子绕组2构成，转子由转子永磁体3及转子铁心4构成，该电机的定子三相对称绕组分布如图2所示，采用三相单层绕组结构，图2中A、B、C符号前的正负表明槽中线圈的串联方向，半圆弧线表示绕组端部。定子三相对称绕组分别是A相、B相和C相，三相绕组的首端以A、B、C表示，尾端以X、Y、Z表示。三相对称绕组一般以星形连接，即三相绕组的尾端X、Y、Z接在一起如图3所示，绕组每相串联匝数为N，N为自然数(下同)。图4为三相交流电源通过逆变器给定子三相对称绕组供电，即三相绕组的首端接到逆变器的输出端。

在逆变器容量不变的前提下普通永磁无刷伺服电机的转矩转速特性曲线可以近似表示为如图5所示，电机的最大输出转矩为T_max，最高运行转速为n_max。在逆变器容量不变时，最高转矩T_max近似于电机绕组的每相串联匝数N成正比，即T_max∝N，最高转速n_max近似与每相串联匝数N成反比，即n_max∝1/N。因此对普通永磁无刷伺服电机来说，在逆变器容量不变时，要想满足伺服压力机对伺服电机低速大转矩的性能要求，需要增加电机的每相串联匝数N，N为自然数，电机的最高运行转速就受到限制，就不能满足伺服压力机的高速空行程运行要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种伺服压力机用双绕组永磁无刷伺服电机，其在不增加逆变器容量的前提下，采用一台永磁无刷伺服电机，即能在低速时输出大转矩，又能在低转矩时高速运行，从而满足伺服压力机的驱动要求。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：