[其他]改进型交流永磁无刷伺服电动机

说明书

本实用新型是一个交流永磁无刷伺服电动机，该电动机由电子控制装置驱动，用于机器人，精密数控机床及其它类似这种要求高性能伺服控制的驱动机构中。

公知的伺服电机中通常具有一个定子机座，定子硅片铁芯被固定在此机座的内壁中，为增加电机的散热能力其外表面带有翅片，这种机座一般采用铸造方式制造，也有采用挤压式或拉拨式制造的。这样不仅制造工序繁多而且工艺复杂，耗用金属材料比较多。电机的另一主要部件是装有永磁磁极的转子，这样的转子制造即麻烦又复杂，比如采用正弦波磁密分布的交流永磁电动机，为产生正弦波的气隙磁密，其磁极靴面形状是不规则的，永磁材料一般具有类似陶瓷的加工性质，不规则的形状给加工带来困难。在这种电机中用于检测磁场位置和转速的检测器可合用一个高分辨率的绝对位置编码器。但制造该编码器成本较高。过去也有采用方波磁波分布的永磁无刷伺服电动机，其定子是沿用机座式结构，轴上通常安装二个检测器，一个用于磁场位置检测，一个用于转速检测。采用二个检测器除成本高外，增加装配调整的难度，而且电机也增加长度。

本实用新型的任务是设计一种新型交流永磁无刷伺服电动机，取消定子机座，其定子采用无机座外壳直接冷却方式，转子磁极具有规则形状（园弧或直线）轴上装一个光电编码器可输出磁场位置的转速二种信号。采用这种结构可以使电机的总体结构简单化，制造成本低廉。

本实用新型的解决方案从电机机构成的三部分分别叙述：定子采用直接冷却无机座外壳，利用定子硅钢片作为机座，从图4定子组装图中看出，定子硅铁片3叠装后通过连接杆2和焊接使硅钢片成为一个整体，连同绕组1、定子端环4、槽绝缘5一起组成定子。为增加散热面积定子硅钢片外园可设计成齿状。

转子永磁体采用如图1所示的a    b    c瓦状，图中φ为磁力线方向，wp为极宽，当磁体性能均匀时可在气隙中产生方波隙磁密，图2转子组装图中此种永磁体用粘接剂2粘结于转子铁芯3上。从而构成电机转子主体。和图2中的磁铁4，绑轧带5，平衡环6组装在轴1上。

本电机中用于检测磁场位置和转速的检测器采用一个光电编码器，该编码器仅有一个光码盘，此码盘可输出二种光脉冲信号，再经相应的电路输出二种电脉冲信号。一为增量式脉冲信号，此信号一般具有互差90°电角度的A、B二路脉冲信号和一路“0”位置脉冲信号。A、B二路脉冲信号的每转脉冲数可根据系统的控制精度要求决定。另一种脉冲信号为磁场位置脉冲信号。它送出互差120°电角度的三路脉冲信号。每转脉冲数与电机的极对数相同。该脉冲信号的相应的电机磁极相对于定子绕组的空间位置有确定的关系，因而可用于磁场位置的检测。光电编码器的码盘结构见图3，1为增量式光栅，2为光电转换器，3为磁场位置检测光栅，该光栅属于绝对位置光栅，它数目很少与电机极对数相同，因而对码盘制造要求大为降低。

图5改进型交流永磁无刷伺服电动机的总装图，电机的二个轴承端座1和8可以通过穿心螺杆2固定在硅钢片组成的机座上，转子组件3固定在两端座上。定子组装件4装在转子外面5为热继电器，6为制动器，7为插头，9为码盘，10为外罩。

改进型交流永磁无刷伺服电动机采用前述结构，使电动机整体结构简化易于装配，每个部件制造工艺减小，难度减少，减少电动机制造成本。节省原材料。该电动机配以相应的电子控制器组成驱动系统，调速比可≥1：2000，静态稳定精度≤1／1000，力矩纹波≤1.5％，转轴位置定位精度可≤1′。

图1为转子磁极形状示意图

图2为电动机转子装配图

图3为电动机轴编码器码盘结构图

图4电动机定子装配图

图5电动机整体装配图

图6电动机驱动系统工作原理图

图7电动机定子输入端电流波形图

结合图6说明实用新型运用实例

图7中部件1是交流永磁无刷伺服电动机它由1－1定子，1－2转子，1－3光电编码器三部分组成。由部件2提供给电机可变频的交流电流。

图1－3光电编码器发出两种信号，部件1－3－2为磁场位置脉冲发生器送出脉冲信号经电流波形及相位求解器（部件6）综合，得到如图7所示的波形，由乘法器（部件5）得到的输出是幅度可变的电流控制信号，电流幅度是由电流调节器（部件7）的输出控制的。乘法器的输出信号送至脉宽调制器（部件4－1、4－2、4－3）再经晶体管基极驱动电路（部件3）去控制晶体管（部件2）的开关，从而得到所需要的电流。

图7中Ig是电机电流指令信号也可说是力矩信号，它是由部件9速度调节器输出的，If是电机瞬时电流反馈信号。部件7电流调解器的作用是使电机中的实际电流等于电流指令值。图7中ng是速度指令信号，它是部件11位置调节器的输出信号。nf是电机实际速度反馈信号，它是由轴编码器中的增量或脉冲发生器（1－3－3）来的脉冲信号经过速度调节器9后得到的，速度调节器比较ng和nf的大小，通过电机的实际转速等于指令转速。图7pg是电机转轴位置给定值。pf是电机轴实际位置值，它是轴编码器中增量式脉冲发生器（1－3－3）来的脉冲信号经电机轴位求解器12后得到的。位置调解器（部件11）比较轴位给定值pg和轴位实际值pf，输出不同的转速指令值使电机的转轴处于给定的位置。