[发明专利]一类新型恒力恒扭矩均匀磁场感应伺服电机

摘要

本发明属于交流感应伺服电机技术领域，涉及一种恒输出扭矩均匀磁场感应伺服电机和恒输出力均匀磁场感应直线伺服电机，主要特征是：由N个独立电机单元组成；每个独立单元结构相同或相似，通过单相交变电流供电；N个单元的供电电压大小相等但相位成等差数列。回转电机独立单元的定子导磁硅钢结构简单；励磁绕组类似螺线管，绕线方式简单；转子绕组通过感应供电，没有滑环易损件；电机可工作在固定供电电压频率下，输出扭矩与供电电压成正比，通过调节电压幅值来控制。这种恒输出扭矩均匀磁场感应伺服电机不采用永磁材料，结构简单，扭矩特性好，控制器设计简单，控制精度高，而且可设计成基于相同原理的恒输出力均匀磁场感应直线伺服电机型式。

主权项

1.一类新型恒力恒扭矩均匀磁场感应伺服电机,包括回转式新型恒输出扭矩均匀磁场感应伺服电机和恒输出力均匀磁场感应直线伺服电机；其特征在于，(一)回转式恒输出扭矩均匀磁场感应伺服电机回转式恒输出扭矩均匀磁场感应伺服电机的结构上由N个独立电机单元组成；每个独立电机单元结构相同，但当N个独立电机单元布置在垂直于电机回转轴的同一个平面上时，其结构尺寸不同；电机采用N相交流电供电，相位差相等,为360度/N或180度/N，接线方式是每个独立电机单元仅连接N相交流电中的一相交流电，每个独立电机单元中定子励磁绕组线圈仅施加一相交流电压；定子导磁硅钢采用以电机回转轴线对称的结构型式，定子励磁绕组线圈在定子导磁硅钢上沿圆周均匀分布，以电机回转轴线呈中心对称，在定子导磁硅钢和转子导磁硅钢之间的气隙中产生沿电机转子圆周的均匀分布磁场；每个独立电机单元中转子导磁硅钢采用沿圆周有均匀分布多个径向轴截面缝隙的结构型式，且转子导磁硅钢上绕有两种类型绕组线圈，它们的绕线方式在空间上正交，分别称作转子感应励磁绕组线圈和转子扭矩绕组线圈；转子扭矩绕组线圈与转子感应励磁绕组线圈直接相连；定子励磁绕组线圈与转子感应励磁绕组线圈安装位置相对应，产生互感为转子扭矩绕组线圈提供扭矩电流；新型恒输出扭矩均匀磁场感应伺服电机的独立电机单元，主要包括定子和转子两部分；其中，定子由定子外壳、定子导磁硅钢、定子励磁绕组线圈组成；定子导磁硅钢是有环槽的圆环柱；单相定子励磁绕组线圈安装在环槽中，采用螺线管式的绕线方式；单相定子励磁绕组线圈采用线圈轴线与电机轴线重合的一组，或采用线圈轴线沿圆周均匀分布的多组；定子外壳和定子导磁硅钢固连，电机工作时保持固定不动；其中，转子由转子轮毂、转子导磁硅钢、转子感应励磁绕组线圈、转子扭矩绕组线圈组成；其中转子导磁硅钢由M个硅钢件沿圆周均匀布置构成，每个硅钢件形状相同，相邻硅钢件之间有间隙，整体形状类似有多个缝隙的圆环柱；每个硅钢件在圆周方向上都有槽，以使转子导磁硅钢整体上形成环槽，环槽的位置与定子导磁硅钢上安装定子励磁绕组线圈的环槽相对应；根据独立电机单元结构布置方式不同，每个硅钢件在圆周方向上槽的位置也不同，开在径向内外的圆柱面上或开在轴向两侧的端平面上；同时，每个硅钢件在中部有通槽，其方向与环槽垂直且根据电机单元结构布置方式不同，在径向方向或在轴向方向，用于安装转子扭矩绕组线圈；转子感应励磁绕组线圈采用类似于螺线管的绕线形式，安装在转子导磁硅钢的环槽中；转子扭矩绕组线圈通过转子导磁硅钢上的通槽绕在转子导磁硅钢上；转子导磁硅钢固连在转子轮毂上，电机工作时转子导磁硅钢、转子轮毂和轴一起转动；其中，在恒输出扭矩均匀磁场感应伺服电机的独立电机单元中：定子和转子之间有均匀气隙，形成磁阻；定子导磁硅钢和转子导磁硅钢都由硅钢片叠合而成；定子励磁绕组线圈安装在定子导磁硅钢上，它们相对电机轴线呈轴对称结构；当定子励磁绕组线圈采用一组螺线管式绕组线圈时，其轴线与定子转子轴线重合；当定子励磁绕组线圈采用多组螺线管式绕组线圈时，其轴线沿定子导磁硅钢圆周均匀分布；转子结构具有对称性，转子导磁硅钢上安装两组线圈，安装时要求转子扭矩绕组线圈和转子感应励磁绕组线圈绕线方向在空间上正交，使它们产生的磁场空间上方向基本正交；转子扭矩绕组线圈与转子感应励磁绕组线圈直接连接，转子感应励磁绕组线圈和定子励磁绕组线圈相对应，产生互感提供扭矩电流；每个独立电机单元工作时，对定子励磁绕组线圈施加单相交流电压，其结构型式决定了定子励磁磁场等价为多层螺线管型环形绕组线圈产生的磁场，在电机定子导磁硅钢和转子导磁硅钢之间的均匀气隙中，产生沿圆周均匀分布的磁场，磁力线方向不变，磁场大小随施加电压变化；定子导磁硅钢和气隙中的交变磁场不形成旋转磁场；(二)恒输出力均匀磁场感应直线伺服电机恒输出力均匀磁场感应直线伺服电机的结构上由N个独立电机单元组成；每个独立电机单元结构相同；电机采用N相交流电供电，相位差相等为360度/N或180度/N，接线方式是每个独立电机单元仅连接N相交流电中的一相交流电；每个独立电机单元中初级导磁硅钢采用直线结构型式；初级励磁绕组线圈安装在初级导磁硅钢的一侧，与次级导磁硅钢相邻近；初级励磁绕组线圈沿直线型初级导磁硅钢的直线方向均匀分布；电机工作时，对每个独立电机单元中的初级励磁绕组线圈施加一相交流电压，在初级导磁硅钢和次级导磁硅钢之间的均匀气隙中，产生沿初级导磁硅钢直线方向的均匀分布磁场；每个独立电机单元中次级导磁硅钢采用直线结构型式，沿次级导磁硅钢的直线方向均匀分布多个垂直于该直线方向的截面缝隙；次级导磁硅钢上绕有两种类型绕组线圈，它们的绕线方式在空间上正交，分别称作次级感应励磁绕组线圈和次级输出力绕组线圈；次级输出力绕组线圈与次级感应励磁绕组线圈直接相连；初级励磁绕组线圈与次级感应励磁绕组线圈安装位置相对应，产生互感为次级输出力绕组线圈提供输出力电流；上述独立电机单元中的初级次级结构型式可互换；新型恒输出力均匀磁场感应直线伺服电机的独立电机单元，主要包括初级和次级两部分；其中，初级由基座、初级导磁硅钢和初级励磁绕组线圈组成；初级导磁硅钢是有环槽的直线型结构；单相初级励磁绕组线圈安装在环槽中，采用螺线管式的绕线方式；当初级励磁绕组线圈采用一组线圈的结构型式时，励磁绕组线圈沿直线型初级导磁硅钢的全长环绕；当初级励磁绕组线圈采用多组线圈组合的结构型式时，安装时将直线型初级导磁硅钢沿长度方向分成若干部分，每部分环绕一组励磁绕组线圈；初级导磁硅钢固连在基座上，电机工作时保持固定不动；其中，次级由移动件、次级导磁硅钢、次级感应励磁绕组线圈、次级输出力绕组线圈和次级端部磁轭组成；次级导磁硅钢由M个形状相同的硅钢件沿一条直线排列构成，相邻硅钢件之间有间隙，整体上形成沿这条直线有多个截面间隙的直线型结构；在次级导磁硅钢和初级导磁硅钢相邻的侧面上，每个组成次级导磁硅钢的硅钢件上都有槽，整体上在直线型次级导磁硅钢的一个侧面上形成环槽，在电机装配后，次级导磁硅钢侧面环槽的位置与初级导磁硅钢上安装励磁绕组线圈的环槽相对应；同时，每个组成次级导磁硅钢的硅钢件上还有用于安装输出力绕组线圈的通槽，要求通槽和侧面环槽相互垂直，通槽的方向或水平或垂直，取决于初级导磁硅钢和次级导磁硅钢的安装布置方式；次级感应励磁绕组线圈安装在次级导磁硅钢的侧面环槽中，采用螺线管式的绕线方式；当次级感应励磁绕组线圈采用一组线圈的结构型式时，感应励磁绕组线圈沿直线型次级导磁硅钢的全长环绕；当次级感应励磁绕组线圈采用多组线圈组合的结构型式时，安装时将直线型次级导磁硅钢沿长度方向分成若干部分，按构成次级导磁硅钢的硅钢件划分部分或将多个硅钢件作为一部分，每部分环绕一组感应励磁绕组线圈；次级输出力绕组线圈通过次级导磁硅钢上的通槽，缠绕在次级导磁硅钢的每个硅钢件上；次级导磁硅钢固连在移动件上，次级端部磁轭安装在次级导磁硅钢的两端，也固连在移动件上；其中，恒输出力均匀磁场感应直线伺服电机的独立电机单元中：初级和次级之间有均匀气隙，形成磁阻；初级导磁硅钢、次级导磁硅钢和次级端部磁轭都由硅钢片叠加而成；初级励磁绕组线圈安装在初级导磁硅钢上，沿初级导磁硅钢长度方向均匀分布；次级导磁硅钢上安装两种类型绕组线圈，安装时要求次级输出力绕组线圈的绕线方向和次级感应励磁绕组线圈的绕线方向在空间上相互垂直，使它们产生的磁场空间上方向基本正交；次级输出力绕组线圈与次级感应励磁绕组线圈连接，初级励磁绕组线圈和次级感应励磁绕组线圈相对应，产生互感提供输出力电流；每个独立电机单元工作时，对初级励磁绕组线圈施加单相交流电压，其结构型式决定了初级励磁绕组线圈在电机初级导磁硅钢和次级导磁硅钢之间的均匀气隙中，产生沿直线均匀分布的磁场，磁力线方向不变，磁场大小随施加电压变化；初级导磁硅钢和气隙中的交变磁场不形成行波磁场。