本發(fā)明涉及一種交流伺服機(jī)組，更具體的是涉及一種能夠測量交流伺服電動機(jī)瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度的一體式機(jī)組。

背景技術(shù)：

伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī)，在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，將輸入的電壓信號變換為轉(zhuǎn)軸的角位移或者角速度輸出。伺服電動機(jī)按照電源性質(zhì)的不同，可以分為直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)。其中瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度信息是伺服電動機(jī)的重要參數(shù)，通過對旋轉(zhuǎn)角加速度的測量，可以實(shí)現(xiàn)伺服電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，并根據(jù)生產(chǎn)要求對伺服電動機(jī)進(jìn)行控制。

目前常采用交流伺服測速機(jī)組，其制作工藝一般為伺服電動機(jī)和測速機(jī)共用同一個轉(zhuǎn)軸，但定子和轉(zhuǎn)子繞組(或杯形轉(zhuǎn)子的杯體)為兩段式結(jié)構(gòu)，因此，測速機(jī)組的整體形狀多為細(xì)長型，體積較大，機(jī)組的制造成本較高。且常用的交流伺服機(jī)組只能檢測系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度信息，無法獲取其瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度信息。

測量伺服電動機(jī)旋轉(zhuǎn)角加速度常用的方法可分為間接法和直接法，間接測量法一般采用多個方位的直線加速度傳感器的輸出進(jìn)行合成，以及采用微分電路或微分計(jì)算算法對角速度信號進(jìn)行微分處理來獲取角加速度，間接測量法對信號的處理比較麻煩，特別是延遲特性和噪聲放大問題不易解決；直接測量法一般是使用特殊敏感元件直接測量，工作時采用聯(lián)軸器將伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器的轉(zhuǎn)軸同心連接，由于聯(lián)軸器的加工以及系統(tǒng)在裝配過程中不可避免的存在誤差，容易造成轉(zhuǎn)軸的不同心，影響了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度測量的精確性，此外，多數(shù)旋轉(zhuǎn)角加速度檢測裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，且受頻率等因素影響精度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種交流伺服測角加速度機(jī)組。

本發(fā)明的目的采取下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種交流伺服測角加速度機(jī)組，包括轉(zhuǎn)軸、銅套、內(nèi)定子鐵心、永磁磁鋼、輸出繞組、無槽轉(zhuǎn)子、隔磁枕套、外定子鐵心、激磁繞組、機(jī)殼、前后端蓋和配套軸承；

所述轉(zhuǎn)軸依次穿過前端蓋軸承、無槽轉(zhuǎn)子、銅套中心孔和后端蓋軸承，分別通過前、后端蓋與機(jī)殼固定；

所述銅套固定在后端蓋的內(nèi)側(cè)，中心設(shè)有通孔；

所述內(nèi)定子鐵心同心地固定在銅套的外側(cè)，且設(shè)有夾槽和繞組槽；

所述永磁磁鋼固定在內(nèi)定子鐵心的夾槽中；

所述輸出繞組嵌放在內(nèi)定子鐵心的繞組槽中；

所述永磁磁鋼和輸出繞組在空間上錯開90°角；

所述外定子鐵心固定在機(jī)殼的內(nèi)側(cè)，且設(shè)有繞組槽；

所述激磁繞組為兩相，嵌放在外定子鐵心的繞組槽中；

所述無槽轉(zhuǎn)子為固化一體式結(jié)構(gòu)，整體為杯形，其杯體置于內(nèi)、外定子鐵心之間的空氣隙中；

所述無槽轉(zhuǎn)子的杯底與轉(zhuǎn)軸固定，跟隨轉(zhuǎn)軸一同旋轉(zhuǎn)；

所述無槽轉(zhuǎn)子包括鐵心和內(nèi)、外兩層繞組，且直接短路，分別固定在鐵心的內(nèi)側(cè)和外側(cè)；

所述隔磁枕套為圓筒形，置于無槽轉(zhuǎn)子的鐵心中，將無槽轉(zhuǎn)子的鐵心分為內(nèi)、外兩層；

所述輸出繞組為單相繞組；

所述永磁磁鋼為兩片，安裝位置在空間上錯開180°角；

所述兩相激磁繞組的安裝位置在空間上錯位對稱排列，且分別通入兩相錯開90°電角度的交流電壓。

本發(fā)明的有益效果：一種交流伺服測角加速度機(jī)組，交流伺服電動機(jī)和旋轉(zhuǎn)角加速度檢測裝置共用無槽轉(zhuǎn)子，無需其他傳動部件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)；此外，機(jī)組中的旋轉(zhuǎn)角加速度檢測裝置測量精度高，且無需滑環(huán)等信號引出裝置，能夠直接將伺服電動機(jī)的瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度信號輸出，具有較好的抗干擾能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種交流伺服測角加速度機(jī)組的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的一種交流伺服測角加速度機(jī)組的A-A截面圖；

圖3為本發(fā)明的一種交流伺服測角加速度機(jī)組的工作原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的一種交流伺服測角加速度機(jī)組的實(shí)施。

如圖1、圖2所示，一種交流伺服測角加速度機(jī)組，包括轉(zhuǎn)軸1、前端蓋軸承2、前端蓋3、機(jī)殼4、外定子鐵心5、激磁繞組6、無槽轉(zhuǎn)子7、隔磁枕套8、輸出繞組9、內(nèi)定子鐵心10、銅套11、后端蓋軸承12、后端蓋13和永磁磁鋼14；

所述轉(zhuǎn)軸1依次穿過前端蓋軸承2、無槽轉(zhuǎn)子7、銅套10的中心孔和后端蓋軸承12，分別通過前端蓋3和后端蓋13與機(jī)殼4固定；

所述銅套11固定在后端蓋13的內(nèi)側(cè)，中心設(shè)有通孔；

所述內(nèi)定子鐵心10同心地固定在銅套11的外側(cè)，且設(shè)有夾槽和繞組槽；

所述永磁磁鋼14固定在內(nèi)定子鐵心10的夾槽中；

所述輸出繞組9固定在內(nèi)定子鐵心10的繞組槽中；

所述永磁磁鋼14和輸出繞組9的安裝位置在空間上錯開90°角；

所述外定子鐵心5固定在機(jī)殼4的內(nèi)側(cè)，且設(shè)有繞組槽；

所述激磁繞組6為兩相，分別為601-604和605-608，嵌放在外定子鐵心5的繞組槽中；

所述無槽轉(zhuǎn)子7為固化一體式結(jié)構(gòu)，整體為杯形，其杯體置于內(nèi)定子鐵心10與外定子鐵心5之間的空氣隙中；

所述無槽轉(zhuǎn)子7的杯底與轉(zhuǎn)軸1固定，跟隨轉(zhuǎn)軸1一同旋轉(zhuǎn)；

所述無槽轉(zhuǎn)子7包括鐵心和內(nèi)層繞組702、外層繞組701，且繞組702和701直接短路，分別固定在鐵心的內(nèi)側(cè)和外側(cè)；

所述隔磁枕套8為圓筒形，置于無槽轉(zhuǎn)子7的鐵心中，將無槽轉(zhuǎn)子7的鐵心分為內(nèi)、外兩層；

所述輸出繞組9為單相繞組，繞組的兩端分別為901和902；

所述永磁磁鋼14為兩片，兩片永磁磁鋼的安裝位置在空間上錯開180°角；

所述兩相激磁繞組601-604和605-608的安裝位置在空間上錯位對稱排列，且分別通入兩相錯開90°電角度的交流電壓。

圖3為本發(fā)明的一種交流伺服測角加速度機(jī)組的工作原理圖：

根據(jù)交流電動機(jī)的工作原理可知，當(dāng)兩相對稱的激磁繞組，通入兩相對稱的交流電壓時，會在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。根據(jù)圖3所示的激磁繞組結(jié)構(gòu)，形成的旋轉(zhuǎn)磁場為對稱的四個磁極，假設(shè)磁通量為Φ₁，則該磁通經(jīng)由外定子鐵心、空氣隙和無槽轉(zhuǎn)子的外鐵心形成閉合回路。

由于磁通量Φ₁為旋轉(zhuǎn)磁場，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，無槽轉(zhuǎn)子的外層繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于無槽轉(zhuǎn)子的外層繞組直接短路，因此繞組中存在電流，該電流在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下受到電磁力的作用，繼而產(chǎn)生驅(qū)動的電磁轉(zhuǎn)矩，帶動無槽轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動，假設(shè)瞬時旋轉(zhuǎn)角速度為Ω。

假設(shè)無槽轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩為逆時針方向，則無槽轉(zhuǎn)子的內(nèi)層繞組開始切割永磁磁鋼的磁通Φ₂，該磁通經(jīng)由內(nèi)定子鐵心、空氣隙和無槽轉(zhuǎn)子的內(nèi)鐵心形成閉合回路，且磁通Φ₂不經(jīng)過輸出繞組。

當(dāng)無槽轉(zhuǎn)子的內(nèi)層繞組以角速度Ω逆時針切割磁通Φ₂時，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，無槽轉(zhuǎn)子的內(nèi)層繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：

e＝C_eΦ₂Ω (1)，

式中C_e為與無槽轉(zhuǎn)子內(nèi)層繞組結(jié)構(gòu)相關(guān)的常數(shù)。

根據(jù)右手定則，感應(yīng)電動勢e的方向如圖3所示，由于無槽轉(zhuǎn)子的內(nèi)層繞組為短路連接，則繞組中產(chǎn)生短路電流i，且電流正比于感應(yīng)電動勢。該短路電流產(chǎn)生的磁通為Φ₃，假設(shè)磁路不飽和，則磁通Φ₃與短路電流成正比，且方向與電流符合右手螺旋定則。

根據(jù)上述過程可知，磁通Φ₃與感應(yīng)電動勢e成正比，即：

Φ₃∝i∝e (2)。

由于磁通Φ₃穿過內(nèi)定子鐵心、輸出繞組、空氣隙和無槽轉(zhuǎn)子的內(nèi)鐵心后形成閉合回路，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，輸出繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：

$e_o=-N\frac{{\mathrm{d\Φ}}_3}{dt}---\left(3\right).$

式(3)中的N為輸出繞組的有效匝數(shù)。

聯(lián)立公式(3)、(2)、(1)可知：

$e_o=\∝\frac{{\mathrm{d\Φ}}_3}{dt}\∝\frac{d\mathrm{\Ω}}{dt}---\left(4\right).$

即輸出繞組的感應(yīng)電動勢e_o與機(jī)組的瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度成正比。

本發(fā)明的一種交流伺服測角加速度機(jī)組，交流伺服電動機(jī)和旋轉(zhuǎn)角加速度檢測裝置共用無槽轉(zhuǎn)子，無需其他傳動部件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)；此外，機(jī)組中的旋轉(zhuǎn)角加速度檢測裝置測量精度高，且無需滑環(huán)等信號引出裝置，能夠直接將伺服電動機(jī)的瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度信號輸出，具有較好的抗干擾能力。

實(shí)施例不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制，但任何基于本發(fā)明的精神所作的改進(jìn)，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。