本發(fā)明涉及一種直流伺服機組，更具體的是涉及一種可以測量直流伺服電動機瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度的永磁式一體化機組。

背景技術(shù)：

伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，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。伺服電動機按照電源性質(zhì)的不同，可以分為直流伺服電動機和交流伺服電動機。其中瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度信息是伺服電動機的重要參數(shù)，通過對旋轉(zhuǎn)角加速度的測量，可以實現(xiàn)伺服電動機運行狀態(tài)的監(jiān)測，并根據(jù)生產(chǎn)要求對伺服電動機進行控制。

目前常用的直流伺服機組，其制作工藝一般為直流伺服電動機和測速機共用同一個轉(zhuǎn)軸，但定子和轉(zhuǎn)子(或無槽轉(zhuǎn)子的杯體)為兩段式結(jié)構(gòu)，因此，測速機組的整體形狀多為細(xì)長型，體積較大，且常用的直流伺服機組只能檢測系統(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行合成，以及采用微分電路或微分計算算法對角速度信號進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)計較復(fù)雜，且受頻率等因素影響精度不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種永磁式直流伺服測角加速度機組。

本發(fā)明的目的采取下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種永磁式直流伺服測角加速度機組，包括轉(zhuǎn)軸、電刷及支架、換向器、絕緣套筒、無槽轉(zhuǎn)子、第一定子鐵心、永磁磁鋼、杯形轉(zhuǎn)子、第二定子鐵心、輸出繞組、銅套、機殼、前、后端蓋及配套軸承；

所述轉(zhuǎn)軸依次穿過前端蓋軸承、絕緣套筒、無槽轉(zhuǎn)子、杯形轉(zhuǎn)子、銅套中心孔和后端蓋軸承，并通過前、后端蓋與機殼固定；

所述換向器固定在絕緣套筒外側(cè)；

所述無槽轉(zhuǎn)子、杯形轉(zhuǎn)子和絕緣套筒固定在轉(zhuǎn)軸上，跟隨轉(zhuǎn)軸一同旋轉(zhuǎn)；

所述無槽轉(zhuǎn)子的電樞和鐵心采用固化一體式設(shè)計，整體形狀為杯形；

所述無槽轉(zhuǎn)子的繞組通過換向器與電刷相連；

所述第一定子鐵心與后端蓋固定，整體為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，置于無槽轉(zhuǎn)子杯體的內(nèi)部，且設(shè)有凹槽；

所述永磁磁鋼嵌放在第一定子鐵心的凹槽中；

所述杯形轉(zhuǎn)子的杯體置于第一定子鐵心的內(nèi)部；

所述銅套與后端蓋固定，設(shè)有中心通孔；

所述第二定子鐵心同心地固定在銅套的外側(cè)，設(shè)有繞組槽；

所述輸出繞組嵌放在第二定子鐵心的繞組槽中；

所述第二定子鐵心和輸出繞組置于杯形轉(zhuǎn)子的杯體內(nèi)部；

所述杯形轉(zhuǎn)子的杯體置于第一定子鐵心和第二定子鐵心之間的空氣隙中；

所述無槽轉(zhuǎn)子的杯體置于第一定子鐵心和機殼之間的空氣隙中；

所述嵌放在第一定子鐵心凹槽中的永磁磁鋼為四片，在空間上均勻分布；

所述電刷數(shù)目為四個，在空間上均勻分布；

所述四個電刷和四片永磁磁鋼在空間上的安裝位置對齊；

所述永磁磁鋼和輸出繞組的位置在空間上錯開45°角。

本發(fā)明的有益效果：一種永磁式直流伺服測角加速度機組，直流伺服電動機和旋轉(zhuǎn)角加速度檢測裝置共用定子中的永磁磁鋼產(chǎn)生的磁場、共用同一轉(zhuǎn)軸，無需其他傳動部件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪聲低、運行平穩(wěn)等優(yōu)點；此外，機組中的旋轉(zhuǎn)角加速度檢測裝置測量精度高、動態(tài)特性好，且無需滑環(huán)等信號引出裝置，能夠直接將伺服電動機的瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度信號輸出，無需微分電路對信號進行處理，具有較好的抗干擾能力和較高的信噪比。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種永磁式直流伺服測角加速度機組的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的一種永磁式直流伺服測角加速度機組的A-A截面圖；

圖3為本發(fā)明的一種永磁式直流伺服測角加速度機組的工作原理圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明的一種永磁式直流伺服測角加速度機組的實施。

如圖1、圖2所示，一種永磁式直流伺服測角加速度機組，包括轉(zhuǎn)軸1、前端蓋軸承2、前端蓋3、絕緣套筒4、換向器5、電刷6、電刷支架7、機殼8、無槽轉(zhuǎn)子9、永磁磁鋼10、第一定子鐵心11、后端蓋12、杯形轉(zhuǎn)子13、輸出繞組14、第二定子鐵心15、銅套16和后端蓋軸承17；

所述轉(zhuǎn)軸1依次穿過前端蓋軸承2、絕緣套筒4、無槽轉(zhuǎn)子9、杯形轉(zhuǎn)子13、銅套16的中心孔和后端蓋軸承17，并通過前端蓋3和后端蓋12與機殼8固定；

所述換向器5固定在絕緣套筒4的外側(cè)；

所述無槽轉(zhuǎn)子9、杯形轉(zhuǎn)子13和絕緣套筒4固定在轉(zhuǎn)軸1上，跟隨轉(zhuǎn)軸1一同旋轉(zhuǎn)；

所述無槽轉(zhuǎn)子9的電樞和鐵心采用固化一體式設(shè)計，整體形狀為杯形；

所述無槽轉(zhuǎn)子9的繞組通過換向器5與電刷6相連；

所述第一定子鐵心11與后端蓋12固定，整體為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，置于無槽轉(zhuǎn)子9的杯體內(nèi)部，且設(shè)有凹槽；

所述永磁磁鋼10嵌放在第一定子鐵心11的凹槽中；

所述杯形轉(zhuǎn)子13的杯體置于第一定子鐵心11的內(nèi)部；

所述銅套16與后端蓋12固定，設(shè)有中心通孔；

所述第二定子鐵心15同心地固定在銅套16的外側(cè)，設(shè)有繞組槽；

所述輸出繞組14嵌放在第二定子鐵心15的繞組槽中；

所述第二定子鐵心15和輸出繞組14置于杯形轉(zhuǎn)子13的杯體內(nèi)部；

所述杯形轉(zhuǎn)子13的杯體置于第一定子鐵心11和第二定子鐵心15之間的空氣隙中；

所述無槽轉(zhuǎn)子9的杯體置于第一定子鐵心11和機殼8之間的空氣隙中；

所述嵌放在第一定子鐵心11凹槽中的永磁磁鋼10為四片，分別為101、102、103和104，在空間上均勻分布；

所述電刷數(shù)目為四個，分別為601、602、603和604，在空間上均勻分布；

所述四個電刷601-604和四片永磁磁鋼101-104在空間上的安裝位置對齊；

所述永磁磁鋼10和輸出繞組14的位置在空間上錯開45°角。

圖3為本發(fā)明的一種永磁式直流伺服測角加速度機組的工作原理圖：

直流電流I通過電刷和換向器后，接入到無槽轉(zhuǎn)子的繞組中形成閉合回路，電流I的方向如圖所示。永磁磁鋼形成的磁場分布情況如圖3所示，一部分經(jīng)過第一定子鐵心、空氣隙、無槽轉(zhuǎn)子的繞組及其鐵心后形成閉合回路，假設(shè)該部分恒定磁通為Φ₁，根據(jù)直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式可知，無槽轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為：

T＝C_TΦ₁I (1)，

式中C_T為與無槽轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相關(guān)的常數(shù)。

根據(jù)左手定則，無槽轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩為順時針方向，即此時無槽轉(zhuǎn)子為順時針旋轉(zhuǎn)。

此外，永磁磁鋼形成的磁場，還有一部分經(jīng)過第一定子鐵心、空氣隙、杯形轉(zhuǎn)子及第二定子鐵心后形成閉合回路，假設(shè)該部分恒定磁通為Φ₂。由于磁鋼的位置和輸出繞組錯開45°角，可知磁通Φ₂與輸出繞組沒有匝鏈。

當(dāng)無槽轉(zhuǎn)子為順時針旋轉(zhuǎn)時，帶動轉(zhuǎn)軸和杯形轉(zhuǎn)子一同轉(zhuǎn)動，假設(shè)角速度為Ω，杯形轉(zhuǎn)子的杯體可以看做是很多根導(dǎo)條，如圖3所示。則根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，杯形轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁通Φ₂產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：

e＝C_eΦ₂Ω (2)，

式中C_e為與杯形電樞結(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，對應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通為Φ₃，其方向與感應(yīng)電流符合右手螺旋定則，且與感應(yīng)電動勢成正比，即：

Φ₃∝e∝Ω (3)。

由于磁通Φ₃穿過第一定子鐵心、空氣隙、杯形轉(zhuǎn)子、第二定子鐵心和輸出繞組后形成閉合回路，即磁通Φ₃與輸出繞組匝鏈，根據(jù)變壓器原理，輸出繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：

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

聯(lián)立公式(4)和公式(3)可知：

$e_o\∝\frac{d\mathrm{\Ω}}{dt}---\left(5\right),$

即輸出繞組的感應(yīng)電動勢與系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角加速度成正比。

本發(fā)明的一種永磁式直流伺服測角加速度機組，直流伺服電動機和旋轉(zhuǎn)角加速度檢測裝置共用定子中的永磁磁鋼產(chǎn)生的磁場、共用同一轉(zhuǎn)軸，無需其他傳動部件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪聲低、運行平穩(wěn)等優(yōu)點；此外，機組中的旋轉(zhuǎn)角加速度檢測裝置測量精度高、動態(tài)特性好，且無需滑環(huán)等信號引出裝置，能夠直接將伺服電動機的瞬時旋轉(zhuǎn)角加速度信號輸出，無需微分電路對信號進行處理，具有較好的抗干擾能力和較高的信噪比。

實施例不應(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，都應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。