專利名稱：交流伺服裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種交流伺服裝置，特別是一種低壓交流伺服裝置，屬于機(jī)電裝置領(lǐng)域。
交流伺服裝置包括交流伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器。現(xiàn)有技術(shù)中，交流伺服裝置都是由動(dòng)力電網(wǎng)供電，供電電壓為交流220V或交流380V，常采用下述二種工作方式，一種是先經(jīng)變壓器變成160V-220V的三相線電壓，再經(jīng)整流、濾波變成300V-360V的直流母線電壓，最后由伺服控制電路通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制逆變電路的通斷實(shí)現(xiàn)對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)供電；另一種是不經(jīng)變壓器直接將電網(wǎng)電壓整流、濾波變成400V-460V的直流母線電壓，然后由伺服控制電路通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制逆變電路的通斷實(shí)現(xiàn)對(duì)交流伺服電動(dòng)機(jī)供電。但是經(jīng)常會(huì)有一些場(chǎng)合，或是不具有三相交流電網(wǎng)供電條件，如野外作業(yè)，或是由于安全的考慮不允許使用額定電壓超過(guò)安全電壓以上的電壓供電，從而限制了交流伺服裝置的應(yīng)用，使其無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制目標(biāo)的靈敏、準(zhǔn)確控制，影響生產(chǎn)質(zhì)量及效率的提高。
本實(shí)用新型的目的是提供一種采用低壓供電的交流伺服裝置，使其能夠在沒(méi)有動(dòng)力電網(wǎng)供電的情況下，通過(guò)電池或低壓發(fā)電機(jī)供電而進(jìn)行正常工作。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)的。
一種交流伺服裝置，由永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)包括定子鐵芯組件、定子繞組、轉(zhuǎn)子芯組件、磁鋼、轉(zhuǎn)子主軸，磁鋼固定于轉(zhuǎn)子芯組件上，轉(zhuǎn)子主軸穿過(guò)轉(zhuǎn)子芯組件與其緊密連接，構(gòu)成一體，并在由定子鐵芯組件和定子繞組組成的定子中轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者之間有一定氣隙；交流伺服驅(qū)動(dòng)器包括逆變電路、整流電路、濾波電路、伺服控制電路、驅(qū)動(dòng)電路。交流伺服驅(qū)動(dòng)器還具有高頻振蕩電路和穩(wěn)壓電路，采用12V～36V的低壓直流電源供電，低壓直流電源向高頻振蕩電路和逆變電路提供直流電壓，經(jīng)高頻振蕩電路變換成高頻振蕩電壓，再依次經(jīng)串聯(lián)的整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路形成一穩(wěn)定的電壓輸出給伺服控制電路，來(lái)自永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的反饋信號(hào)也輸入給伺服控制電路，伺服控制電路的輸出接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變電路，逆變電路的輸出接永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，對(duì)其進(jìn)行控制。
高頻振蕩電路由電阻R1-R15、電容C5-C9、振蕩芯片IC、場(chǎng)效應(yīng)管T7、T8組成，直流電壓分別經(jīng)由電阻R1-R3、R4-R6組成的分壓電路分壓后接入振蕩芯片IC的輸入端，電阻R7、電容C5用于調(diào)節(jié)振蕩頻率，振蕩芯片IC的兩個(gè)輸出端分別經(jīng)二個(gè)相同的功率放大支路后，輸出高頻振蕩電壓，兩功率放大支路分別經(jīng)串聯(lián)的電阻R8或R9、電容C6或C7與場(chǎng)效應(yīng)管T7或T8的柵極相接，場(chǎng)效應(yīng)管T7或T8的漏極、源極與輸出端B或A之間有一個(gè)由電阻R12-R13或R14-R15和電容C8或C9組成的保護(hù)電路，在場(chǎng)效應(yīng)管T7、T8的柵極與地之間分別加偏置電阻R10、R11。
逆變電路由大功率智能模塊T1-T6、電解電容C1、高頻無(wú)感電容C2-C4組成，每?jī)蓚€(gè)大功率智能模塊串聯(lián)構(gòu)成一路，每路并聯(lián)一個(gè)高頻無(wú)感電容，直流電壓經(jīng)電解電容C1濾波給大功率智能模塊T1-T6供電，大功率智能模塊T1-T6的柵極與驅(qū)動(dòng)電路的輸出相接，大功率智能模塊T2、T6、T4的發(fā)射極與大功率智能模塊T5、T3、T1的集電極的連接端接永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的U、V、W端，驅(qū)動(dòng)電路為柵極驅(qū)動(dòng)電路。
永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，其定子鐵芯組件為36槽，定子繞組采用單層交叉繞組，每槽3匝，每匝12-19根導(dǎo)線并繞，形成三相、18個(gè)端點(diǎn)的9條支路，每3個(gè)支路并聯(lián)成一相，三相接成星形或三角形。
每二塊磁鋼組成一個(gè)磁極，共組成六個(gè)磁極，磁鋼材料為釹鐵硼稀土永磁材料。
磁鋼采用表面為圓弧面、底面為平面的扇形體，其圓弧面的正投影為平行四邊形。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)由于整個(gè)裝置不需要電網(wǎng)供電，可以成功地應(yīng)用于低電壓、大電流的場(chǎng)合中，從而保證了交流伺服裝置在沒(méi)有電網(wǎng)供電如移動(dòng)設(shè)備、野外作業(yè)或由于安全原因不能引入高壓的場(chǎng)合中的應(yīng)用，具有調(diào)速范圍寬、起制動(dòng)速度快、定位精度高等特點(diǎn)，可在低壓供電的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)控制目標(biāo)的靈敏、準(zhǔn)確控制，有助于生產(chǎn)質(zhì)量及效率的提高。另外，由于永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使其較之現(xiàn)有技術(shù)具有低反電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)矩系數(shù)和力矩過(guò)載倍數(shù)大、低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步增加了其在低電壓、大電流場(chǎng)合作業(yè)的可靠性。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述
圖1為本實(shí)用新型交流伺服裝置的原理框圖。
圖2為圖1中的高頻振蕩電路的電路圖。
圖3為圖1中的逆變電路的電路圖。
圖4為本實(shí)用新型中的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
圖5為本實(shí)用新型中的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的定子繞組展開(kāi)圖。
圖6為本實(shí)用新型中的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。
圖7為圖6的D-D剖面圖。
圖8為本實(shí)用新型中的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)磁鋼的主視圖。
圖9為本實(shí)用新型中的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)磁鋼的俯視圖。
圖1顯示了一種低壓交流伺服裝置，它包括一臺(tái)永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)交流伺服驅(qū)動(dòng)器，采用12V-36V的低壓直流電源如電池或自備直流發(fā)電機(jī)供電。交流伺服驅(qū)動(dòng)器包括逆變電路、高頻振蕩電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、伺服控制電路和柵極驅(qū)動(dòng)電路。低壓直流電源向高頻振蕩電路和逆變電路提供一個(gè)12V-36V的直流電壓，經(jīng)高頻振蕩電路變換成高頻振蕩電壓，再依次經(jīng)串聯(lián)的整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路形成穩(wěn)定的±15V、±5V電壓輸出給伺服控制電路。來(lái)自永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的反饋信號(hào)也輸入給伺服控制電路，反饋信號(hào)包括電流信號(hào)、極位信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)，電流信號(hào)可采用電流互感器來(lái)檢測(cè)，極位信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)可采用裝在永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)軸上的光電編碼器來(lái)檢測(cè)，伺服控制電路根據(jù)這些反饋信號(hào)對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制，柵極驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變電路，逆變電路的輸出接永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行控制。整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路及柵極驅(qū)動(dòng)電路為常規(guī)電路，伺服控制電路可采用中國(guó)實(shí)用新型專利94218389.4中的伺服控制電路。
高頻振蕩電路如圖2所示，由電阻R1-R15、電容C5-C9、振蕩芯片IC、場(chǎng)效應(yīng)管T7、T8組成，振蕩芯片IC采用UC3637，場(chǎng)效應(yīng)管T7、T8采用IRF640。電阻R1-R3、R4-R6對(duì)輸入的直流電壓分別進(jìn)行分壓，經(jīng)電阻R1-R3分壓后分別接振蕩芯片IC的6、1、3、5端，經(jīng)電阻R4-R6分壓后分別接振蕩芯片IC的6、9、11、5端。電阻R7跨接于振蕩芯片IC的18端與地之間，振蕩芯片IC的2、8、10端通過(guò)電容C5與地相連，電阻R7、電容C5用于調(diào)節(jié)振蕩頻率。振蕩芯片IC的4、7端為輸出端分別經(jīng)二個(gè)相同的功率放大支路進(jìn)行功率放大后，從A、B端輸出一方形高頻振蕩電壓。其中一路是經(jīng)串聯(lián)的電阻R9、電容C7與場(chǎng)效應(yīng)管T8的柵極G相接，在場(chǎng)效應(yīng)管T8的柵極G與地之間加偏置電阻R11，場(chǎng)效應(yīng)管T8的源極S經(jīng)由電容C9和并聯(lián)的電阻R14、R15組成的保護(hù)電路與漏極D相接構(gòu)成輸出端A；另一路是經(jīng)串聯(lián)的電阻R8、電容C6與場(chǎng)效應(yīng)管T7的柵極G相接，在場(chǎng)效應(yīng)管T7的柵極G與地之間加偏置電阻R10，場(chǎng)效應(yīng)管T7的源極S經(jīng)由電容C8和并聯(lián)的電阻R12、R13組成的保護(hù)電路與漏極D相接構(gòu)成輸出端B。
逆變電路如圖3所示，由大功率智能模塊T1-T6、電解電容C1、高頻無(wú)感電容C2-C4組成，大功率智能模塊T1-T6的參數(shù)選為300A、600V，電解電容C1的參數(shù)為50V、390μF，高頻無(wú)感電容C2-C4的電容值應(yīng)不小于2.5μF。每?jī)蓚€(gè)大功率智能模塊串聯(lián)構(gòu)成一路，每路并聯(lián)一個(gè)高頻無(wú)感電容，直流電壓經(jīng)電解電容C1濾波給大功率智能模塊T1-T6供電。大功率智能模塊T1-T6的柵極與柵極驅(qū)動(dòng)電路的輸出相連，伺服控制電路通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)電路控制大功率智能模塊T1-T6的輪流導(dǎo)通順序和頻率，大功率智能模塊T2、T6、T4的發(fā)射極分別與大功率智能模塊T5、T3、T1的集電極相連，其連接端形成90A-300A的電流輸出能力，并與永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的U、V、W端相連，對(duì)其進(jìn)行控制。
永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)被設(shè)計(jì)為低反電動(dòng)勢(shì)、大電流的交流伺服電動(dòng)機(jī)，其線反電動(dòng)勢(shì)范圍為12V-36V，額定電流范圍為90A-300A，轉(zhuǎn)速范圍0-5000轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)矩范圍3N.m-30N.m。其結(jié)構(gòu)如圖4所示，它包括由定子鐵芯組件和定子繞組組成的定子4、轉(zhuǎn)子芯組件2、磁鋼3、轉(zhuǎn)子主軸1、軸承6、前法蘭組件5、后法蘭組件7、光電編碼器9和端蓋8。轉(zhuǎn)子采用如圖6和圖7所示的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子主軸1穿過(guò)轉(zhuǎn)子芯組件2與其緊密連接，構(gòu)成一體，磁鋼3粘接于轉(zhuǎn)子芯組件2上。為減少轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，每二塊磁鋼以折線方式排列組成一個(gè)磁極，共組成六極，且N、S極交替排列均勻分布，磁鋼材料選用剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br為1.04特斯拉、矯頑力Hc為7800安培/厘米的釹鐵硼稀土永磁材料。圖8給出了永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)磁鋼的主視圖，圖9給出了永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)磁鋼的俯視圖，磁鋼采用表面為圓弧面、底面為平面的扇形體，其圓弧面的正投影為平行四邊形，面積S為36×30.5平方毫米，最大厚度8mm。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的的定子4，其定子鐵芯組件由厚度為0.5mm、用DW310冷軋硅鋼片做成的定子沖片組成，沖為36槽；定子繞組如圖5所示，采用單層交叉繞組，每槽3匝，每匝用17根Φ0.9/Φ0.99的導(dǎo)線并繞，形成三相U-X、V-Y、Z-W、18個(gè)端點(diǎn)的9條支路，每3個(gè)支路并聯(lián)成一相，三相U-X、V-Y、Z-W接成星形或三角形。本實(shí)施例中設(shè)計(jì)定子有效長(zhǎng)度為87mm、內(nèi)徑Φ為84mm，轉(zhuǎn)子有效長(zhǎng)度為87mm。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的前法蘭組件5和后法蘭組件7安裝于定子4兩側(cè)，其上各有一個(gè)與定子4同軸線安裝的軸承6，轉(zhuǎn)子安裝在定子4內(nèi)其主軸1支撐于兩軸承6上，轉(zhuǎn)子在定子4中轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者之間有一定氣隙。端蓋8將安裝在主軸1上的光電編碼器9密封在內(nèi)，以起到保護(hù)作用。在本實(shí)施例中設(shè)計(jì)的低壓永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的功率為1.6KW，額定轉(zhuǎn)矩為5N.m、在額定轉(zhuǎn)矩時(shí)相電流為117.5A，該電機(jī)在0-3200轉(zhuǎn)/分為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)、在3200轉(zhuǎn)/分時(shí)每相的反電動(dòng)勢(shì)為9.2V，在3200-5000轉(zhuǎn)/分為恒功率區(qū)。由于該裝置工作在大電流的情況下，還可采用DXC-449型330×196×72mm的散熱片散熱，并裝兩臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫通風(fēng)。
權(quán)利要求1.一種交流伺服裝置，由永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)包括定子鐵芯組件、定子繞組、轉(zhuǎn)子芯組件、磁鋼、轉(zhuǎn)子主軸，磁鋼固定于轉(zhuǎn)子芯組件上，轉(zhuǎn)子主軸穿過(guò)轉(zhuǎn)子芯組件與其緊密連接，構(gòu)成一體，并在由定子鐵芯組件和定子繞組組成的定子中轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者之間有一定氣隙；交流伺服驅(qū)動(dòng)器包括逆變電路、整流電路、濾波電路、伺服控制電路、驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于交流伺服驅(qū)動(dòng)器還具有高頻振蕩電路和穩(wěn)壓電路，采用12V～36V的低壓直流電源供電，低壓直流電源向高頻振蕩電路和逆變電路提供直流電壓，經(jīng)高頻振蕩電路變換成高頻振蕩電壓，再依次經(jīng)串聯(lián)的整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路形成一穩(wěn)定的電壓輸出給伺服控制電路，來(lái)自永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的反饋信號(hào)也輸入給伺服控制電路，伺服控制電路的輸出接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變電路，逆變電路的輸出接永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，對(duì)其進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流伺服裝置，其特征在于所述的高頻振蕩電路由電阻R1-R15、電容C5-C9、振蕩芯片IC、場(chǎng)效應(yīng)管T7、T8組成，直流電壓分別經(jīng)由電阻R1-R3、R4-R6組成的分壓電路分壓后接入振蕩芯片IC的輸入端，電阻R7、電容C5用于調(diào)節(jié)振蕩頻率，振蕩芯片IC的兩個(gè)輸出端分別經(jīng)二個(gè)相同的功率放大支路后，輸出高頻振蕩電壓，兩功率放大支路分別經(jīng)串聯(lián)的電阻R8或R9、電容C6或C7與場(chǎng)效應(yīng)管T7或T8的柵極相接，場(chǎng)效應(yīng)管T7或T8的漏極、源極與輸出端B或A之間有一個(gè)由電阻R12-R13或R14-R15和電容C8或C9組成的保護(hù)電路，在場(chǎng)效應(yīng)管T7、T8的柵極與地之間分別加偏置電阻R10、R11。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流伺服裝置，其特征在于所述的逆變電路由大功率智能模塊T1-T6、電解電容C1、高頻無(wú)感電容C2-C4組成，每?jī)蓚€(gè)大功率智能模塊串聯(lián)構(gòu)成一路，每路并聯(lián)一個(gè)高頻無(wú)感電容，直流電壓經(jīng)電解電容C1濾波給大功率智能模塊T1-T6供電，大功率智能模塊T1-T6的柵極與驅(qū)動(dòng)電路的輸出相接，大功率智能模塊T2、T6、T4的發(fā)射極與大功率智能模塊T5、T3、T1的集電極的連接端接永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的U、V、W端，驅(qū)動(dòng)電路為柵極驅(qū)動(dòng)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流伺服裝置，其特征在于所述的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)，其定子鐵芯組件為36槽，定子繞組采用單層交叉繞組，每槽3匝，每匝12-19根導(dǎo)線并繞，形成三相、18個(gè)端點(diǎn)的9條支路，每3個(gè)支路并聯(lián)成一相，三相接成星形或三角形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的交流伺服裝置，其特征在于所述的每二塊磁鋼組成一個(gè)磁極，共組成六個(gè)磁極，磁鋼材料為釹鐵硼稀土永磁材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流伺服裝置，其特征在于所述的磁鋼采用表面為圓弧面、底面為平面的扇形體，其圓弧面的正投影為平行四邊形。
專利摘要一種低壓交流伺服裝置,由12V～36V直流電源向高頻振蕩電路和逆變電路提供直流電壓,經(jīng)高頻振蕩電路變換成高頻振蕩電壓,再依次經(jīng)串聯(lián)的整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路形成一穩(wěn)定的電壓輸出給伺服控制電路,來(lái)自永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)的反饋信號(hào)也輸入給伺服控制電路,伺服控制電路的輸出接驅(qū)動(dòng)電路,驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變電路,逆變電路的輸出接永磁交流伺服電動(dòng)機(jī),對(duì)其進(jìn)行控制。該裝置工作于沒(méi)有電網(wǎng)供電或因安全原因不能引入高壓的場(chǎng)合中。
文檔編號(hào)H02K11/00GK2393257SQ99214308
公開(kāi)日2000年8月23日 申請(qǐng)日期1999年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月22日
發(fā)明者劉云輝, 陳雪松, 王文生, 李弟安, 程功良 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部自動(dòng)化研究院