專利名稱：交流伺服裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實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，屬于機電裝置領(lǐng)域。
交流伺服裝置包括交流伺服電動機及其驅(qū)動器。現(xiàn)有技術(shù)中，交流伺服裝置都是由動力電網(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驅(qū)動電路控制逆變電路的通斷實現(xiàn)對交流伺服電動機供電；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驅(qū)動電路控制逆變電路的通斷實現(xiàn)對交流伺服電動機供電。但是經(jīng)常會有一些場合，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，使其無法實現(xiàn)對運動控制目標(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，使其能夠在沒有動力電網(wǎng)供電的情況下，通過電池或低壓發(fā)電機供電而進行正常工作。
本實用新型的目的是通過以下措施實現(xiàn)的。
一種交流伺服裝置，由永磁交流伺服電動機和交流伺服驅(qū)動器構(gòu)成，永磁交流伺服電動機包括定子鐵芯組件、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，兩者之間有一定氣隙；交流伺服驅(qū)動器包括逆變電路、整流電路、濾波電路、伺服控制電路、驅(qū)動電路。交流伺服驅(qū)動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，來自永磁交流伺服電動機的反饋信號也輸入給伺服控制電路，伺服控制電路的輸出接驅(qū)動電路，驅(qū)動電路驅(qū)動逆變電路，逆變電路的輸出接永磁交流伺服電動機，對其進行控制。
高頻振蕩電路由電阻R1-R15、電容C5-C9、振蕩芯片IC、場效應(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的兩個輸出端分別經(jīng)二個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與場效應(yīng)管T7或T8的柵極相接，場效應(yīng)管T7或T8的漏極、源極與輸出端B或A之間有一個由電阻R12-R13或R14-R15和電容C8或C9組成的保護電路，在場效應(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、高頻無感電容C2-C4組成，每兩個大功率智能模塊串聯(lián)構(gòu)成一路，每路并聯(lián)一個高頻無感電容，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機的U、V、W端，驅(qū)動電路為柵極驅(qū)動電路。
永磁交流伺服電動機，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個端點的9條支路，每3個支路并聯(lián)成一相，三相接成星形或三角形。
每二塊磁鋼組成一個磁極，共組成六個磁極，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。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點由于整個裝置不需要電網(wǎng)供電，可以成功地應(yīng)用于低電壓、大電流的場合中，從而保證了交流伺服裝置在沒有電網(wǎng)供電如移動設(shè)備、野外作業(yè)或由于安全原因不能引入高壓的場合中的應(yīng)用，具有調(diào)速范圍寬、起制動速度快、定位精度高等特點，可在低壓供電的情況下實現(xiàn)了對運動控制目標(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機結(jié)構(gòu)的改進，使其較之現(xiàn)有技術(shù)具有低反電動勢、轉(zhuǎn)矩系數(shù)和力矩過載倍數(shù)大、低速轉(zhuǎn)矩脈動小等優(yōu)點，進一步增加了其在低電壓、大電流場合作業(yè)的可靠性。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述

圖1為本實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為本實用新型中的永磁交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)圖。
圖5為本實用新型中的永磁交流伺服電動機的定子繞組展開圖。
圖6為本實用新型中的永磁交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。
圖7為圖6的D-D剖面圖。
圖8為本實用新型中的永磁交流伺服電動機磁鋼的主視圖。
圖9為本實用新型中的永磁交流伺服電動機磁鋼的俯視圖。
圖1顯示了一種低壓交流伺服裝置，它包括一臺永磁交流伺服電動機和一臺交流伺服驅(qū)動器，采用12V-36V的低壓直流電源如電池或自備直流發(fā)電機供電。交流伺服驅(qū)動器包括逆變電路、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)動電路。低壓直流電源向高頻振蕩電路和逆變電路提供一個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。來自永磁交流伺服電動機的反饋信號也輸入給伺服控制電路，反饋信號包括電流信號、極位信號和轉(zhuǎn)速信號，電流信號可采用電流互感器來檢測，極位信號和轉(zhuǎn)速信號可采用裝在永磁交流伺服電動機軸上的光電編碼器來檢測，伺服控制電路根據(jù)這些反饋信號對柵極驅(qū)動電路進行控制，柵極驅(qū)動電路驅(qū)動逆變電路，逆變電路的輸出接永磁交流伺服電動機，并對其進行控制。整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路及柵極驅(qū)動電路為常規(guī)電路，伺服控制電路可采用中國實用新型專利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、場效應(yīng)管T7、T8組成，振蕩芯片IC采用UC3637，場效應(yīng)管T7、T8采用IRF640。電阻R1-R3、R4-R6對輸入的直流電壓分別進行分壓，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)二個相同的功率放大支路進行功率放大后，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與場效應(yīng)管T8的柵極G相接，在場效應(yīng)管T8的柵極G與地之間加偏置電阻R11，場效應(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與場效應(yīng)管T7的柵極G相接，在場效應(yīng)管T7的柵極G與地之間加偏置電阻R10，場效應(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，高頻無感電容C2-C4的電容值應(yīng)不小于2.5μF。每兩個大功率智能模塊串聯(lián)構(gòu)成一路，每路并聯(lián)一個高頻無感電容，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)動電路的輸出相連，伺服控制電路通過柵極驅(qū)動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機的U、V、W端相連，對其進行控制。
永磁交流伺服電動機被設(shè)計為低反電動勢、大電流的交流伺服電動機，其線反電動勢范圍為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，每二塊磁鋼以折線方式排列組成一個磁極，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機磁鋼的主視圖，圖9給出了永磁交流伺服電動機磁鋼的俯視圖，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。永磁交流伺服電動機的的定子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個端點的9條支路，每3個支路并聯(lián)成一相，三相U-X、V-Y、Z-W接成星形或三角形。本實施例中設(shè)計定子有效長度為87mm、內(nèi)徑Φ為84mm，轉(zhuǎn)子有效長度為87mm。永磁交流伺服電動機的前法蘭組件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，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)，以起到保護作用。在本實施例中設(shè)計的低壓永磁交流伺服電動機的功率為1.6KW，額定轉(zhuǎn)矩為5N.m、在額定轉(zhuǎn)矩時相電流為117.5A，該電機在0-3200轉(zhuǎn)/分為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)、在3200轉(zhuǎn)/分時每相的反電動勢為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，并裝兩臺軸流風(fēng)機強迫通風(fēng)。
權(quán)利要求1.一種交流伺服裝置，由永磁交流伺服電動機和交流伺服驅(qū)動器構(gòu)成，永磁交流伺服電動機包括定子鐵芯組件、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，兩者之間有一定氣隙；交流伺服驅(qū)動器包括逆變電路、整流電路、濾波電路、伺服控制電路、驅(qū)動電路，其特征在于交流伺服驅(qū)動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，來自永磁交流伺服電動機的反饋信號也輸入給伺服控制電路，伺服控制電路的輸出接驅(qū)動電路，驅(qū)動電路驅(qū)動逆變電路，逆變電路的輸出接永磁交流伺服電動機，對其進行控制。
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的兩個輸出端分別經(jīng)二個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與場效應(yīng)管T7或T8的柵極相接，場效應(yīng)管T7或T8的漏極、源極與輸出端B或A之間有一個由電阻R12-R13或R14-R15和電容C8或C9組成的保護電路，在場效應(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、高頻無感電容C2-C4組成，每兩個大功率智能模塊串聯(lián)構(gòu)成一路，每路并聯(lián)一個高頻無感電容，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機的U、V、W端，驅(qū)動電路為柵極驅(qū)動電路。
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機，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個端點的9條支路，每3個支路并聯(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磁極，共組成六個磁極，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,來自永磁交流伺服電動機的反饋信號也輸入給伺服控制電路,伺服控制電路的輸出接驅(qū)動電路,驅(qū)動電路驅(qū)動逆變電路,逆變電路的輸出接永磁交流伺服電動機,對其進行控制。該裝置工作于沒有電網(wǎng)供電或因安全原因不能引入高壓的場合中。
文檔編號H02K11/00GK2393257SQ99214308
公開日2000年8月23日 申請日期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 申請人:冶金工業(yè)部自動化研究院