直驱式永磁伺服电动机分析讲解学习.ppt

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1、直驱式永磁伺服电动机分析高速电机减速箱低速负载减速驱动低速电机低速负载直接驱动1.概述1.概述低速直驱伺服电动机是一种可以和负载装配在一起的、将电讯号直接转变为转矩的装置。其特点是外形扁薄，有较大的外径和较小的轴向尺寸，可以做成无框架式的、转子中心有一个大孔便于直接安装到被驱动的负载轴上。在应用上具有较大的灵活性，适用于要求系统尺寸小、重量轻、功率消耗少、反应快速、位置或速度准确度高的场合。特别适用于高“堵转”力矩运行的位置随动系统和高力矩低速运行的速度控制系统。无框架式有框架式1.概述1.1直驱电机的主要优点耦合刚度高。直驱电动机是直接与负载耦合，实现了无齿轮传动。没有齿轮，没有

2、间隙误差，高的耦合刚度使系统有高的机械共振频率，从很本上克服了由于齿轮啮合间隙给系统带来的不利因素。转矩/惯量比大和摩擦损耗小。一般电动机通过齿轮减速箱驱动负载轴，使输出到负载轴上的力矩/惯量比减小，直驱电动机不存在这个问题。一般电动机系统，减速箱传动摩擦力矩造成功率损耗。直驱电动机系统的摩擦力矩可以减到最小。1.概述快速响应。低速直驱电动机，由于转矩/惯量比大，机电时间常数一般仅为1~2ms。比一般伺服电动机小一个数量级。高位置分辨率。齿轮传动的系统中，齿轮啮合间隙的存在，使系统在零点附近造成一个“死区”，因而降低了位置准确度，同样静阻力矩较大也使系统静态精度降低。直驱电动机系统

3、的位置精确度仅与误差检测有关。调速范围大和低速运行稳定。一般电动机转速在40r/min以下就出现转速抖动现象。低速直驱电动机可在0.6r/min秒的低速下平稳运行。1.概述线性度高。低速直驱电动机的转矩特性表明，力矩增长正比于输入电流，转矩特性是线性的。没有由于转矩非线性所造成的“死区”。结构简单紧凑。无框架的直驱低速电动机可以做成是被驱动装置整体的一部份，可以省去电动机本身的框架外壳，省去减速箱，使伺服系统的结构零件减少50%以上，大大节省设计和制造的技术费用和生产成本，有很好的经济效益。1.概述1.2低速直驱电动机的主要类型永磁无刷电动机，包括无刷直流电动机和永磁同步电动机。横

4、向磁场电机。横向磁场电机，从结构上实现了电路和磁路解耦,具有转矩密度高、结构简单、效率高等显著优点。超声波电动机。超声波电动机利用压电陶瓷材料PZT或高分子VDF薄膜材料的逆压电效应,通过转换压电振子的超声振动形成驱动能力,实现超声波振动能转换成机械能。与电磁型电机相比,具有结构紧凑简单、能量密度大、易调速、精度高、断电自锁、噪声小以及抗电磁干扰能力强等优点。直线电机。直线电机具有一系列优点：不存在中间环节,可高速进行高精度跟踪与定位；不会受到离心力作用,因而速度理论上可不受限制；进给行程长度不受限制；结构简单,噪声低。这一电机的不足之处表现为效率和功率因数较低以及端部效应明显。在

5、同步电机中转速，要降低电机的转速可以采用增加电机极对数或降低电源频率的办法来实现。考虑到低频方面的低限问题，使得通过采用降低电源频率来实现低速目的的方法具有一定的局限性。因此在低速应用方面，应首先采用增加电机极对数的方法。在传统的电机结构中，增加电机的极对数后应该相应的增加电机的槽数，由于电机本身结构和加工工艺的要求，使得电机的槽数不能太多，于是便出现了分数槽电机。2.直驱式永磁伺服电动机分析（1）分数槽绕组的构成每极每相槽数为分数时，称为分数槽绕组。当q近似等于1/3,节距y=1时，称为齿绕组，低速永磁同步电机常采用这种绕组。它具有以下优点：电机总槽数少，节省工时，槽利用率高。绕

6、组端部短，材料利用率高。电机的轴向长度短。电机的齿槽转矩小。2.1分数槽绕组举例1：一台6槽8极电机6槽8极电机双层绕组槽电势星形图6槽8极电机双层绕组结构图6槽8极电机单层绕组结构图6槽8极电机单层绕组槽电势星形图举例1：一台12槽14极电机12槽14极电机双层绕组槽电势星形图12槽14极电机双层绕组结构图A：1278B：91034C：56111212槽14极电机单层绕组结构12槽14极电机单层绕组槽电势星形图ABC并不是所有的三相双层绕组都可化为三相单层绕组ABC（2）分数槽绕组的电枢磁动势以上面的6槽8极电机为例6槽8极电机双层绕组一相绕组的磁动势分布图6槽8极电机单层绕组一

7、相绕组的磁动势分布图与正弦分布差距很大，即含有较多的谐波分量。单层绕组的气隙磁动势的峰值是双层绕组的两倍。以12槽14极电机为例12槽14极电机双层绕组磁动势和谐波成分分布图谐波极对数13579…,7次波为基波，低于7次波称为分数次谐波。12槽14极电机单层绕组磁动势和谐波成分分布图（3）常用y＝1分数槽绕组极槽配合（4）分数槽绕组的绕组系数计算y＝1时，一般为小于1的真分数，因此可以等效为、的双层绕组，因而有：t为电机电枢槽数Z与电机极对数p的最大公约数。分布系数为