本发明专利技术公开了一种伺服压力机用双绕组永磁无刷伺服电机，包括定子和转子，在定子中有主绕组和副绕组两套三相绕组，这两套绕组除每相串联匝数外其他都相同。主绕组尾端接在一起放在电机内部或引出到电机外部，主绕组的首端、副绕组的首端和尾端都引出到电机外部，通过电开关器件使电机的主副绕组串联后由逆变器供电，或只有主绕组由逆变器供电，副绕组悬空不用。应用时，作为一台永磁无刷伺服电机驱动伺服压力机，在较小逆变器容量下，压力机工作行程时主副、绕组串联运行，满足伺服压力机对其伺服电机低速大转矩的输出要求，空行程时，只有主绕组运行，满足伺服压力机对其伺服电机高速小转矩的输出要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种永磁无刷伺服电机，尤其是一种适合于机械伺服压力机性能要求的双绕组永磁无刷伺服电机。
技术介绍
伺服压力机是在20世纪90年代国际上出现的一种与传统机械压力机完全不同概念的第三代压力机，它消除了传统机械压力机的飞轮和离合器等部件，由伺服电机直接或经过一定的机械齿轮减速驱动滑块，因此伺服压力机所需要的工作压力能量不同于传统机械压力机主要由飞轮储能提供，而全部由伺服电机提供。伺服压力机与传统机械压力机相比具有结构简单性、复合性、高效性、高精度、高柔性、低噪环保性等特点，充分体现了锻压机床的发展趋势。伺服压力机的工作过程包括三个阶段滑块空行程向下运动、滑块工作行程向下运动及滑块空行程向上运动，工作行程时需要伺服电机具有低速大转矩输出，空行程时需要的伺服电机输出转矩很低，但为了提高压力机加工工作效率，要求空行程时伺服电机高速旋转。因此伺服压力机用伺服电机应同时具有低速大转矩和高速低转矩的输出能力，同时这一伺服电机还应具有高功率密度、高转矩密度及高效及低振动噪声性能及低成本。感应伺服电机具有良好的弱磁扩速能力，因此同时具有低速大转矩和高速低转矩的输出性能，但功率密度和转矩密度及运行效率都较低，因此伺服压力机用伺服电机主要是永磁无刷伺服电机，该电机由于采用稀土永磁材料而具有高效、高功率密度、高转矩密度和低振动噪声性能，但是该种电机正常情况下不能同时满足低速大转矩和高速低转矩的输出要求， 为了满足伺服压力机的这一驱动要求，只能通过增加逆变器容量实现，这无疑增加了整体系统的成本。可行的方法是采用双永磁无刷伺服电机驱动伺服压力机，其一为压力机工作行程用永磁无刷伺服电机，具有低速大转矩输出能力，其二是压力机空行程用永磁无刷伺服电机，具有高速低转矩输出能力，这不但增加了一台伺服驱动电机，而且还需要伺服电机切换装置和两台交流伺服驱动器，因此也增加了整体驱动系统的成本。普通永磁无刷伺服电机由定子及转子构成，其中定子主要由定义铁心及定子绕组构成，转子由转子永磁体和转子铁心构成，转子结构型式多种多样，可以是内置式永磁体结构、表面式磁体结构或插入式磁体结构，定子铁心都类似，都是叠片圆环结构，在其内周或外周均匀分布槽，定子绕组型式多种多样，可以是三相单层绕组和三相双层绕组，但都是三相对称绕组。图I给出的是三相8极24槽表面式磁体结构永磁无刷伺服电机，定子由定子铁心I和定子绕组2构成，转子由转子永磁体3及转子铁心4构成，该电机的定子三相对称绕组分布如图2所示，采用三相单层绕组结构，图2中A、B、C符号前的正负表明槽中线圈的串联方向，半圆弧线表示绕组端部。定子三相对称绕组分别是A相、B相和C相，三相绕组的首端以A、B、C表示，尾端以X、Y、Z表示。三相对称绕组一般以星形连接，即三相绕组的尾端X、Y、Z接在一起如图3所示，绕组每相串联匝数为N，N为自然数(下同)。图4为三相交流电源通过逆变器给定子三相对称绕组供电，即三相绕组的首端接到逆变器的输出端。在逆变器容量不变的前提下普通永磁无刷伺服电机的转矩转速特性曲线可以近似表示为如图5所示，电机的最大输出转矩为Tmax，最高运行转速为nmax。在逆变器容量不变时，最高转矩Tmax近似于电机绕组的每相串联匝数N成正比，即Tmax - N，最高转速11_。近似与每相串联匝数N成反比，即nmax - i/No因此对普通永磁无刷伺服电机来说，在逆变器容量不变时，要想满足伺服压力机对伺服电机低速大转矩的性能要求，需要增加电机的每相串联匝数N，N为自然数，电机的最高运行转速就受到限制，就不能满足伺服压力机的高速空行程运行要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种伺服压力机用双绕组永磁无刷伺服电机，其在不增加逆变器容量的前提下，采用一台永磁无刷伺服电机，即能在低速时输出大转矩，又能在低转矩时高速运行，从而满足伺服压力机的驱动要求。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案一种伺服压力机用双绕组永磁无刷伺服电机，包括定子和转子，在定子的定子槽中设有两套三相绕组，分别为主绕组和副绕组，所述主绕组和副绕组具有相同的排列方式、 相同的定子槽号位置、相同的线规、相同的节距，但所述的两套三相绕组的每相串联匝数不同，主绕组每相串联匝数为N1，副绕组每相串联匝数为N2, %、N2均为自然数(下同)；所述两套三相绕组在定子槽中的位置不同，其中一套三相绕组放置于定子槽顶层，另一套三相绕组放置于定子槽底层。所述主绕组的三个尾端接在一起引出到电机外部，或者放置在电机内部，但主绕组的三个首端及副绕组三个首端和三个尾端都要弓I到电机外部。所述在电机外部通过开关器件使主绕组和副绕组串联后通过逆变器供电运行，或者通过开关器件使主绕组直接通过逆变器供电运行，而副绕组悬空不用。主副绕组串联供电工作或主绕组单独供电工作通过电机外部的开关器件完成。在应用于伺服压力机驱动时，在伺服压力机的工作行程中，电机的主副绕组串联后通过逆变器供电，在伺服压力机的空行程中，只有电机的主绕组通过逆变器供电，而将副绕组悬空不用。在进行双绕组永磁无刷伺服电机设计时，首先根据伺服压力机工作行程时所需要的伺服电机低速大转矩性能指标，确定双绕组永磁无刷伺服电机主绕组和副绕组总的每相串联匝数N = N^N2 ;然后根据伺服压力机空行程时所需要的伺服电机高速低转矩性能指标，确定双绕组永磁无刷伺服电机主绕组每相相串联匝数N1，最后得到副绕组每相串联匝数队=N-N10 (其中，确定电机所需要的定子绕组每相串联匝数N，以及确定主绕组每相串联匝数N1均为现有技术，是本领域公知常识，在此不再赘述。)本专利技术采用永磁无刷伺服电机的定子中放置两套绕组，分别称为主绕组和副绕组，这两套绕组按相同的绕组排列方式放置于定子铁心槽中，两绕组除每相串联匝数外，其他都完全相同，即相同的线规、相同的并联支路数、相同的节距，因此两绕组具有相同的电流容量、不同的电压容量，但在相同旋转磁场作用下电动势相位完全相同。在电机工作时， 可以是主绕组单独工作而副绕组不工作，也可以主副绕组串联后同时工作。本专利技术的工作原理是本专利技术的三相永磁无刷伺服电机的永磁转子同普通永磁无刷电机，定子铁心也同普通永磁无刷定子铁心，但定子槽中装有两套绕组分别叫主绕组和 副绕组，这两套绕组除每线圈匝数(每相串联匝数)外，其他如排列方式、嵌线位置、线规、 节距、并联支路数等都相同。主、副绕组每相串联匝数分别为&和队。在电机外部引出这 两套绕组，通过开关器件在外部可以使主绕组、副绕组串联一起工作，也可以只有主绕组工 作，而副绕组不供电工作。当主、副绕组串联在一起并通过逆变器供电工作时，由于电机每 相绕组串联匝数多(每相串联匝数为&+N2)，因此电机的转矩大、但工作转速低；在相同的 逆变器容量及电源容量下，如果只有主绕组工作，则由于绕组每相串联匝数变少(每相串 联匝数为K)，因此电机的转矩降低但最高运行转速升高。因此相同的较小逆变器容量下， 电机主、副绕组串联运行时可以满足伺服压力机工作行程所需要的低速大转矩电机性能要 求，电机只有主绕组工作时可以满足伺服压力机空行程所需要的高速低转矩性能要求。本专利技术的有益效果是用一台永磁无刷伺服电机，用一台较小容量的逆变器，实现 低速大转矩和高速低转矩输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐衍亮，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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