第五章控制电机 控制电机一般是指用于自动控制、自动调节、远距离测量、随动系统以及计算装置中的 微特电机。它是枃成开环控制、闭环控制、同步连接等系统的基础元件。根据它在自动控制 系统中的职能可分为测量元件、放大元件、执行元件和校正元件四类 控制电机是在一般旋转电机的基础上发展起来的小功率电机,就电磁过程及所遵循的基 本规律而言,它与一般旋转电机没有本质区别,只是所起的作用不同。 传动生产机械用的传动电机主要用来完成能量的变换,具有较高的力能指标(如效率和 功率因数等):而控制电机则主要用来完成控制信号的传递和变换,要求它们技术性能稳定 可靠、动作灵敏、精度高、体积小、重量轻、耗电少。当然传动用电机与控制电机也没有 个严格的界线,本章所介绍的力矩电动机、第十一章介绍的步进电动机等控制电机也起传动 电机的作用。至于旋转变压器与感应同步器等信号检测元件将在“数控机床”课程中介绍。 51交流伺服电动机 伺服电动机也称为执行电动机,在控制系统中用作执行元件,将电信号转换为轴上的 转角或转速,以带动控制对象。 伺服电动机有交流和直流两种,它们的最大特点是可控。在有控制信号输入时,伺服 电动机就转动;没有控制信号输入,则停止转动;改变控制电压的大小和相位(或极性)就可 改变伺服电动机的转速和转向。因此,它与普通电动机相比具有如下特点: 1.调速范围广,伺服电动机的转速随着控制电压的改变而改变,能在很广的范围内连 续调节 2.转子的惯性小,即能实现迅速启动和停转 3.控制功率小,过载能力强,可靠性好 、两相交流伺服电动机的结构 定子:定子绕组与单相电容式异步电动机的结构相类似 定子用硅钢片叠成,在定子铁心的内圆表面上嵌入两个相差900电角度(即90/p空 间角)的绕组,一个叫励磁绕组FW,另一个叫控制绕组CW,如图5.1所示,这两个绕组通 常是分别接在两个不同的交流电源(两者频率相同)上,这一点与单相电容式异步电动机不 同
第五章 控制电机 控制电机一般是指用于自动控制、自动调节、远距离测量、随动系统以及计算装置中的 微特电机。它是构成开环控制、闭环控制、同步连接等系统的基础元件。根据它在自动控制 系统中的职能可分为测量元件、放大元件、执行元件和校正元件四类。 控制电机是在一般旋转电机的基础上发展起来的小功率电机，就电磁过程及所遵循的基 本规律而言，它与一般旋转电机没有本质区别，只是所起的作用不同。 传动生产机械用的传动电机主要用来完成能量的变换，具有较高的力能指标(如效率和 功率因数等)；而控制电机则主要用来完成控制信号的传递和变换，要求它们技术性能稳定 可靠、动作灵敏、精度高、体积小、重量轻、耗电少。当然传动用电机与控制电机也没有一 个严格的界线，本章所介绍的力矩电动机、第十一章介绍的步进电动机等控制电机也起传动 电机的作用。至于旋转变压器与感应同步器等信号检测元件将在“数控机床”课程中介绍。 5.1 交流伺服电动机 伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统中用作执行元件，将电信号转换为轴上的 转角或转速，以带动控制对象。 伺服电动机有交流和直流两种，它们的最大特点是可控。在有控制信号输入时，伺服 电动机就转动；没有控制信号输入，则停止转动；改变控制电压的大小和相位(或极性)就可 改变伺服电动机的转速和转向。因此，它与普通电动机相比具有如下特点： 1． 调速范围广，伺服电动机的转速随着控制电压的改变而改变，能在很广的范围内连 续调节； 2． 转子的惯性小，即能实现迅速启动和停转； 3． 控制功率小，过载能力强，可靠性好。 一、两相交流伺服电动机的结构 定子：定子绕组与单相电容式异步电动机的结构相类似。 定子用硅钢片叠成，在定子铁心的内圆表面上嵌入两个相差 0 90 电角度(即90 / p 0 空 间角)的绕组，一个叫励磁绕组 FW，另一个叫控制绕组 CW，如图 5.1 所示，这两个绕组通 常是分别接在两个不同的交流电源(两者频率相同)上，这一点与单相电容式异步电动机不 同
WF 图51交流伺服电动机的接线图 转子:转子一般分为鼠笼转子和杯形转子两种结构型式。 鼠笼式转子与三相鼠笼式电动机的转子结构相似,杯形转子的结构如图52所示。 外定了 控制绕组 内定了 区心 励磁绕组 图52杯形转子的结构图 杯形转子通常用铝合金或铜合金制成空心薄壁圆筒,为了减少磁阻,在空心杯形转子内 放置固定的内定子。不同结构型式的转子都制成具有较小惯量的细长形。目前用得最多的是 鼠笼转子的交流伺服电动机。交流伺服电动机的特点和应用范围见表5.1 表51交流伺服电动机的特点和应用范围 种类型号 结构特点 性能特点 应用范围 励磁电流较小,体积 与一般鼠笼式电机结构相 鼠笼式 较小,机械强度高,小功率的自动控 转子1|同,但转子做得细而长,转 但是低速运行不够平制系统 子导体用高电阻率的材料 稳,有时快时慢的抖
图 5.1 交流伺服电动机的接线图 转子：转子一般分为鼠笼转子和杯形转子两种结构型式。 鼠笼式转子与三相鼠笼式电动机的转子结构相似，杯形转子的结构如图 5.2 所示。 图 5.2 杯形转子的结构图 杯形转子通常用铝合金或铜合金制成空心薄壁圆筒，为了减少磁阻，在空心杯形转子内 放置固定的内定子。不同结构型式的转子都制成具有较小惯量的细长形。目前用得最多的是 鼠笼转子的交流伺服电动机。交流伺服电动机的特点和应用范围见表 5.1。 表 5.1 交流伺服电动机的特点和应用范围 种 类 型号 结构特点 性能特点 应用范围 鼠笼式 转 子 SL 与一般鼠笼式电机结构相 同，但转子做得细而长，转 子导体用高电阻率的材料。 励磁电流较小，体积 较小，机械强度高， 但是低速运行不够平 稳，有时快时慢的抖 小功率的自动控 制系统
动现象。 转动惯量小,运行平 空心杯 转子做成薄壁圆筒形,放在滑,无抖动现象,但要求运行平滑的 形转子 内、外定子之间。 是励磁电流较大,体系统 积也较大。 二、工作原理 1.基本的工作原理 两相交流伺服电动机是以单相异步电动机原理为基础的,从图5.1看出,励磁绕组接到 电压一定的交流电网上,控制绕组接到控制电压U′。上,当有控制信号输入时,两相绕组便 产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩,使转子跟着旋转磁场以一定 的转差率转动起来,其同步转速:m=60f/p,转向与旋转磁场的方向相同,把控制电压的 相位改变180°,则可改变伺服电动机的旋转方向 对伺服电动机的要求是控制电压一旦取消,电动机必须立即停转。但根据单相异步电 动机的原理,电动机转子一旦转动以后,再取消控制电压,仅剩励磁电压单相供电,它将继 续转动,即存在“自转”现象,这意味着失去控制作用,这是不允许的 2.消除自转现象的措施 消除自转现象办法就是使转子导条具有较大电阻。 从三相异步电动机的机械特性可知,转子电阻对电动机的转速转矩特性影响很大,如 图53所示。转子电阻增大到一定程度,例如图中n23时,最大转矩可出现在S=1附近
动现象。 空心杯 形转子 SK 转子做成薄壁圆筒形，放在 内、外定子之间。 转动惯量小，运行平 滑，无抖动现象，但 是励磁电流较大，体 积也较大。 要求运行平滑的 系统 二、工作原理 1．基本的工作原理 两相交流伺服电动机是以单相异步电动机原理为基础的，从图 5.1 看出，励磁绕组接到 电压一定的交流电网上，控制绕组接到控制电压Uc 上，当有控制信号输入时，两相绕组便 产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定 的转差率转动起来，其同步转速：n0 = 60 f / p ，转向与旋转磁场的方向相同，把控制电压的 相位改变 0 180 ，则可改变伺服电动机的旋转方向。 对伺服电动机的要求是控制电压一旦取消，电动机必须立即停转。但根据单相异步电 动机的原理，电动机转子一旦转动以后，再取消控制电压，仅剩励磁电压单相供电，它将继 续转动，即存在“自转”现象，这意味着失去控制作用，这是不允许的。 2．消除自转现象的措施 消除自转现象办法就是使转子导条具有较大电阻。 从三相异步电动机的机械特性可知，转子电阻对电动机的转速转矩特性影响很大，如 图 5.3 所示。转子电阻增大到一定程度，例如图中 23 r 时，最大转矩可出现在 S = 1附近
(1) T 图53对应不同转子电阻时的机械特性 为此目的,把伺服电动机的转子电阻n2设计得很大,使电动机在失去控制信号,即成 单相运行时,正转矩或负转矩的最大值均出现在Sn>1的地方,这样可得出图54所示的机 械特性曲线 图54控制电压为0时的机械特性 图54中曲线1为有控制电压时伺服电机的机械特性曲线,曲线T+和T为去掉控制电 压后,脉动磁场分解为正、反两个旋转磁场对应产生的转矩曲线。曲线T为去掉控制电压后
图 5.3 对应不同转子电阻时的机械特性 为此目的，把伺服电动机的转子电阻 2r 设计得很大，使电动机在失去控制信号，即成 单相运行时，正转矩或负转矩的最大值均出现在 Sm > 1的地方，这样可得出图 5.4 所示的机 械特性曲线。 图 5.4 控制电压为 0 时的机械特性 图 5.4 中曲线 1 为有控制电压时伺服电机的机械特性曲线，曲线 + − T 和T 为去掉控制电 压后，脉动磁场分解为正、反两个旋转磁场对应产生的转矩曲线。曲线T 为去掉控制电压后
单相供电时的合成转矩曲线 从图看出,它与异步电动机的机械特性曲线不同,它是在第二和第四象限内。当速度n 为正时,电磁转矩T为负,当n为负时,T为正,即去掉控制电压后,单相供电时的电磁转 矩的方向总是与转子转向相反,所以,是一个制动转矩。由于制动转矩的存在,可使转子迅 速停止转动,保证了不会存在“自转”现象。停转所需要的时间,比两相电压U。和Ur同时 取消、单靠摩擦等制动方法所需的时间要少得多。这正是两相交流伺服电动机在工作时,励 磁绕组始终是接在电源上的原因。 综上所述,增大转子电阻n2,可使单相供电时合成电磁转矩在第二和第四象限,成为 制动转矩,有利于消除“自转”,同时υ的增大,还使稳定运行段加宽、启动转矩增大,有 利于调速和启动。因此,目前两相交流伺服电动机的鼠笼导条,通常都是用高电阻材料(如 黄铜、青铜)制成,杯形转子的壁很薄,一般只有(0.2~0.8)mm,因而转子电阻较大,且惯量 很小 三、特性和应用 控制特性 两相交流伺服电动机的控制方法有三种:①幅值控制:;②相位控制;③幅值-相位控制。 生产中应用幅值控制的最多,下面只讨论幅值控制法 图55所示接线图为幅值控制的一种接线图。 U SM 图55幅值控制电路原理图 从图中看出,两相绕相接于同一单相电源,适当选择电容C,使U与U相角差90°, 改变R的大小,即改变控制电压U的大小,可以得到图56所示的不同控制电压下的机械 特性曲线簇
单相供电时的合成转矩曲线。 从图看出，它与异步电动机的机械特性曲线不同，它是在第二和第四象限内。当速度 n 为正时，电磁转矩T 为负，当 n 为负时，T 为正，即去掉控制电压后，单相供电时的电磁转 矩的方向总是与转子转向相反，所以，是一个制动转矩。由于制动转矩的存在，可使转子迅 速停止转动，保证了不会存在“自转”现象。停转所需要的时间，比两相电压Uc和Uf 同时 取消、单靠摩擦等制动方法所需的时间要少得多。这正是两相交流伺服电动机在工作时，励 磁绕组始终是接在电源上的原因。 综上所述，增大转子电阻 2r ，可使单相供电时合成电磁转矩在第二和第四象限，成为 制动转矩，有利于消除“自转”，同时 2r 的增大，还使稳定运行段加宽、启动转矩增大，有 利于调速和启动。因此，目前两相交流伺服电动机的鼠笼导条，通常都是用高电阻材料(如 黄铜、青铜)制成，杯形转子的壁很薄，一般只有(0.2~0.8)mm，因而转子电阻较大，且惯量 很小。 三、特性和应用 1．控制特性 两相交流伺服电动机的控制方法有三种：①幅值控制；②相位控制；③幅值-相位控制。 生产中应用幅值控制的最多，下面只讨论幅值控制法。 图 5.5 所示接线图为幅值控制的一种接线图。 图 5.5 幅值控制电路原理图 从图中看出，两相绕相接于同一单相电源，适当选择电容C ，使 0 f c U 与U 相角差90 ， 改变 R 的大小，即改变控制电压Uc 的大小，可以得到图 5.6 所示的不同控制电压下的机械 特性曲线簇
08U 04U 图56不同控制电压下的机械特性 由图可见,在一定负载转矩下,控制电压越高,转差率越小,电动机的转速就越高, 不同的控制电压对应着不同的转速。这种维持Ur与U相角差90°,利用改变控制电压幅值大 小来改变转速的方法,称为幅值控制方法 2.应用举例 交流伺服电动机可以方便地利用控制电压U。的有无来进行启动、停止控制;利用改变 电压的幅值(或相位)大小来调节转速的高低;利用改变U的极性来改变电动机转向。它是 控制系统中的原动机。例如,雷达系统中扫描线的旋转,流量和温度控制中阀门的开启,数 控机床中刀具运动,甚至连船舰方向舵与飞机驾驶盘的控制都是用伺服电动机来带动的。图 57所示为交流伺服电动机在自动控制系统中的典型应用方框图 给定位置 大器 问服电机 负载 测试发电机 位置传感器 图57交流伺服电动机典型应用原理框图 由此看出,伺服电动机的性能,直接影响着整个系统的性能。因此,系统对伺服电动 机的静态特性、动态特性都有相应的要求,这是在选择电动机时应该注意的。 交流伺服电动机的输出功率一般是0.W-100W,其电源频率有50Hz、400Hz等几种。 在需要功率较大的场合,则应采用直流伺服电动机 52直流伺服电动机 直流伺服电动机,通常用于功率稍大的系统中,其输出功率一般为1W-600W
图 5.6 不同控制电压下的机械特性 由图可见，在一定负载转矩下，控制电压越高，转差率越小，电动机的转速就越高， 不同的控制电压对应着不同的转速。这种维持 0 f c U 与U 相角差90 ，利用改变控制电压幅值大 小来改变转速的方法，称为幅值控制方法。 2．应用举例 交流伺服电动机可以方便地利用控制电压Uc 的有无来进行启动、停止控制；利用改变 电压的幅值(或相位)大小来调节转速的高低；利用改变Uc 的极性来改变电动机转向。它是 控制系统中的原动机。例如，雷达系统中扫描线的旋转，流量和温度控制中阀门的开启，数 控机床中刀具运动，甚至连船舰方向舵与飞机驾驶盘的控制都是用伺服电动机来带动的。图 5.7 所示为交流伺服电动机在自动控制系统中的典型应用方框图。 图 5.7 交流伺服电动机典型应用原理框图 由此看出，伺服电动机的性能，直接影响着整个系统的性能。因此，系统对伺服电动 机的静态特性、动态特性都有相应的要求，这是在选择电动机时应该注意的。 交流伺服电动机的输出功率一般是 0.1W~100W，其电源频率有 50Hz、400Hz 等几种。 在需要功率较大的场合，则应采用直流伺服电动机。 5.2 直流伺服电动机 直流伺服电动机，通常用于功率稍大的系统中，其输出功率一般为 1W~600W
图5.8(a)、(b)所示分别为他励式(传统型电磁式)、永磁式两种类型直流伺服电动机的 原理电路图 (a)他励式 b)水磁式 图58直流伺服电动机的原理电路图 由上述电路原理图可知:直流伺服电动机的机械特性公式与他励直流电动机机械特性 公式相同,即 R T eK, 式中,U。——电枢控制电压 R—一电枢回路电阻 Φ——每极磁通 K, K 电动机结构常数。 除上述两种形式外,还有低惯量型直流伺服电动机,它有无槽、杯形、圆盘、无刷电枢 几种。它们的特点及应用范围见表52。 表52直流伺服电动机的特点和应用范围 种类励磁方式产品型号 结构特点 性能特点 适用范围 般 Sz或sY与普通直流电动具有下垂的机一般直流 机相同,但电枢铁心械性和线性的调节伺服系统。 伺服电磁或永 长度与直径之比大一特性,对控制信号 磁 些,气隙较小 响应快速 机 无槽 SWC 电枢铁心为光滑具有一般直流需要快速 圆柱体,电枢绕组用伺服电动机的特动作、功率 直流电磁或永 环氧树脂粘在电枢铁点,而且转动惯量较大的直 伺服磁 心表面,气隙较大。和机电时间常数流伺服系
图 5.8(a)、(b)所示分别为他励式（传统型电磁式）、永磁式两种类型直流伺服电动机的 原理电路图。 (a)他励式 (b)永磁式 图 5.8 直流伺服电动机的原理电路图 由上述电路原理图可知：直流伺服电动机的机械特性公式与他励直流电动机机械特性 公式相同，即 T K K Φ R K Φ U n 2 e e m c = − 式中，Uc ——电枢控制电压； R——电枢回路电阻； Φ ——每极磁通； Ke，K m ——电动机结构常数。 除上述两种形式外，还有低惯量型直流伺服电动机，它有无槽、杯形、圆盘、无刷电枢 几种。它们的特点及应用范围见表 5.2。 表 5.2 直流伺服电动机的特点和应用范围 种类 励磁方式 产品型号 结构特点 性能特点 适用范围 一 般 直 流 伺 服 电 动 机 电磁或永 磁 SZ 或 SY 与普通直流电动 机相同，但电枢铁心 长度与直径之比大一 些，气隙较小 具有下垂的机 械性和线性的调节 特性，对控制信号 响应快速。 一般直流 伺服系统。 无 槽 电 枢 直 流 伺 服 电磁或永 磁 SWC 电枢铁心为光滑 圆柱体，电枢绕组用 环氧树脂粘在电枢铁 心表面，气隙较大。 具有一般直流 伺服电动机的特 点，而且转动惯量 和机电时间常数 需要快速 动作、功率 较大的直 流伺服系
小,换向良好。 心永磁 SYK 电枢绕组用环氧 具有一般直流需要快速 杯形 树脂浇注成杯形,置|伺服电动机的特动作的直 于内、外定子之间,点,且转动惯量和流伺服系 直流 内、外定子分别用软机电时间常数小,统 伺服 磁材料和永磁材料做低速运转平滑,换 向好 印刷永磁 SN 在圆盘形绝缘薄转动惯量小,低速和启 板上印制裸露的绕组机电时间常数小,动、反转频 流 构成电枢,磁极轴向低速运行性能好。繁的控制 伺服 安装 系统 无刷永磁 由品体管开关电既保持了一般要求噪音 路和位置传感器代替直流伺服电动机的低、对无线 伺服 电刷和换向器,转子优点,又克服了换电不产生 电动 用永久磁铁做成,电向器和电刷带来的干扰的控 机 枢绕组在定子上,且缺点。寿命长,噪制系统 做成多相式 音低 由机械特性方程可以看出,改变控制电压U或改变磁通Φ都可以控制直流伺服电动机 的转速和转向,前者称为电枢控制,后者称为磁场控制 由于电枢控制具有响应迅速、机械特性硬、调速特性线性度好的优点,的实际生产中 大都采用电枢控制方式(永磁式伺服电动机,只能采取电枢控制) 图59所示为直流伺服电动机机械特性曲线
电 动 机 小，换向良好。 统。 空 心 杯 形 电 枢 直 流 伺 服 电 动 机 永磁 SYK 电枢绕组用环氧 树脂浇注成杯形，置 于内、外定子之间， 内、外定子分别用软 磁材料和永磁材料做 成。 具有一般直流 伺服电动机的特 点，且转动惯量和 机电时间常数小， 低速运转平滑，换 向好。 需要快速 动作的直 流伺服系 统。 印 刷 绕 组 直 流 伺 服 电 动 机 永磁 SN 在圆盘形绝缘薄 板上印制裸露的绕组 构成电枢，磁极轴向 安装 转动惯量小， 机电时间常数小， 低速运行性能好。 低速和启 动、反转频 繁的控制 系统。 无 刷 直 流 伺 服 电 动 机 永磁 SW 由晶体管开关电 路和位置传感器代替 电刷和换向器，转子 用永久磁铁做成，电 枢绕组在定子上，且 做成多相式。 既保持了一般 直流伺服电动机的 优点，又克服了换 向器和电刷带来的 缺点。寿命长，噪 音低。 要求噪音 低、对无线 电不产生 干扰的控 制系统。 由机械特性方程可以看出，改变控制电压Uc 或改变磁通Φ 都可以控制直流伺服电动机 的转速和转向，前者称为电枢控制，后者称为磁场控制。 由于电枢控制具有响应迅速、机械特性硬、调速特性线性度好的优点，的实际生产中 大都采用电枢控制方式(永磁式伺服电动机，只能采取电枢控制)。 图 5.9 所示为直流伺服电动机机械特性曲线
0.8Ue 0.6U 40 图59直流伺服电动机机械特性曲线 从图看出,在一定负载转矩下,当磁通Φ不变时,如果升高电枢电压U。,电动机的转 速就上升,反之,转速下降,当U。=0时,电动机立即停止,因此,无自转现象。直流伺服 电动机与交流伺服电动机的机械特性比较,前者的堵转矩大,特性曲线线性度好,机械特性 较硬。缺点是有换向器,因而结构复杂,产生无线电干扰。在确定系统采用何种电动机时, 要综合考虑各种电动机的特点 53直流力矩电动机 在某些自动控制系统中,被控制对象的转速相对于伺服电动机的转速低得多,所以, 两者之间常常必须用减速机构连接。由于采用了减速器,一方面使系统装置变得复杂,另一 方面它使闭环控制系统产生自激振荡的重要原因之一,影响了系统性能的提高。因此希望有 种低转速、大转矩的伺服电动机。力矩电动机就是一种能和负载直接连接产生较大转矩 能带动负载在堵转或大大低于空载转速下运转的电动机。 力矩电动机可分为如下几种: 力矩电动机交流力矩电动机步力矩电动机 异步力矩电动机 直流力矩电动机 异步型交流力矩电动机的工作原理与交流伺服电动机相同,但为了产生低转速和大转 矩,电动机做成径向尺寸大,轴向尺寸小的多极扁平形,虽然它的结构简单、工作可靠,但 在低速性能方面还有待进一步完善。 直流力矩电动机具有良好的低速平穩性和线性的机械特性及调节特性,在生产中应用 最广泛
图 5.9 直流伺服电动机机械特性曲线。 从图看出，在一定负载转矩下，当磁通Φ 不变时，如果升高电枢电压Uc ，电动机的转 速就上升，反之，转速下降，当Uc = 0 时，电动机立即停止，因此，无自转现象。直流伺服 电动机与交流伺服电动机的机械特性比较，前者的堵转矩大，特性曲线线性度好，机械特性 较硬。缺点是有换向器，因而结构复杂，产生无线电干扰。在确定系统采用何种电动机时， 要综合考虑各种电动机的特点。 5.3 直流力矩电动机 在某些自动控制系统中，被控制对象的转速相对于伺服电动机的转速低得多，所以， 两者之间常常必须用减速机构连接。由于采用了减速器，一方面使系统装置变得复杂，另一 方面它使闭环控制系统产生自激振荡的重要原因之一，影响了系统性能的提高。因此希望有 一种低转速、大转矩的伺服电动机。力矩电动机就是一种能和负载直接连接产生较大转矩， 能带动负载在堵转或大大低于空载转速下运转的电动机。 力矩电动机可分为如下几种： ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎩ ⎨ ⎧ 直流力矩电动机 异步力矩电动机 同步力矩电动机 交流力矩电动机 力矩电动机 异步型交流力矩电动机的工作原理与交流伺服电动机相同，但为了产生低转速和大转 矩，电动机做成径向尺寸大，轴向尺寸小的多极扁平形，虽然它的结构简单、工作可靠，但 在低速性能方面还有待进一步完善。 直流力矩电动机具有良好的低速平穏性和线性的机械特性及调节特性，在生产中应用 最广泛
下面主要介绍直流力矩电动机。 、永磁式直流力矩电动机的结构特点 直流力矩电动机的工作原理和传统直流伺服电动机相同,只是在结构和外形尺寸上有 所不同。一般直流伺服电动机为了减少其转动惯量,大部分做成细长圆柱形,而直流力矩电 动机为了能在相同体积和电枢电压的前提下,产生比较大的转矩及较低的转速,一般都做成 扁平状,其结构如图5.10所示。 电枢 刷架 图5.10永磁式直流力矩电动机结构示意图 二、直流力矩电动机转矩大、转速低的原因 1、转矩大的原因 从直流电动机基本工作原理可知,设直流电动机每个磁极下磁感应强度平均值为B 电枢绕组导体上的电流为la,导体的有效长度(即电枢铁心厚度)为l,则每根导体所受的电 磁力为 F=BL I 电磁转矩为 BLL T=NF 式中,N一一电枢绕组总匝数 D一一电枢铁心直径。 由上可知:电磁转矩与电动机结构参数l、D的关系。电枢体积大小,在一定程度上 反应了整个电动机的体积,因此,在电枢体积相同条件下,即保持aD21不变,当D增大时
下面主要介绍直流力矩电动机。 一、永磁式直流力矩电动机的结构特点 直流力矩电动机的工作原理和传统直流伺服电动机相同，只是在结构和外形尺寸上有 所不同。一般直流伺服电动机为了减少其转动惯量，大部分做成细长圆柱形，而直流力矩电 动机为了能在相同体积和电枢电压的前提下，产生比较大的转矩及较低的转速，一般都做成 扁平状，其结构如图 5.10 所示。 图 5.10 永磁式直流力矩电动机结构示意图 二、直流力矩电动机转矩大、转速低的原因 1、转矩大的原因 从直流电动机基本工作原理可知，设直流电动机每个磁极下磁感应强度平均值为 B ， 电枢绕组导体上的电流为 a I ，导体的有效长度(即电枢铁心厚度)为l ，则每根导体所受的电 磁力为 F BI l = a 电磁转矩为 D D BI N l NBI l D T NF 2 2 2 a = = a = 式中， N ——电枢绕组总匝数； D ——电枢铁心直径。 由上可知：电磁转矩与电动机结构参数l 、D 的关系。电枢体积大小，在一定程度上 反应了整个电动机的体积，因此，在电枢体积相同条件下，即保持 D l 2 π 不变，当 D 增大时