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[摘 要]永磁交流伺服电机结构简单、体积小、效率高、功率因数高、转动惯量小、过载能力强，运行可靠，且其调速性能优越，克服了直流伺服电动机机械式换向器和电刷带来的一系列限制。与感应电机相比，它控制简单，不存在励磁损耗等问题，因而在高性能、高精度的伺服驱动等领域具有广阔的应用前景。
[关键词]永磁伺服；电机；工艺；分析
中图分类号：TM383.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0300-01
1 导言
永磁交流伺服电机属于永磁同步电机，但和普通的永磁同步电机又有所不同。普通的永磁同步机一般采用整数槽绕组，而永磁交流伺服电机常采用分数槽绕组形式。分数槽绕组优点较多，主要有：①对于多极的正弦波交流永磁伺服电动机，可采用较少的定子槽数，有利于提高槽满率及槽利用率；②增加绕组的分布系数，使电动势波形的正弦性得到改善；③可以得到線圈节距y=1的集中式绕组设计，缩短了线圈周长和端部伸出长度，减少了用铜量。
2 零件加工
2.1 机壳加工
机壳是电机的主要结构零件，对电机的互换性和气隙的均匀度影响很大。一般小型交流电机的机壳都是容易变形的薄壁铸件，广州数控设备有限公司（以下简称公司）采用无底脚铝合金结构机壳。由于采用“两不光”工艺方案加工，定子的同轴度完全取决于机壳和定子铁心的制造质量，但简化了工艺过程，特别是公司此结构的机壳。用专用的机壳车削工装，以机壳内圆定位，工装上的胀套胀紧机壳，车平两端面两端止口，然后再钻孔攻牙，完成机壳加工。
2.2 端盖加工
端盖分为前端盖和后端盖，虽然两者安装位置和使用要求不同，但在加工方面却类似。前端盖两端都有止口，前端是电机与安装法兰的安装止口（凸缘端盖），后端是端盖与机壳的装配止口，对电机的整体性能和使用性能影响很大。可见，前端盖加工中的关键精度包括两端止口和轴承室的尺寸精度、形状精度，三者之间的同轴度，止口端面对轴心线的跳动量。由于后端盖需要与机壳配合，在后端需安装光电编码器及防护罩壳，前后两端也需要一定的位置度要求，所以不管是加工前端盖还是后端盖，增加简易工装就能很好地解决问题，也可以大大提高生产效率。小型电机端盖一般使用卧式数控车床装多把车刀加工，先加工轴承室这端，然后上工装加工另外一端，工装安装到车床上后每次需要根据本批次端盖止口的加工尺寸重新配车以保证跳动，将端盖止口与工装止口配合，用螺钉将端盖固定在工装上车削另外一端，最后钻孔、攻螺纹。
2.3 转轴加工
因转轴的加工精度和表面粗糙度的要求都比较高，轴与其他零件的配合也比较紧密，因此对轴的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度都有严格的技术要求。转轴的加工包括预备加工和成形加工两个阶段。预备加工包括圆钢毛坯下料和调质，以提供合格的毛坯。成形加工包括平端面、打中心孔、粗车、精车、铣键槽、磨外圆，将毛坯加工成结构设计的形状和尺寸。在单件和小批量生产中，平端面和钻中心孔可同时在数控车床上完成，用三爪自定心卡盘夹持工件，将车刀和中心钻装到刀架上，但这样生产效率稍低；中批量以上生产时，平端面和钻中心孔是在专用机床上进行，如车铣中心。专机上的两端平面与中心孔都是同时加工出来的，先铣端盖后打中心孔，转轴毛坯通过液压传动系统自动夹紧、松开，生产效率得到提高，且两端中心孔同轴度的精度基本上取决于机床精度，尺寸统一、稳定，得到普遍应用。车削采用卧式数控车床多刀车削，在粗车后对转子铁心位可采用以车代磨的方法，及个别精车铁心位要求相对较低的位置，提高生产效率。铣键槽一般要求在粗车后、磨外圆前进行，可消除铣削引起的变形，除去键槽边缘的行刺，保证转轴的表面不损伤。
3 永磁交流伺服电机控制系统的组成
本系统选取的控制核心为STM32F103，电机为额定功率1.5k W，额定转速2000r/min的永磁交流伺服电机。功率变换电路选用的是三菱公司的智能功率模块（IPM），型号为PS21867。速度位置传感器为2500脉冲/转的光电编码器，电流传感器为Honeywell的CSNE151。系统基本结构如图1所示。
4 定转子铁心制作
铁心是电机的有效部分之一，铁心的制造工艺对电机的运行性能影响很大。由于软磁材料在磁导率、磁滞损耗和制造方面具有优势特点，铁心一般均采用软磁材料制造。电机铁心冲片最常用的材料是电工钢带（片），如50W470、50W300、35W300、35W270等硅钢片，根据实际的设计要求选择合适、经济的硅钢片。在电机制造中，铁心都是由铁心冲片叠压而成，铁心冲片是用板料或卷料经冷冲压制成，制造工作量最大，技术要求最高。在制作过程中必须重视冲片冲制工艺，否则将会造成电机性能、工伤事故、设备模具等方面的严重影响。目前，电机铁心冲片的制造工艺有复冲模、高速冲（级进模）、电火花线切割等，各有其优缺点和应用范围，单冲模由于生产效率低、工件精度较差等原因，基本上已不用。
4.1 復冲模
复冲模一般有落料模、定子冲片冲模和转子冲片冲模，每副模具在一次冲程内可完成工件相应的几何尺寸，如定子冲片复冲模在一次冲程内可冲出全部定子槽形和外形尺寸。复冲模的优点是冲片的精度和生产效率较高，在冲模上增加适当的定位柱（块）还能降低劳动强度和节约材料。其缺点是结构复杂，制造技术要求和制造费用较高，生产周期长，多适用于电机推广阶段或产量不大的情况。
4.2 级进模
高速冲也叫高速自动冲，是按照一定的要求把两副以上的复冲模或单冲模装在整体的上下模座上，与其他零部件组成级进冲模，再将其安装在高速自动冲床上连续冲制。在连续冲程下，按照每次冲程的步距要求逐级经过模具的各工位进行冲制，无需从上模与下模之间取出冲片。通过送料装置将合适规格的卷料自动连续送料冲制，每分钟的冲次可以适当调整。高速冲的优点是生产效率高，工件尺寸精确一致性好。其缺点是冲模体积大，模具制造费用高，需要大吨位的冲床。因此，高速冲只适用于大批量生产的电机铁心的冲制。
5 结论
系统具有较快速的转速响应和较稳定的转速保持性能，表现出了比普通永磁电机控制系统更好的动态性能和静态性能。随着交流伺服系统性能的日益提高，价格日趋合理，交流伺服取代直流伺服、数字控制取代模拟控制、软件控制取代硬件控制已成为现代电气伺服系统的一个发展趋势。
参考文献
[1] 李彩萍，曾均辉.小型交流永磁伺服电机制造工艺浅谈[J].机械管理开发，2017，03：55-58.
[2] 刘革菊，董立新.交流永磁同步无刷伺服电机的选型[J].机械管理开发，2012，03：109-111+114.
[3] 张锐，白连平.永磁交流伺服电机控制系统的研究[J].电气技术，2011，03：6-9.
[关键词]永磁伺服；电机；工艺；分析
中图分类号：TM383.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0300-01
1 导言
永磁交流伺服电机属于永磁同步电机，但和普通的永磁同步电机又有所不同。普通的永磁同步机一般采用整数槽绕组，而永磁交流伺服电机常采用分数槽绕组形式。分数槽绕组优点较多，主要有：①对于多极的正弦波交流永磁伺服电动机，可采用较少的定子槽数，有利于提高槽满率及槽利用率；②增加绕组的分布系数，使电动势波形的正弦性得到改善；③可以得到線圈节距y=1的集中式绕组设计，缩短了线圈周长和端部伸出长度，减少了用铜量。
2 零件加工
2.1 机壳加工
机壳是电机的主要结构零件，对电机的互换性和气隙的均匀度影响很大。一般小型交流电机的机壳都是容易变形的薄壁铸件，广州数控设备有限公司（以下简称公司）采用无底脚铝合金结构机壳。由于采用“两不光”工艺方案加工，定子的同轴度完全取决于机壳和定子铁心的制造质量，但简化了工艺过程，特别是公司此结构的机壳。用专用的机壳车削工装，以机壳内圆定位，工装上的胀套胀紧机壳，车平两端面两端止口，然后再钻孔攻牙，完成机壳加工。
2.2 端盖加工
端盖分为前端盖和后端盖，虽然两者安装位置和使用要求不同，但在加工方面却类似。前端盖两端都有止口，前端是电机与安装法兰的安装止口（凸缘端盖），后端是端盖与机壳的装配止口，对电机的整体性能和使用性能影响很大。可见，前端盖加工中的关键精度包括两端止口和轴承室的尺寸精度、形状精度，三者之间的同轴度，止口端面对轴心线的跳动量。由于后端盖需要与机壳配合，在后端需安装光电编码器及防护罩壳，前后两端也需要一定的位置度要求，所以不管是加工前端盖还是后端盖，增加简易工装就能很好地解决问题，也可以大大提高生产效率。小型电机端盖一般使用卧式数控车床装多把车刀加工，先加工轴承室这端，然后上工装加工另外一端，工装安装到车床上后每次需要根据本批次端盖止口的加工尺寸重新配车以保证跳动，将端盖止口与工装止口配合，用螺钉将端盖固定在工装上车削另外一端，最后钻孔、攻螺纹。
2.3 转轴加工
因转轴的加工精度和表面粗糙度的要求都比较高，轴与其他零件的配合也比较紧密，因此对轴的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度都有严格的技术要求。转轴的加工包括预备加工和成形加工两个阶段。预备加工包括圆钢毛坯下料和调质，以提供合格的毛坯。成形加工包括平端面、打中心孔、粗车、精车、铣键槽、磨外圆，将毛坯加工成结构设计的形状和尺寸。在单件和小批量生产中，平端面和钻中心孔可同时在数控车床上完成，用三爪自定心卡盘夹持工件，将车刀和中心钻装到刀架上，但这样生产效率稍低；中批量以上生产时，平端面和钻中心孔是在专用机床上进行，如车铣中心。专机上的两端平面与中心孔都是同时加工出来的，先铣端盖后打中心孔，转轴毛坯通过液压传动系统自动夹紧、松开，生产效率得到提高，且两端中心孔同轴度的精度基本上取决于机床精度，尺寸统一、稳定，得到普遍应用。车削采用卧式数控车床多刀车削，在粗车后对转子铁心位可采用以车代磨的方法，及个别精车铁心位要求相对较低的位置，提高生产效率。铣键槽一般要求在粗车后、磨外圆前进行，可消除铣削引起的变形，除去键槽边缘的行刺，保证转轴的表面不损伤。
3 永磁交流伺服电机控制系统的组成
本系统选取的控制核心为STM32F103，电机为额定功率1.5k W，额定转速2000r/min的永磁交流伺服电机。功率变换电路选用的是三菱公司的智能功率模块（IPM），型号为PS21867。速度位置传感器为2500脉冲/转的光电编码器，电流传感器为Honeywell的CSNE151。系统基本结构如图1所示。
4 定转子铁心制作
铁心是电机的有效部分之一，铁心的制造工艺对电机的运行性能影响很大。由于软磁材料在磁导率、磁滞损耗和制造方面具有优势特点，铁心一般均采用软磁材料制造。电机铁心冲片最常用的材料是电工钢带（片），如50W470、50W300、35W300、35W270等硅钢片，根据实际的设计要求选择合适、经济的硅钢片。在电机制造中，铁心都是由铁心冲片叠压而成，铁心冲片是用板料或卷料经冷冲压制成，制造工作量最大，技术要求最高。在制作过程中必须重视冲片冲制工艺，否则将会造成电机性能、工伤事故、设备模具等方面的严重影响。目前，电机铁心冲片的制造工艺有复冲模、高速冲（级进模）、电火花线切割等，各有其优缺点和应用范围，单冲模由于生产效率低、工件精度较差等原因，基本上已不用。
4.1 復冲模
复冲模一般有落料模、定子冲片冲模和转子冲片冲模，每副模具在一次冲程内可完成工件相应的几何尺寸，如定子冲片复冲模在一次冲程内可冲出全部定子槽形和外形尺寸。复冲模的优点是冲片的精度和生产效率较高，在冲模上增加适当的定位柱（块）还能降低劳动强度和节约材料。其缺点是结构复杂，制造技术要求和制造费用较高，生产周期长，多适用于电机推广阶段或产量不大的情况。
4.2 级进模
高速冲也叫高速自动冲，是按照一定的要求把两副以上的复冲模或单冲模装在整体的上下模座上，与其他零部件组成级进冲模，再将其安装在高速自动冲床上连续冲制。在连续冲程下，按照每次冲程的步距要求逐级经过模具的各工位进行冲制，无需从上模与下模之间取出冲片。通过送料装置将合适规格的卷料自动连续送料冲制，每分钟的冲次可以适当调整。高速冲的优点是生产效率高，工件尺寸精确一致性好。其缺点是冲模体积大，模具制造费用高，需要大吨位的冲床。因此，高速冲只适用于大批量生产的电机铁心的冲制。
5 结论
系统具有较快速的转速响应和较稳定的转速保持性能，表现出了比普通永磁电机控制系统更好的动态性能和静态性能。随着交流伺服系统性能的日益提高，价格日趋合理，交流伺服取代直流伺服、数字控制取代模拟控制、软件控制取代硬件控制已成为现代电气伺服系统的一个发展趋势。
参考文献
[1] 李彩萍，曾均辉.小型交流永磁伺服电机制造工艺浅谈[J].机械管理开发，2017，03：55-58.
[2] 刘革菊，董立新.交流永磁同步无刷伺服电机的选型[J].机械管理开发，2012，03：109-111+114.
[3] 张锐，白连平.永磁交流伺服电机控制系统的研究[J].电气技术，2011，03：6-9.