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直驱式摆角头摘要：摆角头是数字控制加工系统的重要组成，对加工精度的影响非常大，设计复杂。使用永磁同步伺服电机直接驱动，可以避免传统的机械传动式的部件多，体积大，机械传动引起误差和摩擦生热产生弹性变形，转动惯量大，响应慢等缺点。旋转变压器可靠性高，精度高，作位置检测器配合永磁同步伺服电机可以获得快速的响应和高精度的位置输出。旋转刀具的驱动采用开关磁阻电机，旋转变压器作位置检测器，可靠性高，效率高，高效区宽，调速范围大。关键词：永磁同步伺服电机，摆角头，旋转变压器，开关磁阻电机引言随着现代社会科学技术的进步，现代技术正迅速向精密领域发展。传统驱动采用机械传动器件，部件多，体积大，机械传动引起误差和摩擦生热产生弹性变形，转动惯量大，响应慢。驱动技术正在朝着新的方向发展，在众多的现代先进驱动中，直接驱动（直驱）是高速高精数控机床采用的理想驱动，因此其受到机床行业的重视，技术发展迅速。一般在机床领域，直驱装置主要包括直线伺服驱动装置和力矩伺服驱动装置。直接驱动直线轴（XYZ轴）的伺服电动机称为直接驱动直线（DDL）电动机，简称直线电动机；直接驱动旋转轴（ABC轴）的伺服电动机称为直接驱动旋转（DDR）电动机，简称力矩电动机。力矩电动机为多极永磁交流同步电动机，带空心轴转子，可作为直接驱动器，与变频器系统配套使用采用力矩电动机直接驱动的主要优点有:机械部件减少，驱动结构紧凑，采用力矩电动机直接驱动，不再需要联轴器或齿轮等机械传动部件，从而大大减少了驱动装置的安装空间，使得结构更加紧凑；无反向间隙，高加工精度：采用力矩电动机直接驱动，解决了齿轮传动存在反向间隙的问题，从原理上排除了机械传动引起的误差和摩擦生热产生的弹性变形，实现了更高的加工精度；高动态性，高伺服性:采用力矩电动机直接驱动的旋转轴可以提供与线性轴相匹配的进给速度和加速度，实现真正意义上的高速多轴联动加工，且具备更高的伺服性能和更大的带宽。1．摆角头系统摆角头的三个自由度采用永磁同步伺服电机直驱，旋转变压器为位置检测器，采用矢量控制。道具旋转驱动采用开关磁阻电机，旋转变压器为位置检测器。与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机,特别是稀土永磁同步电机具有损耗少、效率高、节电效果明显的优点。永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。开关磁阻电机结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。主要有开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。控制器内包含功率变换器和控制电路，而转子位置检测器则安装在电机的一端。2．永磁同步伺服电机永磁电机采用永磁体生成电机的磁场，无需励磁线圈也无需励磁电流，效率高结构简单，是很好的节能电机。永磁同步伺服电机(PermanentMagnetSynchronousMotor，简称PMSM)，是交流永磁伺服电动机的一种。在中小容量高精度传动领域，广泛采用永磁同步伺服电机，以在转子上加永磁体的方法来产生磁场。由于永磁材料的固有特性，它不再需要外加能量就能在其周围空间建立很强的永久磁场。这既可简化电机结构，又可节约能量。和直流电机相比，没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好。和普通同步电机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率可达到传统电励磁电机所无法比拟的高性能（如特高效、特高速、特高响应速度）。和开关磁阻电机相比，它没有低速转矩脉动大的问题，早已实现了低速稳定运行，因此适合快速、高精度的控制场合。和无刷直流永磁同步电机相比，它在高精度伺服驱动中更有竞争力。按转子永磁体的结构可分为两种：（1）表面贴装式（SM-PMSM）：直交轴电感Ld和Lq相同，气隙较大，弱磁能力小，扩速能力受到限制（2）内埋式（IPMSM）：交直轴电感:Lq>Ld，...