CN102647051A

CN102647051A - 伺服变矩电动机

Info

Publication number: CN102647051A
Application number: CN201110217590XA
Authority: CN
Inventors: 王振良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2031-08-01
Also published as: CN102647051B

Abstract

一种伺服变矩电动机，包括电动机2及与其连接一起的伺服变矩器1，伺服变矩器包括主机壳4、止转柱6、同心子口环8、电磁制动器11、推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、衔铁（19）、机座21、太阳轮23、内架盘24、星轮轴承25、行星轮27、轴架总成28、轮键29、输出侧端盖30、架支撑定位套31、输出轴轴承32、轴架总成轴承34、内齿总成37、单向轴承38和轴承盖33；电磁制动器11的控制线和电动机2的电源线连接在接线盒14内。本发明与现有技术相比较，其具有的有益效果是：可预置监控，当负载增大时，能自动增加输出扭矩，使电动机软连接、无冲击地为负载提供强劲的动力，当克服阻力后负载减小到预置值时，自动退出减速、增矩的机械传动，直接把旋转动力传递给机械负载。

Description

伺服变矩电动机

技术领域

本发明涉及电磁控制机械传动与电磁旋转机械技术领域，具体涉及一种能依据负载变化自动调整输出转矩的伺服变矩电动机。

背景技术

众所周知，输出转矩是电动机的一项极为重要的技术参数，当电动机启动机械负载时，要求电动机要有足够大的启动转矩；在一定启动转矩前提下，启动电流越小越好；启动过程中功率损耗越小越好。理论与实践验证：当电动机转子参数、电源频率、电源电压一定时，异步电动机的电磁转矩取决于转差率。

为了提高电动机的输出转矩，各种高转矩电动机产品应运而生，其中最具代表性的应属超高转差率电动机，其转子是鼠笼结构的超高转差率三相异步电动机，就是用提高转差率来换取电动机输出转矩最大化的典型产品，它具有软机械特性，且堵转转矩与额定转矩之比高达数倍，但是在正常运行时功率因数低，电耗、电损大，为了解决该电动机机体发热问题，只好在电动机内部加装温度保护继电装置，机壳也改为铝合金材料。为了达到超高转差率的设计参数，通常采用双笼、深导条槽，高阻率材料导条，同时采取加大转子与定子气隙等方法，然而大幅度提高转差率，就必然要以降低功率因数，发热、增加电耗的代价来换取电动机的高输出转矩。

转子内镶嵌稀土永磁材料的三相稀土永磁同步电动机，经应用实测，功率因数高，节电效果好，但是在驱动重负载启动时 (特别在网络电压偏低时)，由于其启动电流是额定电流的5～10倍，故会发生"牵出转矩"、"脱离同步"而抖动啸震，此时的转子会迅速升温，永磁体退磁，虽然永磁体的磁性强度可以在激磁和旋转磁场的作用下有所恢复，但是毕竟已造成致命的创伤，反复的升温、退磁，其电能损耗也随之巨增，如不及时处理，这种昂贵的节能电动机，反而会变成凶猛的"电老虎"。

为了提高永磁电动机的转矩密度与转矩过载能力，增大电动机的直径，缩短电动机的径向尺寸，尽可能地增加永磁体的对数，是行之有效的方法。特别是车用永磁电动机要在磁场恒定的情况下，最大限度地增加定子电流，采用密封水冷却的结构，提高散热能力，使电动机能运行在100%的过载状态。

机械减速型电动机，只能提供低速、定速及较大的转矩输出，而最致命的弊端是：机械齿轮减速器与驱动电动机不可分离地参与减速和动力输出，机械磨损和功率损耗都较大。

当今的电动汽车通常采用电动机直接驱动，或采用齿轮减速的方式与负载相连，这两种方法各有优势，也都存在弊端，所以创新功率的合理匹配，是涉及电动汽车降低电耗、延长续航里程的关键技术问题。而当今很多具有较大惰、惯性，重启动负荷特性的设备，为兼顾启动与运行的特殊工况，其动力系统的电动机与供电变压器配置，不得不留有充分的装机容量，以确保此类设备能安全启动和转入正常的运行。游梁式抽油机与其驱动系统“大马拉小车”的配置，一直是困扰石油企业节能降耗的棘手难题，是功率匹配技术亟待解决的典型例证。

综上所述，当今解决电动机与机械负载之间功率匹配，提高效率的问题，已成为节能技术领域亟待解决的重要课题，诸如功率匹配技术现存的弊端与缺憾举不胜举。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单、成本低廉及节能效果良好的伺服变矩电动机。

其技术方案是：包括电动机2及与其连接一起的伺服变矩器1。所述伺服变矩器1包括主机壳4、止转柱6、同心子口环8、电磁制动器11、推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、衔铁19、机座21、太阳轮23、内架盘24、星轮轴承25、行星轮27、轴架总成28、轮键29、输出侧端盖30、架支撑定位套31、输出轴轴承32、轴架总成轴承34、内齿总成37、单向轴承38和轴承盖33；电动机2的法兰盘9通过法兰盘栓22同心紧固在与主机壳4右端部为一体的同心子口环8右侧，电动机轴5伸入主机壳4内，主机壳4的内圆壁上设有止动柱6，电动机轴5上、法兰盘9左侧起至电动机轴5端部，依次同心套装有推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、单向轴承38、左轴承16、内架盘轴承17、太阳轮23及轴架总成轴承34；所述电磁制动器11套装在涨力弹簧13外围并通过器固栓10同心紧固在主机壳4右端部同心子口环8的左侧；右轴承15和左轴承16的外部套装有内齿总成37，单向轴承38及衔铁19通过连固栓18依次套装固定在内齿总成37的右侧，单向轴承38的外圈7上设有与止动柱6位置相对应的卡槽，止动柱6的下端伸入在该卡槽内；内架盘轴承17上套装有内架盘24，太阳轮23通过轮键29紧固在电动机轴5上，轴架总成28右侧的中心孔套装在轴架总成轴承34上；行星轮27内安装星轮轴承25，并通过星轴栓26把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间，轴架总成28与内架盘24之间还设有架支撑定位套31，并通过架固栓35把轴架总成28和内架盘24固定为一体；输出侧端盖30通过输出轴轴承32套装在轴架总成28左侧的动力输出轴上，输出侧端盖30由端盖栓3固定在主机壳4的左端，输出侧端盖30外侧通过轴承盖固栓36固定连接有轴承盖33；所述电磁制动器11的控制线和电动机2的电源线连接在接线盒14内；主机壳4底部与机座21固定连接为一体。

其中，所述止动柱6设为3—6个，其均匀分布在主机壳4的内圆壁上。

本发明的另一优化技术方案是：包括电动机2及与其连接一起的伺服变矩器1。所述伺服变矩器1包括主机壳4、同心子口环8、电磁制动器11、推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、衔铁19、机座21、太阳轮23、内架盘24、星轮轴承25、行星轮27、轴架总成28、轮键29、输出侧端盖30、架支撑定位套31、输出轴轴承32、轴承盖33、轴架总成轴承34和内齿总成37；电动机2的法兰盘9通过法兰盘栓22同心紧固在与主机壳4右端部为一体的同心子口环8右侧，电动机轴5伸入主机壳4内，电动机轴5上、法兰盘9左侧起至电动机轴5端部，依次同心套装有推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、太阳轮23及轴架总成轴承34，电磁制动器11套装在涨力弹簧13外并通过器固栓10同心紧固在主机壳4右端部同心子口环8的左侧，右轴承15和左轴承16的外部套装有内齿总成37，衔铁19通过连固栓18套装固定在内齿总成37的右侧，内架盘轴承17上套装有内架盘24，太阳轮23通过轮键29紧固在电动机轴5上，轴架总成28右侧的中心孔套装在轴架总成轴承34上；行星轮27内安装星轮轴承25，并通过星轴栓26）把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间，轴架总成28与内架盘24之间还设有架支撑定位套31，并通过架固栓35把轴架总成28和内架盘24固定为一体；输出侧端盖30通过输出轴轴承32套装在轴架总成28左侧的动力输出轴上，输出侧端盖30由端盖栓3固定在主机壳4的左端，输出侧端盖30外侧通过轴承盖固栓36固定连接有轴承盖33；所述电磁制动器11的控制线和电动机2的电源线连接在接线盒14内；主机壳4底部与机座21固定连接为一体。

在上述两技术方案中，所述法兰盘栓22设为4—10个，其均匀分布并固定连接于同心子口环8右侧及电动机2的法兰盘9之间。所述星轴栓26设为3个，其均匀分布把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间。所述架固栓35及架支撑定位套31均设为3个，其均匀分布把轴架总成28和内架盘24固定为一体。

本发明与现有技术相比较，其具有的有益效果是：可预置监控，当负载增大时，能自动增加输出扭矩，使电动机软连接、无冲击地为负载提供强劲的动力，当克服阻力后负载减小到预置值时，自动退出减速、增矩的机械传动，直接把旋转动力传递给机械负载。本发明能最大限度地发挥机械传动高效率的特有优势，具有结构简单，免修周期长，既节能又环保的优点，其市场前景广阔。

附图说明

图1是本发明一种实施例的外形示意图；

图2是本发明一种实施例的结构示意图；

图3是本发明另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：参照图1和图2，一种伺服变矩电动机，包括电动机2及与其连接一起的伺服变矩器1。所述伺服变矩器1包括主机壳4、止转柱6、同心子口环8、电磁制动器11、推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、衔铁19、机座21、太阳轮23、内架盘24、星轮轴承25、行星轮27、轴架总成28、轮键29、输出侧端盖30、架支撑定位套31、输出轴轴承32、轴架总成轴承34、内齿总成37、单向轴承38和轴承盖33；电动机2的法兰盘9通过法兰盘栓22同心紧固在与主机壳4右端部为一体的同心子口环8右侧，电动机轴5伸入主机壳4内，主机壳4的内圆壁上设有止动柱6，电动机轴5上、法兰盘9左侧起至电动机轴5端部，依次同心套装有推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、单向轴承38、左轴承16、内架盘轴承17、太阳轮23及轴架总成轴承34；所述电磁制动器11套装在涨力弹簧13外围并通过器固栓10同心紧固在主机壳4右端部同心子口环8的左侧；右轴承15和左轴承16的外部套装有内齿总成37，单向轴承38及衔铁19通过连固栓18依次套装固定在内齿总成37的右侧，单向轴承38的外圈7上设有与止动柱6位置相对应的卡槽，止动柱6的下端伸入在该卡槽内，3个止转柱6能阻止单向轴承38外圈7的旋转，但是不防碍其轴向移动；内架盘轴承17上套装有内架盘24，太阳轮23通过轮键29紧固在电动机轴5上，轴架总成28右侧的中心孔套装在轴架总成轴承34上；行星轮27内安装星轮轴承25，并通过星轴栓26把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间，轴架总成28与内架盘24之间还设有架支撑定位套31，并通过架固栓35把轴架总成28和内架盘24固定为一体；输出侧端盖30通过输出轴轴承32套装在轴架总成28左侧的动力输出轴上，输出侧端盖30由端盖栓3固定在主机壳4的左端，输出侧端盖30外侧通过轴承盖固栓36固定连接有轴承盖33；所述电磁制动器11的控制线和电动机2的电源线连接在接线盒14内；主机壳4底部与机座21固定连接为一体。其中，所述止动柱6设为3—6个，其均匀分布在主机壳4的内圆壁上。所述法兰盘栓22设为4—10个，其均匀分布并固定连接于同心子口环8右侧及电动机2的法兰盘9之间。所述星轴栓26设为3个，其均匀分布把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间。所述架固栓35及架支撑定位套31均设为3个，其均匀分布把轴架总成28和内架盘24固定为一体。

运行时，当电磁制动器11未获得激磁电流时，涨力弹簧13推动内齿总成37轴向左移，轴架总成28的内锥和内齿总成37的外锥面之间的锥形摩擦副隙39逐渐变小而由滑差迅速紧密结合、制动，从而使行星轮27停止旋转，则轴架总成28、内架盘24和内齿总成37与电动机2的电动机轴5同步、同向（例如：顺时针）旋转，电动机2的旋转动力经电动机轴5输入，通过伺服变矩器1后，轴架总成28左侧一体的输出轴则1：1地输出顺时针旋转的动力，此时的伺服变矩器1内的行星轮系停止动轴线传动，故机械磨损与损耗甚微。当电磁制动器11获得激磁电流时，其强大的磁场吸引衔铁19，与衔铁19连为一体的单向轴承38、内齿总成37克服涨力弹簧13的张力，轴向右移，轴架总成28的内锥和内齿总成37的外锥面之间的锥形摩擦副隙39增大而发生轮系内的力矩转化，轴架总成28依然与电动机轴5同向、顺时针旋转，而内齿总成37在太阳轮23和行星轮27的驱动下开始迅速逆时针旋转，但是3个止转柱6能阻止单向轴承38外圈7的旋转，故单向轴承38能有效地阻止内齿总成37逆转，则太阳轮23驱动行星轮27在内齿环3啮合制约下，迫使内架盘24、轴架总成28左侧一体的输出轴，与电动机轴5顺时针、同向、减速、增矩旋转，电动机2的旋转动力经电动机轴5输入伺服变矩器1后，顺时针、同向、减速、增矩地由轴架总成28左侧一体的输出轴输出。由于单向轴承38的制约，使本实施例只能单向旋转，如果把单向轴承38反过来装配，就可以制造出逆时针旋转的产品了。

实施例二：参照图1和图3，一种伺服变矩电动机，包括电动机2及与其连接一起的伺服变矩器1。所述伺服变矩器1包括主机壳4、同心子口环8、电磁制动器11、推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、衔铁19、机座21、太阳轮23、内架盘24、星轮轴承25、行星轮27、轴架总成28、轮键29、输出侧端盖30、架支撑定位套31、输出轴轴承32、轴承盖33、轴架总成轴承34和内齿总成37；电动机2的法兰盘9通过法兰盘栓22同心紧固在与主机壳4右端部为一体的同心子口环8右侧，电动机轴5伸入主机壳4内，电动机轴5上、法兰盘9左侧起至电动机轴5端部，依次同心套装有推力轴承12、涨力弹簧13、右轴承15、左轴承16、内架盘轴承17、太阳轮23及轴架总成轴承34，电磁制动器11套装在涨力弹簧13外并通过器固栓10同心紧固在主机壳4右端部同心子口环8的左侧，右轴承15和左轴承16的外部套装有内齿总成37，衔铁19通过连固栓18套装固定在内齿总成37的右侧，内架盘轴承17上套装有内架盘24，太阳轮23通过轮键29紧固在电动机轴5上，轴架总成28右侧的中心孔套装在轴架总成轴承34上；行星轮27内安装星轮轴承25，并通过星轴栓26把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间，轴架总成28与内架盘24之间还设有架支撑定位套31，并通过架固栓35把轴架总成28和内架盘24固定为一体；输出侧端盖30通过输出轴轴承32套装在轴架总成28左侧的动力输出轴上，输出侧端盖30由端盖栓3固定在主机壳4的左端，输出侧端盖30外侧通过轴承盖固栓36固定连接有轴承盖33；所述电磁制动器11的控制线和电动机2的电源线连接在接线盒14内；主机壳4底部与机座21固定连接为一体。其中，所述法兰盘栓22设为4—10个，其均匀分布并固定连接于同心子口环8右侧及电动机2的法兰盘9之间。所述星轴栓26设为3个，其均匀分布把行星轮27定位在轴架总成28和内架盘24之间。所述架固栓35及架支撑定位套31均设为3个，其均匀分布把轴架总成28和内架盘24固定为一体。

在此实施例中，取缔了单向轴承38，使本发明能实现顺、逆时针双向旋转的产品了。运行时，当电磁制动器11未获得激磁电流时，涨力弹簧13推动内齿总成37轴向左移，轴架总成28的内锥和内齿总成37的外锥面之间的锥形摩擦副隙39逐渐变小而由滑差迅速紧密结合、制动，从而使行星轮27停止旋转，则轴架总成28、内架盘24和内齿总成37与电动机2的电动机轴5同步、同向顺时针旋转，电动机2的旋转动力经电动机轴5输入，通过伺服变矩器1后，轴架总成（28）左侧一体的动力输出轴则1：1地输出顺时针旋转的动力，此时的伺服变矩器1内的行星轮系停止动轴线传动，故机械磨损与损耗甚微。当电磁制动器11获得激磁电流时，其强大的磁场吸引衔铁19，与衔铁19连为一体的内齿总成37克服涨力弹簧13的张力，轴向右移，轴架总成28的内锥和内齿总成37的外锥面之间的锥形摩擦副隙39增大而发生轮系内的力矩转化，轴架总成28依然与电动机轴5同向、顺时针旋转，而内齿总成37在太阳轮23和行星轮27的驱动下开始迅速逆时针旋转，但是电磁制动器11强大的磁场吸住衔铁19，内齿总成37被制动，则太阳轮23驱动行星轮27在内齿环3啮合制约下，迫使内架盘24、轴架总成28左侧一体的输出轴，与电动机轴5顺时针、同向、减速、增矩旋转，电动机1的旋转动力经电动机轴5输入伺服变矩器1后，顺时针、同向、减速、增矩地由与轴架总成28左侧一体的动力输出轴输出。

伺服变矩器1应采用直齿传动，因为直齿可使传动中的构件轴向力Fx为零。为了补偿加工制造误差的影响，使轮系中的齿轮都能均匀地分担负荷，采用载荷均衡技术措施是十分必要的，本发明采用"行星轮轴油膜浮动载荷均衡技术"，如果加工精度很高，也可放弃载荷均衡。

Claims

1.一种伺服变矩电动机，包括电动机（2）及与其连接一起的伺服变矩器（1），其特征在于：所述伺服变矩器（1）包括主机壳（4）、止转柱（6）、同心子口环（8）、电磁制动器（11）、推力轴承（12）、涨力弹簧（13）、右轴承（15）、左轴承（16）、内架盘轴承（17）、衔铁（19）、机座(21)、太阳轮（23）、内架盘（24）、星轮轴承（25）、行星轮（27）、轴架总成（28）、轮键（29）、输出侧端盖（30）、架支撑定位套(31)、输出轴轴承（32）、轴架总成轴承（34）、内齿总成（37）、单向轴承（38）和轴承盖（33）；电动机（2）的法兰盘（9）通过法兰盘栓（22）同心紧固在与主机壳（4）右端部为一体的同心子口环（8）右侧，电动机轴（5）伸入主机壳（4）内，主机壳（4）的内圆壁上设有止动柱（6），电动机轴（5）上、法兰盘（9）左侧起至电动机轴（5）端部，依次同心套装有推力轴承（12）、涨力弹簧（13）、右轴承（15）、单向轴承（38）、左轴承（16）、内架盘轴承（17）、太阳轮（23）及轴架总成轴承（34）；所述电磁制动器（11）套装在涨力弹簧（13）外围并通过器固栓（10）同心紧固在主机壳（4）右端部同心子口环（8）的左侧，右轴承（15）和左轴承（16）的外部套装有内齿总成（37），单向轴承（38）及衔铁（19）通过连固栓（18）依次套装固定在内齿总成（37）的右侧，单向轴承（38）的外圈（7）上设有与止动柱（6）位置相对应的卡槽，止动柱（6）的下端伸入在该卡槽内；内架盘轴承（17）上套装有内架盘（24），太阳轮（23）通过轮键（29）紧固在电动机轴（5）上，轴架总成（28）右侧的中心孔套装在轴架总成轴承（34）上；行星轮（27）内安装星轮轴承（25），并通过星轴栓（26）把行星轮（27）定位在轴架总成（28）和内架盘（24）之间，轴架总成（28）与内架盘（24）之间还设有架支撑定位套（31），并通过架固栓（35）把轴架总成（28）和内架盘（24）固定为一体；输出侧端盖（30）通过输出轴轴承（32）套装在轴架总成（28）左侧的动力输出轴上，输出侧端盖（30）由端盖栓（3）固定在主机壳（4）的左端，输出侧端盖（30）外侧通过轴承盖固栓（36）固定连接有轴承盖（33）；所述电磁制动器（11）的控制线和电动机（2）的电源线连接在接线盒(14)内；主机壳4底部与机座21固定连接为一体。

2.根据权利要求1所述的伺服变矩电动机，其特征在于：所述止动柱（6）设为3—6个，其均匀分布在主机壳（4）的内圆壁上。

3.根据权利要求1所述的伺服变矩电动机，其特征在于：所述法兰盘栓（22）设为4—10个，其均匀分布并固定连接于同心子口环（8）右侧及电动机（2）的法兰盘（9）之间。

4.根据权利要求1所述的伺服变矩电动机，其特征在于：所述星轴栓（26）设为3个，其均匀分布把行星轮（27）定位在轴架总成（28）和内架盘（24）之间。

5.根据权利要求1所述的伺服变矩电动机，其特征在于：所述架固栓（35）及架支撑定位套（31）均设为3个，其均匀分布把轴架总成（28）和内架盘（24）固定为一体。

6.一种伺服变矩电动机，包括电动机（2）及与其连接一起的伺服变矩器（1），其特征在于：所述伺服变矩器（1）包括主机壳（4）、同心子口环（8）、电磁制动器（11）、推力轴承（12）、涨力弹簧（13）、右轴承（15）、左轴承（16）、内架盘轴承（17）、衔铁（19）、机座(21)、太阳轮（23）、内架盘（24）、星轮轴承（25）、行星轮（27）、轴架总成（28）、轮键（29）、输出侧端盖（30）、架支撑定位套(31)、输出轴轴承（32）、轴承盖（33）、轴架总成轴承（34）和内齿总成（37）；电动机（2）的法兰盘（9）通过法兰盘栓（22）同心紧固在与主机壳（4）右端部为一体的同心子口环（8）右侧，电动机轴（5）伸入主机壳（4）内，电动机轴（5）上、法兰盘（9）左侧起至电动机轴（5）端部，依次同心套装有推力轴承（12）、涨力弹簧（13）、右轴承（15）、左轴承（16）、内架盘轴承（17）、太阳轮（23）及轴架总成轴承（34），电磁制动器（11）套装在涨力弹簧（13）外并通过器固栓（10）同心紧固在主机壳（4）右端部同心子口环（8）的左侧，右轴承（15）和左轴承（16）的外部套装有内齿总成（37），衔铁（19）通过连固栓（18）套装固定在内齿总成（37）的右侧，内架盘轴承（17）上套装有内架盘（24），太阳轮（23）通过轮键（29）紧固在电动机轴（5）上，轴架总成（28）右侧的中心孔套装在轴架总成轴承（34）上；行星轮（27）内安装星轮轴承（25），并通过星轴栓（26）把行星轮（27）定位在轴架总成（28）和内架盘（24）之间，轴架总成（28）与内架盘（24）之间还设有架支撑定位套（31），并通过架固栓（35）把轴架总成（28）和内架盘（24）固定为一体；输出侧端盖（30）通过输出轴轴承（32）套装在轴架总成（28）左侧的动力输出轴上，输出侧端盖（30）由端盖栓（3）固定在主机壳（4）的左端，输出侧端盖（30）外侧通过轴承盖固栓（36）固定连接有轴承盖（33）；所述电磁制动器（11）的控制线和电动机（2）的电源线连接在接线盒(14)内；主机壳4底部与机座21固定连接为一体。