CN105048713B - 一种一体化的双转子丝杠机电惯容器 - Google Patents

Abstract

一种一体化的双转子丝杠机电惯容器，包括反向双螺旋丝杠轴、外转子组件、内转子组件、电枢绕组、永磁体及与电枢绕组连接的电枢控制电路，电枢绕组及永磁体分设于外转子组件、内转子组件上，反向双螺旋丝杠轴包括正旋段及反旋段，内转子组件及外转子组件分别与正旋段及反旋段螺纹配合，外转子组件与内转子组件通过推力轴承转动连接；反向双螺旋丝杠轴的一端固定连接活动连接件，另一端滑设于固定连接件内，固定连接件与外转子组件通过推力轴承转动连接；反向双螺旋丝杠轴驱动内转子组件及外转子组件沿相反方向旋转，电枢绕组产生感应电动势，感应电动势作用于电枢控制电路。本发明具有提高惯容器性能及稳定性、结构紧凑的优点。

Description

一种一体化的双转子丝杠机电惯容器

技术领域

本发明涉及惯容器，尤其涉及一种一体化的双转子丝杠机电惯容器。

背景技术

惯容器是近年来提出的一种具有两个端子的机械惯性元件，其广泛应用于隔振技术领域，如悬架、建筑物防震及吸收动力机械振动等方向。在机电比拟理论中，惯容器可与电路网络中的电容器完全类似，从而可以用电路网络综合的理论方法来指导机械网络的设计。在机械网络综合中，惯容器可以替代质量块的作用而完全相似于电路网络综合里的电容器。惯容器所模拟的“虚质量”称为惯质系数，惯质系数与惯容器真实质量之比称为惯质比。目前，人们已设计出了多种形式和结构的惯容器，如齿轮齿条惯容器，滚珠丝杠惯容器，液压惯容器等。这些实现方式中，其惯质系数是通过飞轮质量来实现的。因此，其增大惯质系数的方法，一方面是增加飞轮的质量，另一方面是增加传动机构的放大系数，如齿轮齿条惯容器可以增大齿轮传动比，滚珠丝杠惯容器可减小丝杠导程。这两种途径都需要增加惯容器自身的重量，而不利于惯质比的提高。增大传动机构放大系数也放大了惯容器的非线性因素，影响惯容器性能。

为解决上述技术问题，现有技术公开了一种采用螺母平动推动丝杠轴旋转进而带动电机旋转的方式，通过将机械惯容器中的飞轮换成电机，并在电机电枢中串联负阻抗变换器和大容值电容器的方法，有效提高了惯容器的惯质系数和惯质比。但存在以下问题：

（1）惯容器中电机定子部分不旋转，定子部分的实际质量不能作为虚质量，不利于惯容器进一步提高惯质比。

（2）采用丝杠旋转带动电机转子旋转的方式，由于丝杠旋转半径小，相同质量下转动惯量小，不利于提高惯质比。

（3）采用滚珠丝杠副与电机串联的形式，结构复杂，不便于安装和使用，难以小型化、一体化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种提高惯容器性能及稳定性、结构紧凑的双转子丝杠机电惯容器。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种一体化的双转子丝杠机电惯容器，包括反向双螺旋丝杠轴、外转子组件、内转子组件、电枢绕组、永磁体及与所述电枢绕组连接的电枢控制电路，所述电枢绕组及永磁体分设于外转子组件、内转子组件上，所述反向双螺旋丝杠轴包括旋向相反的正旋段及反旋段，所述内转子组件及外转子组件分别与正旋段及反旋段螺纹配合，所述外转子组件与内转子组件通过推力轴承转动连接；所述反向双螺旋丝杠轴的一端固定连接一活动连接件，所述反向双螺旋丝杠轴另一端滑设于一固定连接件内，所述固定连接件与外转子组件通过推力轴承转动连接，所述反向双螺旋丝杠轴直线运动驱动所述内转子组件及外转子组件沿相反方向旋转，所述电枢绕组在内转子组件及外转子组件相对旋转时产生感应电动势，所述感应电动势作用于电枢控制电路。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述内转子组件包括内转子螺母及内转子，所述电枢绕组安装于内转子上，所述内转子螺母与反向双螺旋丝杠轴螺纹配合，所述内转子安装于所述内转子螺母上，并可随内转子螺母旋转。

所述外转子组件包括外转子螺母及外转子，所述永磁体安装于外转子上，所述外转子螺母与反向双螺旋丝杠轴螺纹配合，所述外转子与外转子螺母固定连接，并可随外转子螺母旋转。

所述永磁体设于所述电枢绕组的侧面或设于所述电枢绕组的外周。

所述电枢控制电路包括串联连接的电容器C及负阻抗变换电路NIC。

所述电枢控制电路包括外部供电接口以及与所述电枢绕组连接的接口。

所述固定连接件上设有沿反向双螺旋丝杠轴轴向布置的止转滑孔，所述反向双螺旋丝杠轴的一端滑设于所述止转滑孔内。

所述反向双螺旋丝杠轴与内转子组件之间设有用于给电枢控制电路供电的滑环组件。

所述推力轴承为双向推力轴承。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过双螺纹反向双螺旋丝杠轴带动内转子组件和外转子组件同时旋转，其效果相当于两个滚珠丝杠式惯容器串联，有效增加了旋转部件的质量占比，提高了惯容器效率及惯容器性能；且内转子和外转子同时旋转，使电枢绕组切割磁感线的线速度提高一倍，即将感应电动势提高一倍，提高了惯容器的工作效率。

2、本发明通过反向双螺旋丝杠轴驱动转子组件旋转，使直线运动部件靠近轴线，旋转部件远离轴线，有效增大了旋转部件的转动惯量，进一步提高了惯质比。

3. 本发明反向双螺旋丝杠轴与电枢绕组、永磁体为一体化结构，结构紧凑、安装使用方便，利于工程化和小型化。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的另一结构示意图。

图3是本发明反向双螺旋丝杠轴的结构示意图。

图4是本发明的等效电路结构示意图。

图中各标号表示：

1、反向双螺旋丝杠轴；11、正旋段；12、反旋段；13、引线孔；2、外转子组件；21、外转子螺母；22、外转子；3、内转子组件；31、内转子螺母；32、内转子； 4、电枢控制电路；5、活动连接件；6、滑环组件；7、推力轴承；8、电枢绕组；9、永磁体；10、止转滑孔；14、固定连接件。

具体实施方式

下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的一体化的双转子丝杠机电惯容器，包括反向双螺旋丝杠轴1、外转子组件2、内转子组件3、电枢绕组8、永磁体9及电枢控制电路4，电枢控制电路4与电枢绕组8连接，电枢绕组8及永磁体9分设于外转子组件2、内转子组件3上，如图3，本实施例中，反向双螺旋丝杠轴1包括正旋段11及反旋段12，正旋段11及反旋段12旋向相反，内转子组件3及外转子组件2分别与正旋段11及反旋段12螺纹配合，外转子组件2与内转子组件3通过推力轴承7转动连接, 推力轴承7为双向推力轴承，推力轴承7的设置保证了外转子组件2与内转子组件3的相对旋转运动，同时，承受反向双螺旋丝杠轴1往复轴向作用力，保证惯容器的轴向刚度要求；反向双螺旋丝杠轴1的一端固定连接一活动连接件5，反向双螺旋丝杠轴1另一端滑设于一固定连接件14内，固定连接件14与外转子组件2通过推力轴承7转动连接，反向双螺旋丝杠轴1直线运动驱动内转子组件3及外转子组件2沿相反方向旋转，反向双螺旋丝杠轴1带动内转子组件3和外转子组件2同时旋转，其效果相当于两个滚珠丝杠式惯容器串联，有效增加了旋转部件的质量占比，提高了惯容器效率及惯容器性能，且内外转子同时旋转，使电枢绕组8切割磁感线的线速度提高一倍，即将感应电动势提高一倍，提高了惯容器的工作效率；电枢绕组8在内转子组件3及外转子组件2相对旋转时产生感应电动势，感应电动势作用于电枢控制电路4，将感应电动势输出至电枢控制电路4进行存储，通过调节电枢控制电路4即可实现惯性系数的实时调节，有效避免了采用飞轮时难以达到理想惯容系数的问题，提高了惯容器性能，且采用电气控制装置，有效避免了惯容器为纯机械结构时需大结构尺寸、大惯性质量实现惯容效果的问题，有效减小了装置结构尺寸、降低了装置质量，提高了惯容器的稳定性。同时，本发明通过反向双螺旋丝杠轴1驱动转子组件旋转，使直线运动部件靠近轴线，旋转部件远离轴线，有效增大了旋转部件的转动惯量，进一步提高了惯质比；且本发明反向双螺旋丝杠轴1与电枢绕组8、永磁体9为一体化结构，结构紧凑、安装使用方便，利于工程化和小型化。

如图1，本实施例中，电枢绕组8安装于内转子组件3上，永磁体9安装于外转子组件2上，在其他实施例中，电枢绕组8可安装于外转子组件2上，永磁体9可安装于内转子组件3上。本实施例中，内转子组件3包括内转子螺母31及内转子32，电枢绕组8安装于内转子32上，内转子螺母31与反向双螺旋丝杠轴1螺纹配合，内转子32安装于内转子螺母31上，并可随内转子螺母31旋转。

本实施例中，外转子组件2包括外转子螺母21及外转子22，外转子螺母21与反向双螺旋丝杠轴1螺纹配合，外转子22与外转子螺母21固定连接，并可随外转子螺母21旋转，永磁体9安装于外转子22上，永磁体9与电枢绕组8感应配合，如图1，本实施例中，永磁体9分设于电枢绕组8的外周，在其他实施例中，永磁体9可设于电枢绕组8的侧面，如图2所示，永磁体9可为两个，两个永磁体9分设于电枢绕组8的两侧。

本实施例中，外转子组件2与内转子组件3通过双向推力轴承转动连接，双向推力轴承的设置保证了外转子组件2与内转子组件3的相对旋转运动，同时，承受反向双螺旋丝杠轴1轴向移动产生的轴向力，保证惯容器的轴向刚度要求。

如图1所示，本实施例中，双向推力轴承为两组，两组双向推力轴承分设于反向双螺旋丝杠轴1的正旋段11及反旋段12位置处，一组双向推力轴承设于内转子螺母31与外转子22之间，另一组设于外转子螺母21与内转子32之间。

本实施例中，反向双螺旋丝杠轴1与内转子组件3之间设有滑环组件6，滑环组件6用于给电枢控制电路4供电，如图1、图2所示，反向双螺旋丝杠轴1的中间部分设置轴肩，滑环组件6安装于轴肩上，滑环组件6的内环与反向双螺旋丝杠轴1固联，滑环组件6的外环安装于内转子组件3上，随内转子组件3一同转动，内转子螺母31和外转子螺母21的空间限制了轴肩的运动范围，从而限定了反向双螺旋丝杠轴1的直线运动范围。

本实施例中，所述反向双螺旋丝杠轴1的一端位于外转子组件2的外侧，另一端位于外转子组件2的内侧，反向双螺旋丝杠轴1的外侧端固定连接活动连接件5，活动连接件5为反向双螺旋丝杠轴1与外接物体的活动连接件，反向双螺旋丝杠轴1通过活动连接件5驱动轴向运动，固定连接件14上设有沿反向双螺旋丝杠轴1轴向布置的止转滑孔10，反向双螺旋丝杠轴1的内侧端滑设于止转滑孔10内，形成直线滑动副。本实施例中，活动连接件5为吊耳，在其他实施例中，反向双螺旋丝杠轴1可采用其他结构与外接物体连接的，如耳环、法兰。本实施例中，反向双螺旋丝杠轴1的一端与吊耳滑动配合，反向双螺旋丝杠轴1的另一端与吊耳固定连接，形成反向双螺旋丝杠轴1的直线滑动副；与反向双螺旋丝杠轴1滑动配合的吊耳通过双列角接触球轴承安装于外转子22上，与反向双螺旋丝杠轴1滑动配合的吊耳5上设有与反向双螺旋丝杠轴1滑动配合的滑动槽，同时，与反向双螺旋丝杠轴1固定配合的吊耳设于外转子组件2的外部，反向双螺旋丝杠轴1的固定端伸出外转子组件2的外转子22连接吊耳，固定端的吊耳施加轴向力使反向双螺旋丝杠轴1沿反向双螺旋丝杠轴1的轴向运动。本实施例中，反向双螺旋丝杠轴1上设有引线孔13。

本实施例中，电枢控制电路4设有外部供电接口以及与电枢绕组8连接的接口。电枢控制电路4具体可为双端口电路网络，由一对端口作为用于外部供电接口，另一对端口与电枢绕组8串联组成闭合回路。电枢控制电路4也可根据实际需求设置除上述接口以外的其他接口。

本实施例中，电枢控制电路4具体包括串联连接的电容器C及负阻抗变换电路NIC，通过负阻抗变换电路NIC提供负阻抗，与电容器C构成容性电路，从而模拟惯容特性。在其他实施例中，电枢控制电路4也可采用其他带主动控制器的有源控制电路。

本实施例将惯容器以及电枢控制电路4等效为如图4所示的等效电路，其中，左侧框内电路为对应惯容器电枢绕组8的等效电路，右侧框内电路为对应电枢控制电路4的等效电路。在惯容器电枢绕组8的等效电路中，Eeq是电枢绕组8产生的感应电动势，Req是电枢绕组8的等效电阻，Leq是电枢绕组8等效电感。由于负阻抗变换电路NIC的作用，使得等效电路表现为容性电路，进而通过电容C储能模拟了附加的惯质。当内转子组件3与外转子组件2转动时，电枢绕组8产生感应电动势Eeq，当产生的感应电动势E大于电枢控制电路4的电压时，电枢控制电路4通过电容器C进行蓄能，当感应电动势E小于电枢控制电路4的电压时，电枢控制电路4通过电容器C释放能量。

本实施例中，一体化的双转子丝杠机电惯容器的工作过程为：外力推动反向双螺旋丝杠轴1直线运动，进而驱动内转子螺母31和外转子螺母21旋转，将直线运动转化为旋转运动，同时，内转子螺母31和外转子螺母21分别带动外转子组件2与内转子组件3反向旋转，设于外转子组件2与内转子组件3上的电枢绕组8及永磁体9相互作用产生感应电动势，感应电动势作用于电枢控制电路4，电枢控制电路4产生阻止转子旋转的电磁转矩反作用于内转子组件3和外转子组件2，进而反作用于反向双螺旋丝杠轴1，来阻止活动连接件5的相对直线运动，从而达到产生“虚拟质量”的效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种一体化的双转子丝杠机电惯容器，其特征在于，包括反向双螺旋丝杠轴（1）、外转子组件（2）、内转子组件（3）、电枢绕组（8）、永磁体（9）及与所述电枢绕组（8）连接的电枢控制电路（4），所述电枢绕组（8）安装于内转子组件（3）上，永磁体（9）安装于外转子组件（2）上；或所述电枢绕组（8）安装于外转子组件（2）上，永磁体（9）安装于内转子组件（3）上，所述反向双螺旋丝杠轴（1）包括旋向相反的正旋段（11）及反旋段（12），所述内转子组件（3）及外转子组件（2）分别与正旋段（11）及反旋段（12）螺纹配合，所述外转子组件（2）与内转子组件（3）通过推力轴承（7）转动连接；所述反向双螺旋丝杠轴（1）的一端固定连接一活动连接件（5），所述反向双螺旋丝杠轴（1）另一端滑设于一固定连接件（14）内，所述固定连接件（14）与外转子组件（2）通过推力轴承（7）转动连接，所述反向双螺旋丝杠轴（1）直线运动驱动所述内转子组件（3）及外转子组件（2）沿相反方向旋转，所述电枢绕组（8）在内转子组件（3）及外转子组件（2）相对旋转时产生感应电动势，所述感应电动势作用于电枢控制电路（4）。

2.根据权利要求1所述的一体化的双转子丝杠机电惯容器，其特征在于，所述内转子组件（3）包括内转子螺母（31）及内转子（32），所述电枢绕组（8）安装于内转子（32）上，所述内转子螺母（31）与反向双螺旋丝杠轴（1）螺纹配合，所述内转子（32）安装于所述内转子螺母（31）上，并可随内转子螺母（31）旋转。

3.根据权利要求2所述的一体化的双转子丝杠机电惯容器，其特征在于，所述外转子组件（2）包括外转子螺母（21）及外转子（22），所述永磁体（9）安装于外转子（22）上，所述外转子螺母（21）与反向双螺旋丝杠轴（1）螺纹配合，所述外转子（22）与外转子螺母（21）固定连接，并可随外转子螺母（21）旋转。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一体化的双转子丝杠机电惯容器，其特征在于，所述永磁体（9）设于所述电枢绕组（8）的侧面或设于所述电枢绕组（8）的外周。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的一体化的双转子丝杠机电惯容器，其特征在于，所述电枢控制电路（4）包括串联连接的电容器C及负阻抗变换电路NIC。

6.根据权利要求5所述的一体化的双转子丝杠机电惯容器，其特征在于，所述电枢控制电路（4）包括外部供电接口以及与所述电枢绕组（8）连接的接口。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的一体化的双转子丝杠机电惯容器，其特征在于，所述固定连接件（14）上设有沿反向双螺旋丝杠轴（1）轴向布置的止转滑孔（10），所述反向双螺旋丝杠轴（1）的一端滑设于所述止转滑孔（10）内。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的一体化的双转子丝杠机电惯容器，其特征在于，所述反向双螺旋丝杠轴（1）与内转子组件（3）之间设有用于给电枢控制电路（4）供电的滑环组件（6）。

9.根据权利要求1至3任意一项所述的一体化的双转子丝杠机电惯容器，其特征在于，所述推力轴承（7）为双向推力轴承。