CN105317932A - 齿轮电动机装置 - Google Patents

Abstract

提供即使产生超过容许值的推力载荷也无需进行齿轮的装卸、装置的停止就能够适当地保护电动机且省空间的齿轮电动机装置。齿轮电动机装置具有：电动机；齿轮，其构成为在传递转矩时推力载荷作用于电动机；以及控制部，其控制电动机，其中，控制部具有：推力载荷获取部，其在规定的定时或以规定的时间周期获取作用于电动机的推力载荷；临界推力载荷存储部，其存储电动机的临界推力载荷；以及转矩限制部，其在推力载荷获取部所获取到的推力载荷超过了临界推力载荷存储部中存储的临界推力载荷时，以电性方式限制电动机的转矩。

Description

齿轮电动机装置

技术领域

本发明涉及一种具备对借助齿轮传递转矩时作用于电动机的推力载荷进行抑制的功能的齿轮电动机装置。

背景技术

在对支承转子的轴承施加固定的预压的构造的电动机中，在该预压不再起作用的情况下，转子振动，可能会导致电动机的故障、损坏。另外，在对电动机安装有齿轮的齿轮装置的情况下，根据齿轮的种类不同，会由于旋转而产生消除预压的方向的推力载荷。在此，若产生容许转矩以上的推力载荷，则电动机的刚性降低，电动机由于外部干扰而振动，电动机可能会损坏。

因此，以往提倡一种保护齿轮装置免受容许转矩以上的推力载荷损害的技术。例如在日本特开2003-322223号公报中公开了一种齿轮装置，该齿轮装置是设置于斜齿轮的轴孔的内周面的环状突起与设置于安装该斜齿轮的驱动轴的外周面的槽相卡合而成的，该公报记载了以下内容：在轴向推力超过规定的临界值时上述卡合被解除。

另外，在日本特开昭60-129453号公报中公开了通过斜齿轮的啮合来传递转矩的齿轮变速机，并记载了以下内容：在该齿轮变速机中组装有负荷传感器(loadcell)，该负荷传感器探测伴随过大转矩产生的过大推力并发送运转停止信号。

在日本特开2003-322223号公报的齿轮装置中，企图通过使斜齿轮与驱动轴的嵌合脱离来防止齿轮装置的损坏，因此需要进行使斜齿轮再次与驱动轴嵌合的作业，较为麻烦。另外，在日本特开昭60-129453号公报的齿轮装置中，每当产生超过容许转矩的推力时导致机械的运转停止，因此运转效率差。

另一方面，也考虑了以下齿轮装置：使用转矩限制器对电动机的转矩进行限制，以避免成为容许转矩以上的载荷。但是在该情况下，需要将转矩限制器设置于电动机与变速机之间或变速机与被驱动体之间的空间，装置大型化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种即使产生超过容许值的推力载荷也无需进行齿轮的装卸、装置的停止就能够适当地保护电动机且省空间的齿轮电动机装置。

为了达到上述目的，本发明提供一种齿轮电动机装置，该齿轮电动机装置具有：电动机；齿轮，其与上述电动机连接，构成为在传递转矩时推力载荷作用于上述电动机；以及控制部，其控制上述电动机，其中，上述控制部具有：推力载荷获取部，其获取上述电动机的推力载荷；临界推力载荷存储部，其存储上述电动机的临界推力载荷；以及转矩限制部，其在上述推力载荷获取部所获取到的上述电动机的推力载荷超过了上述临界推力载荷存储部中存储的上述电动机的临界推力载荷时，以电性方式限制上述电动机的转矩。

在优选的实施方式中，上述推力载荷获取部基于上述控制部所获取到的上述电动机的转矩以及与上述齿轮的尺寸有关的信息来计算上述电动机的推力载荷。

或者，上述推力载荷获取部也可以获取对上述电动机的推力载荷进行检测的推力载荷检测器的检测值，来作为上述电动机的推力载荷。

在优选的实施方式中，上述临界推力载荷存储部存储与上述电动机的种类相应地预先决定的临界推力载荷的值。

附图说明

本发明的上述或其它目的、特征以及优点通过参照附图来说明以下的优选实施方式会变得更明确。

图1是表示本发明的优选实施方式所涉及的齿轮电动机装置的概要结构的图。

图2是将能够使用于图1的齿轮电动机装置的各种电动机同表示与各个电动机的种类相应的临界推力载荷的表一起表示的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的优选实施方式所涉及的齿轮电动机装置10的概要结构的图。齿轮电动机装置10具有电动机12以及与电动机12的驱动轴14连接的齿轮16，齿轮16是斜齿轮(日语：はすば齿車)、直齿锥齿轮(日语：すぐばかさ齿車)、蜗轮(日语：ウォームギヤ)、螺旋齿轮(日语：ねじ齿車)等构成为在将电动机12的转矩传递给与齿轮16卡合的被驱动体(未图示)时轴向的力(推力载荷)作用于电动机12的齿轮。

另外，齿轮电动机装置10具有控制电动机12的控制部18，控制部18具有：推力载荷获取部20，其在规定的定时或以规定的时间周期获取作用于电动机12的推力载荷；临界推力载荷存储部22，其存储电动机12的临界推力载荷；以及转矩限制部24，其在推力载荷获取部20所获取到的电动机12的推力载荷超过了临界推力载荷存储部22中存储的电动机12的临界推力载荷时，以电性方式限制电动机12的转矩。在图1的例子中，转矩限制部24以规定的时间周期对电动机12的放大器26发送转矩指令，在超过了临界推力载荷存储部22中存储的电动机12的临界推力载荷时，对放大器26发送限制后的转矩指令。

另外，齿轮电动机装置10也可以具有键盘、触摸面板等的操作者能够操作的输入部28，在该情况下操作者能够借助输入部28对控制部18输入后述的电动机的种类等各种信息、指令。

接着，说明推力载荷获取部20获取电动机12的推力载荷的具体例。如图1所示，通过使用对电动机12的推力载荷进行测定的推力载荷检测器30(在图示例中安装于驱动轴14)，推力载荷获取部20能够获取推力载荷检测器30的检测值(输出)来作为推力载荷。此外，作为推力载荷检测器30，能够使用一般在市面上销售的推力载荷检测器。

或者，推力载荷获取部20能够基于与齿轮16的尺寸有关的信息(固有的值)以及控制部18所获取到的电动机12的转矩T来计算推力载荷Fx，获取计算得到的推力载荷Fx来作为电动机12的推力载荷。此外，齿轮16的信息中包含齿轮的种类、各部的尺寸等固有值，关于上述的斜齿轮、直齿锥齿轮、蜗轮、螺旋齿轮，能够分别基于以下的式(1)～(4)来计算推力载荷Fx。另外，关于转矩T，既可以使用在电动机12的控制中使用的反馈值(转矩检测值)，也可以使用从电动机12的电流值、转速、转差率(日语：すべり)中使用所需的信息计算出的值，还可以使用针对放大器26的转矩指令值。

以下的式(1)～(4)中的各标记的含义如下。此外，推力载荷的符号(方向)是根据齿轮的扭转方向而决定的。

摩擦系数：μ

基准圆直径：d[mm]

齿宽：b[mm]

齿数：z

压力角：α

扭转角：β

齿直角压力角：αn

模数(module)：m[mm]

转矩：T[N·m]

在齿轮16为斜齿轮的情况下，

Fx＝(2000×T÷d)×tanβ(1)

在齿轮16为直齿锥齿轮的情况下，

Fx＝(2000×T÷(d－b×sin(tan^-1(z1÷z2)))×tanα×sin(tan^-1(z1÷z2))(2)

其中，z1表示驱动侧的齿轮(安装于电动机12的齿轮16)的齿数，z2表示被驱动侧的齿轮(未图示)的齿数。

在齿轮16为蜗轮的情况下，

Fx＝(2000×T÷d)×(cosαn×cos(tan^-1(m×z÷d))－μsin(tan^-1(m×z÷d))÷(cosαn×sin(tan^-1(m×z÷d))－μcos(tan^-1(m×z÷d)))(3)

在齿轮16为螺旋齿轮的情况下，

Fx＝(2000×T÷d)×(cosαn×sinβ－μcosβ)÷(cosαn×cosβ+μsinβ)(4)

如以上那样，推力载荷获取部20基于齿轮16的信息和电动机12的转矩，即使不使用如图1所示的推力载荷检测器30也能够获取(计算)电动机12的推力载荷。此外，关于齿轮16的信息，既可以使操作者能够借助上述的输入部28等输入到控制部18，也可以将齿轮16的信息预先存储在适当的存储器等存储装置中，通过由操作者指定(输入)齿轮的种类，推力载荷获取部20从该存储装置读出与所指定的种类相应的信息来计算推力载荷。

临界推力载荷存储部22所存储的临界推力载荷是指在超过它的推力载荷作用于电动机时电动机12有可能会发生故障、损坏等不良状况的载荷，是与电动机12的种类相应地预先决定的。例如，如图2所示，在作为能够与图1的电动机12相当的电动机存在四个电动机32、34、36及38的情况下，能够使临界推力载荷存储部22针对各个电动机将与各个电动机的种类相应的机种名(“A模型”、“B模型”等)、参数号以及临界推力载荷相关联地存储为如表40那样的形式。通过这样，当操作者使用上述的输入部28等来选择电动机的种类(机种名或参数号)并输入到控制部18时，能够自动地设定与所选择的电动机的种类对应的临界推力载荷的值(例如，如果选择(输入)了“B模型”或“2”号，则临界推力载荷自动被设定为10[N])。

这样，在选择电动机的种类时，既可以选择“A模型”或“B模型”等电动机的机种名，也可以针对电动机的每个种类分配机种号(参数号)，设定(选择)该机种号来选择电动机的种类。当然，也能够由操作者直接输入临界推力载荷的值，使临界推力载荷存储部存储该值。

转矩限制部24在规定的定时或以规定的时间周期对推力载荷获取部20所获取到的电动机12的推力载荷与临界推力载荷存储部22中存储的电动机12的临界推力载荷进行比较，在获取到的推力载荷超过了临界推力载荷时，以电性方式限制电动机12的转矩(在图示例中，对放大器26发送用于限制电动机12的转矩的转矩指令)，以避免所获取到的推力载荷超过临界推力载荷。另外，转矩限制部24能够构成为控制部18的一部分，不使用转矩限制器等也能够迅速地使电动机12的转矩降低。因而，根据本发明，无需解除齿轮16与驱动轴14的卡合或使电动机12停止，就能够适当地保护电动机12免受过负荷损害。

根据本发明，不需要为了防止过大的推力所造成的损坏而解除特定的构件之间的卡合，因此也不需要进行恢复作业。另外，对电动机的转矩进行限制以避免超过临界推力载荷，因此也不需要使装置(电动机)停止。因而，能够使电动机装置连续运转，生产性提高。并且，不使用转矩限制器等而能够以电性方式限制电动机的转矩，因此能够减少装置的部件数，并且还能够实现省空间化。

Claims (4)

1.一种齿轮电动机装置，具有：

电动机；

齿轮，其与上述电动机连接，构成为在传递转矩时推力载荷作用于上述电动机；以及

控制部，其控制上述电动机，

其中，上述控制部具有：

推力载荷获取部，其获取上述电动机的推力载荷；

临界推力载荷存储部，其存储上述电动机的临界推力载荷；以及

转矩限制部，其在上述推力载荷获取部所获取到的上述电动机的推力载荷超过了上述临界推力载荷存储部中存储的上述电动机的临界推力载荷时，以电性方式限制上述电动机的转矩。

2.根据权利要求1所述的齿轮电动机装置，其特征在于，

上述推力载荷获取部基于上述控制部所获取到的上述电动机的转矩以及与上述齿轮的尺寸有关的信息来计算上述电动机的推力载荷。

3.根据权利要求1所述的齿轮电动机装置，其特征在于，

上述推力载荷获取部获取对上述电动机的推力载荷进行检测的推力载荷检测器的检测值，来作为上述电动机的推力载荷。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的齿轮电动机装置，其特征在于，

上述临界推力载荷存储部存储与上述电动机的种类相应地预先决定的临界推力载荷的值。