CN1055843A - 双转子蜗轮传动无级调速电动机装置及其调速方法 - Google Patents

Abstract

一种双转子调速电动机装置及其调速方法。该 电动机包括第一转子、第二转子和外壳；第二转子围 绕着第一转子并可相对第一转子及外壳转动。该两 个转子中至少有一个在机械上连至一个蜗轮传动装 置，通过控制该蜗轮传动装置中驱动装置输出的转 矩，改变该转子的转速，从而平滑调节另一个连至外 部机械负载转子的转速。该电动机第一、二转子与现 有技术交流或直流电动机转、定子电磁结构相同，适 于制造厂产品更新。

Description

本发明涉及到调速电动机装置及其调速方法，具体说涉及到双转子蜗轮传动无级调速电动机装置及其调速方法。

众所周知，在工、农业及其它领域中广泛使用各种型式的交直流电动机，由于其负载机械的要求，需要对电动机的转速进行调节。特别是随着现代生产过程自动化的发展，要求电动机转速能在很宽范围内调节，同时力求调节平滑，达到无级调速。

由于感应电动机的调速性能不如直流电动机，所以，尽管感应电动机具有重量轻。成本低、节约有色金属材料、维护简便、节能效果显著等许多优点，其应用范围仍受到限制;尤其在对调速性能要求高的设备中，不能代替直流电动机，因此提高感应电动机的调速性能就成为一个重要课题。以前采用的各种直流电动机调速手段中，调磁调速的调速范围较大，调速平滑，但仍不能在某些负载要求的低转速额定负载工况下长时间运行，所以在应用条件要求必须使用直流电动机的场合，进一步提高其调速性能也是实际的需要。

近代发展较快的交流感应电动机的变频调速，其调速范围大，平滑性好，但需要专门的复杂的变频设备，价格昂贵且可靠性不高，其应用受到很大限制。还有人提出采用转差变频实现交流电机的调速，如在题为“交流电机无级调速的方法和这种电机”的中国专利申请（申请号CN85100607）中已有叙述。这种调速方案是将转差电机，变频电机等多台异步机组合在一起，使转差电机转子带动变频电机转子转动，且使该转差电机转子的感应电流在变频电机内产生一个旋转磁场，该旋转磁场频率与变频电机转子机械转动频率叠加，又对另一个转子产生适当频率的旋转磁场，以达到对电机调速。这种调速方法改善了电机调速性能，但结构复杂、成本高，从而也给生产厂家制造工艺带来一定困难。

本发明的目的是提供一种双转子结构的通过蜗轮、蜗杆传动进行无级调速电动机装置;该型电动机装置可以做成在宽转速范围内平滑调速，且使电动机能在低转速拖动额定负载工况下长时间正常运行，同时可达到高效率。

本发明的另一个目的是提供一种双转子结构的通过蜗轮、蜗杆传动进行无级调速的电动机装置，该型电动机装置结构简单、成本低，且适于制造厂家利用现有的制造设备进行各种容量的该型交、直流调速电动机的制造。

本发明的再一个目的是提供一种双转子结构的电动机利用蜗轮、蜗杆传动进行无级调速的方法，该方法使调节平滑，且能够使电动机在宽转速范围内调速，并能在低转速下拖动额定负载长时间运行。

本发明的双转子蜗轮传动无级调速电动机装置及其调速方法，不但性能优良且结构简单、成本低廉，易于制造厂家利用现有制造设备进行产品更新，所以可广泛采用;尤其是该型电动机装置在很大程度上可以取代直流调速电动机，因而可以获得很大经济效益。另外，某些工、农业领域中，由于大量使用的感应电动机调速性能差而限制了对生产设备的改造;因此，采用本发明的电动机装置有助于消除这种限制，从而推动技术革新进程。

本发明的双转子蜗轮传动无级调速电动机装置包括第一转子、第二转子和一个电动机外壳。第一转子位于外壳内中心部位，可围绕轴线转动;第二转子位于第一转子外侧围绕着第一转子，并与其按同一轴线可转动地安装，此二转子之间有一定间隙并存在电磁耦合。电动机外壳位于第二转子外侧围绕着第二转子，第二转子与外壳按同一轴线可转动地安装，外壳通过其底座可固定在装设处。在两个转子的端轴上设有将转子绕组连至外部电源的集电装置;对直流电动机，在第一转子的轴上设有换向器，第二转子端段上设有滑环，以使该两个转子上的绕组通过分别它们中的一个连至外部直流电源;对交流鼠笼型感应电动机，在第二转子的端段上设有滑环，以将第二转子的绕组通过它连至外部交流电源。其中一个转子与一个蜗轮传动装置在机械上连接;而另一个转子的轴端连接外部机械负载。该蜗轮传动装置的蜗轮直接安装在一个转子的轴上，或者与一个齿轮同轴安装，通过齿轮传动，再与该转子轴在机械上连接。与蜗轮啮合的蜗杆安装在该电动机装置的外壳上，且由一个驱动装置驱动，该驱动装置可为现有技术的电动或者液动、汽动马达。在电动机装置运行过程中，如果驱动装置不对蜗杆输出转矩，则通过蜗轮、蜗杆的啮合，电动机装置之连接蜗轮的转子对外壳为相对固定关系;此时在两个转子之间的电磁作用力只是使连接外部机械负载的转子以额定转速旋转，而与蜗轮连接的转子所承受的该电磁作用力，只是通过蜗轮、蜗杆传输到外壳上。当驱动装置向蜗杆输出转矩，带着它转动，从而通过蜗轮使与其连接的转子以与另一个转子相反的方向转动时，由于两个转子间的电磁作用力使它们之间要维持一定相对转速，所以连接外部机械负载的转子转速下降;而当驱动装置带动蜗杆转动增加到一定转速时，该转子转速下降到零。由于两个转子之间电磁作用力，对于蜗轮传动装置来说，只是通过该装置传送到外壳上，且驱动装置带动蜗杆旋转只需克服蜗轮、蜗杆啮合的摩擦力，所以驱动装置提供的输出功率很小。

本发明的第一转子和第二转子的电磁结构可分别与现有技术一般电动机（例如鼠笼式交流感应电动机、直流电动机等）的转子和定子相同;此二转子之间的电磁作用关系亦与现有技术一般电动机转子与定子间的电磁作用关系相同;其不同点是在机械结构上，第二转子可相对于外壳及第一转子转动。通过蜗轮传动装置调节一个转子的转速，来调节另一个连接外部机械负载的转子的转速。

本发明的优点及特征，通过对下边列举的最佳实施例的描述将更易于明了，附图中示出了各实施例，其中：

图1为本发明的第一个实施例纵向剖面示意图，示出一台双转子蜗轮传动无级调速交流感应电动机装置，其中的蜗轮传动装置包括一个电动马达和蜗轮、蜗杆组件;

图2为本发明的第二个实施例纵向剖面示意图，示出一台双转子蜗轮传动无级调速直流电动机装置。

各图中，相同部件都以相同的编号表示。

图1示出了本发明的第一个最佳实施例。图中，本发明的双转子蜗轮传动调速电动机装置22包括鼠笼式第一转子10和具有三相平衡绕组的第二转子8，以及电动机外壳5。其中，第一转子10及第二转子8在电磁结构上分别与现有技术的三相鼠笼式交流感应电动机转子和定子相同。第二转子8位于第一转子10的外侧围绕着第一转子，并与其为同一轴线;第二转子8的轴向两个端环绕着第一转子10的轴9，并靠两侧的轴承装置23与轴9可转动地安装;该第一和第二转子之间有一定间隙并存在电磁耦合;外壳5位于第二转子8的外侧围绕着第二转子，且第二转子8靠其两端的轴承装置3与外壳5按同一轴线可转动地安装;在第二转子8的一个端段上，装有风叶4;且在该风叶4的轴向附近还装有用于将外部三相交流电源连至第二转子8上三相平衡绕组的三相滑环装置6。第一转子10的轴9从外壳5的轴向的一侧开口延伸到外壳5以外，以连接外部机械负载;在外壳5内与该侧轴向相对的另一侧，第二转子8的轴端与蜗轮传动装置25中的蜗轮20为同轴固定安装。蜗杆16的轴17通过支架18安装在外壳5的一个端盖13的内壁上。为了提高第二转子8的强度，以耐受在旋转时的离心力，在该转子铁心外周面上装有套箍（未示出）。图中编号2、7、12、13为各端盖。

图1的侧示剖面图示出的蜗轮传动装置25中蜗轮20和蜗杆16的传动关系为，图中的驱动装置为一个电动马达14，其底座15固定在端盖13内壁上，用现有技术的装置（未示出）控制马达14的输出转矩，以控制蜗杆16的转速，从而改变第二转子8的转速，且电动马达14的转动方向与蜗轮20、蜗杆16的配合，要使第二转子8的转动方向与第一转子10相反。

现在说明通过控制电动马达14控制电动机装置22转速的过程。该电动马达14可以选择为现有技术的交流或直流电动机，当电动马达14与外部电源断开时，由于蜗轮20和蜗杆16的啮合作用，蜗轮20与外壳5的端盖13相对固定，使第二转子8处于静止状态，而两个转子间旋转磁场产生的相互作用力只是使第二转子10带着外部机械负载转动，即相当于现有技术三相感应电动机额定工况。

当电动马达14加上外部电源且调节其输出转矩（用现有技术的方法）时，则电动马达14驱动蜗杆16旋转，通过蜗轮20使第二转子8以与第一转子10相反的方向转动，由于两个转子之间旋转磁场的作用，第一转子10要维持与第二转子8一定速度的相对转动，因此，第一转子10转速下降，当电动马达14增加到一定转速时，第二转子8升到其额定转速，此时第一转子10转速降到零。从而实现了对第一转子10从零到额定转速的调节，且在低转速下无过载问题。另外，第一转子10低转速时，它和第二转子8之间仍然维持相对高速旋转，所以保证了运行的稳定性。

图2为本发明第二个最佳实施例，示出为一台双转子蜗轮传动无级调速直流电动机。图中，电动机装置22包括的第一转子10及第二转子8在电磁结构上分别与现有技术的直流电动机的转子和定子相同。第一转子10、第二转子8和外壳5在机械结上的相互关系与第一实施例中相应的这三个部件的描述相同。第一转子连接外部动械负载，第二转子连接蜗轮传动装置25。在第一转子10的轴9上，装设有将外部直流电源连至第一转子10的电枢绕组的换向器装置27。在第二转子8的端段上，装设有将外部直流电源连至第二转子8的磁场绕组的滑环装置26。

尽管以上通过所列举的实施例对本发明进行了叙述，但很显然，本专业技术领域内的技术人员可作出各种改动或改型，而不脱离本发明的精神实质;如将第二转子连接外部机械负载，而将第一转子连接蜗轮传动装置，将电动马达换为液、气动马达等等;凡属这些改动或改型仍属本发明范围之内。

Claims (5)

1、一种双转子蜗轮传动无级调速电动机装置22，其特征在于包括：第一转子10、第二转子8、电动机外壳5；第一转子10位于外壳5内中心部位，可围绕轴线转动；第二转子8位于第一转子10外侧以一定间隙围绕着该第一转子，并与其按同一轴线可转动地安装；外壳5位于第二转子8的外侧围绕着该第二转子，第二转子8与外壳5按同一轴线可转动地安装；在两个转子10、8的轴上分别设有将转子绕组连至外部电源的集电装置；

上述第一和第二转子10、8中至少一个转子与蜗轮传动装置25在机械上连接，该蜗轮传动装置25包括一个蜗杆16，蜗轮20和一个驱动装置，蜗轮20同轴固定安装在其中一个转子8的轴上，蜗杆16的轴17通过支架18安装在外壳5上，蜗杆16与蜗轮20啮合，驱动装置的底座15固定在外壳5上，且其输出轴与蜗杆16在机械上同轴连接。

2、根据权利要求1的一种双转子蜗轮传动无级调速电动装置，其特征在于：

上述第一转子10的电磁结构为现有技术交流感应电动机转子的电磁结构;上述第二转子8的电磁结构为与上述第一转子10相对应的现有技术交流感应电动机定子的电磁结构;上述集电装置为装设在第二转子8上的一个滑环装置6，以通过它将第二转子8上的绕组连至外部交流电源。

3、根据权利要求1的一种双转子蜗轮传动无级调速电动装置22，其特征在于：

上述第一转子10的电磁结构为现有技术直流电动机转子的电磁结构;上述第二转子8的电磁结构为与上述第一转子10相对应的现有技术直流电动机定子的电磁结构;上述集电装置为装设在第一转子10轴9上的一个换向器装置27以及在第二转子8上的滑环装置26，以将两个转子上的绕组分别通过它们中的一个连至外部直流电源。

4、根据权利要求2或3的一种双转子蜗轮传动无级调速电动机装置22，其特征在于上述驱动装置为一个变速电动马达14。

5、一种双转子调速电动机的调速方法，该电动机包括第一转子10、第二转子8、电动机外壳5;第一转子10位于外壳5内中心部位，可围绕轴线转动;第二转子8位于第一转子10外侧以一定间隙围绕着该第一转子，并与其按同一轴线可转动地安装;外壳5位于第二转子8的外侧围绕着该第二转子，第二转子8与外壳5按同一轴线可转动地安装;在两个转子端轴上设有将转子绕组连至外部电源的集电装置;该调速方法的特征在于：

将上述第一及第二转子10、8中至少一个在机械上与一个蜗轮传动装置25在机械上连接，通过控制该蜗轮传动装置25中驱动装置对蜗杆16输出的转矩，改变蜗杆16的转速，进而通过与蜗杆16啮合的蜗轮20来改变与其在机械上连接的一个转子8的转速，从而平滑调节连至外部机械负载的另一个转子10的转速。

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