CN107546912B - 一种差动行星齿轮复合四象限电机调速系统 - Google Patents

一种差动行星齿轮复合四象限电机调速系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，包括差动行星齿轮、四象限电机、驱动电机和负载；四象限电机包括电机转子铁心；差动行星齿轮包括均布在电机转子铁心内周面上的若干个差动内锥齿轮；每个差动内锥齿轮均与主动锥齿轮和被动锥齿轮相啮合；四象限电机与驱动电机电连接；通过对电机转子铁心、驱动电机和负载转速的控制以及四象限电机所处状态的设定，能够实现驱动电机扭矩全传递、发电反馈和负载增速调节功能。采用上述结构后，通过调节四象限电机的工作状态，调节差动外齿轮上的扭矩，通过差动行星齿轮实现四象限电机和负载的转矩分配，调节负载的能量输出。从而实现负载设备富裕能量的回收，实现传动系统节能的目的。

Description

一种差动行星齿轮复合四象限电机调速系统
技术领域
本发明涉及一种调速系统，特别是一种差动行星齿轮复合四象限电机调速系统。
背景技术
现有节能调速系统主要有变频调速、液偶调速、永磁调速以及行星齿轮调速。然而，上述调速系统还存在着如下问题：
1.变频调速为电子调速，对环境要求较高，并且在大功率（MW级）传动系统中造价较高。
2.液偶调速为液力调速，与永磁调速以及行星齿轮调速类似，均属于传动系统调速。其中，液力调速和永磁调速为无级调速系统，但是存在转差损耗。行星齿轮调速为有级调速，调速范围受到限制。
因此，通过现有调速机构的分析，亟待解决以下技术问题：
1.提供一种基于传动系统的无转差损耗的无极调速机构。
2.相对现有调速机构，该机构不仅要实现降速调速的目的，还要能够在特殊情况下，实现系统的升速调速，具有过负荷运行能力。
3.相对现有调速机构，该机构要能实现负载快速制动功能。
4.相对现有调速机构，该机构要能实现驱动电机故障状态下的备用功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，该差动行星齿轮复合四象限电机调速系统无转差损耗、能实现升降速调速、实现负载快速制动以及驱动电机故障状态下的备用功能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，包括差动行星齿轮、四象限电机、驱动电机和负载。
四象限电机包括定子、永磁体和电机转子铁心；电机转子铁心的外表面沿周向均匀布设有若干个永磁体，定子同轴套设在电机转子铁心的外周，定子与电机转子铁心之间具有径向间隙。
差动行星齿轮包括主动锥齿轮、差动内锥齿轮和被动锥齿轮。
差动内锥齿轮的数量为若干个，若干个差动内锥齿轮均匀布设在电机转子铁心的内圆周面上；每个差动内锥齿轮均与主动锥齿轮和被动锥齿轮相啮合。
主动锥齿轮能在驱动电机的驱动下转动，负载与被动锥齿轮相连接。
四象限电机与驱动电机电连接。
每个差动内锥齿轮均能在驱动电机的驱动下实现自转，同时，还均能随电机转子铁心进行转动。
通过对电机转子铁心、驱动电机和负载转速的控制以及四象限电机所处状态的设定，能够实现驱动电机扭矩全传递、发电反馈和负载增速调节功能；假设驱动电机的转速为n1，假设负载的转速为n2，电机转子铁心的转速为n3。
当n3=0，且n1=n2时，驱动电机的扭矩即能完全传递给负载。
当n1=n2+2*n3，且四象限电机处于发电状态，即能实现负载减速节能，同时四象限电机发电反馈电能。
当n1+2*n3=n2，且四象限电机处于电动状态时，即能实现负载增速增功能。
当负载堵转且n1=2*n3时，则还能实现负载堵转状态下的保护。
当n2=2*n3，驱动电机无输入，四象限电机处于发电状态时，能实现负载的反馈制动，快速停机，
当n2=2*n3，驱动电机无输入或驱动电机故障，且四象限电机处于发电状态时，四象限电机能作为电动机驱动负载。
还包括四象限逆变器；定子沿周向均匀设置有若干个定子槽，每个定子槽中均缠绕有线圈，线圈与四象限逆变器相连接，四象限逆变器与电源相连接，驱动电机也与电源相连接。
还包括主动轴，主动锥齿轮固定套装在主动轴的一端，主动轴的另一端与驱动电机相连接。
还包括被动轴，被动锥齿轮固定套装在被动轴的一端，被动轴的另一端与负载相连接。
每个差动内锥齿轮均通过连杆与电机转子铁心的内圆周面相连接。
本发明具有如下有益效果：通过调节四象限电机的工作状态，调节电机转子铁心上的扭矩，通过差动行星齿轮实现四象限电机和负载的转矩分配，调节负载系统的能量输出。从而实现负载设备富裕能量的回收，实现传动系统节能的目的。
另外，本发明的结构为一种基于传动系统的无转差损耗的无极调速机构；实现降速调速的目的，还要能够在特殊情况下，实现系统的升速调速，过负荷运行能力；能实现负载快速制动功能；能实现驱动电机故障状态下的备用功能。
附图说明
图1显示了本发明一种差动行星齿轮复合四象限电机调速系统的结构示意图。
图2显示了差动行星齿轮与四象限电机相复合的结构示意图。
图3显示了四象限电机与四象限逆变器的连接示意图。
其中有：
1.差动行星齿轮；
11.主动轴；12.主动锥齿轮；13.差动内锥齿轮；14.被动锥齿轮；15.被动轴；16.连杆；
2.四象限电机；
21.定子；22.线圈；23.永磁体；24.电机转子铁心；
3.四象限逆变器；4.驱动电机；5.负载。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，包括差动行星齿轮1、四象限电机2、四象限逆变器3、驱动电机4和负载5。
如图2所示，四象限电机包括定子21、线圈22、永磁体23和电机转子铁心24。
电机转子铁心的外表面沿周向均匀布设有若干个永磁体，定子同轴套设在电机转子铁心的外周，定子与电机转子铁心之间具有径向间隙。
定子沿周向均匀设置有若干个定子槽，每个定子槽中均缠绕有线圈，线圈与四象限逆变器相连接，四象限逆变器与电源相连接，驱动电机也与电源相连接。
差动行星齿轮包括主动轴11、主动锥齿轮12、差动内锥齿轮13、被动锥齿轮14和被动轴15。
差动内锥齿轮的数量为若干个，如图3所示，若干个差动内锥齿轮均匀优选通过连杆16布设在电机转子铁心的内圆周面上。
每个差动内锥齿轮均与主动锥齿轮和被动锥齿轮相啮合。
主动锥齿轮能在驱动电机的驱动下转动，主动锥齿轮优选固定套装在主动轴的一端，主动轴的另一端优选与驱动电机相连接。
被动锥齿轮优选固定套装在被动轴的一端，被动轴的另一端优选与负载相连接。
四象限电机与驱动电机电连接。
每个差动内锥齿轮均能在驱动电机的驱动下实现自转，同时，还均能随电机转子铁心进行转动。
通过对电机转子铁心、驱动电机和负载转速的控制以及四象限电机所处状态的设定，能够实现驱动电机扭矩全传递、发电反馈、负载增速调节、负载堵转保护、负载反馈制动以及作为备用电动机等功能。
假设驱动电机的转速为n1，假设负载的转速为n2，电机转子铁心的转速为n3。
当n3=0，且n1=n2时，驱动电机的扭矩即能完全传递给负载，从而无转差损耗。
当n1=n2+2*n3，且四象限电机处于发电状态，此时，通过改变四象限电机的电能输出，控制电机齿轮上的扭矩，改变差动外齿轮与被动锥齿轮之间的扭矩分配，即能实现负载减速节能，同时四象限电机发电反馈电能。
当n1+2*n3=n2，且四象限电机处于电动状态时，此时通过改变四象限电机的电能输入，控制电机齿轮上的扭矩，改变差动外齿轮与被动锥齿轮之间的扭矩分配，即能实现负载增速增功能。
当负载堵转且n1=2*n3时，则驱动电机的电能输出通过四象限电机完全回收，实现负载堵转状态下的保护。
当n2=2*n3，驱动电机无输入，四象限电机处于发电状态时，负载的残余能量通过四象限电机回收，实现负载的反馈制动，快速停机。
当n2=2*n3，驱动电机无输入或驱动电机故障，且四象限电机处于发电状态时，四象限电机能作为电动机驱动负载。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，其特征在于：包括差动行星齿轮、四象限电机、驱动电机和负载；
四象限电机包括定子、永磁体和电机转子铁心；电机转子铁心的外表面沿周向均匀布设有若干个永磁体，定子同轴套设在电机转子铁心的外周，定子与电机转子铁心之间具有径向间隙；
差动行星齿轮包括主动锥齿轮、差动内锥齿轮和被动锥齿轮；
差动内锥齿轮的数量为若干个，若干个差动内锥齿轮均匀布设在电机转子铁心的内圆周面上；每个差动内锥齿轮均与主动锥齿轮和被动锥齿轮相啮合；
主动锥齿轮能在驱动电机的驱动下转动，负载与被动锥齿轮相连接；
四象限电机与驱动电机电连接；
每个差动内锥齿轮均能在驱动电机的驱动下实现自转，同时，还均能随电机转子铁心进行转动；
通过对电机转子铁心、驱动电机和负载转速的控制以及四象限电机所处状态的设定，能够实现驱动电机扭矩全传递、发电反馈和负载增速调节功能；假设驱动电机的转速为n1，假设负载的转速为n2，电机转子铁心的转速为n3；
当n3=0，且n1=n2时，驱动电机的扭矩即能完全传递给负载；
当n1=n2+2*n3，且四象限电机处于发电状态，即能实现负载减速节能，同时四象限电机发电反馈电能；
当n1+2*n3=n2，且四象限电机处于电动状态时，即能实现负载增速增功能。
2.根据权利要求1所述的差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，其特征在于：当负载堵转且n1=2*n3时，则还能实现负载堵转状态下的保护。
3.根据权利要求1所述的差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，其特征在于：当n2=2*n3，驱动电机无输入，四象限电机处于发电状态时，能实现负载的反馈制动，快速停机。
4.根据权利要求1所述的差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，其特征在于：当n2=2*n3，驱动电机无输入或驱动电机故障，且四象限电机处于电动状态时，四象限电机能作为电动机驱动负载。
5.根据权利要求1所述的差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，其特征在于：还包括四象限逆变器；定子沿周向均匀设置有若干个定子槽，每个定子槽中均缠绕有线圈，线圈与四象限逆变器相连接，四象限逆变器与电源相连接，驱动电机也与电源相连接。
6.根据权利要求1所述的差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，其特征在于：还包括主动轴，主动锥齿轮固定套装在主动轴的一端，主动轴的另一端与驱动电机相连接。
7.根据权利要求1所述的差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，其特征在于：还包括被动轴，被动锥齿轮固定套装在被动轴的一端，被动轴的另一端与负载相连接。
8.根据权利要求1所述的差动行星齿轮复合四象限电机调速系统，其特征在于：每个差动内锥齿轮均通过连杆与电机转子铁心的内圆周面相连接。
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