CN107888052A - 一种径向牵引减速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种径向牵引减速装置，它属于电机与拖动技术领域。本发明主要是解决现有的减速装置存在的设计制造复杂、功率损耗大、效率低、体积大、重量大和噪音大的技术问题。本发明采用的技术方案是：一种径向牵引减速装置，包括外转子、磁钢、绕组、内转子和控制器，其中：若干磁钢固定在外转子的内壁上，外转子的一端设有法兰联接端用于联接驱动设备，内转子装在外转子内腔中，绕组固定在内转子的外侧面上，绕组与磁钢之间在径向方向设有间隙，内转子的一端设有法兰联接端用于联接负载，控制器装在内转子的法兰联接端上且与绕组连接，控制器通过测速元件实时检测内转子转速，反馈信号控制绕组中串接的双向可控硅进行调节绕组中的电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种径向牵引减速装置，它属于电机与拖动技术领域。
背景技术
机械设备的运行配置方式有几种：1高速电机+减速装置+负载(例如破碎机、皮带机等)；2、高速电机+负载(例如风机、水泵等)；3低速电机+负载(例如破碎机、皮带机等)。其中减速装置的功用：用来减低转速和增大扭矩，以满足工作要求。
减速装置有：齿轮减速装置、皮带轮减速装置、蜗轮蜗杆减速装置、行星齿轮减速装置、摆线针轮减速装置和谐波齿轮减速装置，以及这几种方式的组合减速装置。这些减速机存在的问题是：
1、机械减速机需要使用润滑油对啮合面进行润滑、降噪、降温，提高设备的使用寿命和传动效率；
2、减速装置因制造精度的原因传动效率会有很大的变化，要提高传动效率就要不断提高加工精度，成本就会增加；
3、扭矩在齿轮间的传递，是利用整个齿轮圆周上的一个点来传递，对齿轮和齿轮轴的材质有很高的要求，如材质出现缺陷问题，很容易造成齿轮损坏；
4、由于使用的需求，需要有不同减速比的减速装置，所以在同功率输入的情况下，不同的减速比要有不同的设计；
5、无软启动功能，无过载保护功能；
6、体积大、重量大、噪音大、传动效率低。
发明内容
本发明的目的是解决现有的减速装置存在的设计制造复杂、功率损耗大、效率低、体积大、重量大和噪音大的技术问题，提供一种无接触啮合、效率高、环保节能、体积小、重量轻、噪音小的径向牵引减速装置。该减速装置能实现原动机与负载无接触传动或有接触传动，实现重载设备的软起动、过载保护以及负载按需要进行变速的功能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种径向牵引减速装置，包括外转子、磁钢、绕组、内转子和控制器，其中：若干磁钢固定在外转子的内壁上，外转子的一端设有法兰联接端用于联接驱动设备，内转子装在外转子内腔中，绕组固定在内转子的外侧面上，绕组与磁钢之间在径向方向设有间隙，内转子的一端设有法兰联接端用于联接负载，控制器装在内转子的法兰联接端上且与绕组连接，控制器通过测速元件实时检测内转子转速，反馈信号控制绕组中串接的双向可控硅进行调节绕组中的电流。
进一步地，所述控制器还能通过滑环或者无线接收装置与外部控制装置连接。
进一步地，所述控制器由三个双向可控硅TS1、TS2、TS3、三个光耦合可控硅控制器MOC1、MOC2、MOC3、三个测速元件HALL-A、HALL-B、HALL-C、十九个电阻R1～R10、R13～R21、五个电容C1～C3、C6、C7、三个开关K1～K3、石英晶体振荡器TND和单片机PWM调控系统U1构成，三个双向可控硅TS1、TS2、TS3分别串接在绕组A、B、C三相中，电阻R1与电容C1串联后与第一双向可控硅TS1的两主电极并联，电阻R2与电容C2串联后与第二双向可控硅TS2的两主电极并联，电阻R3与电容C3串联后与第三双向可控硅TS3的两主电极并联，电阻R4串接在第一光耦合可控硅控制器MOC1的6脚与第一双向可控硅TS1的一个主电极之间，第一双向可控硅TS1的门极和电阻R5的一端与第一光耦合可控硅控制器MOC1的4脚连接，电阻R5的另一端与第一双向可控硅TS1的另一个主电极连接后与绕组A相的回路A′连接，第一光耦合可控硅控制器MOC1的1脚与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与电源Vcc连接，第一光耦合可控硅控制器MOC1的2脚与第二光耦合可控硅控制器MOC2的1脚连接，电阻R6串接在第二光耦合可控硅控制器MOC2的6脚与第二双向可控硅TS2的一个主电极之间，第二双向可控硅TS2的门极和电阻R7的一端与第二光耦合可控硅控制器MOC2的4脚连接，电阻R7的另一端与第二双向可控硅TS2的另一个主电极连接后与绕组B相的回路B′连接，第二光耦合可控硅控制器MOC2的2脚与第三光耦合可控硅控制器MOC3的1脚连接，电阻R8串接在第三光耦合可控硅控制器MOC3的6脚与第三双向可控硅TS3的一个主电极之间，第三双向可控硅TS3的门极和电阻R9的一端与第三光耦合可控硅控制器MOC3的4脚连接，电阻R9的另一端与第三双向可控硅TS3的另一个主电极连接后与绕组C相的回路C′连接，绕组A相的回路A′、绕组B相的回路B′和绕组C相的回路C′连接，第三光耦合可控硅控制器MOC3的3脚与单片机PWM调控系统U1的RC1脚连接，石英晶体振荡器TND与电容C6、C7构成的时钟电路与单片机PWM调控系统U1的CLKOUT/OSC2脚和CLKIN/OSC1脚连接，电阻R16的一端与单片机PWM调控系统U1的RA2脚连接，电阻R16的另一端与电阻R13的一端和第一测速元件HALL-A连接，电阻R17的一端与单片机PWM调控系统U1的RA1脚连接，电阻R17的另一端与电阻R14的一端和第二测速元件HALL-B连接，电阻R18的一端与单片机PWM调控系统U1的RA0脚连接，电阻R18的另一端与电阻R15的一端和第三测速元件HALL-C连接，电阻R13、电阻R14和电阻R15的另一端与电源Vcc连接，三个测速元件HALL-A、HALL-B、HALL-C设在内转子与磁钢对应的位置处，电阻R19、电阻R20和电阻R21的一端分别与单片机PWM调控系统U1的RB2脚、RB1脚和RB0脚连接，电阻R19、电阻R20和电阻R21的另一端与电源Vcc连接，三个开关K1～K3的一端分别与单片机PWM调控系统U1的RB0脚、RB1脚和RB2脚连接，三个开关K1～K3的另一端接地。
进一步地，所述绕组为铁芯绕组或无铁芯绕组中的任意一种。
进一步地，所述绕组与磁钢可互换位置，互换位置后控制器安装在外转子的一侧。
由于本发明采用了上述技术方案，解决了现有的减速器体积大、噪音大和重量大的技术问题；实现了无需使用润滑油的无接触啮合，啮合力在径向圆周而非圆周上的一个点；同一种设计可以实现多种减速比；增加了软启动、过载保护等功能。本发明具有下列特点。
1、是一种机电一体化的产品，转速的变化是通过电控实现的；
2、体积小、重量轻、噪音小、拆装方便；
3、软起动可以根据设备需要预先设定，减少电网冲击；可以预设功率过载保护，在超载时断开扭矩传递，保护设备；
4、由于只有一个无接触啮合环节，所以传递效率高于其它减速装置，更节能；
5、啮合面无需润滑、冷却，为非接触啮合，减少了油脂类的使用，较其它减速装置更环保；
6、本发明需控制的功率小，使用的电气元件不需要太大功率，而且数量少，电路简单，所以维修方便，对维修人员的要求不是太高；
7、本发明可以使用滑环外接控制部分进行控制，也可以采用无线控制技术对安装在减速装置上的内置控制器中的无线接收控制部分进行控制。能更好的满足与各种自动控制系统的对接。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的轴侧装配结构示意图；
图3是本发明控制器的电路原理图；
图中：1—外转子，2—磁钢，3—控制器，4—内转子，5—绕组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1和图2所示，本实施例中的一种径向牵引减速装置，包括外转子1、磁钢2、绕组5、内转子4和控制器3，其中：若干磁钢2固定在外转子1的内壁上，外转子1的一端设有法兰联接端用于联接驱动设备，内转子4装在外转子1内腔中，绕组5固定在内转子4的外侧面上，绕组5与磁钢2之间在径向方向设有间隙，内转子4的一端设有法兰联接端用于联接负载，控制器3装在内转子4的法兰联接端上且与绕组5连接，控制器3通过测速元件实时检测内转子4转速，反馈信号控制绕组5中串接的双向可控硅进行调节绕组5中的电流。
进一步地，所述控制器3还能通过滑环或者无线接收装置与外部控制装置连接。
进一步地，所述绕组5与若干磁钢2可互换位置，此时控制器3安装在外转子1的一侧。
如图3所示，所述控制器3由三个双向可控硅TS1、TS2、TS3、三个光耦合可控硅控制器MOC1、MOC2、MOC3、三个测速元件HALL-A、HALL-B、HALL-C、十九个电阻R1～R10、R13～R21、五个电容C1～C3、C6、C7、三个开关K1～K3、石英晶体振荡器TND和单片机PWM调控系统U1构成，三个双向可控硅TS1、TS2、TS3分别串接在绕组5A、B、C三相中，电阻R1与电容C1串联后与第一双向可控硅TS1的两主电极并联，电阻R2与电容C2串联后与第二双向可控硅TS2的两主电极并联，电阻R3与电容C3串联后与第三双向可控硅TS3的两主电极并联，电阻R4串接在第一光耦合可控硅控制器MOC1的6脚与第一双向可控硅TS1的一个主电极之间，第一双向可控硅TS1的门极和电阻R5的一端与第一光耦合可控硅控制器MOC1的4脚连接，电阻R5的另一端与第一双向可控硅TS1的另一个主电极连接后与绕组5A相的回路A′连接，第一光耦合可控硅控制器MOC1的1脚与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与电源Vcc连接，第一光耦合可控硅控制器MOC1的2脚与第二光耦合可控硅控制器MOC2的1脚连接，电阻R6串接在第二光耦合可控硅控制器MOC2的6脚与第二双向可控硅TS2的一个主电极之间，第二双向可控硅TS2的门极和电阻R7的一端与第二光耦合可控硅控制器MOC2的4脚连接，电阻R7的另一端与第二双向可控硅TS2的另一个主电极连接后与绕组5B相的回路B′连接，第二光耦合可控硅控制器MOC2的2脚与第三光耦合可控硅控制器MOC3的1脚连接，电阻R8串接在第三光耦合可控硅控制器MOC3的6脚与第三双向可控硅TS3的一个主电极之间，第三双向可控硅TS3的门极和电阻R9的一端与第三光耦合可控硅控制器MOC3的4脚连接，电阻R9的另一端与第三双向可控硅TS3的另一个主电极连接后与绕组5C相的回路C′连接，绕组5A相的回路A′、绕组5B相的回路B′和绕组5C相的回路C′连接，第三光耦合可控硅控制器MOC3的3脚与单片机PWM调控系统U1的RC1脚连接，石英晶体振荡器TND与电容C6、C7构成的时钟电路与单片机PWM调控系统U1的CLKOUT/OSC2脚和CLKIN/OSC1脚连接，电阻R16的一端与单片机PWM调控系统U1的RA2脚连接，电阻R16的另一端与电阻R13的一端和第一测速元件HALL-A连接，电阻R17的一端与单片机PWM调控系统U1的RA1脚连接，电阻R17的另一端与电阻R14的一端和第二测速元件HALL-B连接，电阻R18的一端与单片机PWM调控系统U1的RA0脚连接，电阻R18的另一端与电阻R15的一端和第三测速元件HALL-C连接，电阻R13、电阻R14和电阻R15的另一端与电源Vcc连接，三个测速元件HALL-A、HALL-B、HALL-C设在内转子4与磁钢2对应的位置处，电阻R19、电阻R20和电阻R21的一端分别与单片机PWM调控系统U1的RB2脚、RB1脚和RB0脚连接，电阻R19、电阻R20和电阻R21的另一端与电源Vcc连接，三个开关K1～K3的一端分别与单片机PWM调控系统U1的RB0脚、RB1脚和RB2脚连接，三个开关K1～K3的另一端接地。
进一步地，所述绕组5为铁芯绕组或无铁芯绕组中的任意一种。
本发明的应用方式：
原动机和负载端不同步转速使绕组5与磁钢2产生相对运动，在绕组5中产生感应电流，形成感应磁场，两个磁场相互作用，实现扭矩的传递，两个磁场的相互牵引方向为径向剪切；通过控制器3控制绕组5中感应电流的大小来实现各种需要的功能。
控制器原理如图3电路图所示，绕组5分成A、B、C三相(亦可为多相)，在A、B、C三相中分别串接双向可控硅TS1、TS2、TS3并且三相以星形接法连接；双向可控硅TS1、TS2、TS3由光耦合可控硅控制器MOC1、MOC2、MOC3控制；测速元件HALL-A、HALL-B、HALL-C用来检测内转子4的转速；测速元件HALL-A、HALL-B、HALL-C将信号采集给单片机PWM调控系统U1，由单片机PWM调控系统U1按照预设的程序分析处理，并生成控制信号给光耦合可控硅控制器MOC1、MOC2、MOC3控制双向可控硅TS1、TS2、TS3；电路中需要的控制电源为电池(亦可由绕组5中的感应电经整流调压提供)。
具体实现功能如下：
①实现不同减速比：
通过控制绕组5回路中的双向可控硅TS1、TS2、TS3导通角，控制绕组5中生成感应电流的大小改变感应磁场大小，实现不同的减速比。具体原理，逐步降低双向可控硅TS1、TS2、TS3的导通角，由于绕组5中导通电压降低，绕组中的电流也降低，感应磁场也降低，绕组5与磁钢2之间就要加大转速差，增大感应电动势，使双向可控硅TS1、TS2、TS3在导通角不变的情况下，增大电压，提高电流，提高感应磁场来满足拖动负载的扭矩传递；反之，逐步增加双向可控硅TS1、TS2、TS3的导通角，绕组5与磁钢2之间逐步减小转速差，减小感应电动势保持能拖动负载的扭矩传递；在测速元件HALL-A、HALL-B、HALL-C对内转子4的转速进行实时检测反馈给单片机PWM调控系统U1，单片机PWM调控系统U1对绕组5回路中的双向可控硅TS1、TS2、TS3导通角进行实时调整，可以使负载转速稳定在所设定的减速比的速度上。
②软起动功能:
在启动之初，可预设负载转速值低于正常转速值，再设定两个转速值之间逐步切换的时间，降低作用在驱动端的力矩，实现软启动功能。
③过载保护功能：
在启动或运行过程中，出现过载现象，可在绕组回路中安装功率检测装置，通过单片机PWM调控系统U1关断绕组5回路中的双向可控硅TS1、TS2、TS3，实现过载保护功能。故障解除，自动恢复初始状态，以待下一次启动。
④无极调速的功能：
可在控制器3上另外加装无线接收装置(或通过滑环外接)，由外部根据需要对转速进行调整，实现无极调速。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.一种径向牵引减速装置，包括外转子(1)、磁钢(2)、绕组(5)、内转子(4)和控制器(3)，其特征在于：若干磁钢(2)固定在外转子(1)的内壁上，外转子(1)的一端设有法兰联接端用于联接驱动设备，内转子(4)装在外转子(1)内腔中，绕组(5)固定在内转子(4)的外侧面上，绕组(5)与磁钢(2)之间在径向方向设有间隙，内转子(4)的一端设有法兰联接端用于联接负载，控制器(3)装在内转子(4)的法兰联接端上且与绕组(5)连接，控制器(3)通过测速元件实时检测内转子(4)转速，反馈信号控制绕组(5)中串接的双向可控硅进行调节绕组(5)中的电流。
2.根据权利要求1所述的一种径向牵引减速装置，其特征在于：所述控制器(3)还能通过滑环或者无线接收装置与外部控制装置连接。
3.根据权利要求1所述的一种径向牵引减速装置，其特征在于：所述控制器(3)由三个双向可控硅TS1、TS2、TS3、三个光耦合可控硅控制器MOC1、MOC2、MOC3、三个测速元件HALL-A、HALL-B、HALL-C、十九个电阻R1～R10、R13～R21、五个电容C1～C3、C6、C7、三个开关K1～K3、石英晶体振荡器TND和单片机PWM调控系统U1构成，三个双向可控硅TS1、TS2、TS3分别串接在绕组(5)A、B、C三相中，电阻R1与电容C1串联后与第一双向可控硅TS1的两主电极并联，电阻R2与电容C2串联后与第二双向可控硅TS2的两主电极并联，电阻R3与电容C3串联后与第三双向可控硅TS3的两主电极并联，电阻R4串接在第一光耦合可控硅控制器MOC1的6脚与第一双向可控硅TS1的一个主电极之间，第一双向可控硅TS1的门极和电阻R5的一端与第一光耦合可控硅控制器MOC1的4脚连接，电阻R5的另一端与第一双向可控硅TS1的另一个主电极连接后与绕组(5)A相的回路A′连接，第一光耦合可控硅控制器MOC1的1脚与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与电源Vcc连接，第一光耦合可控硅控制器MOC1的2脚与第二光耦合可控硅控制器MOC2的1脚连接，电阻R6串接在第二光耦合可控硅控制器MOC2的6脚与第二双向可控硅TS2的一个主电极之间，第二双向可控硅TS2的门极和电阻R7的一端与第二光耦合可控硅控制器MOC2的4脚连接，电阻R7的另一端与第二双向可控硅TS2的另一个主电极连接后与绕组(5)B相的回路B′连接，第二光耦合可控硅控制器MOC2的2脚与第三光耦合可控硅控制器MOC3的1脚连接，电阻R8串接在第三光耦合可控硅控制器MOC3的6脚与第三双向可控硅TS3的一个主电极之间，第三双向可控硅TS3的门极和电阻R9的一端与第三光耦合可控硅控制器MOC3的4脚连接，电阻R9的另一端与第三双向可控硅TS3的另一个主电极连接后与绕组(5)C相的回路C′连接，绕组(5)A相的回路A′、绕组(5)B相的回路B′和绕组(5)C相的回路C′连接，第三光耦合可控硅控制器MOC3的3脚与单片机PWM调控系统U1的RC1脚连接，石英晶体振荡器TND与电容C6、C7构成的时钟电路与单片机PWM调控系统U1的CLKOUT/OSC2脚和CLKIN/OSC1脚连接，电阻R16的一端与单片机PWM调控系统U1的RA2脚连接，电阻R16的另一端与电阻R13的一端和第一测速元件HALL-A连接，电阻R17的一端与单片机PWM调控系统U1的RA1脚连接，电阻R17的另一端与电阻R14的一端和第二测速元件HALL-B连接，电阻R18的一端与单片机PWM调控系统U1的RA0脚连接，电阻R18的另一端与电阻R15的一端和第三测速元件HALL-C连接，电阻R13、电阻R14和电阻R15的另一端与电源Vcc连接，三个测速元件HALL-A、HALL-B、HALL-C设在内转子(4)与磁钢(2)对应的位置处，电阻R19、电阻R20和电阻R21的一端分别与单片机PWM调控系统U1的RB2脚、RB1脚和RB0脚连接，电阻R19、电阻R20和电阻R21的另一端与电源Vcc连接，三个开关K1～K3的一端分别与单片机PWM调控系统U1的RB0脚、RB1脚和RB2脚连接，三个开关K1～K3的另一端接地。
4.根据权利要求1或2所述的一种径向牵引减速装置，其特征在于：所述绕组(5)为铁芯绕组或无铁芯绕组中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种径向牵引减速装置，其特征在于：所述绕组(5)与磁钢(2)可互换位置，互换位置后控制器(3)安装在外转子(1)的一侧。
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