CN109474124A - 一种电动装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电动机技术领域，尤其是指一种电动装置及其控制方法，包括机壳、用于发电的发电机构以及均与机壳转动连接的第一转子和第二转子，发电机构设有发电转子，第一转子连接有制动器和离合器，第一转子通过离合器与发电机构的发电转子连接，第一转子设置在第二转子的内部或第二转子设置在第一转子的内部。本发明起动时不但能够进行限流以减少起动电流对电网以及外围设备的影响，而且具有较高的转矩，能够满足需要较大起动转矩的场合。
Description
技术领域
本发明涉及电动机技术领域，尤其是指一种电动装置及其控制方法。
背景技术
鼠笼式异步电动机因具有结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉等优点，并且还有较高的效率和适用的机械特性，而广泛应用在工业、农业、交通运输业、国防工业以及其他各行各业中。但它也有明显的缺点，起动性能较差，起动电流过大，而起动转矩不大。
直接起动方式受电动机功率和变压器容量的限制，一般中小型鼠笼式异步电动机可以直接起动，直接起动设备简单，方法简便。然而对于较大功率的电动机而言，这种起动方式的缺点是：起动电流大，若变压器容量较小，会造成电网电压严重下降，威胁其他用电设备的正常工作；若频繁起动，过大的起动电流还将造成电机发热，影响电机寿命，当变压器容量不满足直接起动条件时，须采用降压起动方式。降压起动时电动机受电网的一部分电压。这种起动方式可限制起动电流，但因转矩与电压平方成正比，所以降压起动也大大减低了起动转矩，因此这种降压起动方式适用于不需要较大起动转矩的场合。传统的降压起动如Y/Δ起动、自耦降压起动等方式，起动效果差且有二次电流冲击，故障率高，损耗大，其使用越来越受到限制。
现有技术中还能够采用软起动的方式来起动鼠笼式异步电动机。一种方式是通过微电脑控制软起动器内部的晶闸管触发导通角实现交流调压，可以控制电动机的电压，使其在起动过程中逐渐地升高，但晶闸管调压装置因其谐波问题无法解决以及软起动时的冲击电流，使用前景受到限制。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种电动装置，该电动装置起动时可以在限流的同时保持较高的起动转矩。
本发明采用如下技术方案：一种电动装置，包括机壳、用于发电的发电机构以及均与机壳转动连接的第一转子和第二转子，发电机构设有发电转子，第一转子连接有制动器和离合器，第一转子通过离合器与发电机构的发电转子连接，第一转子设置在第二转子的内部或第二转子设置在第一转子的内部。
作为优选，发电机构的发电转子由永磁体制成。
作为优选，所述离合器为磁滞离合器或电磁转差离合器或磁粉离合器或液压离合器或气动离合器。
作为优选，所述第一转子以及第二转子分别设有电枢绕组、笼式的导条或者所述第一转子以及第二转子分别设有笼式的导条、电枢绕组；所述电动装置还包括处理器以及用于检测电枢绕组的电流的检测单元，检测单元的输出端通过处理器与制动器的控制端以及离合器的控制端电连接。
作为优选，所述电动装置还包括滑环，外部电源通过滑环向电枢绕组供电。
作为优选，所述电动装置还包括联轴器，所述第一转子通过联轴器与离合器连接。
本发明基于上述的一种电动装置，还提供一种控制方法，包括依次进行的以下步骤：步骤a:利用外部电源向第一转子或第二转子通电，使得第一转子和第二转子反向旋转；步骤b：令离合器传递的转矩逐渐增大，发电机构对第一转子产生制动转矩，使得第一转子的转速逐渐降低，第二转子的转速逐渐升高；步骤c：当第二转子的转速达到预定值时，令制动器制动第一转子。
作为优选，所述控制方法还包括在步骤c后依次进行的以下步骤：步骤d1：令制动器不再制动第一转子；步骤e1调节离合器传递的转矩值。
作为优选，所述第一转子以及第二转子分别设有电枢绕组、笼式的导条或者所述第一转子以及第二转子分别设有笼式的导条、电枢绕组；所述电动装置还包括处理器以及用于检测电枢绕组的电流的检测单元，检测单元的输出端通过处理器与制动器的控制端以及离合器的控制端电连接；所述控制方法还包括在步骤c后进行的以下步骤：步骤d2：当检测单元检测到电枢绕组的电流达到设定值时，令制动器不再制动第一转子，令离合器滑差运行。
作为优选，所述控制方法还包括在步骤c后依次进行的以下步骤：步骤d3：令制动器不再制动第一转子；步骤e3：令离合器传递的转矩值逐渐减小；步骤f3：第二转子的转速低于一定值时，切断通入第一转子或第二转子的电源。
本发明的有益效果：电动装置起动时不但能够进行限流以减小起动电流对电网以及外围设备的影响，而且具有较高的转矩，能够满足需要较大起动转矩的场合。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例二的结构示意图。
图3为本发明实施例三的结构示意图。
图4为本发明实施例四的结构示意图。
附图标记为：1、机壳；2、第一转子；21、第二转子；3、发电机构；4、制动器；5、离合器；6、电枢绕组；7、导条；8、滑环；9、联轴器。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例一
如图1所示，一种电动装置，包括机壳1、用于发电的发电机构3以及均与机壳1转动连接的第一转子2和第二转子21，发电机构3设有发电转子，第一转子2连接有制动器4和离合器5，第一转子2通过离合器5与发电机构3的发电转子连接，第二转子21设置在第一转子2的内部。
常规的电动机起动时转子与气隙磁场间的转差率较大，气隙磁场切割转子导体的速度较大，因此起动电流较大。本实施例中以第二转子21作为输出轴，且第一转子2设有电枢绕组6，第二转子21设有笼式的导条7为例。起动时，第一转子2和第二转子21反向转动，气隙磁场与第二转子21间的转差率较小，因此起动电流小。同时本发明无需降压起动，因此输出转矩较大。
本发明所述的离合器5输出的转矩可调。当离合器5具体为磁滞离合器或电磁转差离合器或磁粉离合器时，通过调节通入离合器5的激磁电流来调节离合器5输出的转矩。当离合器为液压离合器时，通过液压来调节离合器5输出的转矩。当离合器5为气动离合器时，通过气动控制离合器5输出的转矩。本发明的工作流程为：向第一转子2的电枢绕组6通电，使得第一转子2和第二转子21反向旋转，随后令离合器5输出转矩逐渐增大，从而使得发电机构3将第一转子2的一部分机械能转化为电能并使得第一转子2的转速逐渐降低，第二转子21的转速逐渐增加。当第二转子21的转速达到一定值时，利用制动器4制动第一转子2，使得第一转子2静止，此时第二转子21在额定转速下运行。本发明利用发电机构3来使得第一转子2降速，并将第一转子2的一部分机械能转化为电能，有效达到能量回收的效果。当气隙磁场的转速按预置的加速时间逐渐上升时，第二转子21上的笼式导条7与气隙磁场的相对速度很低，故起动电流很小。
当第一转子2与第二转子21之间的气隙磁场转速为na，电枢绕组6产生的旋转磁场转速为n0，第一转子2的转速为nb时，气隙磁场转速为na＝n0-nb，因此能够通过调节第一转子2的转速来调节气隙磁场转速，从而实现对第二转子21转速的调节。控制离合器5输出转矩连续变化，发电机构3产生的电能和对第一转子2产生的制动力矩也发生变化，第一转子2和第二转子21间的气隙磁场的转速也连续发生变化，使得第二转子21转速可连续发生变化。因此调节离合器5的输出转矩即可连续平滑调节第二转子21的输出转速。
发电机构3的发电转子由永磁体制成。第一转子2转动，离合器5接合时，发电机构3即可发电。
本发明还能实现软停车功能，即令第二转子21的转速从大到小逐渐地降低至零。具体流程为令制动器4不再制动第一转子2并持续调节离合器5的输出转矩，使得离合器5的输出转矩逐渐减小，从而使得第一转子2的转速逐渐增大，进而使得第二转子21的转速逐渐减小，当第二转子21的转速很小时，切断通入第一转子2的电枢绕组6的电流即可。
如图1所示，所述电动装置还包括处理器以及用于检测电枢绕组6的电流的检测单元，检测单元的输出端通过处理器与制动器4的控制端以及离合器5的控制端电连接。处理器可为单片机或PLC。本发明还能对电动装置的输出转矩进行限制。输出转矩与电枢绕组6的电流有线性关系，当输出转矩达到一定值时，电枢绕组6的电流亦达到一定值，此时令制动器4不再制动第一转子2，令离合器5滑差运行，使得第一转子2以一定转速转动并将其一部分机械能传递给发电机构3来发电，从而实现对输出转矩的限制，防止电动装置过载运行。
如图1所示，所述电动装置还包括滑环8，外部电源通过滑环8向电枢绕组6供电。以防电线卷绕。
如图1所示，所述电动装置还包括联轴器9，所述第一转子2通过联轴器9与离合器5连接，将第一转子2的机械能传递至离合器5和发电机构3。
实施例二
如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于第一转子2设置在第二转子21的内部。
实施例三
如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于第二转子21设有电枢绕组6，第一转子2设有笼式的导条7。
实施例四
如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于第二转子21设置在第一转子2的内部且第二转子21设有电枢绕组6，第一转子2设有笼式的导条7。
实施例五
本实施例提供一种控制方法，用于起动实施例1至实施例4中的电动装置，包括依次进行的以下步骤：
步骤a:利用外部电源向第一转子2或第二转子21通电，使得第一转子2和第二转子21反向旋转；
步骤b：使离合器5的输出转矩逐渐增大，发电机构3对第一转子2产生制动转矩，使得第一转子2的转速逐渐降低，第二转子21的转速逐渐升高；
步骤c：当第二转子21的转速达到预定值时，令制动器4制动第一转子2。
本实施例以第二转子21作为输出轴，且第一转子2设有电枢绕组6，第二转子21设有笼式的导条7的技术方案为例。向第一转子2的电枢绕组6通电后，第一转子2和第二转子21之间产生大小相等、方向相反的电磁转矩，使得第一转子2和第二转子21反向转动。此时第二转子21与气隙磁场间的转差率较小，因此起动电流较小。随后使离合器5的输出转矩逐渐增大，第一转子2的机械能通过离合器5传递给发电机构3。第一转子2的一部分机械能变为发电机构3发出的电能，使得第一转子2转速降低。由于气隙磁场的转速na是第一转子2上的电枢绕组6产生的旋转磁场转速n0与第一转子2的机械转速nb的代数和na＝n0-nb，因此气隙磁场的转速na逐渐增大，使得第二转子21的转速也逐渐增大。当第二转子21转速达到预定值时，令制动器4制动第一转子2，第二转子21以额定转速转动。控制离合器5的输出转矩上升的时间即可控制第二转子21的加速时间，从而控制电枢绕组6的起动电流。
实施例六
本实施例提供一种控制方法，用于对以实施例五中的控制方法进行起动的电动装置进行调速。
本实施例包括在步骤c后依次进行的以下步骤：
步骤d1：令制动器4不再制动第一转子2；
步骤e1：调节离合器5的输出转矩。
本实施例以第二转子21作为输出轴，且第一转子2设有电枢绕组6，第二转子21设有笼式的导条7的技术方案为例。在步骤d1中，制动器4不再制动第一转子2后，根据第二转子的目标转速使离合器5的输出转矩变化，第一转子2的转速逐渐增大或减小，则第二转子21的转速逐渐减小或增大。第一转子2依照离合器5的输出转矩将一部分的机械能传递给发电机构3，该部分机械能转换为发电机构3发出的电能，其余的机械能使得第一转子2按照一定的转速维持旋转，从而使得第二转子21按照所需的转速维持旋转。平滑调节离合器5的输出转矩即可平滑调节第二转子21的输出转速。
实施例七
本实施例提供一种控制方法，用于对以实施例五中的控制方法进行起动的电动装置进行转矩限制。
具体地，所述第一转子2以及第二转子21分别设有电枢绕组6、笼式的导条7或者所述第一转子2以及第二转子21分别设有笼式的导条7、电枢绕组6；所述电动装置还包括处理器以及用于检测电枢绕组6的电流的检测单元，检测单元的输出端通过处理器与制动器4的控制端以及离合器5的控制端电连接。
本实施例包括在步骤c后进行的以下步骤：
步骤d2：当检测单元检测到电枢绕组6的电流达到设定值时，令制动器4不再制动第一转子2，令离合器5滑差运行。
电枢绕组6的电流与第二转子21的输出转矩具有线性关系。本实施例以第二转子21作为输出轴，且第一转子2设有电枢绕组6，第二转子21设有笼式的导条7的技术方案为例。当电枢绕组6的电流达到设定值时，即第二转子21的输出转矩达到限定值。此时令制动器4不再制动第一转子2，令离合器5滑差运行，第一转子2的转速增大，第二转子21减速。离合器5滑差运行使得第一转子2将一部分的机械能传递给发电机构3，该部分机械能转换为发电机构3发出的电能，其余的机械能使得第一转子2按照一定的转速维持旋转，并使得第二转子21按照限制的转矩值对应的转速维持旋转。此时第二转子21的转速相比电枢绕组6的电流达到设定值时第二转子21的转速小。对于所拖动的负载，随着第二转子21的转速降低，第二转子21的输出转矩也降低，同时电枢绕组6电流下降。因此本实施例能够达到使得第二转子21的输出转矩降低的效果。
实施例八
本实施例提供一种控制方法，用于对以实施例五中的控制方法进行起动的电动装置进行软停车。
本实施例包括在步骤c后依次进行的以下步骤：
步骤d3：令制动器4不再制动第一转子2；
步骤e3：令离合器5的输出转矩逐渐减小；
步骤f3：第二转子21的转速低于一定值时，切断通入第一转子2或第二转子21的电源。
软停车即使得第二转子21的转速逐渐地降低直至停止。本实施例以第二转子21作为输出轴，且第一转子2设有电枢绕组6，第二转子21设有笼式的导条7的技术方案为例。软停车时，当制动器4不再制动第一转子2后，给离合器5输入从大到小的激磁电流，第一转子2的转速逐渐增大，而第二转子21的转速逐渐降低。本实施例通过控制离合器5的输出转矩，从而实现对第二转子21的加速度的控制。离合器5的输出转矩逐渐减小的过程中，第一转子2的转速逐渐地增大，使得第二转子21的转速逐渐地降低。第二转子21的转速低于一定值时，切断通入第一转子2的电源，使得第二转子21逐渐静止，从而实现软停车。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种电动装置，其特征在于：包括机壳(1)、用于发电的发电机构(3)以及均与机壳(1)转动连接的第一转子(2)和第二转子(21)，发电机构(3)设有发电转子，第一转子(2)连接有制动器(4)和离合器(5)，第一转子(2)通过离合器(5)与发电机构(3)的发电转子连接，第一转子(2)设置在第二转子(21)的内部或第二转子(21)设置在第一转子(2)的内部。
2.根据权利要求1所述的一种电动装置，其特征在于：发电机构(3)的发电转子由永磁体制成。
3.根据权利要求1所述的一种电动装置，其特征在于：所述离合器(5)为磁滞离合器或电磁转差离合器或磁粉离合器或液压离合器或气动离合器。
4.根据权利要求3所述的一种电动装置，其特征在于：所述第一转子(2)以及第二转子(21)分别设有电枢绕组(6)、笼式的导条(7)或者所述第一转子(2)以及第二转子(21)分别设有笼式的导条(7)、电枢绕组(6)；
所述电动装置还包括处理器以及用于检测电枢绕组(6)的电流的检测单元，检测单元的输出端通过处理器与制动器(4)的控制端以及离合器(5)的控制端电连接。
5.根据权利要求1所述的一种电动装置，其特征在于：所述电动装置还包括滑环(8)，外部电源通过滑环(8)向电枢绕组(6)供电。
6.根据权利要求1所述的一种电动装置，其特征在于：所述电动装置还包括联轴器(9)，所述第一转子(2)通过联轴器(9)与离合器(5)连接。
7.一种用于权利要求1所述的电动装置的控制方法，其特征在于：包括依次进行的以下步骤：
步骤a:利用外部电源向第一转子(2)或第二转子(21)通电，使得第一转子(2)和第二转子(21)反向旋转；
步骤b：使离合器(5)的输出转矩逐渐增大，发电机构(3)对第一转子(2)产生制动转矩，使得第一转子(2)的转速逐渐降低，第二转子(21)的转速逐渐升高；
步骤c：当第二转子(21)的转速达到预定值时，令制动器(4)制动第一转子(2)。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括在步骤c后依次进行的以下步骤：
步骤d1：令制动器(4)不再制动第一转子(2)；
步骤e1：调节离合器(5)的输出转矩。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述第一转子(2)以及第二转子(21)分别设有电枢绕组(6)、笼式的导条(7)或者所述第一转子(2)以及第二转子(21)分别设有笼式的导条(7)、电枢绕组(6)；
所述电动装置还包括处理器以及用于检测电枢绕组(6)的电流的检测单元，检测单元的输出端通过处理器与制动器(4)的控制端以及离合器(5)的控制端电连接；
所述控制方法还包括在步骤c后进行的以下步骤：
步骤d2：当检测单元检测到电枢绕组(6)的电流达到设定值时，令制动器(4)不再制动第一转子(2)，令离合器(5)滑差运行。
10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括在步骤c后依次进行的以下步骤：
步骤d3：令制动器(4)不再制动第一转子(2)；
步骤e3：令离合器(5)传递的转矩值逐渐减小；
步骤f3：第二转子(21)的转速低于一定值时，切断通入第一转子(2)或第二转子(21)的电源。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113114015A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-13 | 壹倍科技(东莞)有限公司 | 一种永磁同步电机及起动方法 |
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2018
- 2018-12-21 CN CN201811572714.4A patent/CN109474124A/zh active Pending
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