CN110870183B - 机电驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机电驱动系统(1)，用于机械力负载(2)。系统包括：电动机(3)，可连接到电源(4)；第一传动装置(6)，在一侧与电动机的轴(7)的第一端连接，并且可在另一端与负载(2)连接；发电机(8)；以及第二传动装置(9)，在一侧与电动机的轴的第二端(10)连接，该第二端在与电动机(3)的轴的第一端(7)的方向相反的方向上延伸，并且在另一侧与发电机(8)连接，其中，发电机(8)可经由开关(11)与电源(4)和电动机(3)电连接，使得来自发电机(8)的电流能够被引导至电源(4)或者电动机(3)，当负载对机械力的需要降低时，通过电动机(3)实现为电源的充电。

Description

机电驱动系统
技术领域
本发明涉及机电驱动系统，用于驱动需要以转矩形式以供其运行的机械能的设备。
背景技术
从现有技术中已知各种各样的驱动系统。通常，这些系统包括主驱动以及用于将由主驱动产生的电力传递到需要功以供其运行的设备的传动装置。
专利EP 0 083 369 Bl公开了由电池供电的系统。电池耗尽是需要大量功率以供其运行的负载的严重限制。该发明的基本任务是提供一种系统，该系统将使用小型的高转速电动机来为负荷沉重的负载产生电力，同时将电池耗尽降低到最低水平。该发明通过恒定地连接在电路中的电压控制器和发电机的反馈回路来解决任务，使得在驱动模式和充电模式之间不发生切换。系统是通过液压传动装置增加转速的数量的机械装置和降低转速的数量的机械装置的组合，通过该液压传动装置实现电力的增加，并且该液压传动装置包括液压泵和液压马达。液压传动装置是可控的，以基于机械输入的速度来控制其机械输出的输出速度。耦合和驱动机械装置为负载和经由电压控制器为电池充电的发电机提供电力分配。电池是再生的。该发明的作者还注意到了同时延长电池的寿命。
文献DE 10 2011 107976 A1公开了一种装置，该装置具有电驱动的驱动，安全设备和将转矩传递至带齿的轮的外部牙轮。齿轮通过联轴器将电力以预定速度和恒定速度传递给同步发电机。电动机以电池供应的必要能量启动以产生连续的路径。由驱动同步的发电机为电池和电动机提供必要的能量。齿轮通过设备的连续启动来驱动。异步发电机将产生的能量馈送到设备。
文献CN 106 602 843 A公开了一种高效永磁动能(车轮)自环发电机组。发电机组包括起动马达，配电箱，高强度永磁体动力旋转装置和发电机。起动马达通过联轴器1与配电箱连接，配电箱通过联轴器2与高强度永磁动力旋转装置连接，发电机通过联轴器3与减速齿轮箱连接，并且减速箱通过联轴器4与配电箱连接。高效永磁动能(车轮)自环发电机组增加了配电箱，使整个结构更加合理、完善和实用并提示磁动能执行更大的效率。
文献US 2017/141671 A1公开了一种用于在延长的时间段提供电能的装置。该装置包括用于产生电能的电池组；电流转换部件电连接到电池组，次级发电机，电动机和负载电路。电动机由电池组产生的电能启动，并将电能转换为机械能。初级发电机机械地连接到电动机并且电连接到电池组。初级发电机将来自电动机的机械能转换为电能并将电能提供给电池组。次级发电机也机械地连接到电动机并将电动机的机械能转换为电能，并将该能量提供给电流转换部件。电流转换部件向电动机提供电能并向负载电路提供适配的电能。
这种解决方案的缺点是大量的各种组件，导致系统更昂贵；此外，这些组件占用大量空间。
发明内容
技术问题
技术问题是如何构思这样的机电驱动系统，该机电驱动系统将具有简单的结构并将使其电力适应负载的电流需要，同时如果电动机对电力的需要降低，它将为电源充电。本发明解决的另一个技术问题是如何提供不占用大量空间并且具有紧凑结构的机电驱动系统。
技术问题的解决方案
通过用于机械力负载的机电驱动系统解决技术问题，机电驱动系统包括：
—至少一个电动机，可连接到电源并设置有轴，
—第一开关，用于接通/断开机电驱动系统，
—至少一个第一传动装置，在一侧与电动机的轴的第一端连接，并且可在另一端与负载连接，
—至少一个发电机，以及
—至少一个第二传动装置，在一侧与电动机的轴的第二端连接，该第二端在与电动机的轴的第一端的方向相反的方向上延伸，并且在另一侧与发电机连接，
其中，发电机可经由第二开关与电源和电动机电连接，使得来自发电机的电流能够被引导至电动机和/或电源。
一旦通过第一接通/断开开关接通了机电驱动系统，电动机就从电源得到电力。电动机经由第一传动装置以转矩形式将电力转换成可容易地用于负载以供其运行的机械力。同时，电动机通过轴的第二端和第二传动装置将机械能提供给产生电力的发电机。根据需要向电动机供应这种电力，由此增加电动机的电力，导致机械力增加。如果没有对更高的机械力的需要，则可以经由第二开关向电源供应发电机中产生的电力。
具有两个端的轴的电动机使得可以同时驱动机械能负载和发电机。因此，发电机能够向电动机供应额外的电力或者同时为电源充电。本发明的机电驱动系统的优点在于，它提供了具有少量组件并且可适应负载的能量需要的简单系统。
附图说明
图1：机电驱动系统的示意图
图2：具有紧凑设计的机电驱动系统的示意图
图3：具有两个半导体二极管的机电驱动系统的电路的实施例。
具体实施方式
在下文更详细地描述本发明。
通过用于机械力负载2的机电驱动系统1、1a解决技术问题，机电驱动系统1包括：
—至少一个电动机3，可连接到电源4并设置有轴，
—第一开关5，用于接通/断开机电驱动系统1、1a，
—至少一个第一传动装置6，在一侧与电动机的轴的第一端7连接，并且可在另一端与负载2连接，
—至少一个发电机8、8a，以及
—至少一个第二传动装置9，在一侧与电动机的轴的第二端10连接，该第二端在与电动机3的轴的第一端的方向相反的方向上延伸，并且在另一侧与发电机8、8a连接，
其中，发电机8、8a可经由第二开关11与电源4和电动机3电连接，使得来自发电机8、8a的电流能够被引导至电动机3和/或电源4。
一旦通过第一接通/断开开关5接通了机电驱动系统1、1a，电动机3就从电源4得到电力。电动机3经由第一传动装置6以转矩形式将电力转换成可容易地用于负载2以供其运行的机械力。同时，电动机3通过轴的第二端10和第二传动装置9将机械能提供给产生电力的发电机8、8a。根据需要向电动机3供应这种电力，由此增加电动机的电力，导致机械力增加。如果没有对更高的机械力的需要，则还可以经由第二开关11向电源4供应发电机中产生的电力。
发电机8和电动机3之间的电导体以及电动机3和电源4之间的电导体可以各设置有半导体二极管16。
电源4可以是供电网络、电池、可再充电电池组等。
电动机3和发电机8、8a可以任意选择，并且可以是：AC或DC、单相或多相、同步或异步、有刷或无刷电动机/发电机，具有永磁体或电磁体、具有水冷或空冷的电动机/发电机等。
机电驱动系统1、1a可以包括控制系统和/或满足由用户定义的单独的操作上的需要和输出需要的其他元件和设备，诸如逆变器、变频器等。
基于负载的需要来从以下中选择第一传动装置6和第二传动装置9：刚性传动系统，皮带传动装置，齿轮传动装置，离合器，机械开关，链条传动装置，气动传动装置，液压传动装置，磁传动装置等。
机电驱动系统1a的另一个实施例使得系统的结构更紧凑。在该实施例中，电动机的壳体周向地涂覆有防止电动机3和发电机8a之间的相互电磁影响的电磁绝缘层12。发电机的转子13被形成为套筒，该套筒能够接纳第二传动装置和电动机的至少一部分，优选电动机的主要部分。在发电机的转子13内，周向地设置有可以是永磁体或电磁体的磁体14。电磁体可以是短路笼。在发电机的转子未超出的电动机3的部分上，发电机的定子15周向地布置并与其刚性地连接。发电机的定子15的周向部分利用磁体围绕发电机的转子13的部分周向地延伸，容纳用于感应电流的线圈以及发电和到电动机或电源的传递所需要的其他元件。
机电驱动系统1a可以包括用于冷却机电驱动系统的冷却设备。

Claims (9)

1.一种机电驱动系统(1、1a)，用于机械力负载(2)，所述机电驱动系统(1、1a)包括：
—至少一个电动机(3)，连接到电源(4)并设置有轴，
—第一开关(5)，用于接通/断开所述机电驱动系统(1、1a)，
—至少一个第一传动装置(6)，在一侧与负载(2)连接，
—至少一个发电机(8、8a)，以及
—至少一个第二传动装置(9)，
—所述第二传动装置(9)在一侧与所述发电机(8、8a)连接，
其特征在于，
所述第一传动装置(6)在另一侧与所述电动机的轴的第一端(7)连接，以及
所述第二传动装置(9)在另一侧与所述电动机的轴的第二端(10)连接，所述第二端在与所述电动机(3)的轴的第一端(7)的方向相反的方向上延伸，
其中所述发电机(8、8a)经由第二开关(11)与电源(4)和所述电动机(3)电连接，使得来自所述发电机(8、8a)的电流能够被引导至所述电动机(3)和/或所述电源(4)，
其中，所述发电机的转子(13)被形成为套筒，使得接纳第二传动装置(9)和所述电动机(3)的至少一部分，其中，所述发电机的转子(13)容纳周向地布置的磁体(14)，并且其中，在所述电动机(3)的未被所述发电机的转子(13)超出的部分上，所述发电机的定子(15)周向地布置并与所述电动机(3)的所述未被所述发电机的转子(13)超出的部分刚性地连接，其中，所述发电机的定子(15)的周向部分利用磁体围绕所述发电机的转子(13)的部分周向地延伸，容纳用于感应电流的线圈，其中，所述电动机的壳体周向地涂覆有电磁绝缘层(12)，所述电磁绝缘层防止所述电动机(3)和所述发电机(8a)之间的相互电磁影响。
2.根据权利要求1所述的机电驱动系统(1、1a)，其特征在于，所述发电机(8)和所述电动机(3)之间的电导体以及所述电动机(3)和所述电源(4)之间的电导体设置有半导体二极管(16)。
3.根据权利要求1或2所述的机电驱动系统(1、1a)，其特征在于，从供电网络、电池以及可再充电电池组中选择所述电源(4)。
4.根据权利要求1或2所述的机电驱动系统(1、1a)，其特征在于，还包括控制系统。
5.根据权利要求1或2所述的机电驱动系统(1、1a)，其特征在于，从以下中选择所述第一传动装置(6)和所述第二传动装置(9)：刚性传动系统，皮带传动装置，机械开关，链条传动装置，气动传动装置，液压传动装置，以及磁传动装置。
6.根据权利要求1或2所述的机电驱动系统(1、1a)，其特征在于，从以下中选择所述电动机(3)：AC或DC、单相或多相、同步或异步、有刷或无刷电动机，具有水冷或空气冷的电动机，具有永磁体或电磁体的电动机。
7.根据权利要求1或2所述的机电驱动系统(1、1a)，其特征在于，从以下中选择所述发电机(8)：AC或DC、单相或多相、同步或异步、有刷或无刷发电机，具有水冷或空气冷的发电机，具有永磁体或电磁体的发电机。
8.根据权利要求1所述的机电驱动系统(1a)，其特征在于，所述发电机的转子(13)被形成为套筒，使得接纳第二传动装置(9)和所述电动机(3)的主要部分。
9.根据权利要求8所述的机电驱动系统(1a)，其特征在于，包括用于冷却所述机电驱动系统的冷却设备。
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