CN201215161Y - 多功能节能电机 - Google Patents

Abstract

多功能节能电机提供了解决现有技术存在的电机转动惯量大，启动、制动过载电流冲击电源，大型专业机组的速度控制和调节，张力控制，瞬时较大能量输出等难题的解决方案：它由主电机、伺服电机、行星差动器、蜗轮蜗杆组成，用电子计算机控制的机电一体化新型电机。主电机以额定转数旋转，传动中心轮，通过行星架传动蜗轮蜗杆，蜗杆自锁或绕蜗轮旋转方向不规则转动，伺服电机传动蜗杆控制蜗轮转数，由内齿轮输出。有益效果：其输出具有主电机的能量和伺服电机速度调节精度高，范围广，停位准确的特点；该电机和它传动的工作机分别启动、制动时，减少近十倍过载电流对电源的冲击，传动冲击负荷设备时飞轮为工作机输出瞬时较大能量，不需中间环节，不受速度限制。使供电元器件减小，使用寿命长，成本降低，节能可观。能传动各种设备。

Description

多功能节能电机

技术领域：

本实用新型涉及一种电机，尤其涉及一种多功能节能电机，属于机电行业，电机领域。

背景技术：

伺服电机由于恒扭矩输出、速度调节精度高、范围广，停位准确等特点，在数控机床行业得到广泛的应用。但对于需要大功率传动的设备，由于结构原因，伺服电机不能做成大功率。现今多数设备电动机减速器与工作机组成一个整体，电动机减速器与工作机一起启动、制动时产生较大的过载电流，冲击电源，造成很大电能浪费。工作机有多种工作制度，上述传动组合对一些工作机不适应，如剪断机、热模锻等冲击负荷设备，由于电机瞬时不能供给较大能量，这些设备采用了气动离合器、制动器和飞轮传动系统，其成本高，工作时噪音大，粉尘污染环境。对剪切速度快的飞剪还不能采用。

热连轧钢板卷板机因电机转动惯量大，卷取张力控制困难造成板卷质量差，采用液压传动板卷虽然质量好，但设备成本提高十几倍。

发明内容：

本实用新型为了解决上述现有技术存在的电机转动惯量大，启动、制动过载电流冲击电源，大型专业机组的速度控制和调节，张力控制，瞬时较大能量输出等难题，提供如下解决方案：多功能节能电机包括由计算机控制的主电机(1)、伺服电机(2)，主电机(1)通过联轴器与行星差动器(3)的中心轮(6)连接，伺服电机(2)通过联轴器与蜗轮蜗杆(4)的蜗杆连接，蜗轮蜗杆(4)的蜗轮固定在与中心轮(6)传动连接的行星架(8)上，在行星架(8)上的行星轮与内齿轮(7)传动连接；主电机(1)以额定转数旋转，传动中心轮(6)，通过行星架(8)传动蜗轮蜗杆，蜗杆自锁或绕蜗轮旋转方向不规则转动，通过伺服电机(2)传动蜗杆控制蜗轮转数，由内齿轮(7)输出。

本实用新型的有益效果：针对机组速度及速度同步的控制、位置控制、张力控制、启动时过载电流对电源的冲击、瞬时较大能量的释放以及低速长期运转等技术难题，采用本方案都可得到解决。具体为：

多功能节能电机的输出具有主电机的能量和伺服电机的性能。在电子计算机控制下，通过伺服电机转数变化控制工作机的启动、制动、速度调节，因此它的输出具有伺服电机的功能，恒扭矩输出主电机的力矩，速度调节精度高，范围广，停位准确的全部特点。

具有自动离合器、制动器功能，飞轮为冲击负荷设备提供瞬时较大能量时，不需要中间环节，飞轮的输出速度可控。大大降低了成本。

多功能节能电机具有行星差动器的功能，输出行星差动器和工作机需求的有级传动比和无级传动比。

多功能节能电机和它传动的工作机分别启动、制动，减少近十倍的过载电流对电源的冲击，爬行启动力矩大，长期低速运行噪音小。使供电元器件减小几个数量级，增加使用寿命，降低了成本，节能可观。

多功能节能电机可以传动目前使用的各种性能的设备。其成功应用将给电机、电控系统、机械传动系统带来划时代的变革。

附图说明：

图1本实用新型的结构示意图(采用直齿轮行星差动器)。

图2是图1中行星差动器的A-A剖视图(逆时针旋转90°)。

图3是本实用新型的结构示意图(采用伞齿轮行星差动器)

图4是本实用新型另一种结构示意图。

具体实施方式：

参看图1-图2，一种多功能节能电机，它包括由计算机控制的主电机1、伺服电机2，主电机1通过联轴器与行星差动器3的中心轮6连接，伺服电机2通过联轴器与蜗轮蜗杆4的蜗杆连接，蜗轮蜗杆4的蜗轮固定在与中心轮6传动连接的行星架8上，在行星架8上的行星轮与内齿轮7传动连接；主电机1以额定转数旋转，传动中心轮6，通过行星架8传动蜗轮蜗杆，蜗杆自锁或绕蜗轮旋转方向不规则转动，通过伺服电机2传动蜗杆控制蜗轮转数，由内齿轮7输出。所述行星差动器3采用直齿轮。

参看图3，行星差动器3采用伞齿轮。

参看图4，伺服电机连接蜗轮蜗杆4，蜗轮固定在内齿轮7上，内齿轮7与行星架8传动连接，行星架8上的行星轮与中心轮6传动连接；由主电机1传动中心轮6，伺服电机2传动蜗杆蜗轮，控制内齿轮7的转数变化，由行星架8输出。

在传动冲击负荷设备时，在所述中心轮6上装有飞轮5。

工作原理：

利用蜗轮蜗杆的阻抗作用，工作时主电机1以额定转数旋转传动中心轮6，并通过行星架8传动蜗轮蜗杆4，由于蜗轮蜗杆传动的单向性，蜗轮传动蜗杆时，蜗杆自锁或绕蜗轮传动方向不规则的旋转。此时内齿轮7以最高转数或不规则的转数输出。主电机的额定力矩M_H在蜗杆上产生的力矩M₁，M₁＝M_Htgλ，当考虑摩擦时k是放大系数。其中：λ是蜗杆的旋转升角，

是当量摩擦角。蜗杆上的力矩比主电机的额定力矩小k倍，这样蜗轮传动蜗杆，就阻抗了主电机的力矩和转数的通过。伺服电机的疏通控制作用，在蜗轮蜗杆阻抗作用的保护下，伺服电机传动蜗杆绕蜗轮的传动方向旋转，伺服电机的额定力矩M_f≥M₁时，在电子计算机的控制下，从零转数到额定转数旋转，控制蜗轮的转数，从而达到控制行星差动器内齿轮输出转数及转数变化的目的。这样，多功能节能电机传动工作机的启动、制动、调节速度都由伺服电机的转数变化来控制。用现有的伺服电机，就可设计出主电机比伺服电机大k倍的多功能节能电机来。

实施例

多功能节能电机不同于目前使用的各种电机，它由主电机、伺服电机、行星差动器、蜗轮蜗杆组成，用电子计算机控制的机电一体化的新型电机。主电机1与伺服电机2的传动比为1，它利用行星差动器3的三个自由度的特性，主电机1由中心轮6输入额定转数，提供所需的能量，利用蜗轮传动蜗杆的单向性，在其保护下伺服电机传动蜗杆绕蜗轮传动方向，从零转数到额定转数之间调节，控制蜗轮的转数，内齿轮7则输出主电机1和伺服电机2混频后的转数。

实施时按设计要求选择标准交流电机作为主电机1，及选择标准伺服电机2和通用计算机。按齿轮标准设计行星差动器3，蜗轮蜗杆4和工作机需要配备传动比，电机制造厂、装备制造厂、专业齿轮加工厂都可以生产。

利用蜗轮蜗杆4阻抗了主电机1的力矩和转数的通过，伺服电机2传动蜗杆绕蜗轮传动方向旋转，通过计算机控制蜗轮转数，达到控制内齿轮7输出转数的目的。这样多功能节能电机的启动、制动、速度调节完全由伺服电机转数变化控制，使它的输出具有伺服电机的功能，当主电机与伺服电机的转数相同时内齿轮转数为0，它传动的工作机停止转动，称动态制动。这样多功能节能电机具有自动离合器、制动器功能。

多功能节能电机和它传动的工作机分别启动制动，在动态制动状态下，主电机和伺服电机从0转数启动，加速到额定转数，启动工作机时，伺服电机转数下降，工作机开始启动，伺服电机转数下降的慢，工作机就爬行启动；伺服电机转数下降的快，工作机启动的就快，制动时则正好相反。这样就减少了电机工作机一起启动、制动时过载电流对电源的冲击。

多功能节能电机传动冲击负荷设备，如剪断机、热模锻等设备，可以去掉气动离合器，制动器和气动系统，消除噪音和粉尘的污染源。传动飞剪类冲击负荷设备，通过飞轮输出的瞬时较大能量不受剪切速度的限制，做到剪切速度和钢材进给速度同步，节电60％，提高生产线效率30％。

传动大型专业机组，速度同步控制变得容易，控制系统小型化，标准化减少主控室的建筑面积。传动频繁正反转设备和频繁启动、制动设备，节电效果显著。传动钢板热连轧钢板卷板机张力控制效果会更好，代替液压传动，去掉油马达，高压油泵站，液压控制系统，降低成本十几倍，减少维修费用。传动电机车等单机设备，可爬行启动，启动力矩大，长期低速运行噪音小。

多功能节能电机的应用使长期困扰电气控制系统的难题，即电机转动惯量大，启动制动过载电流对电源的冲击，大型专业机组的速度控制和调节，张力控制，瞬时较大能量输出，低速长期工作等难题都得到圆满解决。

本实用新型的进一步扩展：

应用上述原理，由主电机、伺服电机传动蜗杆和输出，与行星差动器的三个主动件中心轮、行星架、内齿轮的不同组合。可以设计出两种类型六个形式的多功能节能电机，即低转数类型三种形式，高转数类型三种形式。

低转数类型的最高输出转数是主电机额定转数除以行星差动传动比的商，高转数类型最高输出转数是主电机额定转数乘以行星差动传动比的积。

本实用新型的图1、图3为两个低转数电机的结构示意图，图4为第三种低转数电机的结构示意图。

高转数电机可在图4的基础上变化主电机、伺服电机传动蜗杆和输出，与中心轮、行星架、内齿轮的连接关系即可。两种形式的高速电机都由中心轮输出，一种形式是主电机传动行星架，伺服电机传动蜗杆控制内齿轮的转数；另一种形式是主电机传动内齿轮，伺服电机传动蜗杆，控制行星架的转数变化；第三种由伞齿轮行星差动器组成，把图3中的行星架输出改成伺服电机传动蜗杆控制蜗轮转数。高转数多功能节能电机用途有待于进一步开发。

Claims (5)

1、多功能节能电机，它包括由计算机控制的主电机(1)、伺服电机(2)，其特征在于：主电机(1)通过联轴器与行星差动器(3)的中心轮(6)连接，伺服电机(2)通过联轴器与蜗轮蜗杆(4)的蜗杆连接，蜗轮蜗杆(4)的蜗轮固定在与中心轮(6)传动连接的行星架(8)上，在行星架(8)上的行星轮与内齿轮(7)传动连接；主电机(1)以额定转数旋转，传动中心轮(6)，通过行星架(8)传动蜗轮蜗杆，蜗杆自锁或绕蜗轮旋转方向不规则转动，通过伺服电机(2)传动蜗杆控制蜗轮转数，由内齿轮(7)输出。

2、根据权利要求1所述的多功能节能电机，其特征在于：所述行星差动器(3)采用直齿轮。

3、根据权利要求1所述的多功能节能电机，其特征在于：所述行星差动器(3)采用伞齿轮。

4、根据权利要求1所述的多功能节能电机，其特征在于：伺服电机连接的蜗轮蜗杆(4)，蜗轮固定在内齿轮(7)上，内齿轮(7)与行星架(8)传动连接，行星架(8)上的行星轮与中心轮(6)传动连接；由主电机(1)传动中心轮(6)，伺服电机(2)传动蜗杆蜗轮，控制内齿轮(7)的转数变化，由行星架(8)输出。

5、根据权利要求1-4中所述的任意一种多功能节能电机，其特征在于：在传动冲击负荷设备时，在所述中心轮(6)上装有飞轮(5)。

Images