CN209659188U - 一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统，包括低速大扭矩永磁电动机、减速机、大功率永磁同步电动机驱动器和上位机，所述低速大扭矩永磁电动机的输出轴与减速机的输入轴连接且低速大扭矩永磁电动机的机壳与减速机的机壳连接成为一体，所述低速大扭矩永磁电动机的机壳上设有接线盒，所述大功率永磁同步电动机驱动器远离低速大扭矩永磁电动机且通过导线与所述接线盒连接在一起，所述大功率永磁同步电动机驱动器额定功率≥55KW。本实用新型的有益效果是：实现低速大转矩电动机体积小、重量轻、高效节能、低转速、大扭矩、机械损耗小、运行维护成本低、密封性能好、安全可靠的目的。

Description

一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统

技术领域

本实用新型属于永磁电机技术领域中的低速大扭矩永磁电动机技术范畴，尤其涉及应用于矿用机械设备中的一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统。

背景技术

在煤矿、港口、矿山等生产设备中，设备安装空间经常受到限制，因此需要提供小空间用的一种低转速大转矩的驱动总成，市场需求较大。

对于该问题，传统的解决方案是采用三相异步电动机、液力耦合器和减速机组合的方式来提供动力驱动，由于三相异步电动机的转速高，减速机需要多级减速才能将转速降低至需要的转速，这样就造成了减速机的减速机构庞大，进而使减速机的体积变大，又由于三相异步电动机启动转矩不大，为了满足带负载启动的需求需要增加液力偶合器来实现电动机的软启动，先让电动机空载起动，再由液力偶合器驱动负载。这种办法要增加添购设备的投资，并且液力耦合器结构复杂，与普通联轴器相比，液力耦合器体积庞大，因此增加液力耦合器将导致机组的运行可靠性明显下降，显著增加维护困难程度。

因此传统的采用高速异步电机、大速比多级减速器、液力耦合器组合的形式解决该问题的存在高转速部分，机械损耗大、传动效率低、噪声大、维护成本高，异步电机温升高、耗能大，结构整体体较积大、性价比不高。

随着永磁电机技术的发展，永磁直驱电机也越来越多的被应用到实际生产中，但其存在体积大、重量大、制造成本高等问题，性价比不高。近几年出现半直驱永磁电机动力总成，其电机和减速机连接精度要求较高，且减速机为半封闭结构，减速机润滑油容易进入电机内部，这些进入电动机内部的的润滑油增加了电动机的功耗，同时降低了电机的电气性能会使电动机发热，严重时可能会烧毁电动机。

综上所述，迫切需要一种小空间用的一种低速大扭矩永磁电动机驱动总成来实现低速大转矩电动机体积小、重量轻、高效节能、低转速、大扭矩、机械损耗小、运行维护成本低、密封性能好、安全可靠的目的。

发明内容

为克服上述现有技术缺陷，本实用新型提供一种小空间用低速大扭矩永磁电动机驱动系统。

本实用新型所采用的具体技术方案为：

一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统，包括低速大扭矩永磁电动机、减速机、大功率永磁同步电动机驱动器和上位机，所述低速大扭矩永磁电动机的输出轴与减速机的输入轴连接且低速大扭矩永磁电动机的机壳与减速机的机壳连接成为一体，所述，所述低速大扭矩永磁电动机的机壳上设有接线盒，所述大功率永磁同步电动机驱动器远离低速大扭矩永磁电动机且通过导线与所述接线盒连接在一起，所述上位机远离低速大扭矩永磁电动机且通过导线与所述大功率永磁同步电动机驱动器连接在一起，所述大功率永磁同步电动机驱动器额定功率≥55KW，伺服电机分为交流伺服和直流伺服，其中交流伺服又有同步和异步之分。永磁同步电机其实就是同步交流伺服电动机的一种。所谓永磁同步电机就是转子上不是线圈或感应材料，而是永磁体，控制此类电机要使用专门的伺服驱动器，所述永磁同步电动机驱动器是一种专门驱动低速大扭矩永磁电动机的伺服驱动器，主要用于控制和调节三相交流同步电机的速度和转矩。该永磁同步电动机驱动器采用高性能的矢量控制技术，低速高转矩输出，采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化，功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电，经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机，功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程，整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

所述大功率永磁同步电动机驱动器设有通讯网络式远程控制接口，用于采集终端与远程主站通信的模块单元的控制和交互，实现人机交互，用户通过远程主站的客户端对重要数据进行监控，并可以发送指令给大功率永磁同步电动机驱动器，达到控制低速大扭矩永磁电动机的目的。

所述大功率永磁同步电动机驱动器与上位机之间的导线上串联有信号放大器，放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中，在此处设置信号放大器，是为了将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后发送到远程主站，保证在一定区域内的远程主站内的接收机可以接收到满意的信号，并且不干扰其他的信号通信。

所述低速大扭矩永磁电动机的输出轴与减速机的输入轴连接设有编码器，是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移。

所述的减速机为低速比全封闭行星减速机，传动比是机构中两转动构件角速度的比值，也称速比，在多级减速器各级传动比的分配中直接影响减速器的承载能力和使用寿命，还会影响其体积、重量和润滑，传动比一般按以下原则分配：

1.使各级传动承载能力大致相等；

2.使减速器的尺寸与质量较小；

3.使各级齿轮圆周速度较小；

4.采用油浴润滑时，使各级齿轮副的大齿轮浸油深度相差较小；

低速级大齿轮直接影响减速器的尺寸和重量，减小低速级传动比，即减小了低速级大齿轮及包容它的机体的尺寸和重量，此外减速机的全封闭是指对减速机进行密封处理，减速器需要密封的部位一般有轴伸出处、轴承室内侧、箱体接合面和轴承盖、检查孔和排油孔接合面等处，密封方式可以分为接触式密封和非接触式密封，对于接触式密封，又可以分为两种，其中以毛毡圈密封和皮碗密封为主，非接触式密封，大多采用空间隔离的原理，其中包括间隙密封盒迷宫式密封，此外箱盖与箱座接合面的密封，在箱盖与箱座接合面上涂密封胶密封最为普遍，也有在箱座接合面上同时开回油沟，让渗入接合面间的油通过回油沟及回油道流回箱内油池以增加密封效果，其他部位的密封，检查孔盖板、排油螺塞、油标与箱体的接合面间均需加纸封油垫或皮封油圈。螺钉式轴承端盖与箱体之间需加密封垫片，嵌入式轴承端盖与箱体间常用O形橡胶密封圈密封防漏，采用密封处理后减速机内的润滑油不会串入电动机或者大气中，同时也与空气隔绝能够使减速机在水下或者易燃易爆气体中工作，提高了一定的安全性。

作为本实用新型的又一改进，所述低速大扭矩永磁电动机采用内嵌式稀土永磁材料转子结构，转子与定子采用多极少槽配合，与传统的永磁同步电动机相比，多极少槽永磁同步电动机在具有传统永磁同步电动的共有优点外，还具有如下优点：多级的磁路安排减少了电动机的磁轭，电动机的重量减轻，线圈跨距等于槽距，绕组端部缩短节约了铜材，减少了铜耗，提高了效率，电动机体积小，单位体积产生的转矩大，改善了散热条件。

本实用新型的积极效果是：实现低速大转矩电动机体积小、重量轻、高效节能、低转速、大扭矩、机械损耗小、运行维护成本低、密封性能好、安全可靠的目的。

附图说明

图1是本实用新型一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统的正视图；

图2是图1中所示本实用新型一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统中减速机的正视图；

图3是图2中所示本实用新型一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统中低速大扭矩永磁电动机的正视图；

图4是图3中所示本实用新型一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统中减速机中心轮子的正视图；

图5是本实用新型一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统机构示意框图；

图例说明：1—大功率永磁同步电动机驱动器， 2—低速大扭矩永磁电动机， 3—永磁电动机输出轴，4—减速机中心轮子，5—减速机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述：

具体实施例：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一：

如图5所示，一种小空间用低速大扭矩永磁电动机2智能化驱动系统，包括低速大扭矩永磁电动机2、减速机5、大功率永磁同步电动机驱动器1和上位机，所述低速大扭矩永磁电动机2的输出轴与减速机5的输入轴连接且低速大扭矩永磁电动机2的机壳与减速机5的机壳连接成为一体，所述，所述低速大扭矩永磁电动机2的机壳上设有接线盒，所述大功率永磁同步电动机驱动器1远离低速大扭矩永磁电动机2且通过导线与所述接线盒连接在一起，所述上位机远离低速大扭矩永磁电动机2且通过导线与所述大功率永磁同步电动机驱动器1连接在一起，所述大功率永磁同步电动机驱动器1额定功率≥55KW，具体的，上位机将控制信号传输给大功率永磁同步电动机驱动器1，驱动器将电源传递过来的电压经转换单路转换未响应脉冲，由功率驱动单元发送给低速大扭矩永磁电动机2，低速大扭矩永磁电动机2在该脉冲的作用下，转动指定的角度，并通过减速机中心轮子4将该角度传递给减速机5，而编码器则在此时检测转过的角度，并将检测值反馈给驱动，驱动器根据反馈值，做出相应补偿量，并将补偿量发送给低速大扭矩永磁电动机2用以修正转动过程中的误差，该循环为闭环控制，又由于低速大扭矩永磁电动机2的功率大的原因，导致大功率永磁同步电动机驱动器1的额定功率需设定在55KW以上。

实施例二：

如图5所示，一种小空间用低速大扭矩永磁电动机2智能化驱动系统，包括低速大扭矩永磁电动机2、减速机5、大功率永磁同步电动机驱动器1和上位机，所述低速大扭矩永磁电动机2的输出轴与减速机5的输入轴连接且低速大扭矩永磁电动机2的机壳与减速机5的机壳连接成为一体，所述，所述低速大扭矩永磁电动机2的机壳上设有接线盒，所述大功率永磁同步电动机驱动器1远离低速大扭矩永磁电动机2且通过导线与所述接线盒连接在一起，所述上位机远离低速大扭矩永磁电动机2且通过导线与所述大功率永磁同步电动机驱动器1连接在一起，所述大功率永磁同步电动机驱动器1额定功率≥55KW，所述大功率永磁同步电动机驱动器1设有通讯网络式远程控制接口，用来实现与远程主站通信的模块单元的控制和交互，实现人机交互，用户通过远程主站的客户端对重要数据进行监控，并可以发送指令给大功率永磁同步电动机驱动器1，达到控制低速大扭矩永磁电动机2的目的，所述低速大扭矩永磁电动机2的输出轴与减速机5的输入轴连接设有编码器，是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，所述大功率永磁同步电动机驱动器1与上位机之间的导线上串联有信号放大器，这样可以将编码器传递来的数字脉冲信号进行放大并反馈给主站的上位，用来监控指导功率永磁同步电动机驱动器做出相应的调整来补偿低速大扭矩永磁电动机2转动误差。

实施例三：

如图5所示，一种小空间用低速大扭矩永磁电动机2智能化驱动系统，包括低速大扭矩永磁电动机2、减速机5、大功率永磁同步电动机驱动器1和上位机，所述低速大扭矩永磁电动机2的输出轴与减速机5的输入轴连接且低速大扭矩永磁电动机2的机壳与减速机5的机壳连接成为一体，所述，所述低速大扭矩永磁电动机2的机壳上设有接线盒，所述大功率永磁同步电动机驱动器1远离低速大扭矩永磁电动机2且通过导线与所述接线盒连接在一起，所述上位机远离低速大扭矩永磁电动机2且通过导线与所述大功率永磁同步电动机驱动器1连接在一起，所述大功率永磁同步电动机驱动器1额定功率≥55KW，所述大功率永磁同步电动机驱动器1设有通讯网络式远程控制接口，所述低速大扭矩永磁电动机2的输出轴与减速机5的输入轴连接设有编码器，所述的减速机5为低速比全封闭行星减速机5，采用密封处理后减速机5内的润滑油不会串入电动机或者大气中，同时也与空气隔绝能够使减速机5在水下或者易燃易爆气体中工作，提高了一定的安全性，同时低速级大齿轮直接影响减速器的尺寸和重量，减小低速级传动比，即减小了低速级大齿轮及包容它的机体的尺寸和重量，因此低速比的设计能够使减速机5的体积更小，更适合在小空间中应用。

具体使用时：

上位机将控制信号传输给大功率永磁同步电动机驱动器1，驱动器将电源传递过来的电压经转换单路转换未响应脉冲，由功率驱动单元发送给低速大扭矩永磁电动机2，低速大扭矩永磁电动机2在该脉冲的作用下，转动指定的角度，并通过与永磁电动机输出轴3相连的减速机中心轮子4将该角度传递给减速机5，而编码器则在此时检测转过的角度，并将检测值反馈给驱动，驱动器根据反馈值，做出相应补偿量，并将补偿量发送给低速大扭矩永磁电动机2用以修正转动过程中的误差。

此外实施例中提及的编码器、减速机、放大器等相关配件均未现有技术，相关技术人员在具体应用场景中根据具体要求可选择相应的型号进行替换或匹配。

上述实施例对本实用新型做了详细说明。当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述例子，相关技术人员在本实用新型的实质范围内所作出的变化、改型、添加或减少、替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统，包括低速大扭矩永磁电动机、减速机、大功率永磁同步电动机驱动器和上位机，其特征在于，所述低速大扭矩永磁电动机的输出轴与减速机的输入轴连接且低速大扭矩永磁电动机的机壳与减速机的机壳连接成为一体，所述，所述低速大扭矩永磁电动机的机壳上设有接线盒，所述大功率永磁同步电动机驱动器远离低速大扭矩永磁电动机且通过导线与所述接线盒连接在一起，所述上位机远离低速大扭矩永磁电动机且通过导线与所述大功率永磁同步电动机驱动器连接在一起，所述大功率永磁同步电动机驱动器额定功率≥55KW。

2.根据权利要求1所述一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统，其特征在于，所述大功率永磁同步电动机驱动器设有通讯网络式远程控制接口。

3.根据权利要求2所述一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统，其特征在于，所述大功率永磁同步电动机驱动器与上位机之间的导线上串联有信号放大器。

4.根据权利要求1-3任一项所述一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统，其特征在于，所述低速大扭矩永磁电动机的输出轴与减速机的输入轴连接设有编码器。

5.根据权利要求4所述一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统，其特征在于，所述的减速机为低速比全封闭行星减速机。

6.根据权利要求5所述一种小空间用低速大扭矩永磁电动机智能化驱动系统，其特征在于，永磁电机为以稀土永磁材料作为转子，转子与定子采用多级少槽配合。