CN210669770U - 一体式双闭环控制的节能减速电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体式双闭环控制的节能减速电机，包括电机控制系统、电机、减速器和电磁制动器；电机输出轴为中空结构输出轴，减速器编码器传动轴依次穿过电磁制动器和中空结构输出轴伸入至减速器的减速器输出轴内且与减速器输出轴固定连接，减速器编码器传动轴远离减速器输出轴的一端设置有减速器编码器，用于向电机控制系统反馈减速器输出轴的位置信号；齿轮编码器套设在电机输出轴位于电磁制动器前侧的轴段上，用于向电机控制系统或电机驱动器反馈电机输出轴的位置信号。本实用新型将电机和减速器集成一体化，通过跨越中空结构输出轴将减速器输出轴与减速器编码器相连接，对电机输出轴及减速器输出轴的位置信号进行反馈。

Description

一体式双闭环控制的节能减速电机

技术领域

本实用新型属于减速电机的控制技术领域，具体涉及一种一体式双闭环控制的节能减速电机。

背景技术

一般的永磁电机驱动系统可以通过与电机输出轴相连接的编码器对电机输出轴的位置信号进行反馈，使驱动系统与输出轴形成闭环控制，提高了永磁电机的控制精度，但是对于减速电机来说，电机与减速器连接为一体，控制系统反馈的为电机输出轴的位置，而减速电机的实际输出轴为减速器的输出轴，由于减速器传动链中存在传动误差，比如齿轮副之间的间隙误差，减速器随着使用时长的增加所产生的磨损以及环境温度的变化而出现非线性变化，从而导致减速器输出轴的实际位置偏移指令值，而控制系统又无法提供正确的校正及补偿，从而降低了减速电机的控制精度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种一体式双闭环控制的节能减速电机，其设计新颖合理，将电机和减速器集成一体化设计，减小了减速电机的体积，提高了电机的功率密度与转矩密度，同时通过跨越中空结构输出轴将减速器输出轴与减速器编码器相连接，与电机输出轴上安装的齿轮编码器一起组成了双闭环控制系统，能够同时对电机输出轴及减速器输出轴的位置信号进行反馈，提高了减速电机的控制精度，集成度好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：包括减速电机和电机控制系统，所述电机控制系统通过电机驱动器驱动所述减速电机，所述减速电机包括电机、安装在电机前端且与电机的电机输出轴相连接的减速器以及安装在电机后端且与电机的电机输出轴相连接的电磁制动器；

所述电机输出轴为中空结构输出轴，减速器编码器传动轴依次穿过所述电磁制动器和所述中空结构输出轴伸入至减速器的减速器输出轴内且与减速器输出轴固定连接，减速器编码器传动轴远离减速器输出轴的一端设置有减速器编码器，用于向电机控制系统反馈减速器输出轴的位置信号；

齿轮编码器套设在电机输出轴位于所述电磁制动器前侧的轴段上，用于向电机控制系统或电机驱动器反馈电机输出轴的位置信号。

上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电机为永磁电机，所述永磁电机包括机壳以及由外至内设置在机壳与电机输出轴之间的电机定子、磁钢、电机转子铁芯，磁钢和电机转子铁芯的两端通过平衡环固定，机壳外套设有水套，机壳的后侧安装有后法兰，水套外设置有与机壳内连通的接线盒，齿轮编码器的感应头固定在后法兰的背面且其数据线依次穿过后法兰和机壳伸入至接线盒内。

上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述减速器为单级行星减速器，所述单级行星减速器包括与机壳连接的减速器外壳以及设置在减速器外壳内且与电机输出轴相连接的内部行星减速机构，减速器外壳远离机壳的一端安装有减速器端盖，所述内部行星减速机构包括三个环绕于输入太阳轮外圆并与输入太阳轮相互啮合的行星齿轮以及用于安装三个行星齿轮的行星架，减速器外壳上固定设置有内齿圈，行星齿轮与输入太阳轮啮合的同时与内齿圈啮合，减速器输出轴安装在行星架远离减速器外壳的一端且穿过减速器端盖，电机输出轴穿过输入太阳轮中心通孔，输入太阳轮通过涨套与电机输出轴连接。

上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述输入太阳轮的齿轮、行星齿轮、内齿圈的齿轮均采用直齿齿形。

上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电磁制动器包括安装在后法兰外侧的制动器后壳以及设置在制动器后壳内的制动器定子、制动器转子和制动器轴套，电机输出轴与制动器轴套通过键连接，制动器轴套与制动器转子通过花键连接。

上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述制动器后壳外安装有编码器后盖，减速器编码器设置在编码器后盖内且与减速器编码器传动轴远离减速器输出轴的一端固定连接，编码器后盖上设置有航空插头，减速器编码器的信号输出端与所述航空插头连接。

上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述减速器外壳与减速器端盖之间通过O型密封圈密封，减速器外壳上安装有水嘴。

上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电机控制系统的信号输入端连接有输入设备，输入设备为输入键盘或触摸屏。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过在电机前端设置与电机的电机输出轴相连接的减速器，在电机后端设置与电机的电机输出轴相连接的电磁制动器，电机和减速器集成一体化设计，减小了减速电机的体积，提高了电机的功率密度与转矩密度，便于推广使用。

2、本实用新型通过将电机输出轴设计成中空结构输出轴，减速器编码器传动轴依次穿过电磁制动器和中空结构输出轴伸入至减速器的减速器输出轴内且与减速器输出轴固定连接，并在减速器编码器传动轴远离减速器输出轴的一端设置减速器编码器，通过跨越中空结构输出轴将减速器输出轴与减速器编码器相连接，减速器编码器结合采集电机输出轴的位置信号的齿轮编码器，组成了双闭环控制系统，能够同时对电机输出轴及减速器输出轴的位置信号进行反馈，提高了减速电机的控制精度,使用效果好。

3、本实用新型通过输入设备向电机控制系统输入减速器输出轴的给定位置值，利用电机带动减速器转动，减速器输出轴同步带动减速器编码器传动轴转动，利用双闭环控制系统采集电机输出轴位置及转速和减速器输出轴位置及转速的采集对数据进行反馈，当减速器输出轴的实时位置及转速与减速器输出轴的给定位置值不等时，电机控制系统对减速器输出轴的实时位置及转速进行校正及补偿，使用效果好，且具有减速电机失电制动减速电机的功能，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，将电机和减速器集成一体化设计，减小了减速电机的体积，提高了电机的功率密度与转矩密度，同时通过跨越中空结构输出轴将减速器输出轴与减速器编码器相连接，与电机输出轴上安装的齿轮编码器一起组成了双闭环控制系统，能够同时对电机输出轴及减速器输出轴的位置信号进行反馈，提高了减速电机的控制精度，集成度好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型齿轮编码器向电机控制系统反馈数据的控制原理框图。

图3为本实用新型齿轮编码器向电机驱动器反馈数据的控制原理框图。

附图标记说明:

1—减速器端盖； 2—O型密封圈； 3—水嘴；

4—减速器外壳； 5—内齿圈； 6—行星齿轮；

7—滚针轴承； 8—机壳； 9—水套；

10—电机定子； 11—接线盒； 12—后法兰；

13—制动器后壳； 14—制动器定子； 15—制动器转子；

16—键； 17—第一压紧螺母； 18—制动器轴套；

19—编码器后盖； 20—减速器编码器； 21—第二压紧螺母；

22—齿轮编码器； 23—轴承钢铁； 24—波纹弹簧；

25—深沟球轴承； 26—减速器编码器传动轴；

27—电机输出轴； 28—电机转子铁芯；

29—磁钢； 30—平衡环；

31—过渡轴套； 32—过渡油封； 33—行星架；

34—输入太阳轮； 35—涨套； 36—第三压紧螺母；

37—减速器输出轴； 38—减速器输出轴套；

39—减速器输出轴套油封； 40—电机控制系统；

41—电机驱动器； 42—电机； 43—减速器；

44—输入设备。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，包括减速电机和电机控制系统40，所述电机控制系统40通过电机驱动器41驱动所述减速电机，所述减速电机包括电机42、安装在电机42前端且与电机42的电机输出轴27相连接的减速器43以及安装在电机42后端且与电机42的电机输出轴27相连接的电磁制动器；

所述电机输出轴27为中空结构输出轴，减速器编码器传动轴26依次穿过所述电磁制动器和所述中空结构输出轴伸入至减速器43的减速器输出轴37内且与减速器输出轴37固定连接，减速器编码器传动轴26远离减速器输出轴37的一端设置有减速器编码器20，用于向电机控制系统40反馈减速器输出轴37的位置信号；

齿轮编码器22套设在电机输出轴27位于所述电磁制动器前侧的轴段上，用于向电机控制系统40或电机驱动器41反馈电机输出轴27的位置信号。

需要说明的是，通过在电机42前端设置与电机42的电机输出轴27相连接的减速器43，在电机42后端设置与电机42的电机输出轴27相连接的电磁制动器，电机42和减速器43集成一体化设计，减小了减速电机的体积，提高了电机的功率密度与转矩密度；通过将电机输出轴27设计成中空结构输出轴，减速器编码器传动轴26依次穿过电磁制动器和中空结构输出轴伸入至减速器43的减速器输出轴37内且与减速器输出轴37固定连接，并在减速器编码器传动轴26远离减速器输出轴37的一端设置减速器编码器20，通过跨越中空结构输出轴将减速器输出轴37与减速器编码器20相连接，减速器编码器20结合采集电机输出轴27的位置信号的齿轮编码器22，组成了双闭环控制系统，能够同时对电机输出轴27及减速器输出轴37的位置信号进行反馈，提高了减速电机的控制精度,使用效果好。

本实施例中，所述电机42为永磁电机，具有效率高、功率密度及转矩密度高的优点，所述永磁电机包括机壳8以及由外至内设置在机壳8与电机输出轴27之间的电机定子10、磁钢29、电机转子铁芯28，磁钢29和电机转子铁芯28的两端通过平衡环30固定，机壳8外套设有水套9，机壳8的后侧安装有后法兰12，水套9外设置有与机壳8内连通的接线盒11，齿轮编码器22的感应头固定在后法兰12的背面且其数据线依次穿过后法兰12和机壳8伸入至接线盒11内，齿轮编码器22具有体积小，适合小空间的安装，能够适应恶劣工作条件的优点。

需要说明的是，机壳8与水套9套在一起，机壳8外圆留有螺旋水道，水道参数经过优化能够保证及时带走电机42所产生的热量，水套9外圆留有两出水口，出水口在机身的侧面，水口与水道形成通路可以保证冷却液的通过，以保证对机壳的冷却，冷却介质选择为水。

本实施例中，所述减速器43为单级行星减速器，所述单级行星减速器包括与机壳8连接的减速器外壳4以及设置在减速器外壳4内且与电机输出轴27相连接的内部行星减速机构，减速器外壳4远离机壳8的一端安装有减速器端盖1，所述内部行星减速机构包括三个环绕于输入太阳轮34外圆并与输入太阳轮34相互啮合的行星齿轮6以及用于安装三个行星齿轮6的行星架33，减速器外壳4上固定设置有内齿圈5，行星齿轮6与输入太阳轮34啮合的同时与内齿圈5啮合，保证了减速器运行时的稳定性与可靠性，减速器输出轴37安装在行星架33远离减速器外壳4的一端且穿过减速器端盖1，电机输出轴27穿过输入太阳轮34中心通孔，输入太阳轮34通过涨套35与电机输出轴27连接，通过行星减速器的单级减速，由减速器输出轴37向外输出动力。

本实施例中，所述减速器外壳4与减速器端盖1之间通过O型密封圈2密封，减速器外壳4上安装有水嘴3。

需要说明的是，由于电机42的功率较大，减速器端盖1外圆处开有挖空的水道，通过与减速器外壳4外的水嘴3配合之后可以形成冷却液的通路，可以带走减速器43所产生的多余热量，本次冷却介质选择为水。

本实施例中，所述输入太阳轮34的齿轮、行星齿轮6、内齿圈5的齿轮均采用直齿齿形，能够防止传动时产生轴向力，同时又对齿形进行了变位，增强了承载能力，实际使用时，三个行星轮齿数和模数不进行限定，可以在满足传动强度的前提下通过不同的齿数模数组合获得不同的传动比和传动尺寸，以满足不同的使用需求。

本实施例中，所述电磁制动器包括安装在后法兰12外侧的制动器后壳13以及设置在制动器后壳13内的制动器定子14、制动器转子15和制动器轴套18，电机输出轴27与制动器轴套18通过键16连接，制动器轴套18与制动器转子15通过花键连接。

本实施例中，所述制动器后壳13外安装有编码器后盖19，减速器编码器20设置在编码器后盖19内且与减速器编码器传动轴26远离减速器输出轴37的一端固定连接，编码器后盖19上设置有航空插头，减速器编码器20的信号输出端与所述航空插头连接，减速器编码器20与减速器编码器传动轴26通过螺钉固定连接，保证减速器编码器20与减速器编码器传动轴26同步转动。

本实施例中，所述电机控制系统40的信号输入端连接有输入设备44，输入设备44为输入键盘或触摸屏。

实际安装使用时，行星齿轮6通过滚针轴承7安装在行星架33上，保证行星齿轮6在行星架33上自由的转动，电机输出轴27位于制动器轴套18靠近减速器编码器20的一端的轴段上安装有第一压紧螺母17，用于固定制动器轴套18；电机输出轴27位于齿轮编码器22与电磁制动器之间的轴段上设置有第二压紧螺母21，用于固定齿轮编码器22；电机输出轴27远离减速器编码器20的一端上安装有第三压紧螺母36，用于限位输入太阳轮34；电机输出轴27与后法兰12配合位置处设置有深沟球轴承25和波纹弹簧24，给电机输出轴27加轴向预紧力，深沟球轴承25与后法兰12之间设置有轴承钢铁23，减速器外壳4与电机输出轴27配合位置处设置有过渡轴套31，过渡轴套31与电机输出轴27配合位置处通过过渡油封32密封，减速器输出轴37和减速器端盖1配合位置处设置有减速器输出轴套38，减速器输出轴37和减速器输出轴套38配合位置处通过减速器输出轴套油封39密封。

本实用新型使用时，为减速电机上电，通过输入设备44向电机控制系统40输入减速器输出轴37的给定位置值；电机控制系统40控制电机驱动器41工作，电机驱动器41驱动电机42转动，电机42带动减速器43转动，减速器输出轴37同步带动减速器编码器传动轴26转动；利用齿轮编码器22采集电机输出轴27的位置及转速，并将采集的电机输出轴27位置及转速反馈至电机控制系统40或电机驱动器41；同时，利用减速器编码器20采集减速器编码器传动轴26的位置及转速，进而获取减速器输出轴37的位置及转速，并将采集的减速器输出轴37位置及转速反馈至电机控制系统40；电机控制系统40根据齿轮编码器22传送的数据查看电机输出轴27的实时位置及转速，电机控制系统40根据减速器编码器20传送的数据确定减速器输出轴37的实时位置及转速，并通过将减速器输出轴37的实时位置及转速与减速器输出轴37的给定位置值进行比对，当减速器输出轴37的实时位置及转速与减速器输出轴37的给定位置值不等时，电机控制系统40对减速器输出轴37的实时位置及转速进行校正及补偿；

减速电机失电，失电后电磁制动器将电机输出轴27抱死，防止电机输出轴27发生转动，实现减速电机的制动；将电机和减速器集成一体化设计，减小了减速电机的体积，提高了电机的功率密度与转矩密度，同时通过跨越中空结构输出轴将减速器输出轴与减速器编码器相连接，与电机输出轴上安装的齿轮编码器一起组成了双闭环控制系统，能够同时对电机输出轴及减速器输出轴的位置信号进行反馈，提高了减速电机的控制精度，集成度好。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：包括减速电机和电机控制系统(40)，所述电机控制系统(40)通过电机驱动器(41)驱动所述减速电机，所述减速电机包括电机(42)、安装在电机(42)前端且与电机(42)的电机输出轴(27)相连接的减速器(43)以及安装在电机(42)后端且与电机(42)的电机输出轴(27)相连接的电磁制动器；

所述电机输出轴(27)为中空结构输出轴，减速器编码器传动轴(26)依次穿过所述电磁制动器和所述中空结构输出轴伸入至减速器(43)的减速器输出轴(37)内且与减速器输出轴(37)固定连接，减速器编码器传动轴(26)远离减速器输出轴(37)的一端设置有减速器编码器(20)，用于向电机控制系统(40)反馈减速器输出轴(37)的位置信号；

齿轮编码器(22)套设在电机输出轴(27)位于所述电磁制动器前侧的轴段上，用于向电机控制系统(40)或电机驱动器(41)反馈电机输出轴(27)的位置信号。

2.按照权利要求1所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电机(42)为永磁电机，所述永磁电机包括机壳(8)以及由外至内设置在机壳(8)与电机输出轴(27)之间的电机定子(10)、磁钢(29)、电机转子铁芯(28)，磁钢(29)和电机转子铁芯(28)的两端通过平衡环(30)固定，机壳(8)外套设有水套(9)，机壳(8)的后侧安装有后法兰(12)，水套(9)外设置有与机壳(8)内连通的接线盒(11)，齿轮编码器(22)的感应头固定在后法兰(12)的背面且其数据线依次穿过后法兰(12)和机壳(8)伸入至接线盒(11)内。

3.按照权利要求2所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述减速器(43)为单级行星减速器，所述单级行星减速器包括与机壳(8)连接的减速器外壳(4)以及设置在减速器外壳(4)内且与电机输出轴(27)相连接的内部行星减速机构，减速器外壳(4)远离机壳(8)的一端安装有减速器端盖(1)，所述内部行星减速机构包括三个环绕于输入太阳轮(34)外圆并与输入太阳轮(34)相互啮合的行星齿轮(6)以及用于安装三个行星齿轮(6)的行星架(33)，减速器外壳(4)上固定设置有内齿圈(5)，行星齿轮(6)与输入太阳轮(34)啮合的同时与内齿圈(5)啮合，减速器输出轴(37)安装在行星架(33)远离减速器外壳(4)的一端且穿过减速器端盖(1)，电机输出轴(27)穿过输入太阳轮(34)中心通孔，输入太阳轮(34)通过涨套(35)与电机输出轴(27)连接。

4.按照权利要求3所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述输入太阳轮(34)的齿轮、行星齿轮(6)、内齿圈(5)的齿轮均采用直齿齿形。

5.按照权利要求2所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电磁制动器包括安装在后法兰(12)外侧的制动器后壳(13)以及设置在制动器后壳(13)内的制动器定子(14)、制动器转子(15)和制动器轴套(18)，电机输出轴(27)与制动器轴套(18)通过键(16)连接，制动器轴套(18)与制动器转子(15)通过花键连接。

6.按照权利要求5所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述制动器后壳(13)外安装有编码器后盖(19)，减速器编码器(20)设置在编码器后盖(19)内且与减速器编码器传动轴(26)远离减速器输出轴(37)的一端固定连接，编码器后盖(19)上设置有航空插头，减速器编码器(20)的信号输出端与所述航空插头连接。

7.按照权利要求3所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述减速器外壳(4)与减速器端盖(1)之间通过O型密封圈(2)密封，减速器外壳(4)上安装有水嘴(3)。

8.按照权利要求5所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电机控制系统(40)的信号输入端连接有输入设备(44)，输入设备(44)为输入键盘或触摸屏。

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