RU2583843C1 - Многодвигательный электромеханический привод и способ его работы - Google Patents
Многодвигательный электромеханический привод и способ его работы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583843C1 RU2583843C1 RU2015115102/07A RU2015115102A RU2583843C1 RU 2583843 C1 RU2583843 C1 RU 2583843C1 RU 2015115102/07 A RU2015115102/07 A RU 2015115102/07A RU 2015115102 A RU2015115102 A RU 2015115102A RU 2583843 C1 RU2583843 C1 RU 2583843C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- servo
- gear
- drives
- electric
- gbu
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
- H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
- H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкциям многодвигательных электромеханических приводов с микропроцессорным управлением. Технический результат - повышение надежности электромеханического привода. Многодвигательный электромеханический привод (МЭМП) имеет корпус и не менее трёх следящих электроприводов, каждый из которых может включать одно-, двух- или трехступенчатый волновой редуктор и имеет выходной вал с эксцентриком; размещенную в корпусе зубчатую передачу, имеющую цилиндрическое зубчатое колесо, зубья которого образованы циклоидальной поверхностью, взаимодействующее с являющимися однозубыми шестернями цилиндрическими эксцентриками, установленными на выходных валах исполнительных электроприводов. В подшипниках в корпусе установлен главный вал, имеющий датчик его углового положения. Все датчики углового положения выходных валов электроприводов и главного вала соединены интерфейсной шиной с главным блоком управления. Электродвигатели являются бесколлекторными постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Каждая ступень волнового редуктора может иметь передаточное отношение до 30, при общем передаточном отношении трехступенчатого редуктора до 27000. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкциям электромеханических приводов с редукторами.
Известен многодвигательный электромеханический привод [патент US №5463914 от 02.02.1994], в котором имеется несколько электродвигателей, на выходных валах которых установлены шестерни, взаимодействующие с зубчатым колесом одноступенчатого или двухступенчатого редуктора, выходной вал которого приводит, например, барабан стиральной машины или вентилятор. Каждый электродвигатель имеет мощность, меньшую в сравнении с суммарной мощностью электромеханического привода, но высокую частоту вращения ротора, что позволяет уменьшить габариты и повысить надежность электромеханического привода.
Недостаток такого многодвигательного электромеханического привода - значительные габариты зубчатых передач и повышенный уровень шума многозубых шестерен и колес редуктора.
Известно эксцентриково-циклоидальное внутреннее или внешнее зацепление составных зубчатых профилей [патент RU №2385435 от 22.12.2008], состоящее из нескольких смещенных по фазе относительно друг друга зубчатых дисков, каждый из которых взаимодействует с одним однозубым венцом в виде эксцентрика из множества имеющихся на валу эксцентриков, число которых равно числу дисков. Каждый эксцентрик является цилиндрическим и имеет подшипник качения. Эксцентриковый вал может приводиться во вращение от двигателя любого типа, в том числе от электродвигателя.
Недостаток электромеханического привода с редуктором, имеющим описанное эксцентриково-циклоидальное зацепление, - сложность конструкции зацепления, высокая трудоемкость изготовления и пониженная надежность, обусловленная отсутствием резервирования электроприводов.
Известно микропроцессорное управление электроприводами с вентильными двигателями, оснащенными датчиками положения ротора, соединенными с контроллером управления электроприводами [http://www.tusur.ru/filearchive/reports-magazine/2012-26-1/199.pdf]. Каждый электродвигатель имеет транзисторный модуль, подсоединенный к блоку управления электроприводами (контроллеру), датчик тока и транзисторный ключ. Блок управления электроприводами обеспечивает прием и передачу команд с центрального микропроцессора, управляет направлением вращения электродвигателей и регулирует скорости их вращения.
В описании данного микропроцессорного управления отсутствует описание режимов работы множества электродвигателей на общий вал.
Известно описание системы управления вентильным индукторным электродвигателем ([http://elmech.mpei.ac.ru/books/edu/SRM_design/index.html]), включающей микропроцессор. Сигналы от датчика положения ротора вентильного индукторного электродвигателя передаются в микропроцессор через устройство преобразования и согласования, которое приводит сигналы к виду и уровню, необходимому для нормальной работы микропроцессора. Микропроцессор вырабатывает оптимальный алгоритм коммутации обмоток вентильного индукторного электродвигателя согласно программе, заложенной в микропроцессор.
Известен многодвигательный следящий электропривод, включающий несколько одинаковых по мощности работающих на общую нагрузку электроприводов (патент RU №2326488 от 24.10.2006, прототип). Каждый следящий электропривод включает электродвигатель, передаточный механизм, датчик угла поворота и скорости вращения ротора электродвигателя, установленный на электродвигателе или в передаточном механизме, задатчик текущей угловой скорости и регулятор скорости вращения ротора электродвигателя, соединенные с блоком управления моментом электродвигателя.
В данном многодвигательном электромеханическом приводе не раскрыта конструкция главного передаточного механизма от выходных валов следящих электроприводов на главный выходной вал, соединенный с объектом нагрузки, отсутствуют средства отсоединения множества электроприводов от главного выходного вала с объектом нагрузки для их свободного вращения за счет накопленной кинетической энергии, а также способ торможения главного вала с объектом нагрузки для их остановки. Функциональные возможности такого многодвигательного электромеханического привода существенно понижены.
Известен многодвигательный электропривод с зубчатым и волновым редукторами [патент US №8117945 от 26.09.2005], имеющий корпус с несколькими закрепленными на корпусе электродвигателями, на выходных валах которых установлены зубчатые шестерни, взаимодействующие с зубчатым колесом первой ступени зубчатого редуктора, на ступице которого установлено зубчатое колесо второй ступени зубчатого редуктора, которое взаимодействует с зубчатыми шестернями, закрепленными на входных валах с эксцентриками, размещенными внутри колеса эксцентриково-циклоидального волнового редуктора [патент US №8117945, фиг. 1с]
Недостаток данного многодвигательного электромеханического привода - в его сложности, значительных габаритах и невысокой надежности двухступенчатого зубчатого редуктора.
Известны устройство и система многодвигательного следящего безредукторного электропривода [заявка US №2014/0097859 от 12.12.2013], включающая: множество электродвигателей, каждый с датчиком углового положения вала и определителем скорости его вращения; множество блоков управления электродвигателями, каждый из которых обеспечивает подачу электрического тока каждому электродвигателю; микропроцессорные средства управления, образующие главный блок (контроллер), соединенный с множеством блоков управления электродвигателями и с датчиками положения валов электродвигателей, выдающий команды блокам управления электродвигателями в соответствии с заданными параметрами и положением валов. В описании данного изобретения отсутствуют данные о режимах работы множества электродвигателей на общий вал.
Известен способ работы многодвигательного следящего электропривода (патент US №7038421 от 17.06.2003), имеющего, по меньшей мере, два исполнительных электропривода, средства определения углового положения и угловой скорости ротора, датчики напряжения и тока, подаваемого к инверторам, микропроцессорные средства управления многодвигательным электроприводом.
Способ включает получение микропроцессорными средствами управления сигналов от датчиков о параметрах каждого из электроприводов, сравнение полученных сигналов с заданными и определение разности их величин, передачу команд на управление инверторами для изменения параметров каждого из электроприводов на основе разности величин, полученных от датчиков и заданных параметров.
Известен способ работы многодвигательного электромеханического привода (МЭМП) с вентильными электродвигателями с датчиками положения ротора [http://www.kaskod.ru/product/motorsrm/srm_article01/] с микропроцессорным блоком управления, электронным коммутатором и электромеханическим преобразователем, включающий:
- пуск МЭМП по сигналам, подаваемым главным блоком управления (ГБУ) в блоки управления следящих электроприводов в соответствии с алгоритмами, заложенными в программы управления;
- разгон и торможение приводимого объекта с необходимым ускорением по программе, задаваемой ГБУ и выдаваемым сигналам, преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- отслеживание углового положения главного выходного вала и приводимого объекта по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- остановка всех электродвигателей и приводимого объекта в заданном ГБУ угловом положении валов по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- изменение направления вращения главного вала с приводимым объектом по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов.
В данном способе работы многодвигательного электромеханического привода не предусмотрена возможность свободного вращения главного выходного вала с приводимым объектом, что ведет к ограничению функциональных возможностей МЭМП.
Анализ технического уровня МЭМП показал, что в конструкции передаточного механизма "выходные валы следящих электроприводов - главный вал", в котором осуществляется суммирование моментов от электроприводов и приложение суммарного момента главного вала к приводимому объекту, невозможен режим свободного вращения главного вала с приводимым объектом без введения в конструкцию электроприводов дополнительных устройств - управляемых муфт или муфт свободного хода, отсоединяющих при необходимости валы электроприводов от главного вала, или муфты, отсоединяющей приводимый объект от главного вала, что приводит к снижению функциональных возможностей и увеличению габаритных размеров многодвигательного электромеханического привода.
Техническая задача изобретения - уменьшение габаритов, повышение функциональных возможностей, надежности и КПД многодвигательных электромеханических приводов.
Техническая задача решена в конструкции МЭМП и способе его работы.
МЭМП включает:
- корпус, несколько закрепленных на корпусе следящих электроприводов, каждый из которых имеет редуктор с выходным валом;
- размещенную в корпусе зубчатую эксцентриково-циклоидальную передачу, имеющую взаимодействующее с цилиндрическими эксцентриками цилиндрическое зубчатое колесо, зубья которого образованы циклоидальной поверхностью, и вал с цилиндрическим эксцентриком, приводимый во вращение следящими электроприводами;
- установленный в корпусе в подшипниках главный вал, соединенный с приводимым объектом и цилиндрическим зубчатым колесом;
- датчик углового положения главного вала;
- блоки управления следящими электроприводами, каждый из которых соединен интерфейсной шиной с датчиком углового положения вала каждого электродвигателя;
- главный блок управления многодвигательным электромеханическим приводом, соединенный интерфейсной шиной с блоками управления следящими электроприводами и с датчиком углового положения главного вала,
при этом:
- выходной вал каждого следящего электропривода является эксцентриковым с одним, имеющим линию симметрии, цилиндрическим эксцентриком и установленным на нем подшипником качения, взаимодействующим с зубьями, образованными циклоидальной поверхностью цилиндрического зубчатого колеса, при этом оси выходных валов размещены на окружности, радиус которой определяется по зависимости:
Re=Rmax-e±rп,
где Re - радиус окружности, на которой размещены оси валов следящих электроприводов, описанной относительно оси главного выходного вала;
Rmax - радиус окружности, на которой расположены вершины зубьев или впадины колеса внешней или внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи, описанной относительно оси главного вала;
е - эксцентриситет цилиндрического эксцентрика;
rп - внешний радиус подшипника качения, установленного на цилиндрическом эксцентрике;
+rп - для внешней эксцентриково-циклоидальной передачи;
-rп - для внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи;
выходной вал каждого следящего электропривода имеет датчик углового положения, соединенный интерфейсной шиной с блоком управления соответствующего следящего электропривода и с главным блоком управления,
- количество зубьев, образованных циклоидальной поверхностью зубчатого колеса, равно или более семи;
- количество следящих электроприводов не менее трех.
Для уменьшения габаритов, повышения надежности и КПД МЭМП каждый электродвигатель следящего электропривода является бесколлекторным, постоянного тока, с возбуждением от постоянных магнитов.
Для уменьшения габаритов следящего электропривода каждый редуктор, соединяющий вал электродвигателя с выходным валом следящего электропривода, является волновым с телами вращения, а при частоте вращения ротора каждого электродвигателя в интервале 7000…100000 мин-1 волновой редуктор имеет от одной до трех ступеней.
Функциональные преимущества МЭМП, связанные с отсутствием в электроприводах обгонных или управляемых муфт, проявляются при описанном ниже способе работы электропривода, включающем:
- пуск МЭМП по сигналам, подаваемым ГБУ в блоки управления следящих электроприводов в соответствии с алгоритмами, заложенными в программы управления;
- разгон и торможение приводимого объекта с необходимым ускорением по программе, задаваемой ГБУ, и выдаваемым сигналам, преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- отслеживание углового положения главного вала и приводимого объекта по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- остановку всех следящих электроприводов по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- изменение направления вращения главного вала с приводимым объектом по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов, при этом:
- пуск многодвигательного электромеханического привода при положении цилиндрических эксцентриков в состоянии зацепления с зубчатым колесом осуществляется подачей сигнала от ГБУ на определение углового положения выходных валов следящих электроприводов, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления для вращения выходных валов следящих электроприводов;
- пуск после остановки всех следящих электроприводов при положении цилиндрических эксцентриков в состоянии, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется подачей сигнала от ГБУ на определение углового положения выходных валов электроприводов, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления для установки каждого из выходных валов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии цилиндрических эксцентриков и вращения выходных валов следящих электроприводов;
- разгон и торможение всех следящих электроприводов осуществляются путем регулирования частоты вращения валов электродвигателей при поддержании заданного взаимного углового положения линий симметрии эксцентриков в соответствии с алгоритмом, заложенным в программе ГБУ;
- остановка всех следящих электроприводов при заданном взаимном угловом положении линий симметрии цилиндрических эксцентриков в состоянии их зацепления с зубчатым колесом осуществляется после торможения по сигналу от ГБУ в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ, с последующим удержанием приводимого объекта в зафиксированном положении;
- остановка всех следящих электроприводов в состоянии цилиндрических эксцентриков, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется в момент занятия центрами всех эксцентриков положения на радиальных линиях, соединяющих ось зубчатого колеса с осью каждого вала следящих электроприводов по сигналу от ГБУ в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ при последующем свободном вращении зубчатого колеса с главным выходным валом и приводимым объектом;
- продолжение, возобновление или изменение направления вращения зубчатого колеса с приводимым объектом после установки всех валов следящих электроприводов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии эксцентриков, осуществляемой по сигналам, поступающим от ГБУ в соответствии с алгоритмом, заложенным в его программу и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов.
Технический эффект, - уменьшение габаритов, повышение функциональных возможностей, надежности за счет резервирования следящих электроприводов и КПД многодвигательных электромеханических приводов, - достигается за счет следующей совокупности признаков МЭМП: выходной вал каждого следящего электропривода является эксцентриковым с одним, имеющим линию симметрии, цилиндрическим эксцентриком и установленным на нем подшипником качения, взаимодействующим с зубьями, образованными циклоидальной поверхностью цилиндрического зубчатого колеса, при этом оси выходных валов размещены на окружности, радиус которой определяется по зависимости:
Re=Rmax-e±rп,
выходной вал каждого следящего электропривода имеет датчик углового положения, соединенный интерфейсной шиной с блоком управления соответствующего следящего электропривода и с главным блоком управления,
- количество зубьев, образованных циклоидальной поверхностью зубчатого колеса, равно или более семи;
- количество следящих электроприводов не менее трех.
Для уменьшения габаритов, повышения надежности и КПД МЭМП каждый электродвигатель следящего электропривода является бесколлекторным, постоянного тока, с возбуждением от постоянных магнитов.
Для уменьшения габаритов следящего электропривода каждый редуктор, соединяющий вал электродвигателя с выходным валом следящего электропривода, является волновым с телами вращения, а при частоте вращения ротора каждого электродвигателя в интервале 7000...100000 мин-1 волновой редуктор имеет от одной до трех ступеней.
Технический эффект, связанный с повышением функциональных возможностей МЭМП, достигается за счет следующей совокупности отличительных признаков способа работы:
- пуск многодвигательного электромеханического привода при положении цилиндрических эксцентриков в состоянии зацепления с зубчатым колесом осуществляется подачей сигнала от ГБУ на определение углового положения выходных валов следящих электроприводов, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления для вращения выходных валов следящих электроприводов;
- пуск после остановки всех следящих электроприводов при положении цилиндрических эксцентриков в состоянии, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется подачей сигнала от ГБУ на определение углового положения выходных валов электроприводов, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления для установки каждого из выходных валов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии цилиндрических эксцентриков и вращения выходных валов следящих электроприводов;
- разгон и торможение всех следящих электроприводов осуществляются путем регулирования частоты вращения валов электродвигателей при поддержании заданного взаимного углового положения линий симметрии эксцентриков в соответствии с алгоритмом, заложенным в программе ГБУ;
- остановка всех следящих электроприводов при заданном взаимном угловом положении линий симметрии цилиндрических эксцентриков в состоянии их зацепления с зубчатым колесом осуществляется после торможения по сигналу от ГБУ в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ, с последующим удержанием приводимого объекта в зафиксированном положении;
- остановка всех следящих электроприводов в состоянии цилиндрических эксцентриков, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется в момент занятия центрами всех эксцентриков положения на радиальных линиях, соединяющих ось зубчатого колеса с осью каждого вала следящих электроприводов по сигналу от ГБУ в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ при последующем вращении по инерции зубчатого колеса с главным выходным валом и приводимым объектом;
- продолжение, возобновление или изменение направления вращения зубчатого колеса с приводимым объектом после установки всех валов следящих электроприводов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии эксцентриков, осуществляемой по сигналам, поступающим от ГБУ в соответствии с алгоритмом, заложенным в его программу и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов.
Данные совокупности отличительных признаков, характерные для конструкции МЭМП и способа его работы, не обнаружены при проведении патентно-информационных исследований, а также не следуют явно из уровня техники, что свидетельствует о соответствии изобретения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показана конструкция МЭМП с одноступенчатым редуктором в каждом следящем электроприводе и внешним эксцентриково-циклоидальным зацеплением.
На фиг. 2 показана конструкция МЭМП с двухступенчатым редуктором в каждом следящем электроприводе и внешним эксцентриково-циклоидальным зацеплением.
На фиг. 3 показана конструкция МЭМП с трехступенчатым редуктором в каждом следящем электроприводе и внешним эксцентриково-циклоидальным зацеплением.
На фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 1 при установленных на корпусе шести следящих электроприводах и цилиндрических эксцентриках, находящихся в рабочем положении.
На фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 1 при шести цилиндрических эксцентриках, выведенных из зацепления с зубчатым колесом.
На фиг. 6 - пример конструкции МЭМП с одноступенчатым редуктором в каждом следящем электроприводе и внутренним эксцентриково-циклоидальным зацеплением.
На фиг. 7 - сечение В-В на фиг. 6 с тремя следящими электроприводами, установленными на корпусе, при рабочем положении цилиндрических эксцентриков.
На фиг. 8 - сечение В-В на фиг. 6 с тремя следящими электроприводами, установленными на корпусе, с цилиндрическими эксцентриками, выведенными из зацепления с зубчатым колесом.
На фиг. 9 - блок-схема МЭМП с системой управления.
Многодвигательный электромеханический привод (фиг. 1-9) имеет:
- корпус 1 с закрепленными на нем не менее чем тремя следящими электроприводами 2, каждый из которых имеет электродвигатель 2а, редуктор 2b и отбалансированный выходной вал 3 с цилиндрическим эксцентриком 4 с подшипником 5 качения; при этом цилиндрический эксцентрик 4 имеет линию симметрии 4а, проходящую через центр 4b эксцентрика 4 и центр 3а вращения выходного вала 3, и выполняет функцию однозубой шестерни, а для уменьшения габаритов, повышения надежности и КПД следящих электроприводов 2 электродвигатели 2а являются бесколлекторными, постоянного тока, с возбуждением от постоянных магнитов;
- размещенную в корпусе 1 зубчатую эксцентриково-циклоидальную передачу 6, имеющую цилиндрические эксцентрики 4, взаимодействующие с цилиндрическим зубчатым колесом 7, и установленный в корпусе 1 в подшипниках 8 главный вал 9, соединенный с приводимым объектом 10 и с цилиндрическим зубчатым колесом 7;
- следящие электроприводы 2, установленные на корпусе 1 так, что центры 3а вращения выходных валов 3 размещены на окружности 11, радиус которой определяется зависимостью:
Re=Rmax-e±rп,
где Re - радиус окружности 11, на которой размещены центры 3а вращения выходных валов 3, описанной относительно оси главного вала 9;
Rmax - радиус окружности 12, на которой расположены вершины зубьев 13 колеса 7 внешнего эксцентриково-циклоидального зацепления (фиг. 4, 5) или впадины 14 колеса 7а внутреннего эксцентриково-циклоидального зацепления (фиг. 7, 8), описанной относительно оси главного вала 9;
е - эксцентриситет цилиндрического эксцентрика 4;
rп - внешний радиус подшипника 5 качения, установленного на цилиндрическом эксцентрике 4;
+rп - для внешнего эксцентриково-циклоидального зацепления (фиг. 4, 5);
-rп - для внутреннего эксцентриково-циклоидального зацепления (фиг. 7, 8);
- зубчатое колесо 7 внешнего зацепления или зубчатое колесо 7а внутреннего зацепления должно иметь количество зубьев 13, равное семи или превышающее семь, так как число размещаемых на корпусе 1 следящих электроприводов 2 определяется по формуле:
где Dэп - максимальный диаметр следящего электропривода 2, зависящий от числа зубьев 13 зубчатого колеса 7, и при числе зубьев 13 менее семи возникают трудности с размещением следящих электроприводов 2.
Так как цилиндрический эксцентрик выполняет функцию однозубой шестерни, передаточное отношение эксцентриково-циклоидальной передачи равно числу зубьев зубчатого колеса, поэтому чем больше зубьев имеет зубчатое колесо, тем выше передаточное отношение эксцентриково-циклоидальной передачи.
Если эксцентриково-циклоидальное зацепление является внешним (фиг. 1-5), то центры 3а вращения выходных валов 3 расположены на окружности 11, находящейся на расстоянии от оси колеса, определяемом в соответствии с зависимостью (фиг. 4, 5):
Re=Rmax-e+rп.
Если эксцентриково-циклоидальное зацепление является внутренним (фиг. 7-8), то оси вращения выходных валов 3а расположены на окружности 11а, находящейся на расстоянии от оси колеса 7а, определяемом в соответствии с зависимостью (фиг. 7, 8):
Re=Rmax-e-rп.
Блок 15 управления каждым электроприводом 2 (фиг. 9), соединенный с датчиком 16 углового положения вала электродвигателя 2а, размещается на корпусе электропривода 2 или в непосредственной близости от него. Главный блок 17 управления многодвигательным электромеханическим приводом размещается на корпусе 1 или в непосредственной близости от него и соединен интерфейсной шиной 18 с блоками 15 управления электродвигателями 2а и шиной 18а с датчиком 19 углового положения главного вала 9. Выходной вал 3 имеет датчик 20 углового положения, соединенный интерфейсной шиной 21 с главным блоком 17. Главный блок 17 управления может быть включен во внешнюю систему управления или получать команды от внешней системы управления.
Для значительного уменьшения габаритов МЭМП при высокой частоте вращения вала каждого электродвигателя 2а (от 7000 мин-1 до 100000 мин-1) каждый редуктор 2b, соединяющий вал электродвигателя с выходным валом 3 следящего электропривода 2, является волновым с телами вращения, так как волновой редуктор 2b располагается соосно валу электродвигателя 2а и выходному валу 3, может иметь от одной до трех ступеней, что позволяет уменьшить поперечные размеры следящего электропривода 2 и увеличить количество следящих электроприводов 2, размещаемых на корпусе 1.
Необходимое количество ступеней волнового редуктора при условии равенства передаточных отношений всех его ступеней при проектировании рассчитывается по формуле:
где Q - количество ступеней волнового редуктора 2b;
nэд, nг.в. - номинальная частота вращения вала электродвигателя 2а и главного вала 9 соответственно;
z - число зубьев на зубчатом колесе;
ic - передаточное отношение ступени редуктора, достигающее 30.
Преимущества МЭМП (повышение функциональных возможностей, надежности и КПД), связанные с отсутствием в электроприводах обгонных или управляемых муфт (дисковых, зубчатых), проявляются при описанном ниже способе, включающем:
- пуск многодвигательного электромеханического привода при положении цилиндрических эксцентриков 4 в состоянии зацепления с зубчатым колесом 7 осуществляется подачей сигнала от главного блока 17 управления (ГБУ) на определение углового положения выходных валов 3 следящих электроприводов 2, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления 15 по сигналам, поступающим от датчиков 20, для вращения выходных валов 3;
- пуск после остановки всех следящих электроприводов 2 при положении цилиндрических эксцентриков 4 в состоянии, выведенном из зацепления с зубчатым колесом 7, осуществляется подачей сигнала от ГБУ 17 на определение углового положения выходных валов 3 следящих электроприводов 2, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления 15 для установки каждого из выходных валов 3 поворотом в заданное взаимное угловое положение линий 4а симметрии цилиндрических эксцентриков 4 и вращения выходных валов 3 следящих электроприводов 2;
- разгон и торможение всех следящих электроприводов 2 осуществляются путем регулирования частоты вращения валов электродвигателей 2а по сигналам, поступающим от датчиков 16 при поддержании заданного взаимного углового положения линий 4а симметрии эксцентриков 4 в соответствии с алгоритмом, заложенным в программе ГБУ 17;
- остановку всех следящих электроприводов 2 при заданном взаимном угловом положении линий 4а симметрии цилиндрических эксцентриков 4 в состоянии их зацепления с зубчатым колесом 7, осуществляемую после торможения по сигналу от ГБУ 17 в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ 17, с последующим удержанием приводимого объекта 10 в зафиксированном положении;
- остановку всех следящих электроприводов 2 в состоянии цилиндрических эксцентриков 4, выведенном из зацепления с зубчатым колесом 7, осуществляемую в момент занятия центрами 4b всех эксцентриков 4 положения на радиальных линиях, соединяющих ось зубчатого колеса 7 с центром 3а вращения каждого выходного вала 3 следящих электроприводов 2 по сигналу от ГБУ 17 в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ 17 при последующем свободном вращении зубчатого колеса 7 с главным валом 9 и приводимым объектом 10;
- продолжение, возобновление или изменение направления вращения зубчатого колеса 7 с приводимым объектом 10 после установки всех выходных валов 3 поворотом в заданное взаимное угловое положение линий 4а симметрии цилиндрических эксцентриков 4, осуществляемой по сигналам, поступающим от ГБУ 17 в соответствии с алгоритмом, заложенным в его программу и преобразуемым в блоках управления 15.
Приведенный способ работы, связанный с управляемым вводом цилиндрических эксцентриков 4 в зацепление с зубьями 13 колеса 7 и управляемым выводом их из зацепления, позволяет исключить из конструкции следящего электропривода 2 управляемые муфты, а также уменьшить габариты, повысить надежность и КПД МЭМП.
Claims (5)
1. Многодвигательный электромеханический привод, включающий корпус, несколько закрепленных на корпусе следящих электроприводов, каждый из которых имеет редуктор с выходным валом; размещенную в корпусе зубчатую эксцентриково-циклоидальную передачу, имеющую взаимодействующее с цилиндрическими эксцентриками цилиндрическое зубчатое колесо, зубья которого образованы циклоидальной поверхностью, и вал с цилиндрическим эксцентриком, приводимый во вращение следящими электроприводами; установленный в корпусе в подшипниках главный вал, соединенный с приводимым объектом и цилиндрическим зубчатым колесом; датчик углового положения главного вала; блоки управления следящими электроприводами, каждый из которых соединен интерфейсной шиной с датчиком углового положения вала каждого электродвигателя; главный блок управления многодвигательным электромеханическим приводом, соединенный интерфейсной шиной с блоками управления следящими электроприводами и с датчиком углового положения главного вала, отличающийся тем, что выходной вал каждого следящего электропривода является эксцентриковым с одним, имеющим линию симметрии, цилиндрическим эксцентриком и установленным на нем подшипником качения, взаимодействующим с зубьями, образованными циклоидальной поверхностью цилиндрического зубчатого колеса, при этом оси выходных валов размещены на окружности, радиус которой определяется по зависимости:
Re=Rmax-e±rп,
где Re - радиус окружности, на которой размещены оси валов следящих электроприводов, описанной относительно оси главного выходного вала;
Rmax - радиус окружности, на которой расположены вершины зубьев или впадины колеса внешней или внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи, описанной относительно оси главного вала;
e - эксцентриситет цилиндрического эксцентрика;
rп - внешний радиус подшипника качения, установленного на цилиндрическом эксцентрике;
+rп - для внешней эксцентриково-циклоидальной передачи;
-rп - для внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи;
выходной вал каждого следящего электропривода имеет датчик углового положения, соединенный интерфейсной шиной с блоком управления соответствующего следящего электропривода и с главным блоком управления; количество зубьев, образованных циклоидальной поверхностью зубчатого колеса, равно или более семи; количество следящих электроприводов не менее трех.
Re=Rmax-e±rп,
где Re - радиус окружности, на которой размещены оси валов следящих электроприводов, описанной относительно оси главного выходного вала;
Rmax - радиус окружности, на которой расположены вершины зубьев или впадины колеса внешней или внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи, описанной относительно оси главного вала;
e - эксцентриситет цилиндрического эксцентрика;
rп - внешний радиус подшипника качения, установленного на цилиндрическом эксцентрике;
+rп - для внешней эксцентриково-циклоидальной передачи;
-rп - для внутренней эксцентриково-циклоидальной передачи;
выходной вал каждого следящего электропривода имеет датчик углового положения, соединенный интерфейсной шиной с блоком управления соответствующего следящего электропривода и с главным блоком управления; количество зубьев, образованных циклоидальной поверхностью зубчатого колеса, равно или более семи; количество следящих электроприводов не менее трех.
2. Многодвигательный электромеханический привод по п. 1, отличающийся тем, что каждый электродвигатель следящего электропривода является бесколлекторным, постоянного тока, с возбуждением от постоянных магнитов.
3. Многодвигательный электромеханический привод по п. 1, отличающийся тем, что каждый редуктор, соединяющий вал электродвигателя с выходным валом следящего электропривода, является волновым с телами вращения.
4. Многодвигательный электромеханический привод по п. 3, отличающийся тем, что частота вращения ротора каждого электродвигателя находится в интервале 7000…100000 мин-1, а волновой редуктор с телами вращения имеет от одной до трех ступеней.
5. Способ работы многодвигательного электромеханического привода по п. 1, включающий:
- пуск многодвигательного электромеханического привода (МЭМП) по сигналам, подаваемым главным блоком управления (ГБУ) в блоки управления следящих электроприводов в соответствии с алгоритмами, заложенными в программы управления;
- разгон и торможение приводимого объекта с необходимым ускорением по программе, задаваемой ГБУ, и выдаваемым сигналам, преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- отслеживание углового положения главного выходного вала и приводимого объекта по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- остановку всех следящих электроприводов по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- изменение направления вращения главного вала с приводимым объектом по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов,
отличающийся тем, что
- пуск МЭМП при положении цилиндрических эксцентриков в состоянии зацепления с зубчатым колесом осуществляется подачей сигнала от ГБУ на определение углового положения выходных валов следящих электроприводов, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления для вращения выходных валов следящих электроприводов;
- пуск после остановки всех следящих электроприводов при положении цилиндрических эксцентриков в состоянии, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется подачей сигнала от ГБУ на определение углового положения выходных валов электроприводов, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления для установки каждого из выходных валов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии цилиндрических эксцентриков и вращения выходных валов следящих электроприводов;
- разгон и торможение всех следящих электроприводов осуществляются путем регулирования частоты вращения валов электродвигателей при поддержании заданного взаимного углового положения линий симметрии эксцентриков в соответствии с алгоритмом, заложенным в программе ГБУ;
- остановка всех следящих электроприводов при заданном взаимном угловом положении линий симметрии цилиндрических эксцентриков в состоянии их зацепления с зубчатым колесом осуществляется после торможения по сигналу от ГБУ в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ, с последующим удержанием приводимого объекта в зафиксированном положении;
- остановка всех следящих электроприводов в состоянии цилиндрических эксцентриков, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется в момент занятия центрами всех эксцентриков положения на радиальных линиях, соединяющих ось зубчатого колеса с осью каждого вала следящих электроприводов по сигналу от ГБУ в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ при последующем свободном вращении зубчатого колеса с главным выходным валом и приводимым объектом;
- продолжение, возобновление или изменение направления вращения зубчатого колеса с приводимым объектом после установки всех валов следящих электроприводов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии эксцентриков, осуществляемой по сигналам, поступающим от ГБУ в соответствии с алгоритмом, заложенным в его программу и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов.
- пуск многодвигательного электромеханического привода (МЭМП) по сигналам, подаваемым главным блоком управления (ГБУ) в блоки управления следящих электроприводов в соответствии с алгоритмами, заложенными в программы управления;
- разгон и торможение приводимого объекта с необходимым ускорением по программе, задаваемой ГБУ, и выдаваемым сигналам, преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- отслеживание углового положения главного выходного вала и приводимого объекта по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- остановку всех следящих электроприводов по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов;
- изменение направления вращения главного вала с приводимым объектом по сигналам, поступающим от ГБУ и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов,
отличающийся тем, что
- пуск МЭМП при положении цилиндрических эксцентриков в состоянии зацепления с зубчатым колесом осуществляется подачей сигнала от ГБУ на определение углового положения выходных валов следящих электроприводов, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления для вращения выходных валов следящих электроприводов;
- пуск после остановки всех следящих электроприводов при положении цилиндрических эксцентриков в состоянии, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется подачей сигнала от ГБУ на определение углового положения выходных валов электроприводов, последующее формирование и подачу управляющих сигналов на блоки управления для установки каждого из выходных валов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии цилиндрических эксцентриков и вращения выходных валов следящих электроприводов;
- разгон и торможение всех следящих электроприводов осуществляются путем регулирования частоты вращения валов электродвигателей при поддержании заданного взаимного углового положения линий симметрии эксцентриков в соответствии с алгоритмом, заложенным в программе ГБУ;
- остановка всех следящих электроприводов при заданном взаимном угловом положении линий симметрии цилиндрических эксцентриков в состоянии их зацепления с зубчатым колесом осуществляется после торможения по сигналу от ГБУ в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ, с последующим удержанием приводимого объекта в зафиксированном положении;
- остановка всех следящих электроприводов в состоянии цилиндрических эксцентриков, выведенном из зацепления с зубчатым колесом, осуществляется в момент занятия центрами всех эксцентриков положения на радиальных линиях, соединяющих ось зубчатого колеса с осью каждого вала следящих электроприводов по сигналу от ГБУ в соответствии с программой управления, задаваемой алгоритмом, заложенным в программе ГБУ при последующем свободном вращении зубчатого колеса с главным выходным валом и приводимым объектом;
- продолжение, возобновление или изменение направления вращения зубчатого колеса с приводимым объектом после установки всех валов следящих электроприводов поворотом в заданное взаимное угловое положение линий симметрии эксцентриков, осуществляемой по сигналам, поступающим от ГБУ в соответствии с алгоритмом, заложенным в его программу и преобразуемым в блоках управления следящих электроприводов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015115102/07A RU2583843C1 (ru) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | Многодвигательный электромеханический привод и способ его работы |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015115102/07A RU2583843C1 (ru) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | Многодвигательный электромеханический привод и способ его работы |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2583843C1 true RU2583843C1 (ru) | 2016-05-10 |
Family
ID=55960209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015115102/07A RU2583843C1 (ru) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | Многодвигательный электромеханический привод и способ его работы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2583843C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU395956A1 (ru) * | 1971-06-07 | 1973-08-28 | Чел бинский политехнический институт | Вптб |
| RU2109392C1 (ru) * | 1995-07-19 | 1998-04-20 | Александр Иванович Андросов | Силовой электромеханический привод |
| US7038421B2 (en) * | 2003-06-17 | 2006-05-02 | International Business Machines Corporation | Method and system for multiple servo motor control |
| RU2326488C1 (ru) * | 2006-10-24 | 2008-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инт-КЛАСС" | Многодвигательный частотно-регулируемый электропривод |
| RU2452883C2 (ru) * | 2008-11-27 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого | Многофункциональный комплекс электроприводов на базе планетарного циклоидального редуктора - мкэ пцр |
| US20140097859A1 (en) * | 2011-06-14 | 2014-04-10 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Multiaxial motor drive system and multiaxial motor drive device |
-
2015
- 2015-04-22 RU RU2015115102/07A patent/RU2583843C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU395956A1 (ru) * | 1971-06-07 | 1973-08-28 | Чел бинский политехнический институт | Вптб |
| RU2109392C1 (ru) * | 1995-07-19 | 1998-04-20 | Александр Иванович Андросов | Силовой электромеханический привод |
| US7038421B2 (en) * | 2003-06-17 | 2006-05-02 | International Business Machines Corporation | Method and system for multiple servo motor control |
| RU2326488C1 (ru) * | 2006-10-24 | 2008-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инт-КЛАСС" | Многодвигательный частотно-регулируемый электропривод |
| RU2452883C2 (ru) * | 2008-11-27 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого | Многофункциональный комплекс электроприводов на базе планетарного циклоидального редуктора - мкэ пцр |
| US20140097859A1 (en) * | 2011-06-14 | 2014-04-10 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Multiaxial motor drive system and multiaxial motor drive device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1143805C (zh) | 电梯的运行控制装置 | |
| US20120221197A1 (en) | Electric vehicle drive system | |
| US20110175473A1 (en) | Rotating electrical machine apparatus | |
| US20170149303A1 (en) | Digitally controlled motor device with storage | |
| AU2016222256A1 (en) | Constantly variable transmission device | |
| CN102481925A (zh) | 移动装置 | |
| JP2001289149A (ja) | 風力発電装置のヨー旋回駆動装置および風力発電装置のヨー旋回駆動制御方法 | |
| RU2527625C1 (ru) | Гибридный привод | |
| WO2015099592A1 (en) | Method for control of a propulsion system of a vehicle, a propulsion system, a computer program product and a vehicle | |
| CN101982332B (zh) | 一种起动发电机的混合动力系统 | |
| KR20120084737A (ko) | 전기 모터가 구비된 차량 | |
| CN102529677A (zh) | 可变比例动力分流混合动力变速器 | |
| JP2876474B2 (ja) | ハイブリッド車両 | |
| JPH08340663A (ja) | 車両用駆動装置及びその駆動制御方法 | |
| RU2583843C1 (ru) | Многодвигательный электромеханический привод и способ его работы | |
| JP5256351B2 (ja) | 動力装置 | |
| RU2345468C2 (ru) | Электродвигатель с электромеханическим преобразователем передаточного отношения | |
| RU2583535C1 (ru) | Многодвигательный электропривод колеса шасси самолета и способ его работы | |
| RU161744U1 (ru) | Многодвигательный электромеханический привод | |
| CN104295708B (zh) | 电控消隙的齿轮副 | |
| RU168844U1 (ru) | Многодвигательный электромеханический привод | |
| RU2622175C1 (ru) | Электромеханический привод гребного винта судна | |
| CN107989695B (zh) | 电动盘车装置及其控制方法 | |
| CN101363518A (zh) | 一种过零变速装置及其方法 | |
| CN214756012U (zh) | 一种带有辅助起动装置的双转子永磁同步电机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200423 |