基于穩(wěn)定雙速對轉(zhuǎn)差速原理的低速增穩(wěn)動力轉(zhuǎn)換平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種動力源轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換(提速或降速或恒速)裝置，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)低速、極低速、超低速輸出的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，實現(xiàn)動力源的低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩輸出要嚴(yán)重依賴安裝了減速裝置的傳動設(shè)備。通過蝸桿、齒輪箱等減速機(jī)構(gòu)把電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或其它高速運轉(zhuǎn)的動力通過減速機(jī)的輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的。常見的減速機(jī)就是一種動力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將馬達(dá)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。但傳統(tǒng)的異步電動機(jī)-多級減速機(jī)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)動慣量大、噪聲大、潤滑油滲漏污染、維護(hù)頻繁整體效率低下等缺點，已不能滿足目前發(fā)展的需要。
[0003]而公認(rèn)的可替代技術(shù)就是PMSM低速大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動系統(tǒng)。早在公元2000年，safo等人就提出了一種低速大轉(zhuǎn)矩內(nèi)嵌式磁極結(jié)構(gòu)的永磁同步電動機(jī)(PMSM)，并對不同轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)利用計算和仿真的方法進(jìn)行了研究[I]。提出低速大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動技術(shù)的關(guān)鍵是如何消除低頻轉(zhuǎn)矩脈動影響的問題，從而引起了諸多從事該領(lǐng)域研究和制造者的關(guān)注。國內(nèi)，2001年，張炳義等人對SPffM電源供電下永磁同步電動機(jī)的設(shè)計問題進(jìn)行了研究[2]。針對電梯曳引機(jī)應(yīng)用，其額定轉(zhuǎn)速為150rpm，提出了消除PMSM低頻轉(zhuǎn)矩脈動的關(guān)鍵是使其內(nèi)電勢波形正弦化。通過對影響內(nèi)電勢波形主要因素的分析和優(yōu)化，給出了具體的設(shè)計方法。文獻(xiàn)
[3]在2008年仍然在研究永磁同步電機(jī)在低速時產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈動的原因，其采用直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。文獻(xiàn)[4]于2010年還在分析低速傳動中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的原因，并探討采用分?jǐn)?shù)槽繞組、合理設(shè)計極弧系數(shù)以及斜槽等新型電機(jī)設(shè)計以削弱轉(zhuǎn)矩脈動方法的有效性。文獻(xiàn)[5]針對港口起重機(jī)低速提升負(fù)載的需求，利用有限元分析軟件對額定轉(zhuǎn)速22 rpm，額定功率130 kW，額定工作電壓380V的調(diào)速永磁同步電機(jī)設(shè)計方案進(jìn)行了理論研究。文獻(xiàn)[6]根據(jù)永磁電機(jī)與永磁齒輪的結(jié)構(gòu)及其工作原理提出并設(shè)計了兩種不同結(jié)構(gòu)復(fù)合電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即內(nèi)嵌式雙側(cè)輸出復(fù)合電機(jī)與串聯(lián)式雙側(cè)輸出復(fù)合電機(jī)，以期望實現(xiàn)動力源的低速大轉(zhuǎn)矩輸出。
[0004]事實上，常見工業(yè)機(jī)械如攪拌機(jī)、球磨機(jī)、破碎機(jī)等的額定轉(zhuǎn)速為10~60rpm，甚至更低。計算表明，在減速機(jī)的輔助下，要保證距離為5000米的目標(biāo)無人飛行器UAV的雷達(dá)跟蹤精度，轉(zhuǎn)臺電機(jī)的轉(zhuǎn)速需控制在每分鐘3轉(zhuǎn)以下。因此，現(xiàn)有從上述文獻(xiàn)可以看出，截止目前，低速大轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)研究還有很大空間，特別是超低速的時候。如何消除低頻轉(zhuǎn)矩和低轉(zhuǎn)速脈動影響仍還是一個難題。使用PMSM低速大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動系統(tǒng)大都停留在旨在使其內(nèi)電勢波形正弦化的改進(jìn)上，包括控制方法和電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，而這方面研究又以理論研究和計算機(jī)仿真為主。
[0005]文獻(xiàn):
[I] safo J; Heikkila T; Pyrhdnen J.New low-speed hightorque permanentmagnet synchronous machine with buried magnets Proceedings of ICEM’ 2000.P:1246-1250
[2]張炳義，馮桂宏，王風(fēng)翔等.SPffM電源供電下低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)設(shè)計研究[J].電工技術(shù)學(xué)報，2001，16(6): 85-90
[3]陳永軍.低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究[D].博士學(xué)位論文:華中科技大學(xué)，2008.[4]王帥.抽油機(jī)直驅(qū)用低速大轉(zhuǎn)矩永磁電機(jī)及其控制系統(tǒng)研究[D].碩士學(xué)位論文:沈陽工業(yè)大學(xué)，2010.[5]楊萌.起重用低速大扭矩永磁同步電動機(jī)研究與設(shè)計[D].碩士學(xué)位論文:華中科技大學(xué)，2013.[6]劉聞博.雙側(cè)輸出低速大轉(zhuǎn)矩復(fù)合電機(jī)的設(shè)計與仿真[D].碩士學(xué)位論文:哈爾濱理工大學(xué)，2015。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的..為了克服電動機(jī)直接驅(qū)動系統(tǒng)在低頻轉(zhuǎn)矩和低轉(zhuǎn)速時脈動的缺點，本發(fā)明提出一種低速增穩(wěn)轉(zhuǎn)臺。該平臺能夠輸出穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩和輸出穩(wěn)定的低速(〈10rpm)、極低速(<20rpm)、甚至超低速(〈1rpm)，特別適合于輕載應(yīng)用場合。
[0007]技術(shù)方案..本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
以一個旋轉(zhuǎn)平臺A為基礎(chǔ)，在之上再建立另外另外一個旋轉(zhuǎn)平臺B，借兩個平臺的轉(zhuǎn)差實現(xiàn)第三個速度輸出:設(shè)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)A構(gòu)成旋轉(zhuǎn)平臺A，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)B構(gòu)成旋轉(zhuǎn)平臺B ;在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)A的電機(jī)A的輸出軸上安裝電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)B ;電機(jī)B安裝時，其輸出軸可以相對于電機(jī)A的輸出軸為任意夾角；數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)A和供電系統(tǒng)A分別與電機(jī)A相連接，數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)B和供電系統(tǒng)B分別與電機(jī)B相連接；電機(jī)B的輸出軸即為本動力源轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換(提速或降速或恒速)裝置的輸出。當(dāng)電機(jī)A、B同向旋轉(zhuǎn)時可產(chǎn)生轉(zhuǎn)速A+轉(zhuǎn)速B的轉(zhuǎn)速；當(dāng)電機(jī)A、B反向旋轉(zhuǎn)時可產(chǎn)生轉(zhuǎn)速A-轉(zhuǎn)速B的轉(zhuǎn)速；當(dāng)轉(zhuǎn)速A=轉(zhuǎn)速B且反向時，理論上可以產(chǎn)生零轉(zhuǎn)速。
[0008]發(fā)明的優(yōu)點、特點或積極效果..本發(fā)明的有益效果是，可以在得到穩(wěn)定輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的同時實現(xiàn)對原動力源的提速、降速、恒速傳動，解決低速、極低速、甚至超低速輸出脈動問題。還由于省去了變速箱結(jié)構(gòu)，大大減小了系統(tǒng)體積，具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，便于安裝；靜音；控制方便；維護(hù)方便等優(yōu)點。
[0009]對附圖的說明..下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1.電機(jī)A，2.電機(jī)軸夾具，3.底部固定轉(zhuǎn)盤，4.螺母，5.支柱，6.電機(jī)B，7.頂部固定轉(zhuǎn)盤，8.電機(jī)固定螺絲。圖2是基于本發(fā)明原理的其中一種實現(xiàn)示例樣機(jī)。
[0010]實施例或者具體的實施方式..圖1中如I所示電機(jī)A安裝在穩(wěn)定的底座上；其輸出軸上使用槳夾(如2和4所示)固定如3所示的底部固定轉(zhuǎn)盤；如6所示的電機(jī)B使用如8所示的螺絲固定在如7所示的頂部固定轉(zhuǎn)盤上，其軸通過頂部固定轉(zhuǎn)盤上的穿孔連接到最終輸出；如3所示的底部固定轉(zhuǎn)盤和如7所示的頂部固定轉(zhuǎn)盤通過如5所示的支柱固定在一起，理想的部件3、5和7應(yīng)具有合適的強度。這樣，當(dāng)電機(jī)A旋轉(zhuǎn)時，電機(jī)B會隨著如3、5和7所共同構(gòu)成的支架與電機(jī)A同速旋轉(zhuǎn)。而電機(jī)B的輸出軸不受任何影響，可以根據(jù)需要自由旋轉(zhuǎn)。應(yīng)用于雷達(dá)跟蹤機(jī)構(gòu)時，如圖2所示。圖2中通信和控制系統(tǒng)A，供電系統(tǒng)A與電機(jī)A相連；通信和控制系統(tǒng)B，供電系統(tǒng)B與電機(jī)B相連，且放置于底部固定轉(zhuǎn)盤上；電機(jī)B的輸出軸穿過頂部固定轉(zhuǎn)盤上的穿孔引出；為了看清整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動情況，使用槳夾在電機(jī)B的輸出軸上固定一個用于放置激光筆的平臺，通過激光筆指示可以清楚、直觀的看到系統(tǒng)轉(zhuǎn)動情況。為了實現(xiàn)大功率輸出，電機(jī)B的供電可以采用電刷，與電機(jī)B的通信可以改進(jìn)為無線通信。根據(jù)實際系統(tǒng)的需要，可以改變電機(jī)A和電機(jī)B的軸向夾角。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)低速、極低速、超低速時轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定輸出。在如圖2所示的簡單實驗裝置下可以實現(xiàn)0.1rpm0
【主權(quán)項】
1.一種動力源轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換(提速或降速或恒速)裝置，利用兩臺電機(jī)轉(zhuǎn)動時(停止認(rèn)為速度為零)產(chǎn)生疊加轉(zhuǎn)速的原理，得到另外第三個轉(zhuǎn)速輸出，實現(xiàn)對原動力源的變換輸出，其特征是:以一個旋轉(zhuǎn)平臺為基礎(chǔ)，在之上再建立另外一個旋轉(zhuǎn)平臺。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力源轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)A的電機(jī)A的輸出軸上安裝另外一個電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)B，數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)A和供電系統(tǒng)A分別與電機(jī)A相連接，電機(jī)A的輸出軸上安裝有電機(jī)B，數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)B和供電系統(tǒng)B分別與電機(jī)B相連接，電機(jī)B的輸出軸即為本動力源轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換(提速或降速或恒速)裝置的輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動力源轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換裝置，其特征是:電機(jī)B的輸出軸以相對于電機(jī)A的輸出軸的任意夾角安裝在電機(jī)的輸出軸上。
【專利摘要】一種動力源轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換（提速或降速或恒速）裝置，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)低速、極低速、超低速時轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定輸出。從而實現(xiàn)不需要減速機(jī)的低速輕載電機(jī)直接驅(qū)動系統(tǒng)。其主要技術(shù)特征是以一個旋轉(zhuǎn)平臺為基礎(chǔ)，在之上再建立另外一個旋轉(zhuǎn)平臺，將轉(zhuǎn)速差作為輸出?？梢詮V泛使用于需要將電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)換以匹配額定輸出的輕負(fù)載工程機(jī)械中，尤其適用于慢速跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。
【IPC分類】H02K7/10
【公開號】CN105162281
【申請?zhí)枴緾N201510636807
【發(fā)明人】曹文倫, 陳蓓, 賀昱曜, 陳金平, 劉海龍
【申請人】曹文倫, 陳蓓
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月2日