專利名稱：多功能節能電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電機，尤其涉及一種多功能節能電機，屬于機電行 業，電機領域。
技術背景伺服電機由于恒扭矩輸出、速度調節精度高、范圍廣，停位準確等特點， 在數控機床行業得到廣泛的應用。但對于需要大功率傳動的設備，由于結構原 因，伺服電機不能做成大功率。現今多數設備電動機減速器與工作機組成一個 整體，電動機減速器與工作機一起啟動、制動時產生較大的過載電流，沖擊電 源，造成很大電能浪費。工作機有多種工作制度，上述傳動組合對一些工作機 不適應，如剪斷機、熱模鍛等沖擊負荷設備，由于電機瞬時不能供給較大能 量，這些設備采用了氣動離合器、制動器和飛輪傳動系統，其成本高，工作時 噪音大，粉塵污染環境。對剪切速度快的飛剪還不能采用。熱連軋鋼板巻板機因電機轉動慣量大，巻取張力控制困難造成板巻質量 差，采用液壓傳動板巻雖然質量好，但設備成本提高十幾倍。發明內容本實用新型為了解決上述現有技術存在的電機轉動慣量大，啟動、制動過 載電流沖擊電源，大型專業機組的速度控制和調節，張力控制，瞬時較大能量 輸出等難題，提供如下解決方案多功能節能電機包括由計算機控制的主電機 (1)、伺服電機(2),主電機(1)通過聯軸器與行星差動器(3)的中心輪(6)連接，伺服電機(2)通過聯軸器與蝸輪蝸桿(4)的蝸桿連接，蝸輪蝸 桿(4)的蝸輪固定在與中心輪(6)傳動連接的行星架(8)上，在行星架(8)上的行星輪與內齒輪(7)傳動連接；主電機(1)以額定轉數旋轉，傳 動中心輪(6)，通過行星架(8)傳動蝸輪蝸桿，蝸桿自鎖或繞蝸輪旋轉方向 不規則轉動，通過伺服電機(2)傳動蝸桿控制蝸輪轉數，由內齒輪(7)輸 出。本實用新型的有益效果針對機組速度及速度同步的控制、位置控制、張 力控制、啟動時過載電流對電源的沖擊、瞬時較大能量的釋放以及低速長期運 轉等技術難題，采用本方案都可得到解決。具體為多功能節能電機的輸出具有主電機的能量和伺服電機的性能。在電子計算 機控制下，通過伺服電機轉數變化控制工作機的啟動、制動、速度調節，因此 它的輸出具有伺服電機的功能，恒扭矩輸出主電機的力矩，速度調節精度高， 范圍廣，停位準確的全部特點。具有自動離合器、制動器功能，飛輪為沖擊負荷設備提供瞬時較大能量 時，不需要中間環節，飛輪的輸出速度可控。大大降低了成本。多功能節能電機具有行星差動器的功能，輸出行星差動器和工作機需求的 有級傳動比和無級傳動比。多功能節能電機和它傳動的工作機分別啟動、制動，減少近十倍的過載電 流對電源的沖擊，爬行啟動力矩大，長期低速運行噪音小。使供電元器件減小 幾個數量級，增加使用壽命，降低了成本，節能可觀。多功能節能電機可以傳動目前使用的各種性能的設備。其成功應用將給電 機、電控系統、機械傳動系統帶來劃時代的變革。
圖1本實用新型的結構示意圖(采用直齒輪行星差動器)。 圖2是圖1中行星差動器的A-A剖視圖(逆時針旋轉90。)。 圖3是本實用新型的結構示意圖(采用傘齒輪行星差動器) 圖4是本實用新型另一種結構示意圖。
具體實施方式
參看圖1 -圖2, —種多功能節能電機，它包括由計算機控制的主電機 1、伺服電機2，主電機1通過聯軸器與行星差動器3的中心輪6連接，伺服電 機2通過聯軸器與蝸輪蝸桿4的蝸桿連接，蝸輪蝸桿4的蝸輪固定在與中心輪 6傳動連接的行星架8上，在行星架8上的行星輪與內齒輪7傳動連接；主電 機1以額定轉數旋轉，傳動中心輪6,通過行星架8傳動蝸輪蝸桿，蝸桿自鎖 或繞蝸輪旋轉方向不規則轉動，通過伺服電機2傳動蝸桿控制蝸輪轉數，由內 齒輪7輸出。所述行星差動器3采用直齒輪。參看圖3，行星差動器3釆用傘齒輪。參看圖4,伺服電機連接蝸輪蝸桿4,蝸輪固定在內齒輪7上，內齒輪7 與行星架8傳動連接，行星架8上的行星輪與中心輪6傳動連接；由主電機l 傳動中心輪6，伺服電機2傳動蝸桿蝸輪，控制內齒輪7的轉數變化，由行星 架8輸出。在傳動沖擊負荷設備時，在所述中心輪6上裝有飛輪5。 工作原理利用蝸輪蝸桿的阻抗作用，工作時主電機1以額定轉數旋轉傳動中心輪 6，并通過行星架8傳動蝸輪蝸桿4,由于蝸輪蝸桿傳動的單向性，蝸輪傳動蝸
桿時，蝸桿自鎖或繞蝸輪傳動方向不規則的旋轉。此時內齒輪7以最高轉數或不^L則的轉數輸出。主電^L的額定力矩Mu在蝸桿上產生的力矩M，M=MHtgX, 當考慮摩擦時k-^。 k是放大系數。其中入是蝸桿的旋轉升角，cpv是當量摩擦角。蝸桿上的力矩比主電機的額定力矩小k倍，這樣蝸輪傳動蝸桿，就 阻抗了主電機的力矩和轉數的通過。伺服電機的疏通控制作用，在蝸輪蝸桿阻 抗作用的保護下，伺服電機傳動蝸桿繞蝸輪的傳動方向旋轉，伺服電機的額定 力矩M一Mi時，在電子計算機的控制下，從零轉數到額定轉數旋轉，控制蝸輪、 的轉數，從而達到控制行星差動器內齒輪輸出轉數及轉數變化的目的。這樣， 多功能節能電機傳動工作機的啟動、制動、調節速度都由伺服電機的轉數變化 來控制。用現有的伺服電機，就可設計出主電機比伺服電機大k倍的多功能節 能電機來。 實施例多功能節能電機不同于目前使用的各種電機，它由主電機、伺服電機、行 星差動器、蝸輪蝸桿組成，用電子計算機控制的機電一體化的新型電機。主電 機1與伺服電機2的傳動比為1,它利用行星差動器3的三個自由度的特性， 主電機l由中心輪6輸入額定轉數，提供所需的能量，利用蝸輪傳動蝸桿的單 向性，在其保護下伺服電機傳動蝸桿繞蝸輪傳動方向，從零轉數到額定轉數之 間調節，控制蝸輪的轉數，內齒輪7則輸出主電機1和伺服電機2混頻后的轉 數。實施時按設計要求選擇標準交流電才幾作為主電4幾1，及選擇標準伺服電機 2和通用計算機。按齒輪標準設計行星差動器3，蝸輪蝸桿4和工作機需要配 備傳動比，電機制造廠、裝備制造廠、專業齒輪加工廠都可以生產。利用蝸輪蝸桿4阻抗了主電機1的力矩和轉數的通過，伺服電機2傳動蝸 桿繞蝸輪傳動方向旋轉，通過計算機控制蝸輪轉數，達到控制內齒輪7輸出轉 數的目的。這樣多功能節能電機的啟動、制動、速度調節完全由伺服電機轉數 變化控制，使它的輸出具有伺服電機的功能，當主電機與伺服電機的轉數相同 時內齒輪轉數為0,它傳動的工作機停止轉動，稱動態制動。這樣多功能節能 電機具有自動離合器、制動器功能。多功能節能電機和它傳動的工作機分別啟動制動，在動態制動狀態下，主 電機和伺服電機從0轉數啟動，加速到額定轉數，啟動工作機時，伺服電機轉 數下降，工作機開始啟動，伺服電機轉數下降的慢，工作機就爬行啟動；伺服 電機轉數下降的快，工作機啟動的就快，制動時則正好相反。這樣就減少了電 才幾工作才幾一起啟動、制動時過載電流對電源的沖擊。多功能節能電機傳動沖擊負荷設備，如剪斷機、熱模鍛等設備，可以去掉 氣動離合器，制動器和氣動系統，消除噪音和粉塵的污染源。傳動飛剪類沖擊 負荷設備，通過飛輪輸出的瞬時較大能量不受剪切速度的限制，做到剪切速度 和鋼材進給速度同步，節電60%,提高生產線效率30%。傳動大型專業機組，速度同步控制變得容易，控制系統小型化，標準化減 少主控室的建筑面積。傳動頻繁正反轉設備和頻繁啟動、制動設備，節電效果 顯著。傳動,板熱連軋鋼板巻板機張力控制效果會更好，代替液壓傳動，去掉 油馬達，高壓油泵站，液壓控制系統，降低成本十幾倍，減少維修費用。傳動 電機車等早機設備，可爬行啟動，啟動力矩大，長期低速運行噪音小。多功能節能電機的應用使長期困擾電氣控制系統的難題，即電機轉動慣量 大，啟動制動過載電流對電源的沖擊，大型專業機組的速度控制和調節，張力
控制，瞬時較大能量輸出，低速長期工作等難題都得到圓滿解決。本實用新型的進一步擴展應用上述原理，由主電機、伺服電機傳動蝸桿和輸出，與行星差動器的三 個主動件中心輪、行星架、內齒輪的不同組合。可以設計出兩種類型六個形式 的多功能節能電機，即低轉數類型三種形式，高轉數類型三種形式。低轉數類型的最高輸出轉數是主電機額定轉數除以行星差動傳動比的商， 高轉數類型最高輸出轉數是主電機額定轉數乘以行星差動傳動比的積。本實用新型的圖1、圖3為兩個低轉數電機的結構示意圖，圖4為第三種 低轉數電機的結構示意圖。高轉數電機可在圖4的基礎上變化主電機、伺服電機傳動蝸桿和輸出，與 中心輪、行星架、內齒輪的連接關系即可。兩種形式的高速電機都由中心輪輸 出， 一種形式是主電機傳動行星架，伺服電機傳動蝸桿控制內齒輪的轉數；另 一種形式是主電機傳動內齒輪，伺服電機傳動蝸桿，控制行星架的轉數變化； 第三種由傘齒輪行星差動器組成，把圖3中的行星架輸出改成伺服電機傳動蝸 桿控制蝸輪轉數。高轉數多功能節能電機用途有待于進一步開發。
權利要求1、多功能節能電機，它包括由計算機控制的主電機(1)、伺服電機(2)，其特征在于主電機(1)通過聯軸器與行星差動器(3)的中心輪(6)連接，伺服電機(2)通過聯軸器與蝸輪蝸桿(4)的蝸桿連接，蝸輪蝸桿(4)的蝸輪固定在與中心輪(6)傳動連接的行星架(8)上，在行星架(8)上的行星輪與內齒輪(7)傳動連接；主電機(1)以額定轉數旋轉，傳動中心輪(6)，通過行星架(8)傳動蝸輪蝸桿，蝸桿自鎖或繞蝸輪旋轉方向不規則轉動，通過伺服電機(2)傳動蝸桿控制蝸輪轉數，由內齒輪(7)輸出。
2、 根據權利要求1所述的多功能節能電機，其特征在于所述行星差動 器(3)采用直齒輪。
3、 根據權利要求1所述的多功能節能電機，其特征在于所述行星差動 器(3)采用傘齒輪。
4、 根據權利要求1所述的多功能節能電機，其特征在于伺服電機連接 的蝸輪蝸桿(4),蝸輪固定在內齒輪(7)上，內齒輪(7)與行星架(8)傳 動連接，行星架(8)上的行星輪與中心輪(6)傳動連接；由主電機(l)傳 動中心輪(6)，伺服電機(2)傳動蝸桿蝸輪，控制內齒輪(7)的轉數變化， 由行星架(8)輸出。
5、 根據權利要求1-4中所述的任意一種多功能節能電機，其特征在于 在傳動沖擊負荷設備時，在所述中心輪(6)上裝有飛輪(5)。
專利摘要多功能節能電機提供了解決現有技術存在的電機轉動慣量大，啟動、制動過載電流沖擊電源，大型專業機組的速度控制和調節，張力控制，瞬時較大能量輸出等難題的解決方案它由主電機、伺服電機、行星差動器、蝸輪蝸桿組成，用電子計算機控制的機電一體化新型電機。主電機以額定轉數旋轉，傳動中心輪，通過行星架傳動蝸輪蝸桿，蝸桿自鎖或繞蝸輪旋轉方向不規則轉動，伺服電機傳動蝸桿控制蝸輪轉數，由內齒輪輸出。有益效果其輸出具有主電機的能量和伺服電機速度調節精度高，范圍廣，停位準確的特點；該電機和它傳動的工作機分別啟動、制動時，減少近十倍過載電流對電源的沖擊，傳動沖擊負荷設備時飛輪為工作機輸出瞬時較大能量，不需中間環節，不受速度限制。使供電元器件減小，使用壽命長，成本降低，節能可觀。能傳動各種設備。
文檔編號F16H1/30GK201215161SQ20082001323
公開日2009年4月1日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者郭延明 申請人:郭延明