用于驅動設備的變速驅動系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于驅動設備的變速驅動系統，它包括固定速度原動機、差速器以及變速原動機。差速器包括動力輸出部件、第一輸入部件和第二輸入部件。動力輸出部件耦合到驅動設備。第一輸入部件耦合到固定速度原動機，并且設置成與動力輸出部件轉動接合。第二輸入部件設置成與第一輸入部件和動力輸出部件轉動接合。變速原動機耦合到第二輸入部件。變速原動機配置為通過調節第二輸入部件的速度來調節動力輸出部件的轉度。本實用新型的變速驅動器系統可以避免現有系統的易磨損零件或部件在維護、修理和/或更換上所產生的工時和成本。并且與由變速驅動器系統運行驅動設備相關聯的經濟效益可以增加。
【專利說明】用于驅動設備的變速驅動系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于驅動設備的驅動系統，尤其涉及一種用于驅動設備的變速驅動系統。
【背景技術】
[0002]許多應用可在馬達上采用大的可變頻率驅動來改變驅動設備(例如泵、壓縮機或其他類型的驅動設備)的轉速。驅動設備的轉速的變化范圍可基于特定應用的速度需要。然而，變頻驅動通常是昂貴的，并且當對于較大應用以較大尺寸或容量實現時變得成本高。
[0003]在一些情況下，用于改變驅動設備的轉速的傳統上已知的系統可包括其中具有變矩器和/或離合器的流體動力傳動裝置。例如，美國專利N0.4，726，255 (以下稱為’ 255專利)涉及一種動力傳動裝置系統，其通常在較低速范圍內以及如果需要在高速范圍內驅動變速處理機器。
[0004]’ 255專利公開了相互同軸地設置的如下元件:通過流體動力可調節地耦合到中間軸的方式連接的輸入軸，以使可調節的流體動力變矩器的葉輪泵轉動。其渦輪機輪隨可破壞超越軸轉動。所述中間體軸和超越軸通過差動齒輪連接到輸出軸。
【發明內容】
[0005]本實用新型提供了一種用于驅動設備的變速驅動系統，它可以解決現有技術存在的一個和/或多個技術問題。
[0006]本實用新型提供了一種用于驅動設備的變速驅動系統。一方面，所述變速驅動系統包括固定速度原動機、差速器以及變速原動機。差速器包括動力輸出部件、第一輸入部件和第二輸入部件。動力輸出部件耦合到驅動設備。第一輸入部件耦合到固定速度原動機，并且設置成與動力輸出部件轉動接合。第二輸入部件設置成與第一輸入部件和動力輸出部件轉動接合。變速原動機耦合到第二輸入部件。變速原動機配置為通過調節第二輸入部件的速度來調節動力輸出部件的轉度。
[0007]所述固定速度原動機和所述變速原動機是發動機和馬達中的一個。
[0008]另一方面，本實用新型公開了一種用于壓縮機的變速電驅動系統。所述變速電驅動系統包括第一馬達、差速器以及第二馬達。差速器包括輸出齒輪、第一輸入齒輪和第二輸入齒輪組件。輸出齒輪I禹合到壓縮機。第一輸入齒輪I禹合到第一馬達并且設置成與輸出齒輪轉動接合。第二輸入齒輪組件設置成與第一輸入齒輪和輸出齒輪轉動接合。第二馬達耦合到第二輸入齒輪組件。第二馬達配置為通過調節第二輸入齒輪組件的速度來調節輸出齒輪的轉速。
[0009]所述第一馬達是固定速度同步馬達。
[0010]還包括耦合到所述第二馬達的可變頻率驅動器，所述變頻驅動器配置為改變所述第二馬達的速度。
[0011]所述第二馬達配置為雙向轉動。
[0012]所述第二馬達配置為沿所述第一馬達的轉動方向轉動，以增加所述輸出齒輪的轉速。
[0013]所述第二馬達配置為沿與所述第一馬達的轉動方向相反的方向轉動，以減小所述輸出齒輪的轉速。
[0014]所述第二馬達配置為將所述輸出齒輪的速度調節在由所述固定速度原動機預定的速度的±30%的范圍內。
[0015]所述第二輸入齒輪組件是包括兩個或更多個行星齒輪的周轉行星齒輪組，所述兩個或更多個行星齒輪設置成與所述第一輸入齒輪和所述輸出齒輪相嚙合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]通過以下說明書和附圖，本實用新型的其它特征和方面將顯而易見。
[0017]圖1是根據本實用新型的一實施例的示例性變速驅動系統的示意圖；
[0018]圖2是配置為驅動示例性壓縮機的示例性變速電驅動系統的圖解視圖；
[0019]圖3-圖4是變速電驅動系統在不同操作模式下的圖解視圖；和
[0020]圖5是一種調節驅動設備轉速的方法。
【具體實施方式】
[0021]本實用新型涉及一種用于驅動設備的變速驅動系統。圖1示出了變速驅動器系統100的示意圖，在其中可以實現公開的實施例。變速驅動器系統100包括固定速度原動機102。在一實施例中，固定速度原動機102可以是馬達。在另一實施例中，固定速度原動機102可以是發動機,例如,往復式發動機或諸如轉子發動機的旋轉式發動機。
[0022]變速驅動器系統100還包括變速原動機104。在一實施例中，變速原動機104可以是電動馬達。在另一實施例中，變速原動機104可以是發動機，例如，往復式馬達或諸如燃氣渦輪發動機的旋轉式發動機。變速原動機104的尺寸和額定動力輸出功率可以小于固定速度原動機102的尺寸和額定動力輸出功率。
[0023]變速驅動系統100還包括差速器106。差速器106包括第一輸入部件108和第二輸入部件110,第二輸入部件110設置成與第一輸入部件108轉動接合。盡管差速器106被公開為包括第一輸入部件108和第二輸入部件110，但應當注意的是第一輸入部件108和第二輸入部件110本質上僅僅是示例性的，因此并不限制本實用新型。差速器106可包括任何數量和類型的部件，諸如輸入部件、輸出部件、或者其中的取決于差速器和變速驅動器系統100中所使用的多個原動機的類型的空轉部件。
[0024]固定速度原動機102耦合到差速器106的第一輸入部件108。變速原動機104耦合到差速器106的第二輸入部件110。差速器106還包括動力輸出部件112,它與第一輸入部件108和第二輸入部件110轉動接合。動力輸出部件112耦合到驅動設備114。
[0025]第一輸入部件108和第二輸入部件110可相對于彼此轉動。第一輸入部件108和第二輸入部件110可配置為分別基于固定速度原動機102和變速原動機104的各個速度而轉動。動力輸出部件112可以配置為以基于固定速度原動機102和變速原動機104的相對速度以及轉動方向而轉動。
[0026]變速原動機的轉速104配置為通過調節第二輸入部件110的速度來調節動力輸出部件112的轉速。固定速度原動機102轉動第一輸入部件108，該第一輸入部件108隨后以由固定速度原動機102預定的速度驅動動力輸出部件112。此后，通過變速原動機104轉動第二輸入部件110可以調節由固定速度原動機102為動力輸出部件112預定的速度。
[0027]在一實施例中，變速原動機104可以配置為將動力輸出部件112的轉速調節在由固定速度原動機102預定的速度的±30%的范圍內。
[0028]在一實施例中，差速器106可具體實現為簡單的行星齒輪組。在另一實施例中，差速器106可實現為復合的行星齒輪組。在示例性實施例中，當在差速器106中需要相當低的傳動比(gear rat1)時,可以使用復合行星齒輪組，以實現對動力輸出部件112的轉速的窄范圍的調節。
[0029]在一個實例中，固定速度原動機102為動力輸出部件112預定的速度可以是1800rpm，并且對動力輸出部件112的速度可需要相當窄的范圍的調節，例如±10%。完成所述窄范圍的調節(即±10%)的方法可以是使用在此公開的復合的行星齒輪組作為差速器106。另外，變速原動機104可以這樣選擇，使變速原動機104與差速器106 —起實現對動力輸出部件112的速度±10%的調節。因此，應該注意的是，差速器106的類型以及變速原動機104的尺寸和額定動力功率可以基于應用的特定需要以及其中所需的調節而改變。因此，變速驅動器系統100的實現的范圍不僅限于在此公開的具體實施例，還可以擴展至包括本領域已知的其它類型的差速器。
[0030]在如圖2所示的一實施例中，變速驅動器系統100具體可以是變速電驅動系統200。固定速度原動機102具體可以是第一馬達202。變速原動機104具體可以是第二馬達204。第一輸入部件108具體可以是第一輸入齒輪206。第二輸入部件110具體可以是第二輸入齒輪組件208。差速器106的動力輸出部件112具體可以是設置成與第一輸入齒輪206與第二輸入齒輪組件208轉動接合的輸出齒輪210。第二輸入齒輪組件208可以是周轉行星齒輪組，所述周轉行星齒輪組包括兩個或更多個分別設置成與第一輸入齒輪206和輸出齒輪210相嚙合的行星齒輪212、214。
[0031]如圖2所示，驅動設備114具體可以是壓縮機216。壓縮機216耦合到輸出齒輪210。然而，在其它實施例中，任何類型的驅動設備都可以耦合到輸出齒輪210。驅動設備114可以是但不限于泵、鼓風機、風扇或任何其它類型的本領域通常已知的驅動設備。
[0032]第一馬達202可以是供應有預定頻率，例如，60赫茲(Hz)的交流(AC)的固定速度同步馬達。第一馬達202可以以對應于預定頻率的速度轉動。變速電驅動系統200還可包括可變頻率驅動218，它耦合到第二馬達204。變頻驅動218可以供應有具有預定頻率的AC。變頻驅動218可以配置為調節預定頻率，使得將交流AC的調節頻率輸入到第二馬達204。因此，變頻驅動218可配置為改變第二馬達204的速度。
[0033]如圖3-圖4所示，第一馬達202可以配置為單向轉動，例如，沿順時針方向302。第二馬達204可以配置為雙向轉動，例如，沿如圖3所示的順時針方向304，或沿如圖4所示的逆時針方向402。
[0034]參照圖3，第二馬達204可以配置為沿第一馬達202的轉動方向轉動，以便增加輸出齒輪210的轉速。參照圖4，第二馬達204可配置為沿第一馬達202的轉動方向相反的方向而轉動，以便減小輸出齒輪210的轉速。輸出齒輪210和壓縮機216的轉動可以分別地獨立于第一馬達202和第二馬達204的各個方向302、304或402。因此，輸出齒輪210和壓縮機216的轉動可以是單向的，例如，沿圖3-圖4所示的順時針方向306。此外，第二馬達204的速度可以通過變頻驅動218進行調節。行星齒輪214可以以基于第一輸入齒輪206與行星齒輪212的相對速度和轉動方向的速度轉動，并從而調節壓縮機216的轉速。
[0035]第二馬達204可以配置為將輸出齒輪210的轉速調節在由固定速度原動機102預定的速度的±30%的范圍內。在一實施例中，壓縮機216的轉速可以增加由固定速度原動機102預定的速度的30%。在另一實施例中，壓縮機216的轉速可以減小由固定速度原動機102預定的速度的30%。盡管在本文公開了可以將壓縮機216的轉速調節在由固定速度原動機102預定的速度的±30%的范圍內，但是可以由基于應用的特定需要的任何均勻或不均勻范圍來限定壓縮機216的轉速的調節，例如，+10%和-20%、或±20%。此外，本領域的普通技術人員可確認壓縮機216轉速的調節可以取決于相對于第一馬達202的尺寸和額定動力功率的第二馬達204的尺寸和額定動力功率。
[0036]工業實用性
[0037]圖5示出了一種調節驅動設備114轉速的方法500。在步驟502，方法500包括以由固定速度原動機102預定的速度來驅動差速器106的第一輸入部件108。在步驟504，方法500進一步包括以由所驅動的第一輸入部件108預定的速度來轉動差速器106的動力輸出部件112。
[0038]在步驟506，方法500進一步包括通過變速原動機104驅動設置成與第一輸入部件108和動力輸出部件112轉動接合的第二輸入部件110，使得對由所驅動的第一輸入部件108預定的動力輸出部件112的速度進行調節。在一實施方式中，驅動第二輸入部件110包括沿固定速度原動機102的轉動方向來轉動第二輸入部件110，以增加動力輸出部件112的速度。在另一個實施例中，驅動第二輸入部件110包括沿固定速度原動機102的轉動方向相反的方向來轉動第二輸入部件110,以降低動力輸出部件112的速度。
[0039]在一實施例中，方法500進一步包括通過第二輸入部件110將動力輸出部件112的轉速調節在由固定速度原動機102預定的速度的±30%的范圍內。雖然本實用新型公開了將動力輸出部件112的速度調節在由固定速度原動機102預定的速度的±30%的范圍內，但是值得注意的是，根據特定的應用需要以及與應用相關聯的驅動設備114的操作參數，本領域普通技術人員可以考慮設想其它范圍。
[0040]許多應用通常需要在該應用中所使用的驅動設備轉速上的變化。該驅動設備轉速上的變化可導致驅動設備的最終結果，例如，流速、位移、速度、動力幅值上的變化。本實用新型的變速驅動系統100可用來實現驅動設備114的最終結果的上述變化。在本實用新型的一示例性實施例中，變速電驅動系統200可配置為改變壓縮機216內的壓縮比。
[0041]已知的實現驅動設備的轉速上變化的常規系統典型地包括具有變矩器和/或離合器的流體動力傳動裝置。然而，這些變矩器和離合器在運行過程中容易磨損，因此具有在延長的時間段效率損失的特征。此外，對于需要速度輸出的調節的應用，常規系統的變矩器可能必須被重新設計或修改，以符合應用的動力和速度要求。對此類組件的重新設計或改變可以是昂貴的并且產生成本。
[0042]本實用新型的變速驅動器系統100可以避免在運行過程中使用容易磨損的零件或部件。變速驅動系統100可以是堅固的結構，以在較長的時間段內承受運行條件。此外，可以避免先前的常規系統的易磨損零件或部件在維護、修理和/或更換上所產生的工時和成本。因此，與由變速驅動器系統100運行驅動設備114相關聯的經濟效益可以增加。
[0043]此外，一些常規系統在馬達上采用大的變頻驅動，以改變驅動設備的轉速。然而，變頻驅動通常是昂貴的，并從而使得在對于較大應用以較大尺寸或容量來實現時，變得成本聞。
[0044]本實用新型的變速驅動器系統100采用固定速度原動機102和變速原動機104。在需要來自原動機的大的動力輸出的大的應用的情況下，固定速度原動機102可以制造成大的尺寸和額定動力功率，以驅動驅動設備114，同時變速原動機104可以制造成小的，以實現驅動設備114速度上所需要的變化。因此，相比于采用單一的大的變頻驅動，采用本實用新型的變速驅動系統100可以使成本降低。
[0045]此外，靈活地使用現成的小尺寸的馬達以及形成變速原動機104可以避免先前在修改或重新設計變矩器上所產生的工時和費用。此外，可以減輕與采用大的變頻驅動或大的變速原動機相關聯的成本。
[0046]雖然參照上面的實施例已經詳細地說明和描述了本公開內容的各方面，但將理解，在不背離所公開內容的精神和范圍的情況下，通過的修改所公開的機器、系統和方法可以構想出各種其它的實施例。這些實施例應當被理解為落在基于權利要求書及其任何等同物所確定的本實用新型的范圍內。
【權利要求】
1.一種用于驅動設備的變速驅動系統，其特征在于，所述系統包括: 第一馬達； 差速器，其包括: 輸出齒輪，它耦合到所述驅動設備； 第一輸入齒輪，它耦合到所述第一馬達并且設置成與所述輸出齒輪轉動接合；和 第二輸入齒輪組件，它設置成與所述第一輸入齒輪和所述輸出齒輪轉動接合；以及 第二馬達，其耦合到所述第二輸入齒輪組件，所述第二馬達配置為通過調節所述第二輸入齒輪組件的速度來調節所述輸出齒輪的轉速。
2.如權利要求1所述的驅動設備的變速驅動系統，其特征在于，所述第一馬達是固定速度同步馬達。
3.如權利要求1所述的驅動設備的變速驅動系統，其特征在于，還包括耦合到所述第二馬達的變頻驅動器，所述變頻驅動器配置為改變所述第二馬達的速度。
4.如權利要求1所述的驅動設備的變速驅動系統，其特征在于，所述第二馬達配置為雙向轉動。
5.如權利要求1所述的驅動設備的變速驅動系統，其特征在于，所述第二馬達配置為沿所述第一馬達的轉動方向轉動，以增加所述輸出齒輪的轉速。
6.如權利要求1所述的驅動設備的變速驅動系統，其特征在于，所述第二馬達配置為沿與所述第一馬達的轉動方向相反的方向轉動，以減小所述輸出齒輪的轉速。
7.如權利要求1所述的驅動設備的變速驅動系統，其特征在于，所述第二馬達配置為將所述輸出齒輪的速度調節在由固定速度原動機預定的速度的±30%的范圍內。
8.如權利要求1所述的驅動設備的變速驅動系統，其特征在于，所述第二輸入齒輪組件是包括兩個或更多個行星齒輪的周轉行星齒輪組，所述兩個或更多個行星齒輪設置成分別與所述第一輸入齒輪和所述輸出齒輪相哨合。
9.一種用于驅動設備的變速驅動系統，其特征在于，所述系統包括: 固定速度原動機； 差速器，其包括: 動力輸出部件，它耦合到所述驅動設備； 第一輸入部件，它耦合到所述固定速度原動機并且設置成與所述動力輸出部件轉動接合；和 第二輸入部件，它設置成與所述第一輸入部件和所述動力輸出部件轉動接合；以及 變速原動機，其耦合到所述第二輸入部件，所述變速原動機配置為通過調節所述第二輸入部件的速度來調節所述動力輸出部件的轉速。
10.如權利權利要求9所述的驅動設備的變速驅動系統，其特征在于，所述固定速度原動機和所述變速原動機是發動機和馬達中的一個。
【文檔編號】F16H3/44GK203939938SQ201420372791
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2013年7月12日
【發明者】R·C·懷特 申請人:索拉透平公司