專利名稱：混合電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機制造領(lǐng)域，特別是一種利用不同性質(zhì)的電動機作為共同驅(qū)動力的 混合電機。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)如柔性自動生產(chǎn)線、包裝、食品、紡織、沖壓、塑性成形等眾多自動化 機械需要可實現(xiàn)無極調(diào)速的驅(qū)動機構(gòu)，這類無極調(diào)速驅(qū)動機構(gòu)在使用中通常往往僅需要達 到有限范圍的無極調(diào)速即可，但目前通用的技術(shù)解決方案是采用矢量調(diào)速電機來達到這一 目的，通常用技術(shù)解決方案主要存在如下問題1.矢量調(diào)速電機價格高昂；2.輸出轉(zhuǎn)矩脈動值高，運行平穩(wěn)性不高；3.電機功率大、能耗高、使用成本高；4.電機體積大，安裝存在一定困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決傳統(tǒng)有限范圍內(nèi)無極調(diào)速技術(shù)解決方案中存在的價格高昂、輸出 轉(zhuǎn)矩脈動值高、功率大、能耗高、使用成本高、調(diào)速電機體積大，安裝存在一定困難等技術(shù)問 題，以提供一種采用一體化設(shè)計、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小易安裝、運行平穩(wěn)、能精確實現(xiàn)預(yù)定的速 度和扭矩需要、低功耗、價格低廉的有限范圍內(nèi)無極調(diào)速的混合電機。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的混合電機，包括交流電機、可控電機，其中交流電機主軸(1)穿過可控電 機空芯轉(zhuǎn)子(7)的中空腔與行星齒輪的太陽輪(10)嵌套連接，可控電機空芯轉(zhuǎn)子(7)的尾 部與行星齒輪齒圈(13)相齒合。前述的混合電機，其中可控電機為空芯轉(zhuǎn)子同步電機。前述的混合電機，其中可控電機為空芯轉(zhuǎn)子步進電機。前述的混合電機，其中可控電機為永磁空芯轉(zhuǎn)子同步電機。前述的混合電機，其中可控電機為變磁阻空芯轉(zhuǎn)子電機。前述的混合電機，其中可控電機為電磁調(diào)速空芯轉(zhuǎn)子電機。本發(fā)明的作用原理采用五桿二自由度行星齒輪作為二自由度閉鏈機構(gòu)，交流電 機驅(qū)動行星齒輪的太陽輪10，可控電機驅(qū)動行星齒輪齒圈13，行星架12作為輸出，交流電 機輸出軸與可控電機輸出軸嵌套裝配，使交流電機、可控電機、行星齒輪集成為一體，并配 置速度傳感器、可編程控制器PLC構(gòu)成機電一體化的混合電機，它有兩個輸入端，一個輸出 端。本混合電機采用速度傳感器一一光電編碼器16 ——可控電機一一微處理器 DSP ――逆變器構(gòu)成控制回路，實現(xiàn)對混合電機的整體控制。參見附圖2，其中a代表交流電機，b代表可控電機，c代表輸出。
參見附圖3，其中ABC粗實線代表混合電機軌跡圖，B點表示可控電機轉(zhuǎn)速為零時， 混合電機的輸出Vig= V胃/K(V胃為混合電機輸出轉(zhuǎn)速，V胃交流電機輸出轉(zhuǎn)速，K為行星齒輪 特征常數(shù)，K的取值范圍為0 5. 8)。在軌跡圖的A點，混合電機輸出為零，可控電機必須 反轉(zhuǎn)。在軌跡圖的C點，可控電機轉(zhuǎn)速等于交流電機轉(zhuǎn)速時，混合電機的轉(zhuǎn)速等于交流電機 的轉(zhuǎn)速?；旌想姍C中可控電機的功率計算調(diào)速范圍為整個范圍的一段，即調(diào)速范圍為整個范圍的幾分之一或十幾分之一， 這和機械液壓雙流傳動系統(tǒng)中，液壓功率參數(shù)計算一致，從運動學觀點看兩者完全一樣，因 此可借用機械液壓雙流傳動無極調(diào)速，液壓功率參數(shù)計算及1/2N-1，用于確定可控電機功率。
如調(diào)速為700轉(zhuǎn)/分 500轉(zhuǎn)/分，交流電機轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500轉(zhuǎn)/分，則計算如 下1. 700 轉(zhuǎn) / 分-500 轉(zhuǎn) / 分=200 轉(zhuǎn) / 分2. 1500 轉(zhuǎn) / 分 +200 轉(zhuǎn) / 分=7. 53. N =7. 5，取整為 74.可控電機功率=交流電機功率+可控電機功率/2X7-1 =總功率X 1/13本混合電機屬于機構(gòu)調(diào)速，行星齒輪對于輸出轉(zhuǎn)矩有脈動有校正作用，混合電機 的輸出轉(zhuǎn)矩脈動值僅為矢量調(diào)速電機的1/10 1/20，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，運行穩(wěn)定性較后者大大提
尚ο由于混合電機配套使用的逆變器功率僅需矢量調(diào)速電機所使用逆變器的5% 10%，價格僅為后者的10% 20%，因此使用混合電機所構(gòu)成的有限范圍內(nèi)無極調(diào)速驅(qū)動 機構(gòu)的總造價僅為使用矢量調(diào)速電機的驅(qū)動機構(gòu)的造價的50% 60%。本發(fā)明混合電機的有益效果1. 一體化設(shè)計、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小易安裝；2.轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，輸出轉(zhuǎn)矩脈動值??；3.能精確實現(xiàn)預(yù)定的速度和扭矩需要；4.價格低廉；5.低功耗，運行維護成本低。


圖1為本發(fā)明混合電機的結(jié)構(gòu)2為本發(fā)明混合電機傳動簡3為本發(fā)明混合電機輸出軌跡中標號說明1、交流電機主軸 2、交流電機端蓋 3、電機線圈 4、交流電機硅鋼片鐵芯 5、 交流電機殼體 6、交流電機端蓋 7、可控電機空芯轉(zhuǎn)子 8、可控電機內(nèi)端蓋 9、可控 電機殼體 10、太陽輪 11、行星輪 12、行星架 13、行星齒輪齒圈 14、可控電機線圈 15、可控電機鐵芯16、光電編碼器17、電磁離合器18、交流電機機座
具體實施例方式本發(fā)明詳細結(jié)構(gòu)、應(yīng)用原理、作用與功效，參照附圖1通過如下實施方式予以說 明。參閱圖1所示，本發(fā)明的混合電機，包括交流電機、可控電機，其中交流電機主軸 (1)穿過可控電機空芯轉(zhuǎn)子(7)的中空腔與行星齒輪的太陽輪(10)嵌套連接，可控電機空 芯轉(zhuǎn)子(7)的尾部與行星齒輪齒圈(13)相齒合。其中，可控電機可選用1、PMSM正弦波逆變器驅(qū)動的永磁空芯轉(zhuǎn)子同步電機；2、BDCM梯形波逆變器驅(qū)動的永磁空芯轉(zhuǎn)子同步電機；3、步進電機；4、變磁阻空芯轉(zhuǎn)子電機；5、電磁調(diào)速空芯轉(zhuǎn)子電機。本發(fā)明混合電機的工作原理起動交流電機，交流電機主軸1旋轉(zhuǎn)，如此時可控電機未啟動，則整個混合電機的 輸出為行星齒輪的行星架12，此時狀態(tài)為，太陽輪10常速，行星齒輪齒圈13速度為零，行星 架12速度=交流電機轉(zhuǎn)速/K(K為行星齒輪的減速比)。起動交流電機后，如接通電磁離合器17，永磁同步電機(可控電機)起動，此時進 入雙流變速狀態(tài)，隨著可控電機的速度從零轉(zhuǎn)速開始上升，速度輸出也同時上升，兩者呈線 性關(guān)系，當交流電機與可控電機轉(zhuǎn)速相等時，行星架12的轉(zhuǎn)速也與前兩者達到一致?？煽仉姍C可正反向旋轉(zhuǎn)并可無極調(diào)速，行星齒輪的減速比最大可設(shè)置為K = 5. 8， 即速比可以從0 5. 8，這就為有限調(diào)速提供了條件，按一定的規(guī)律常速交流電機驅(qū)動太陽 輪11，可控電機驅(qū)動行星齒輪齒圈13，行星架12作為輸出，隨著齒輪齒圈13的變速，行星 架12也隨之變速?？煽仉姍C速度為零時，齒輪齒圈13速度也為零，行星架12的輸出(即混合電機的 總輸出)有最大減速比?？煽仉姍C轉(zhuǎn)速與交流電機轉(zhuǎn)速相等時，行星架12的轉(zhuǎn)速與前兩者 相同?？煽仉姍C可根據(jù)控制需要作反向旋轉(zhuǎn)，此功能對于設(shè)計低速大扭矩特別重要，可控電機的轉(zhuǎn)速在零點附近時效率最高。從上所述，本發(fā)明的混合電機，采用一體化設(shè)計、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小易安裝、能精確 實現(xiàn)預(yù)定的速度和扭矩需要、低功耗、價格低廉，可大幅降低有限范圍內(nèi)無極調(diào)速驅(qū)動機構(gòu) 的建設(shè)與成本。
權(quán)利要求
一種混合電機，包括交流電機、可控電機，其特征在于交流電機主軸(1)穿過可控電機空芯轉(zhuǎn)子(7)的中空腔與行星齒輪的太陽輪(10)嵌套連接，可控電機空芯轉(zhuǎn)子(7)的尾部與行星齒輪齒圈(13)相齒合。
2.如權(quán)利要求1所述的混合電機，其特征在于所述的可控電機為空芯轉(zhuǎn)子同步電機。
3.如權(quán)利要求1所述的混合電機，其特征在于所述的可控電機為空芯轉(zhuǎn)子步進電機。
4.如權(quán)利要求1所述的混合電機，其特征在于所述的可控電機為永磁空芯轉(zhuǎn)子同步 電機。
5.如權(quán)利要求1所述的混合電機，其特征在于所述的可控電機為變磁阻空芯轉(zhuǎn)子電機。
6.如權(quán)利要求1所述的混合電機，其特征在于所述的可控電機為電磁調(diào)速空芯轉(zhuǎn)子 電機。
全文摘要
本發(fā)明混合電機，涉及電機制造領(lǐng)域，旨在解決傳統(tǒng)有限范圍內(nèi)無極調(diào)速技術(shù)解決方案中存在的價格高昂、輸出轉(zhuǎn)矩脈動值高、功率大、能耗高、使用成本高、調(diào)速電機體積大，安裝存在一定困難等技術(shù)問題。本發(fā)明的混合電機，包括交流電機、可控電機，其中交流電機主軸1穿過可控電機空芯轉(zhuǎn)子7的中空腔與行星齒輪的太陽輪10嵌套連接，可控電機空芯轉(zhuǎn)子7的尾部與行星齒輪齒圈13相齒合。本發(fā)明適用于無極變速電機制造領(lǐng)域。
文檔編號H02K7/116GK101834487SQ200910058580
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者艾鴻基, 趙強 申請人:趙強