基于稳定双速对转差速原理的低速增稳动力转换平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种动力源转速转矩转换(提速或降速或恒速)装置，尤其是能够实现低速、极低速、超低速输出的转速转换平台。
【背景技术】
[0002]目前，实现动力源的低转速大转矩输出要严重依赖安装了减速装置的传动设备。通过蜗杆、齿轮箱等减速机构把电动机、内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的。常见的减速机就是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。但传统的异步电动机-多级减速机结构的驱动系统结构复杂、转动惯量大、噪声大、润滑油渗漏污染、维护频繁整体效率低下等缺点，已不能满足目前发展的需要。
[0003]而公认的可替代技术就是PMSM低速大转矩直接驱动系统。早在公元2000年，safo等人就提出了一种低速大转矩内嵌式磁极结构的永磁同步电动机(PMSM)，并对不同转子磁极结构利用计算和仿真的方法进行了研究[I]。提出低速大转矩驱动技术的关键是如何消除低频转矩脉动影响的问题，从而引起了诸多从事该领域研究和制造者的关注。国内，2001年，张炳义等人对SPffM电源供电下永磁同步电动机的设计问题进行了研究[2]。针对电梯曳引机应用，其额定转速为150rpm，提出了消除PMSM低频转矩脉动的关键是使其内电势波形正弦化。通过对影响内电势波形主要因素的分析和优化，给出了具体的设计方法。文献
[3]在2008年仍然在研究永磁同步电机在低速时产生转矩和转速脉动的原因，其采用直接转矩控制系统，并提出相应的改进措施。文献[4]于2010年还在分析低速传动中产生转矩脉动的原因，并探讨采用分数槽绕组、合理设计极弧系数以及斜槽等新型电机设计以削弱转矩脉动方法的有效性。文献[5]针对港口起重机低速提升负载的需求，利用有限元分析软件对额定转速22 rpm，额定功率130 kW，额定工作电压380V的调速永磁同步电机设计方案进行了理论研究。文献[6]根据永磁电机与永磁齿轮的结构及其工作原理提出并设计了两种不同结构复合电机的拓扑结构，即内嵌式双侧输出复合电机与串联式双侧输出复合电机，以期望实现动力源的低速大转矩输出。
[0004]事实上，常见工业机械如搅拌机、球磨机、破碎机等的额定转速为10~60rpm，甚至更低。计算表明，在减速机的辅助下，要保证距离为5000米的目标无人飞行器UAV的雷达跟踪精度，转台电机的转速需控制在每分钟3转以下。因此，现有从上述文献可以看出，截止目前，低速大转矩系统研究还有很大空间，特别是超低速的时候。如何消除低频转矩和低转速脉动影响仍还是一个难题。使用PMSM低速大转矩直接驱动系统大都停留在旨在使其内电势波形正弦化的改进上，包括控制方法和电机结构设计方面，而这方面研究又以理论研究和计算机仿真为主。
[0005]文献:
[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]张炳义，冯桂宏，王风翔等.SPffM电源供电下低速大转矩永磁同步电机设计研究[J].电工技术学报，2001，16(6): 85-90
[3]陈永军.低速大转矩永磁同步电机直接转矩控制研究[D].博士学位论文:华中科技大学，2008.[4]王帅.抽油机直驱用低速大转矩永磁电机及其控制系统研究[D].硕士学位论文:沈阳工业大学，2010.[5]杨萌.起重用低速大扭矩永磁同步电动机研究与设计[D].硕士学位论文:华中科技大学，2013.[6]刘闻博.双侧输出低速大转矩复合电机的设计与仿真[D].硕士学位论文:哈尔滨理工大学，2015。
【发明内容】
[0006]发明目的..为了克服电动机直接驱动系统在低频转矩和低转速时脉动的缺点，本发明提出一种低速增稳转台。该平台能够输出稳定的转矩和输出稳定的低速(〈10rpm)、极低速(<20rpm)、甚至超低速(〈1rpm)，特别适合于轻载应用场合。
[0007]技术方案..本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
以一个旋转平台A为基础，在之上再建立另外另外一个旋转平台B，借两个平台的转差实现第三个速度输出:设电机驱动系统A构成旋转平台A，电机驱动系统B构成旋转平台B ;在电机驱动系统A的电机A的输出轴上安装电机驱动系统B ;电机B安装时，其输出轴可以相对于电机A的输出轴为任意夹角；数据采集及控制系统A和供电系统A分别与电机A相连接，数据采集及控制系统B和供电系统B分别与电机B相连接；电机B的输出轴即为本动力源转速转矩转换(提速或降速或恒速)装置的输出。当电机A、B同向旋转时可产生转速A+转速B的转速；当电机A、B反向旋转时可产生转速A-转速B的转速；当转速A=转速B且反向时，理论上可以产生零转速。
[0008]发明的优点、特点或积极效果..本发明的有益效果是，可以在得到稳定输出转矩转速的同时实现对原动力源的提速、降速、恒速传动，解决低速、极低速、甚至超低速输出脉动问题。还由于省去了变速箱结构，大大减小了系统体积，具有结构简单，体积小巧，便于安装；静音；控制方便；维护方便等优点。
[0009]对附图的说明..下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的结构示意图。图1中1.电机A，2.电机轴夹具，3.底部固定转盘，4.螺母，5.支柱，6.电机B，7.顶部固定转盘，8.电机固定螺丝。图2是基于本发明原理的其中一种实现示例样机。
[0010]实施例或者具体的实施方式..图1中如I所示电机A安装在稳定的底座上；其输出轴上使用桨夹(如2和4所示)固定如3所示的底部固定转盘；如6所示的电机B使用如8所示的螺丝固定在如7所示的顶部固定转盘上，其轴通过顶部固定转盘上的穿孔连接到最终输出；如3所示的底部固定转盘和如7所示的顶部固定转盘通过如5所示的支柱固定在一起，理想的部件3、5和7应具有合适的强度。这样，当电机A旋转时，电机B会随着如3、5和7所共同构成的支架与电机A同速旋转。而电机B的输出轴不受任何影响，可以根据需要自由旋转。应用于雷达跟踪机构时，如图2所示。图2中通信和控制系统A，供电系统A与电机A相连；通信和控制系统B，供电系统B与电机B相连，且放置于底部固定转盘上；电机B的输出轴穿过顶部固定转盘上的穿孔引出；为了看清整个系统的转动情况，使用桨夹在电机B的输出轴上固定一个用于放置激光笔的平台，通过激光笔指示可以清楚、直观的看到系统转动情况。为了实现大功率输出，电机B的供电可以采用电刷，与电机B的通信可以改进为无线通信。根据实际系统的需要，可以改变电机A和电机B的轴向夹角。该装置能够实现低速、极低速、超低速时转矩转速的稳定输出。在如图2所示的简单实验装置下可以实现0.1rpm0
【主权项】
1.一种动力源转速转矩转换(提速或降速或恒速)装置，利用两台电机转动时(停止认为速度为零)产生叠加转速的原理，得到另外第三个转速输出，实现对原动力源的变换输出，其特征是:以一个旋转平台为基础，在之上再建立另外一个旋转平台。2.根据权利要求1所述的动力源转速转矩转换装置，其特征是:在电机驱动系统A的电机A的输出轴上安装另外一个电机驱动系统B，数据采集及控制系统A和供电系统A分别与电机A相连接，电机A的输出轴上安装有电机B，数据采集及控制系统B和供电系统B分别与电机B相连接，电机B的输出轴即为本动力源转速转矩转换(提速或降速或恒速)装置的输出。3.根据权利要求1所述的动力源转速转矩转换装置，其特征是:电机B的输出轴以相对于电机A的输出轴的任意夹角安装在电机的输出轴上。
【专利摘要】一种动力源转速转矩转换（提速或降速或恒速）装置，尤其是能够实现低速、极低速、超低速时转矩转速的稳定输出。从而实现不需要减速机的低速轻载电机直接驱动系统。其主要技术特征是以一个旋转平台为基础，在之上再建立另外一个旋转平台，将转速差作为输出。可以广泛使用于需要将电机转速进行转换以匹配额定输出的轻负载工程机械中，尤其适用于慢速跟踪瞄准系统。
【IPC分类】H02K7/10
【公开号】CN105162281
【申请号】CN201510636807
【发明人】曹文伦, 陈蓓, 贺昱曜, 陈金平, 刘海龙
【申请人】曹文伦, 陈蓓
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年10月2日