专利名称：混合电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机制造领域，特别是一种利用不同性质的电动机作为共同驱动力的 混合电机。
背景技术：
现代工业生产如柔性自动生产线、包装、食品、纺织、冲压、塑性成形等众多自动化 机械需要可实现无极调速的驱动机构，这类无极调速驱动机构在使用中通常往往仅需要达 到有限范围的无极调速即可，但目前通用的技术解决方案是采用矢量调速电机来达到这一 目的，通常用技术解决方案主要存在如下问题1.矢量调速电机价格高昂；2.输出转矩脉动值高，运行平稳性不高；3.电机功率大、能耗高、使用成本高；4.电机体积大，安装存在一定困难。
发明内容
本发明旨在解决传统有限范围内无极调速技术解决方案中存在的价格高昂、输出 转矩脉动值高、功率大、能耗高、使用成本高、调速电机体积大，安装存在一定困难等技术问 题，以提供一种采用一体化设计、结构紧凑、体积小易安装、运行平稳、能精确实现预定的速 度和扭矩需要、低功耗、价格低廉的有限范围内无极调速的混合电机。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的混合电机，包括交流电机、可控电机，其中交流电机主轴(1)穿过可控电 机空芯转子(7)的中空腔与行星齿轮的太阳轮(10)嵌套连接，可控电机空芯转子(7)的尾 部与行星齿轮齿圈(13)相齿合。前述的混合电机，其中可控电机为空芯转子同步电机。前述的混合电机，其中可控电机为空芯转子步进电机。前述的混合电机，其中可控电机为永磁空芯转子同步电机。前述的混合电机，其中可控电机为变磁阻空芯转子电机。前述的混合电机，其中可控电机为电磁调速空芯转子电机。本发明的作用原理采用五杆二自由度行星齿轮作为二自由度闭链机构，交流电 机驱动行星齿轮的太阳轮10，可控电机驱动行星齿轮齿圈13，行星架12作为输出，交流电 机输出轴与可控电机输出轴嵌套装配，使交流电机、可控电机、行星齿轮集成为一体，并配 置速度传感器、可编程控制器PLC构成机电一体化的混合电机，它有两个输入端，一个输出 端。本混合电机采用速度传感器一一光电编码器16 ——可控电机一一微处理器 DSP ――逆变器构成控制回路，实现对混合电机的整体控制。参见附图2，其中a代表交流电机，b代表可控电机，c代表输出。
参见附图3，其中ABC粗实线代表混合电机轨迹图，B点表示可控电机转速为零时， 混合电机的输出Vig= V胃/K(V胃为混合电机输出转速，V胃交流电机输出转速，K为行星齿轮 特征常数，K的取值范围为0 5. 8)。在轨迹图的A点，混合电机输出为零，可控电机必须 反转。在轨迹图的C点，可控电机转速等于交流电机转速时，混合电机的转速等于交流电机 的转速。混合电机中可控电机的功率计算调速范围为整个范围的一段，即调速范围为整个范围的几分之一或十几分之一， 这和机械液压双流传动系统中，液压功率参数计算一致，从运动学观点看两者完全一样，因 此可借用机械液压双流传动无极调速，液压功率参数计算及1/2N-1，用于确定可控电机功率。
如调速为700转/分 500转/分，交流电机转速设定为1500转/分，则计算如 下1. 700 转 / 分-500 转 / 分=200 转 / 分2. 1500 转 / 分 +200 转 / 分=7. 53. N =7. 5，取整为 74.可控电机功率=交流电机功率+可控电机功率/2X7-1 =总功率X 1/13本混合电机属于机构调速，行星齿轮对于输出转矩有脉动有校正作用，混合电机 的输出转矩脉动值仅为矢量调速电机的1/10 1/20，转速平稳，运行稳定性较后者大大提
尚ο由于混合电机配套使用的逆变器功率仅需矢量调速电机所使用逆变器的5% 10%，价格仅为后者的10% 20%，因此使用混合电机所构成的有限范围内无极调速驱动 机构的总造价仅为使用矢量调速电机的驱动机构的造价的50% 60%。本发明混合电机的有益效果1. 一体化设计、结构紧凑、体积小易安装；2.转速平稳，输出转矩脉动值小；3.能精确实现预定的速度和扭矩需要；4.价格低廉；5.低功耗，运行维护成本低。
图1为本发明混合电机的结构2为本发明混合电机传动简3为本发明混合电机输出轨迹中标号说明1、交流电机主轴 2、交流电机端盖 3、电机线圈 4、交流电机硅钢片铁芯 5、 交流电机壳体 6、交流电机端盖 7、可控电机空芯转子 8、可控电机内端盖 9、可控 电机壳体 10、太阳轮 11、行星轮 12、行星架 13、行星齿轮齿圈 14、可控电机线圈 15、可控电机铁芯16、光电编码器17、电磁离合器18、交流电机机座
具体实施例方式本发明详细结构、应用原理、作用与功效，参照附图1通过如下实施方式予以说 明。参阅图1所示，本发明的混合电机，包括交流电机、可控电机，其中交流电机主轴 (1)穿过可控电机空芯转子(7)的中空腔与行星齿轮的太阳轮(10)嵌套连接，可控电机空 芯转子(7)的尾部与行星齿轮齿圈(13)相齿合。其中，可控电机可选用1、PMSM正弦波逆变器驱动的永磁空芯转子同步电机；2、BDCM梯形波逆变器驱动的永磁空芯转子同步电机；3、步进电机；4、变磁阻空芯转子电机；5、电磁调速空芯转子电机。本发明混合电机的工作原理起动交流电机，交流电机主轴1旋转，如此时可控电机未启动，则整个混合电机的 输出为行星齿轮的行星架12，此时状态为，太阳轮10常速，行星齿轮齿圈13速度为零，行星 架12速度=交流电机转速/K(K为行星齿轮的减速比)。起动交流电机后，如接通电磁离合器17，永磁同步电机(可控电机)起动，此时进 入双流变速状态，随着可控电机的速度从零转速开始上升，速度输出也同时上升，两者呈线 性关系，当交流电机与可控电机转速相等时，行星架12的转速也与前两者达到一致。可控电机可正反向旋转并可无极调速，行星齿轮的减速比最大可设置为K = 5. 8， 即速比可以从0 5. 8，这就为有限调速提供了条件，按一定的规律常速交流电机驱动太阳 轮11，可控电机驱动行星齿轮齿圈13，行星架12作为输出，随着齿轮齿圈13的变速，行星 架12也随之变速。可控电机速度为零时，齿轮齿圈13速度也为零，行星架12的输出(即混合电机的 总输出)有最大减速比。可控电机转速与交流电机转速相等时，行星架12的转速与前两者 相同。可控电机可根据控制需要作反向旋转，此功能对于设计低速大扭矩特别重要，可控电机的转速在零点附近时效率最高。从上所述，本发明的混合电机，采用一体化设计、结构紧凑、体积小易安装、能精确 实现预定的速度和扭矩需要、低功耗、价格低廉，可大幅降低有限范围内无极调速驱动机构 的建设与成本。
权利要求
一种混合电机，包括交流电机、可控电机，其特征在于交流电机主轴(1)穿过可控电机空芯转子(7)的中空腔与行星齿轮的太阳轮(10)嵌套连接，可控电机空芯转子(7)的尾部与行星齿轮齿圈(13)相齿合。
2.如权利要求1所述的混合电机，其特征在于所述的可控电机为空芯转子同步电机。
3.如权利要求1所述的混合电机，其特征在于所述的可控电机为空芯转子步进电机。
4.如权利要求1所述的混合电机，其特征在于所述的可控电机为永磁空芯转子同步 电机。
5.如权利要求1所述的混合电机，其特征在于所述的可控电机为变磁阻空芯转子电机。
6.如权利要求1所述的混合电机，其特征在于所述的可控电机为电磁调速空芯转子 电机。
全文摘要
本发明混合电机，涉及电机制造领域，旨在解决传统有限范围内无极调速技术解决方案中存在的价格高昂、输出转矩脉动值高、功率大、能耗高、使用成本高、调速电机体积大，安装存在一定困难等技术问题。本发明的混合电机，包括交流电机、可控电机，其中交流电机主轴1穿过可控电机空芯转子7的中空腔与行星齿轮的太阳轮10嵌套连接，可控电机空芯转子7的尾部与行星齿轮齿圈13相齿合。本发明适用于无极变速电机制造领域。
文档编号H02K7/116GK101834487SQ200910058580
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月12日 优先权日2009年3月12日
发明者艾鸿基, 赵强 申请人:赵强