CN107086723B - 无极调速电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无极调速电机,包括壳体、外定子组件、内转子组件和调速机构，外定子组件固定设置于壳体内侧；内转子组件转动设置于外定子组件内侧，且设置为可沿轴向相对于外定子组件移动；调速机构用于驱动内转子组件沿轴向移动以对电机进行调速，本电机能够实现无极调速、可靠性较好且调速易于控制。

Description

无极调速电机
技术领域
本发明涉及电机领域，具体涉及一种无极调速电机。
背景技术
调速电机是利用改变电机的级数、电压、电流、频率等方法改变电机的转速，以使电机达到较高的使用性能的一种电机，现有调速电机的调速方法通常有如下几种：一：调压调速，即通过调压用变压器改变电动机定子电压来实现调速，如果变压器的调压是有级的，电动机的调速也是有级的，如果变压器的调压是无级的，那么电动机调速也是无级的，调压调速的功率因素较低，有谐波干扰，正常运行时无制动转矩；二：变极调速，即通过改变电动机定子绕组的接线方式来改变电动机的磁极对数，从而可以有级地改变同步转速，实现电动机转速有级调速，这种调速电机不能实现无级平滑的调速；三：弱磁调速，即在变频器对异步电机的调速中，当变频器的输出频率高于电机额定频率时，电机铁芯磁通开始减弱，使电机转速高于额定转速，这种电机调速方式能够实现无极调速，且无附加转差损耗，效率高，调速范围宽。另外，对于低负载运行时间较多，或起停运行较频繁的场合，弱磁调速可以达到节电和保护电机的目的。另外，除了利用变频器改变电机铁芯磁通实现弱磁调速外，目前还有一些电机通过驱动定子沿轴向平移使其与转子错开的方式进行弱磁调速，采用这种方式进行弱磁调速时，定子移动过程中将同时带动定子接线反复弯折，久而久之容易产生接线折断的风险，影响电机的使用寿命，另外，电机定子移动后，其将会离开最佳散热位置，导致定子的散热受到影响，最终也将影响整个电机的可靠性。
因此，为解决以上问题，需要一种能够实现无极调速、可靠性较好且调速易于控制的无极调速电机。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现无极调速、可靠性较好且调速易于控制的无极调速电机。
本发明的无极调速电机，包括壳体、外定子组件、内转子组件和调速机构，所述外定子组件固定设置于所述壳体内侧；所述内转子组件转动设置于所述外定子组件内侧，且设置为可沿轴向相对于所述外定子组件移动；所述调速机构用于驱动所述内转子组件沿轴向移动以对电机进行调速；
进一步，调速机构包括沿内转子组件轴向设置的螺杆以及与螺杆配合进行螺旋传动的螺套；螺套以轴向固定周向转动的方式与外定子组件连接；
进一步，壳体内设有至少两个穿过内转子组件并与所述内转子组件滑动配合的导柱，内转子组件通过所述导柱将动力输出；
进一步，螺套通过端面轴承推拉内转子组件沿轴向往复移动；
进一步，螺套内圆一体成形有环形座圈，端面轴承为两个，且两端面轴承分列于环形座圈轴向两侧，内转子组件端面设有T形结构的端面轴承座；端面轴承座的头部同轴固定于内转子组件的端面，端面轴承座的杆部穿过两端面轴承并通过与其固定的挡圈将两端面轴承抵紧环形座圈两侧；
本发明的无极调速电机还包括调速动力装置和用于将调速动力装置的动力减速传递至螺杆的减速机构；
进一步，导柱沿内转子组件周向均布多个，且内转子组件固定有用于与导柱滑动配合的滑套；
本发明的无极调速电机还包括与内转子组件同轴设置的输出法兰轴，导柱的顶端连接于输出法兰轴的法兰盘用于带动输出法兰轴转动；
进一步，壳体内以轴向固定周向转动的方式固定有用于与导柱的底端连接的导柱定心法兰盘；
进一步，螺套外圆上一体成型有凸缘；螺套通过其凸缘与导柱定心法兰盘端面相抵的方式实现轴向限位。
本发明的有益效果是：本发明的无极调速电机，通过调速机构控制电机内转子组件沿轴向相对于定子移动，从而改变电机铁芯磁通，最终实现电机的弱磁调速，这种调速方式能够使电机实现无级平滑的调速，并且通过控制内转子组件的移动量就能对精确的控制电机的同步转速，另外，这种调速方式能偶有效避免由于定子移动造成整个电机寿命降低、散热不良的缺点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：
图1为本发明的整体示意图；
图2为本发明中外定子组件与内转子组件沿轴向对齐时的剖视图；
图3为本发明中外定子组件与内转子组件沿轴向错开后的剖视图；
图4为本发明的调速机构的结构示意图；
图5为本发明的导柱的连接示意图；
图6为本发明的螺杆和螺套的配合示意图；
图7为本发明的端面轴承的布置示意图；
图8为本发明的导柱的结构示意图；
图9为本发明的端面轴承的结构示意图。
具体实施方式
如图1和2所示，本实施例的无极调速电机包括壳体3、外定子组件4、可沿轴向相对于外定子组件4移动的内转子组件9和用于驱动内转子组件9沿轴向移动使电机进行调速的调速机构，其中调速机构可以采用现有一切能够实现反复直线移动的驱动机构或驱动装置，例如气缸、液压缸、电动缸或者丝杆螺母机构等，通过调速机构控制电机内转子组件9沿轴向相对于定子移动，从而改变电机铁芯磁通，最终实现电机的弱磁调速，这种调速方式能够使电机实现无级平滑的调速，并且通过控制内转子组件9的移动量就能对精确的控制电机的同步转速，另外，这种调速方式能偶有效避免由于定子移动造成整个电机寿命降低、散热不良的缺点。
本实施例中，调速机构包括沿内转子组件9轴向设置的螺杆6以及与螺杆6配合进行螺旋传动的螺套8；如图4所示，螺套8以轴向固定周向转动的方式与转子连接，其中，螺杆6与螺套8配合形成丝杆螺母副，通过驱动螺栓转动可以使螺套8沿轴向往复移动，而螺套8与螺套8以轴向固定周向转动的方式与转子连接，因此内转子组件9的转动并不会带动螺套8转动，而螺栓沿轴向的往复移动能够带动内转子组件9同步移动。
本实施例中，壳体3内设有四个沿内转子组件9轴向设置并与内转子组件9滑动配合的导柱10，内转子组件9通过导柱10将动力输出，如图5所示，内转子组件9上沿轴向相应开设有使导柱10穿过的过孔，通过调速机构对电机进行调速时，内转子组件9通过导柱10的引导沿轴向移动，而在电机工作时，三个导柱10将随内转子组件9一同转动，通过导柱10连接电机输出端，将电机转子的动力向外界输出，此时，导柱10起到传动轴的作用，因此，本结构中的导柱10能够实现一件多用的目的，大大提高了电机结构的紧凑性。
本实施例中，螺套8通过端面轴承11推拉内转子组件9沿轴向往复移动，本电机中的端面轴承11设有两个，两个端面轴承11分别用于推动或拉动内转子组件9沿轴线向上和向下移动，如图8所示，端面轴承11也称平面轴承，由带滚针或圆柱滚子或钢球的平面保持架组件和平面垫圈组成，电机工作时，转子转动通过端面轴承11与螺套8实现分离。
本实施例中，螺套8内圆一体成形有环形座圈12，端面轴承11为两个，且两端面轴承11分列于环形座圈12轴向两侧，内转子组件9端面设有T形结构的端面轴承座14；端面轴承座14的头部同轴固定于内转子组件9的端面，端面轴承座14的杆部穿过两端面轴承11并通过与其固定的挡圈将两端面轴承11抵紧在环形座圈12两侧，如图4和图7所示，本电机的内转子组件9下端面上形成有与端面轴承座14的头部配合的圆形槽，端面轴承座14的杆部开设有螺纹孔，通过一螺钉与螺纹孔配合将挡圈固定在端面轴承座14的杆部下端，拧紧螺钉后，两端面轴承11将夹紧在端面轴承座14的头部于环形座圈12之间以及环形座圈12与挡圈之间，使内转子组件9与螺套8之间形成轴向固定周向转动配合。
本实施例的无极调速电机还包括调速动力装置和用于将调速动力装置的动力减速传递至螺杆6的减速机构，调速动力装置为一步进电机5，减速机构为蜗轮蜗杆机构，本实施例中，螺杆6下端伸出电机壳体3外并固定有一涡轮，步进电机5输出轴上同轴固定有一蜗杆，通过控制步进电机5输出轴的转动可以精确的控制螺杆6的转动角度进而对内转子组件9的轴向位移量径向精确控制。
本实施例中，导柱10沿内转子组件9周向均布四个，如图5和图8所示，四个导柱10分布在同一圆周上，内转子组件9的过孔内固定有用于与导柱10滑动配合的滑套13，滑套13应采用高耐磨材料制作，较小内转子组件9往复滑动产生的磨损量，另外滑套13内圆应进行精加工使其与导柱10之间具有较高的配合精度，进而提高电机调速的精确性。
本实施例的无极调速电机还包括与内转子组件9同轴设置的输出法兰轴2，输出法兰轴2包括同轴一体成型的法兰盘和输出轴，如图4所示，导柱10的顶部与法兰盘的法兰孔配合，导柱10顶端开有螺纹孔，通过螺钉与螺纹孔配合后使导柱10与法兰盘实现连接，内转子组件9转动时，四个导柱10绕内转子组件9轴线转动，并同时带动整个输出法兰轴2转动从而输出动力，输出法兰轴2的输出轴上开设有花键孔1，便于采用花键配合的方式将电机的动力向外界输出。
本实施例中，壳体3内以轴向固定周向转动的方式配合有用于与导柱10的底端连接的导柱定心法兰盘16，如图2和5所示，导柱定心法兰盘16靠近壳体3下端设置，壳体3的下端面内壁沿轴向一体延伸出一定位套15，导柱定心法兰盘16通过轴承可转动配合在该定位套15内圆内，导柱定心法兰盘16上分布有与四个导柱10一一对应配合的四个法兰孔，每个导柱10上下两端分别连接于输出法兰轴2的法兰盘和导柱定心法兰盘16，内转子组件9转动时，导柱定心法兰盘16也将随内转子组件9同步转动。
本实施例中，螺套8外圆上一体成型有凸缘7；螺套8通过其凸缘7与导柱定心法兰盘16端面相抵的方式实现轴向限位，如图3所示，当电机内转子组件9在螺套8的带动下沿轴向上移至极限位置时(本实施例中，外定子组件4和内转子组件9错开一半时为转子移动的极限位置)，螺套8的凸缘7将抵住导柱定心法兰盘16端面，避免内转子组件9继续上移，通过调整凸缘7的位置可以对电机调速时转子的极限位置进行调节，从而控制整个电机的调速范围。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种无极调速电机，包括壳体、外定子组件、内转子组件和调速机构，其特征在于：
所述外定子组件固定设置于所述壳体内侧；
所述内转子组件转动设置于所述外定子组件内侧，且设置为可沿轴向相对于所述外定子组件移动；
所述调速机构用于驱动所述内转子组件沿轴向移动以对电机进行调速；
所述调速机构包括沿所述内转子组件轴向设置的螺杆以及与所述螺杆配合进行螺旋传动的螺套；所述螺套以轴向固定周向可转动的方式与内转子组件连接；
所述壳体内设有至少两个穿过所述内转子组件并与内转子组件滑动配合的导柱，所述内转子组件通过所述导柱将动力输出；
所述至少两个导柱沿周向均布，且所述内转子组件固定有用于与导柱滑动配合的滑套。
2.根据权利要求1所述的无极调速电机，其特征在于:所述螺套通过端面轴承推拉内转子组件沿轴向往复移动。
3.根据权利要求2所述的无极调速电机，其特征在于:所述螺套内圆一体成形有环形座圈，所述端面轴承为两个，且两所述端面轴承分列于环形座圈轴向两侧，所述内转子组件端面设有T形结构的端面轴承座；所述端面轴承座的头部同轴固定于内转子组件的端面，端面轴承座的杆部穿过两端面轴承并通过与其固定的挡圈将两端面轴承抵紧在环形座圈两侧。
4.根据权利要求1所述的无极调速电机，其特征在于:还包括调速动力装置和用于将调速动力装置的动力减速传递至所述螺杆的减速机构。
5.根据权利要求1所述的无极调速电机，其特征在于:还包括与所述内转子组件同轴设置的输出法兰轴，所述导柱连接于输出法兰轴的法兰盘用于带动输出法兰轴转动将动力输出。
6.根据权利要求5所述的无极调速电机，其特征在于:所述壳体内以轴向固定周向可转动的方式配合有导柱定心法兰盘；所述导柱连接于所述输出法兰轴的法兰盘与导柱定心法兰盘之间。
7.根据权利要求5所述的无极调速电机，其特征在于:所述螺套外圆上一体成型有凸缘；所述螺套通过其凸缘与导柱定心法兰盘端面相抵的方式实现轴向限位。
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