CN110880828B - 一种能够监测转速和补偿输出的力矩电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够监测转速和补偿输出的力矩电机，包括壳体、传动轴、力矩输出结构、转速监测结构以及紧急制动结构；在壳体的前端设有第一容置槽，后端设有第二容置槽，所述力矩输出结构和转速监测结构分别安装于第一容置槽和第二容置槽内；所述的紧急制动结构包括励磁线圈、衔铁、摩擦盘和摩擦片组件；所述衔铁位于后端盖的内侧，所述摩擦盘位于转速监测结构与衔铁之间，所述摩擦片组件位于衔铁与摩擦盘之间，其包括摩擦环和连接膜片。本发明能够在力矩输出结构内部对力矩输出转速进行实时监测，在紧急情况下，能够对力矩输出结构进行紧急制动，并且能够补充力矩电机的输出力矩不足，提升力矩电机的适应能力。

Description

一种能够监测转速和补偿输出的力矩电机

技术领域

本发明涉及力矩电机技术领域，尤其涉及一种能够监测转速和补偿输出的力矩电机。

背景技术

力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机；这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力；分为直流力矩输出装置和交流力矩输出结构。力矩的产生是利用通电线圈在磁场中产生安培力的原理来带动传动轴，转速的检测是利用线圈在磁场中运动产生电流的原理来检测输出电压的高低从而检测电机的瞬间输出转速。力矩输出结构在很多机械设备和位置控制装置中广泛应用，例如高精度稳定平台、速率转台、印染设备传动部件等均需采用力矩电机进行运动输出。

现有技术中，力矩输出结构主要采用力矩电机与编码器或力矩电机与测速电机的组合对运动位置进行联合控制，两种控制方式均为位置或速度控制，无法对电机在紧急情况下进行制动。力矩电机如果在工作过程中***末端出现故障，不能直接对力矩电机进行紧急制动，主要采用末端制动，会损坏力矩电机内部结构或力矩电机到末端之间的传动装置。同时，传统的力矩输出结构的额定输出力矩大都是固定的，达到上限后，仅无法进一步输出更大的力矩。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有技术中，力矩输出结构无法对电机在紧急情况下进行制动，无法在力矩输出结构内部对力矩输出转速进行实时监测，且力矩电机的最大输出力矩固定的问题，提供一种能够监测转速和补偿输出的力矩电机，能够在力矩输出结构内部对力矩输出转速进行实时监测，在紧急情况下，能够对力矩输出结构进行紧急制动，并且能够补充力矩电机的输出力矩不足，提升力矩电机的适应能力。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种能够监测转速和补偿输出的力矩电机，其特征在于：包括壳体、传动轴、力矩输出结构、转速监测结构以及紧急制动结构；

所述壳体呈圆筒状，其中部具有贯穿其两端的轴孔，该壳体的前端与前端盖相连，后端与后端盖相连；所述传动轴的后端穿过前端盖和所述轴孔，并通过轴承与壳体转动连接；在壳体的前端设有绕其一周的第一容置槽，在壳体的后端设有绕其一周的第二容置槽，所述力矩输出结构和转速监测结构分别安装于第一容置槽和第二容置槽内；

所述力矩输出结构包括力矩电机定子和力矩电机转子，所述力矩电机定子的外侧与第一容置槽的侧壁紧贴，并与壳体固定连接；所述力矩电机转子位于力矩电机定子内侧，且力矩电机转子的内侧通过第一转子支架与传动轴固定连接，所述传动轴能够随力矩电机转子同步转动；所述转速监测结构包括测速电机定子和测速电机转子，所述测速电机定子的外侧与第二容置槽的侧壁紧贴，并与壳体固定连接；所述测速电机转子位于测速电机定子内侧，且测速电机转子的内侧通过第二转子支架与传动轴固定连接，所述传动轴能够带动测速电机转子同步转动；

所述的紧急制动结构包括励磁线圈、衔铁、摩擦盘和摩擦片组件；在后端盖的内侧开设有绕其一周的线圈槽，所述励磁线圈安装于该线圈槽内；所述衔铁位于后端盖的内侧，在线圈槽的外侧，绕其一周分布有若干弹簧槽，在弹簧槽内安装有复位弹簧，所述复位弹簧的一端与弹簧槽的槽底固定连接，另一端与衔铁固定连接；所述摩擦盘位于转速监测结构与衔铁之间，并与第二转子支架固定连接；所述摩擦片组件位于衔铁与摩擦盘之间，其包括摩擦环和连接膜片；所述连接膜片为弹性片，其中部与第二转子之间固定连接，所述摩擦环的内侧与连接膜片的外侧固定连接，且该摩擦环与衔铁和摩擦盘之间均具有间隙；初始状态时，励磁线圈通电，使衔铁与后端盖紧贴在一起，励磁线圈断电后，在复位弹簧的作用下，该衔铁向摩擦盘方向移动，并能够将摩擦片组件与摩擦环压紧。

进一步地，还包括供电装置和电压表，所述测速电机转子的两端与供电装置的两端相连，在测速电机转子与供电装置之间还串联有控制开关；所述电压表与测速电机转子并联。

进一步地，所述第一转子支架和第二转子支架均包括内筒、外筒以及将内筒与外筒相连的连接板；其中，第一转子支架和第二转子支架的内筒均套设在传动轴上，并通过花键与传动轴相连；力矩电机转子套设在第一转子支架的外筒上，测速电机转子套设在第二转子支架的外筒上；其中，第二转子支架的后端延伸至传动轴后端的外侧。

进一步地，所述传动轴与壳体两端之间分别设有一轴承，其中，第一转子支架的内筒的后端与轴承紧贴，前端由挡圈锁紧定位；第二转子支架的内筒的前端也与轴承紧贴，后端由与传动轴后端固定的压板压紧固定。

进一步地，所述连接膜片内侧通过内压圈压紧固定在第二转子支架上，其外侧通过外压圈压紧固定在摩擦环上；在摩擦环的两侧分别固定有一绕摩擦环一周的摩擦板。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、整个电机前端为力矩电机，后端为测速电机，整个电机的轴向定位变长，传动轴的定位精度提高，能够降低传动轴的跳动，提升传动的平稳性。

2、当测速电机不通电时，通过监测测速电机的实时输出电压，能够实时监测传动轴的旋转速度。

3、在紧急情况下，可以通过断开励磁线圈的供电，从而通过复位弹簧推动衔铁，从而对力矩电机进行紧急制动，保护力矩电机、传动部分及运动末端。

4、当力矩电机无法带动负载时，测速电机的输出电压为零，此时，可通过对测速电机转子供电，改变测速电机的工作方式，由输出电压变为输入电流，从而使测速电机转变为力矩电机，增大整个力矩电机的输出力矩，从而在短时间内超负荷工作，提升力矩电机的应变能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中局部A的放大图。

图中：1—壳体，2—传动轴，3—前端盖，4—后端盖，5—力矩电机定子，6—力矩电机转子，7—第一转子支架，8—测速电机定子，9—测速电机转子，10—第二转子支架，11—励磁线圈，12—衔铁，13—摩擦盘，14—复位弹簧，15—摩擦环，16—连接膜片，17—挡圈，18—压板，19—内压圈，20—外压圈，21—摩擦板。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1、图2，一种能够监测转速和补偿输出的力矩电机，包括壳体1（电机座）、传动轴2、力矩输出结构、转速监测结构以及紧急制动结构。

所述壳体1呈圆筒状，其中部具有贯穿其两端的轴孔，该壳体1的前端与前端盖3相连，后端与后端盖4相连；所述传动轴2的后端穿过前端盖3和所述轴孔，并通过轴承与壳体1转动连接；具体实施时，传动轴2靠近轴孔两端处分别通过轴承与壳体1相连，这样，能够保证传动轴2的转动稳定性。在壳体1的前端设有绕其一周的第一容置槽，在壳体1的后端设有绕其一周的第二容置槽，所述力矩输出结构和转速监测结构分别安装于第一容置槽和第二容置槽内。

所述力矩输出结构包括力矩电机定子5和力矩电机转子6，所述力矩电机定子5的外侧与第一容置槽的侧壁紧贴，并与壳体1固定连接。所述力矩电机转子6位于力矩电机定子5内侧，且力矩电机转子6的内侧通过第一转子支架7与传动轴2固定连接，所述传动轴2能够随力矩电机转子6同步转动。所述转速监测结构包括测速电机定子8和测速电机转子9，所述测速电机定子8的外侧与第二容置槽的侧壁紧贴，并与壳体1固定连接。所述测速电机转子9位于测速电机定子8内侧，且测速电机转子9的内侧通过第二转子支架10与传动轴2固定连接，所述传动轴2能够带动测速电机转子9同步转动。其中，所述力矩电机定子5和测速电机定子8均由偶数块绕永磁体构成，且相邻两块永磁体的极性相反；所述力矩电机转子6和测速电机转子9均由线圈支架和绕设置线圈支架上的线圈绕组构成，所述线圈支架对应与第一转子支架7和第二转子支架10固定连接。具体实施时，所述第一转子支架7和第二转子支架10均包括内筒、外筒以及将内筒与外筒相连的连接板；在后端盖4内侧，对应传动轴2和第二转子支架10的位置开设有让位槽。其中，第一转子支架7和第二转子支架10的内筒均套设在传动轴2上，并通过花键与传动轴2相连。力矩电机转子6套设在第一转子支架7的外筒上，测速电机转子9套设在第二转子支架10的外筒上；其中，第二转子支架10的后端延伸至传动轴2后端的外侧；采用该结构整体结构更加简单，加工制作也更加方便。其中，第一转子支架7的内筒的后端与轴承紧贴，前端由挡圈17锁紧定位，所述挡圈17与传动轴2螺纹配合相连；第二转子支架10的内筒的前端也与轴承紧贴，后端由与传动轴2后端固定的压板18压紧固定，所述压板18通过螺栓与传动轴2的后端相连；这样，能够有效地对第一转子支架7和第二转子支架10进行定位，有效提高整体稳定性。

本方案中，整个电机前端为力矩电机，后端为测速电机，这样，整个电机的轴向定位变长，传动轴2的定位精度提高，能够降低传动轴2的跳动，提升传动的平稳性。当测速电机不通电时，通过监测测速电机的实时输出电压，能够实时监测传动轴2的旋转速度。当力矩电机无法带动负载时，测速电机的输出电压为零，此时，可通过对测速电机转子9供电，改变测速电机的工作方式，由输出电压变为输入电流，从而使测速电机转变为力矩电机，增大整个力矩电机的输出力矩，从而在短时间内超负荷工作，提升力矩电机的应变能力。

所述的紧急制动结构包括励磁线圈11、衔铁12、摩擦盘13和摩擦片组件。在后端盖4的内侧开设有绕其一周的线圈槽，所述励磁线圈11安装于该线圈槽内；所述衔铁12位于后端盖4的内侧；这样，后端盖4和励磁线圈11形成电磁铁结构，当励磁线圈11通电后，能够吸附衔铁12，使衔铁12与后端盖4紧贴。在线圈槽的外侧，绕其一周分布有若干弹簧槽，在弹簧槽内安装有复位弹簧14，所述复位弹簧14的一端与弹簧槽的槽底固定连接，另一端与衔铁12固定连接。所述摩擦盘13位于转速监测结构与衔铁12之间，并与第二转子支架10固定连接；具体实施时，摩擦盘13呈环形，并套设在第二转子支架10的外筒上，且通过花键与外筒相连。所述摩擦片组件位于衔铁12与摩擦盘13之间，其包括摩擦环15和连接膜片16；所述连接膜片16为具有一定刚度的弹性片，如薄钢板等，其中部与第二转子之间固定连接，所述摩擦环15的内侧与连接膜片16的外侧固定连接，且该摩擦环15与衔铁12和摩擦盘13之间均具有间隙。具体实施时，所述连接膜片16内侧通过内压圈19压紧固定在第二转子支架10上，其外侧通过外压圈20压紧固定在摩擦环15上；这样，整个摩擦组件的安装稳定性更好。在摩擦环15的两侧分别固定有一绕摩擦环15一周的摩擦板21，从而能够提高摩擦效果，增大摩擦转矩。初始状态时，励磁线圈11通电，使衔铁12与后端盖4紧贴在一起；励磁线圈11断电后，在复位弹簧14的作用下，该衔铁12向摩擦盘13方向移动，并能够克服连接膜片16的弹力，将摩擦片组件与摩擦环15压紧，从而对传动轴2进行制动；当励磁线圈11再次通电后，衔铁12在励磁线圈11产生的磁力作用下，向后端盖4方向移动直至与后端盖4紧贴在一起，此时，连接膜片16由于受到的压力消失而恢复原状，并带动摩擦环15与摩擦盘13分离，从而不再进行制动。本方案，在紧急情况下，可以通过断开励磁线圈11的供电，从而通过复位弹簧14推动衔铁12，从而对力矩电机进行紧急制动，保护力矩电机、传动部分及运动末端。

在具体实施过程中，力矩电机定子5前端固定有刷架组件，刷架组件上的碳刷与力矩电机转子6上的换相片接触，碳刷的引出线通过壳体1上的穿线孔引出到电机外部，与外部电源连接。外部电源通过碳刷使得力矩电机转子6的绕组线圈通直流电流，电流在定子组件提供的磁场中产生安培力，从而使得力矩电机运动，通过传动轴2输出力矩。相应的，测速电机定子8后端也安装有刷架组件，刷架组件上的碳刷与测速电机转子9上的换相片接触，碳刷的引出线通过壳体1上的穿线孔引出到电机外部；测速电机转子9在力矩电机带动下发生转动，测速电机转子9的绕组线圈在测速电机定子8提供的磁场中运动，产生感应电流，电流通过碳刷的引出线传输到电机外部，供检测。当力矩电机提供的力矩不足时，将碳刷的引出线与外部电源连接，从而对测速电机转子9通直流电流，使测速电机变为力矩电机；使的测速电机转子9的线圈线圈产生一个安培力，增加整个力矩电机的输出力矩。另外，后端盖4上的励磁线圈11的两端，从后端盖4上开设的穿线孔引出后与外部电源连接。

本方案中，还包括电压表和供电装置。所述电压表与测速电机转子9并联；这样，能够实时对测速电机的输出电压进行监测，以监测整个电机的转速。所述测速电机转子9的两端与供电装置的两端相连，在测速电机转子9与供电装置之间还串联有控制开关；这样，能够实现对测速电机转子9供电，以改变测速电机的工作方式，操作过程中，可以手动进行控制，也可以通过控制器接受电压表的电压信号后自动进行控制。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种能够监测转速和补偿输出的力矩电机，其特征在于：包括壳体、传动轴、力矩输出结构、转速监测结构以及紧急制动结构；

所述壳体呈圆筒状，其中部具有贯穿其两端的轴孔，该壳体的前端与前端盖相连，后端与后端盖相连；所述传动轴的后端穿过前端盖和所述轴孔，并通过轴承与壳体转动连接；在壳体的前端设有绕其一周的第一容置槽，在壳体的后端设有绕其一周的第二容置槽，所述力矩输出结构和转速监测结构分别安装于第一容置槽和第二容置槽内；

所述力矩输出结构包括力矩电机定子和力矩电机转子，所述力矩电机定子的外侧与第一容置槽的侧壁紧贴，并与壳体固定连接；所述力矩电机转子位于力矩电机定子内侧，且力矩电机转子的内侧通过第一转子支架与传动轴固定连接，所述传动轴能够随力矩电机转子同步转动；所述转速监测结构包括测速电机定子和测速电机转子，所述测速电机定子的外侧与第二容置槽的侧壁紧贴，并与壳体固定连接；所述测速电机转子位于测速电机定子内侧，且测速电机转子的内侧通过第二转子支架与传动轴固定连接，所述传动轴能够带动测速电机转子同步转动；

所述的紧急制动结构包括励磁线圈、衔铁、摩擦盘和摩擦片组件；在后端盖的内侧开设有绕其一周的线圈槽，所述励磁线圈安装于该线圈槽内；所述衔铁位于后端盖的内侧，在线圈槽的外侧，绕其一周分布有若干弹簧槽，在弹簧槽内安装有复位弹簧，所述复位弹簧的一端与弹簧槽的槽底固定连接，另一端与衔铁固定连接；所述摩擦盘位于转速监测结构与衔铁之间，并与第二转子支架固定连接；所述摩擦片组件位于衔铁与摩擦盘之间，其包括摩擦环和连接膜片；所述连接膜片为弹性片，其中部与第二转子之间固定连接，所述摩擦环的内侧与连接膜片的外侧固定连接，且该摩擦环与衔铁和摩擦盘之间均具有间隙；初始状态时，励磁线圈通电，使衔铁与后端盖紧贴在一起，励磁线圈断电后，在复位弹簧的作用下，该衔铁向摩擦盘方向移动，并能够将摩擦片组件与摩擦环压紧；

所述第一转子支架和第二转子支架均包括内筒、外筒以及将内筒与外筒相连的连接板；其中，第一转子支架和第二转子支架的内筒均套设在传动轴上，并通过花键与传动轴相连；力矩电机转子套设在第一转子支架的外筒上，测速电机转子套设在第二转子支架的外筒上；其中，第二转子支架的后端延伸至传动轴后端的外侧；

所述连接膜片内侧通过内压圈压紧固定在第二转子支架上，其外侧通过外压圈压紧固定在摩擦环上；在摩擦环的两侧分别固定有一绕摩擦环一周的摩擦板。

2.根据权利要求1所述的一种能够监测转速和补偿输出的力矩电机，其特征在于：还包括供电装置和电压表，所述测速电机转子的两端与供电装置的两端相连，在测速电机转子与供电装置之间还串联有控制开关；所述电压表与测速电机转子并联。

3.根据权利要求1所述的一种能够监测转速和补偿输出的力矩电机，其特征在于：所述传动轴与壳体两端之间分别设有一轴承，其中，第一转子支架的内筒的后端与轴承紧贴，前端由挡圈锁紧定位；第二转子支架的内筒的前端也与轴承紧贴，后端由与传动轴后端固定的压板压紧固定。