CN111478537B - 一种带有可变定子套件的无差变速电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有可变定子套件的无差变速电机，包括输出轴、第一轴、第二轴、主机壳、主线圈、副机壳、副线圈，主机壳内壁上固定主线圈，副机壳内壁上固定副线圈，主机壳与副机壳通过紧固件进行可拆连接，第一轴与主线圈传动连接，第二轴直接或间接传动连接至副线圈上，输出轴一端位于主机壳内、一端伸出主机壳背离副机壳的一侧作为对外输出端，输出轴与第一轴、第二轴进行变速传动连接，主线圈和副线圈带有相互独立的变频控制。以两个转速的第一轴和第二轴去进行组合传动，最终在输出轴上构造一个第三转速，这一转速根据传动结构的不同与第一轴和第二轴的转速具有不同的关系，从而获得范围扩大或者特定范围内的转速。

Description

一种带有可变定子套件的无差变速电机

技术领域

本发明涉及电机领域，具体是一种带有可变定子套件的无差变速电机。

背景技术

电机是一种工业应用广泛的原动机，而常常需要进行调速使用，对于固定转速的工况需求，一般通过定转速的电机外加齿轮变速箱实现，对于根据工艺要求而变化的转速需求，一般通过电机的变频控制完成。

现有技术中，电机的变频控制都会影响电机效率，在低频运行时，由于电机内部线圈励磁不充分而导致转速不精确以及发热较大，整机效率降低，常见的变频电机的高效运行区间在50％～100％工频下，频率越低，整体效率越低，运行经济性受到显著影响；然而，很多场合下需要几转～几十转的超低速运行，按照传统变频电机就需要运行在超低频率下，效率低，而且，传统电机变频控制时，频率变化百分比与转速变化百分比是一比一的，即频率变化10％，则转速变化10％，这样的话，由于电源频率波动会部分导致电机转速的波动，在一些精度场合不够使用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有可变定子套件的无差变速电机，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带有可变定子套件的无差变速电机，包括输出轴、第一轴、第二轴、主机壳、主线圈、副机壳、副线圈，主机壳内壁上固定主线圈，副机壳内壁上固定副线圈，主机壳与副机壳通过紧固件进行可拆连接，第一轴与主线圈传动连接，第二轴直接或间接传动连接至副线圈上，输出轴一端位于主机壳内、一端伸出主机壳背离副机壳的一侧作为对外输出端，输出轴与第一轴、第二轴进行变速传动连接，主线圈和副线圈带有相互独立的变频控制。

原先的电机只有一个线圈，所以，变频控制后就是该频率所对应的转速，原先变频控制中，低速运行是一个非常低效的转速范围，本发明通过双线圈进行独立变频，以两个转速的第一轴和第二轴去进行组合传动，最终在输出轴上构造一个第三转速，这一转速根据传动结构的不同与第一轴和第二轴的转速具有不同的关系，从而获得范围扩大或者特定范围内的转速，变频控制的转速可以无级变化，输出轴转速也能无级变化。

进一步的，第二轴为空心轴，第一轴贯穿第二轴并与第二轴之间设置轴承，第一轴与第二轴同轴设置，第一轴一端伸出第二轴端部并在外端设置第一齿轮、第一轴另一端也伸出第二轴另一端并直接或间接连接至副线圈上，第二轴靠近第一齿轮的一端端部设有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮节圆半径相等，输出轴通过轴承支撑安装在主机壳内壁上，输出轴轴线与第一轴轴线重合，输出轴在主机壳内的一端端部设有圆盘，圆盘外缘轴向延伸成圆筒，圆筒壁面上通过轴承设置若干个圆周分布的配位轮，配位轮轴线垂直于输出轴轴线并与输出轴轴线相交，配位轮位于第一齿轮和第二齿轮之间并同时与两者啮合。

进一步的，变速电机还包括副轴，副轴固定连接在副线圈的中间位置，副轴与第一轴轴线重合，副轴与第一轴之间通过插接传动结构传动连接。副机壳和副线圈是可更换的，更换时只要拆开副机壳与主机壳之间的紧固件即可，但是，如果与副线圈传动连接的第一轴也在更换的话，那么齿轮组这边会更换繁琐，从而影响实际使用，所以，通过副轴形式进行副线圈至第一轴的旋转传递，更换副机壳、副线圈时，连带着将与副线圈固连的副轴一并取下，而第一轴不用拆动，换上新的副线圈、副轴时，只需要新的副轴与第一轴端对端相连传动就可以了。

进一步的，插接传动结构为设置在第一轴和副轴端部相配合的插接头和插接孔，插接头为正方形截面，还可以是花键连接或者带有键连接的孔轴配合。正方形截面的插接头与插接孔直接***就能完成传动，是一种最简单的“花键”连接，也可以是使用传统的传动平稳的花键结构，但是加工稍复杂。

进一步的，变速电机还包括轴承盘、锁紧螺母，轴承盘通过紧固件安装至主机壳或副机壳内壁上，轴承盘中央位置设置轴承孔安置用于支撑第二轴的轴承，第二轴在轴承支撑位置设有外螺纹，外螺纹上旋入锁紧螺母，锁紧螺母抵紧轴承进行轴向锁紧，副轴远离第一轴的一端也通过轴承、锁紧螺母进行旋转支撑。

进一步的，轴承盘方便轴承在合适的位置进行安装，轴承盘与主机壳、副机壳分体连接，对于机壳的加工要求也能降低，轴承盘部件相比于机壳而言小了很多，加工精度能保证，而且，轴承盘拆下来才方便进行线圈布置，锁紧螺母旋合在轴上的进行轴承支撑的位置，进行轴的轴向定位与紧固。

进一步的，副机壳背离主机壳的一侧设置锁轴组件，锁轴组件用于选择性的锁死副轴的旋转。有时候主线圈所驱动的第二轴的旋转就够用了，副线圈没必要通电进行驱动，输出轴的转速等于第二轴转速W的一半，此时，如果第一轴不加以限位的话，它会自发滑移旋转(因为副线圈没有通电，第一轴旋转自由)，影响传动方程，所以，需要使用结构锁死第一轴的旋转，使其转速确定为零。

进一步的，锁轴组件包括端盖、锁死盘、锁紧件，副机壳端部固定连接端盖，副轴远离第一轴的一端端部伸出副机壳和端盖，副轴伸出副机壳的一端为方头，锁死盘中央设有与方头相匹配的锁死孔，锁死盘通过锁紧件可拆式固定至端盖上。锁死盘通过锁紧件固定到端盖时，其中心位置与副轴插接，锁死副轴的旋转，保证第一轴的转速为零。

进一步的，锁轴组件还包括轴封，轴封安装在端盖内圈并与该处副轴轴面接触进行密封。轴封用于防止外界的灰尘从端盖处进入电机内部。

进一步的，配位轮、第一齿轮、第二齿轮为斜齿锥齿轮。斜齿锥齿轮是轴线垂直齿轮中传动较为稳定的一种。

进一步的，主机壳靠近输出轴的一侧带有可拆式封盖，第一齿轮在第一轴端部为可拆连接，第二齿轮在第二轴端部为可拆连接。齿轮组可能在运行过程发生损坏，所以，可拆式连接并主机壳在齿轮组侧带有的可拆的封盖，可以方便地进行维修。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过双定转子线圈进行双转速输入，通过齿轮组在输出轴上构建包含零转速在内的超低转速，在线圈保持高效励磁状态的同时获得低转速范围，此外，双线圈控制的输出轴转速对于供电频率波动的敏感度小一半以上，也就是转速调节后可以稳定保持。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明配速齿轮组结构示意图；

图3为图2的A向示意图；

图4为本发明主机壳、副机壳连接处的结构图；

图5为本发明副机壳尾部处的结构图。

图中：11-输出轴、12-配位轮、13-第一轴、131-第一齿轮、14-第二轴、141-第二齿轮、142-外螺纹、2-主机壳、3-主线圈、4-副机壳、5-副线圈、6-副轴、61-方头、7-锁轴组件、71-端盖、72-锁死盘、721-锁紧孔、73-锁紧件、74-轴封、81-轴承盘、82-轴承、83-锁紧螺母、84-插接传动结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种带有可变定子套件的无差变速电机，包括输出轴11、第一轴13、第二轴14、主机壳2、主线圈3、副机壳4、副线圈5，主机壳2内壁上固定主线圈3，副机壳4内壁上固定副线圈5，主机壳2与副机壳4通过紧固件进行可拆连接，第一轴13与主线圈3传动连接，第二轴14直接或间接传动连接至副线圈5上，输出轴11一端位于主机壳2内、一端伸出主机壳2背离副机壳4的一侧作为对外输出端，输出轴11与第一轴13、第二轴14进行变速传动连接，主线圈3和副线圈5带有相互独立的变频控制。

原先的电机只有一个线圈，所以，变频控制后就是该频率所对应的转速，原先变频控制中，低速运行是一个非常低效的转速范围，本发明通过双线圈进行独立变频，以两个转速的第一轴13和第二轴14去进行组合传动，最终在输出轴11上构造一个第三转速，这一转速根据传动结构的不同与第一轴13和第二轴14的转速具有不同的关系，从而获得范围扩大或者特定范围内的转速(例如0～300rpm的低速范围)，变频控制的转速可以无级变化，输出轴11转速也能无级变化。

如图1～4所示，第二轴14为空心轴，第一轴13贯穿第二轴14并与第二轴14之间设置轴承82，第一轴13与第二轴14同轴设置，第一轴13一端伸出第二轴14端部并在外端设置第一齿轮131、第一轴13另一端也伸出第二轴14另一端并直接或间接连接至副线圈5上，第二轴14靠近第一齿轮131的一端端部设有第二齿轮141，第一齿轮131和第二齿轮141节圆半径相等，输出轴11通过轴承支撑安装在主机壳2内壁上，输出轴11轴线与第一轴13轴线重合，输出轴11在主机壳2内的一端端部设有圆盘，圆盘外缘轴向延伸成圆筒，圆筒壁面上通过轴承设置若干个圆周分布的配位轮12，配位轮12轴线垂直于输出轴11轴线并与输出轴11轴线相交，配位轮12位于第一齿轮131和第二齿轮141之间并同时与两者啮合。

本发明通过齿轮组的啮合传动实现速度分配，如图2所示，是速度匹配的核心结构，第一齿轮131随第一轴13以W3角速度转动，第二齿轮141跟随第二轴14以W4角速度转动，它们都与配位轮12啮合，如果他们之间具有转速差，那么，第一齿轮131和第二齿轮141的转速差会在配位轮12上造成其自转W2，而配位轮12绕第一轴13轴线的公转转速受到三个转速影响，而配位轮12的公转转速也就是输出轴11的输出转速W1，第一齿轮131、第二齿轮141的旋转半径记为R1，这也是配位轮12的公转半径，而配位轮12的自转半径记为R2，由此，建立耦合关系：

如图3所示，以从输出轴11端看第一轴13逆时针旋转为正，以径向从外往内看逆时针旋转为正，

先行计算第一轴13和第二轴14都是正向旋转的情况：

在计算过程中，W3、W4、R1、R2是已知量，W2是中间量，最终目的是要获得W1，

则:

W4R1＝W2R2+W1R1,

W3R1＝W1R1-W2R2

从以上两式消除W2后获得：W1＝(W3+W4)/2；

由此可知，输出轴11的转速是第一轴13和第二轴14转速的平均，例如的第一轴13的转速范围取其单线圈(选择二极线圈)的高效变频范围50％～100％，那么，第一轴13同步转速调配范围是1500～3000rpm，第二轴14的转速范围取其单线圈(选择四极线圈)的高效变频范围50％～100％，那么其同步转速调配范围是750～1500rpm，获得的总转速范围是：1125～2250rpm，这一转速虽然既没有超过两个线圈的最大转速3000rpm，也没有低过最低转速750rpm，但是，这范围没有包含在两个单独线圈的运行范围内，也是就说，没有一个线圈能在保持较高效率的运行同时，具有1125～2250rpm的转速范围，即双线圈结构组合使用，可以获得单个线圈无法达到的高效变频运行范围；此外，考察单个转速固定的情况，另一个线圈进行变频变速，单位频率的变化导致的速度变化为组合后变化的两倍，例如，原先其中一个为3000rpm，一个为1500rpm，当其中3000rpm因为60hz变为50hz时变为2500rpm，而输出轴上只由2250rpm变为2000rpm，变化只有原先的一半，所以，调速更加准确，因为频率波动而造成的转速波动也就较小；

再来看第一轴13和第二轴14中其中一个反转旋转的情况：

第一轴13的旋转方向从输出轴11端看是顺时针的，在计算时转速标量为W3，齿轮组啮合方程是：

W4R1＝W2R2+W1R1，

-W3R1＝W1R1-W2R2；

从以上两式消除W2后获得：W1＝(W4-W3)/2；同样的W3在1500～3000rpm内变化，W4在750～1500rpm之间变化，这样，W1的变化范围是：-1125～0rpm，即，输出轴11转向从电机外部看为顺时针，转速为0～1125rpm之间，第一轴13和第二轴14转向调换，则输出轴11转速范围是+0～1125rpm，第一轴13和第二轴14全反转，则转速范围是-2250～-1125rpm；

通过第一轴13和第二轴14的转向与转速变化，得到输出轴-2250～2250rpm的完整范围，在单个线圈仍以高效的频率范围运行时，可以得到0rpm附近的低速运行范围区间。，通过更换副机壳4和副线圈5，可以让第一轴13具有不同的转速范围，虽然将副线圈5更换为4极线圈后只有750～1500rpm的高效运行范围，组合线圈后在输出轴11上构建的转速调节范围变小，但是，输出轴11会在转速精度上有更大提升，频率轻微波动导致的转速变化更小。

如图4所示，变速电机还包括副轴6，副轴6固定连接在副线圈5的中间位置，副轴6与第一轴13轴线重合，副轴6与第一轴13之间通过插接传动结构84传动连接。副机壳4和副线圈5是可更换的，更换时只要拆开副机壳4与主机壳2之间的紧固件即可，但是，如果与副线圈5传动连接的第一轴13也在更换的话，那么齿轮组这边会更换繁琐，从而影响实际使用，所以，通过副轴6形式进行副线圈5至第一轴11的旋转传递，更换副机壳4、副线圈5时，连带着将与副线圈5固连的副轴6一并取下，而第一轴13不用拆动，换上新的副线圈5、副轴6时，只需要新的副轴6与第一轴13端对端相连传动就可以了。

插接传动结构84为设置在第一轴13和副轴6端部相配合的插接头和插接孔，插接头为正方形截面，还可以是花键连接或者带有键连接的孔轴配合。正方形截面的插接头与插接孔直接***就能完成传动，是一种最简单的“花键”连接，也可以是使用传统的传动平稳的花键结构，但是加工稍复杂。

变速电机还包括轴承盘81、锁紧螺母83，轴承盘81通过紧固件安装至主机壳2或副机壳4内壁上，轴承盘81中央位置设置轴承孔安置用于支撑第二轴14的轴承82，第二轴14在轴承支撑位置设有外螺纹142，外螺纹142上旋入锁紧螺母83，锁紧螺母83抵紧轴承82进行轴向锁紧，副轴6远离第一轴13的一端也通过轴承82、锁紧螺母83进行旋转支撑。

轴承盘81方便轴承在合适的位置进行安装，轴承盘81与主机壳2、副机壳4分体连接，对于机壳的加工要求也能降低，轴承盘81部件相比于机壳而言小了很多，加工精度能保证，而且，轴承盘81拆下来才方便进行线圈布置，锁紧螺母83旋合在轴上的进行轴承支撑的位置，进行轴的轴向定位与紧固。

副机壳4背离主机壳2的一侧设置锁轴组件7，锁轴组件7用于选择性的锁死副轴6的旋转。有时候主线圈3所驱动的第二轴14的旋转就够用了，副线圈5没必要通电进行驱动，输出轴11的转速等于第二轴14转速W4的一半，此时，如果第一轴13不加以限位的话，它会自发滑移旋转(因为副线圈5没有通电，第一轴13旋转自由)，影响传动方程，所以，需要使用结构锁死第一轴13的旋转，使其转速确定为零。

锁轴组件7包括端盖71、锁死盘72、锁紧件73，副机壳4端部固定连接端盖71，副轴6远离第一轴13的一端端部伸出副机壳4和端盖71，副轴6伸出副机壳4的一端为方头62，锁死盘72中央设有与方头62相匹配的锁死孔721，锁死盘72通过锁紧件73可拆式固定至端盖71上。锁死盘71通过锁紧件73固定到端盖71时，其中心位置与副轴6插接，锁死副轴6的旋转，保证第一轴13的转速为零。

锁轴组件7还包括轴封74，轴封74安装在端盖71内圈并与该处副轴6轴面接触进行密封。轴封74用于防止外界的灰尘从端盖71处进入电机内部。

配位轮12、第一齿轮131、第二齿轮141为斜齿锥齿轮。斜齿锥齿轮是轴线垂直齿轮中传动较为稳定的一种。

主机壳2靠近输出轴11的一侧带有可拆式封盖，第一齿轮131在第一轴13端部为可拆连接，第二齿轮141在第二轴14端部为可拆连接。齿轮组可能在运行过程发生损坏，所以，可拆式连接并主机壳2在齿轮组侧带有的可拆的封盖，可以方便地进行维修。

本装置的主要运行过程是：根据实际工况需要而选择合适极数的副线圈5，将装有该副线圈5的副机壳4装入到主机壳2的尾部，副轴6与第一轴13插接，从而得到两个独立控制转速的第一轴13和第二轴14，两个转速在输出轴11上构造包含低转速在内的全覆盖转速范围。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种带有可变定子套件的无差变速电机，其特征在于：所述变速电机包括输出轴(11)、第一轴(13)、第二轴(14)、主机壳(2)、主线圈(3)、副机壳(4)、副线圈(5)，所述主机壳(2)内壁上固定主线圈(3)，所述副机壳(4)内壁上固定副线圈(5)，所述主机壳(2)与副机壳(4)通过紧固件进行可拆连接，所述第一轴(13)与主线圈(3)传动连接，所述第二轴(14)直接或间接传动连接至副线圈(5)上，所述输出轴(11)一端位于主机壳(2)内、一端伸出主机壳(2)背离副机壳(4)的一侧作为对外输出端，输出轴(11)与第一轴(13)、第二轴(14)进行变速传动连接，所述主线圈(3)和副线圈(5)带有相互独立的变频控制；

所述第二轴(14)为空心轴，所述第一轴(13)贯穿第二轴(14)并与第二轴(14)之间设置轴承(82)，第一轴(13)与第二轴(14)同轴设置，第一轴(13)一端伸出第二轴(14)端部并在外端设置第一齿轮(131)、第一轴(13)另一端也伸出第二轴(14)另一端并直接或间接连接至副线圈(5)上，所述第二轴(14)靠近第一齿轮(131)的一端端部设有第二齿轮(141)，所述第一齿轮(131)和第二齿轮(141)节圆半径相等，所述输出轴(11)通过轴承支撑安装在主机壳(2)内壁上，输出轴(11)轴线与第一轴(13)轴线重合，输出轴(11)在主机壳(2)内的一端端部设有圆盘，圆盘外缘轴向延伸成圆筒，圆筒壁面上通过轴承设置若干个圆周分布的配位轮(12)，所述配位轮(12)轴线垂直于输出轴(11)轴线并与输出轴(11)轴线相交，配位轮(12)位于第一齿轮(131)和第二齿轮(141)之间并同时与两者啮合。

2.根据权利要求1所述的一种带有可变定子套件的无差变速电机，其特征在于：所述变速电机还包括副轴(6)，所述副轴(6)固定连接在副线圈(5)的中间位置，副轴(6)与第一轴(13)轴线重合，副轴(6)与第一轴(13)之间通过插接传动结构(84)传动连接。

3.根据权利要求2所述的一种带有可变定子套件的无差变速电机，其特征在于：所述插接传动结构(84)为设置在第一轴(13)和副轴(6)端部相配合的插接头和插接孔，插接头为正方形截面。

4.根据权利要求2所述的一种带有可变定子套件的无差变速电机，其特征在于：所述变速电机还包括轴承盘(81)、锁紧螺母(83)，所述轴承盘(81)通过紧固件安装至主机壳(2)或副机壳(4)内壁上，轴承盘(81)中央位置设置轴承孔安置用于支撑第二轴(14)的轴承(82)，所述第二轴(14)在轴承支撑位置设有外螺纹(142)，外螺纹(142)上旋入锁紧螺母(83)，锁紧螺母(83)抵紧轴承(82)进行轴向锁紧，所述副轴(6)远离第一轴(13)的一端也通过轴承(82)、锁紧螺母(83)进行旋转支撑。

5.根据权利要求2所述的一种带有可变定子套件的无差变速电机，其特征在于：所述副机壳(4)背离主机壳(2)的一侧设置锁轴组件(7)，所述锁轴组件(7)用于选择性的锁死副轴(6)的旋转。

6.根据权利要求5所述的一种带有可变定子套件的无差变速电机，其特征在于：所述锁轴组件(7)包括端盖(71)、锁死盘(72)、锁紧件(73)，所述副机壳(4)端部固定连接端盖(71)，所述副轴(6)远离第一轴(13)的一端端部伸出副机壳(4)和端盖(71)，副轴(6)伸出副机壳(4)的一端为方头(62)，所述锁死盘(72)中央设有与方头(62)相匹配的锁死孔(721)，所述锁死盘(72)通过锁紧件(73)可拆式固定至端盖(71)上。

7.根据权利要求6所述的一种带有可变定子套件的无差变速电机，其特征在于：所述锁轴组件(7)还包括轴封(74)，所述轴封(74)安装在端盖(71)内圈并与该处副轴(6)轴面接触进行密封。

8.根据权利要求1所述的一种带有可变定子套件的无差变速电机，其特征在于：所述配位轮(12)、第一齿轮(131)、第二齿轮(141)为斜齿锥齿轮。

9.根据权利要求1所述的一种带有可变定子套件的无差变速电机，其特征在于：所述主机壳(2)靠近输出轴(11)的一侧带有可拆式封盖，所述第一齿轮(131)在第一轴(13)端部为可拆连接，第二齿轮(141)在第二轴(14)端部为可拆连接。

Images