一体式双闭环控制的节能减速电机及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种一体式双闭环控制的节能减速电机及其控制方法，该减速电机包括电机控制系统、电机、齿轮编码器、减速器、减速器编码器和电磁制动器；减速器编码器传动轴穿过电磁制动器和中空结构输出轴伸入至减速器输出轴内；该控制方法包括步骤：一、减速器输出轴转动位置给定；二、减速电机转动工作；三、电机输出轴的位置和转速以及减速器输出轴的位置和转速的采集及反馈；四、减速器输出轴转动位置校正及补偿；五、多次循环步骤二至步骤四，对电机和减速器进行双闭环控制；六、减速电机的制动。本发明专利技术将电机和减速器集成一体化，通过跨越中空结构输出轴将减速器输出轴与减速器编码器相连接，对电机输出轴及减速器输出轴的位置信号进行反馈。

Energy saving reduction motor with integrated double closed-loop control and its control method

【技术实现步骤摘要】
一体式双闭环控制的节能减速电机及其控制方法
本专利技术属于减速电机的控制
，具体涉及一种一体式双闭环控制的节能减速电机及其控制方法。
技术介绍
一般的永磁电机驱动系统可以通过与电机输出轴相连接的编码器对电机输出轴的位置信号进行反馈，使驱动系统与输出轴形成闭环控制，提高了永磁电机的控制精度，但是对于减速电机来说，电机与减速器连接为一体，控制系统反馈的为电机输出轴的位置，而减速电机的实际输出轴为减速器的输出轴，由于减速器传动链中存在传动误差，比如齿轮副之间的间隙误差，减速器随着使用时长的增加所产生的磨损以及环境温度的变化而出现非线性变化，从而导致减速器输出轴的实际位置偏移指令值，而控制系统又无法提供正确的校正及补偿，从而降低了减速电机的控制精度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种一体式双闭环控制的节能减速电机，其设计新颖合理，将电机和减速器集成一体化设计，减小了减速电机的体积，提高了电机的功率密度与转矩密度，同时通过跨越中空结构输出轴将减速器输出轴与减速器编码器相连接，与电机输出轴上安装的齿轮编码器一起组成了双闭环控制系统，能够同时对电机输出轴及减速器输出轴的位置信号进行反馈，提高了减速电机的控制精度，集成度好，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：包括减速电机和电机控制系统，所述电机控制系统通过电机驱动器驱动所述减速电机，所述减速电机包括电机、安装在电机前端且与电机的电机输出轴相连接的减速器以及安装在电机后端且与电机的电机输出轴相连接的电磁制动器；所述电机输出轴为中空结构输出轴，减速器编码器传动轴依次穿过所述电磁制动器和所述中空结构输出轴伸入至减速器的减速器输出轴内且与减速器输出轴固定连接，减速器编码器传动轴远离减速器输出轴的一端设置有减速器编码器，用于向电机控制系统反馈减速器输出轴的位置信号；齿轮编码器套设在电机输出轴位于所述电磁制动器前侧的轴段上，用于向电机控制系统或电机驱动器反馈电机输出轴的位置信号。上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电机为永磁电机，所述永磁电机包括机壳以及由外至内设置在机壳与电机输出轴之间的电机定子、磁钢、电机转子铁芯，磁钢和电机转子铁芯的两端通过平衡环固定，机壳外套设有水套，机壳的后侧安装有后法兰，水套外设置有与机壳内连通的接线盒，齿轮编码器的感应头固定在后法兰的背面且其数据线依次穿过后法兰和机壳伸入至接线盒内。上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述减速器为单级行星减速器，所述单级行星减速器包括与机壳连接的减速器外壳以及设置在减速器外壳内且与电机输出轴相连接的内部行星减速机构，减速器外壳远离机壳的一端安装有减速器端盖，所述内部行星减速机构包括三个环绕于输入太阳轮外圆并与输入太阳轮相互啮合的行星齿轮以及用于安装三个行星齿轮的行星架，减速器外壳上固定设置有内齿圈，行星齿轮与输入太阳轮啮合的同时与内齿圈啮合，减速器输出轴安装在行星架远离减速器外壳的一端且穿过减速器端盖，电机输出轴穿过输入太阳轮中心通孔，输入太阳轮通过涨套与电机输出轴连接。上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述输入太阳轮的齿轮、行星齿轮、内齿圈的齿轮均采用直齿齿形。上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电磁制动器包括安装在后法兰外侧的制动器后壳以及设置在制动器后壳内的制动器定子、制动器转子和制动器轴套，电机输出轴与制动器轴套通过键连接，制动器轴套与制动器转子通过花键连接。上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述制动器后壳外安装有编码器后盖，减速器编码器设置在编码器后盖内且与减速器编码器传动轴远离减速器输出轴的一端固定连接，编码器后盖上设置有航空插头，减速器编码器的信号输出端与所述航空插头连接。上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述减速器外壳与减速器端盖之间通过O型密封圈密封，减速器外壳上安装有水嘴。上述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电机控制系统的信号输入端连接有输入设备，输入设备为输入键盘或触摸屏。同时，本专利技术还公开了一种控制方法步骤简单、设计合理、可提高减速电机控制精度的一体式双闭环控制的节能减速电机的控制方法，其特征在于该控制方法包括以下步骤：步骤一、减速器输出轴转动位置给定：为减速电机上电，通过输入设备向电机控制系统输入减速器输出轴的给定位置值；步骤二、减速电机转动工作：电机控制系统控制电机驱动器工作，电机驱动器驱动电机转动，电机带动减速器转动，减速器输出轴同步带动减速器编码器传动轴转动；步骤三、电机输出轴的位置和转速以及减速器输出轴的位置和转速的采集及反馈：利用齿轮编码器采集电机输出轴的位置及转速，并将采集的电机输出轴位置及转速反馈至电机控制系统或电机驱动器；同时，利用减速器编码器采集减速器编码器传动轴的位置及转速，进而获取减速器输出轴的位置及转速，并将采集的减速器输出轴位置及转速反馈至电机控制系统；步骤四、减速器输出轴转动位置校正及补偿：电机控制系统根据齿轮编码器传送的数据查看电机输出轴的实时位置及转速，电机控制系统根据减速器编码器传送的数据确定减速器输出轴的实时位置及转速，并通过将减速器输出轴的实时位置及转速与减速器输出轴的给定位置值进行比对，当减速器输出轴的实时位置及转速与减速器输出轴的给定位置值不等时，电机控制系统对减速器输出轴的实时位置及转速进行校正及补偿；步骤五、多次循环步骤二至步骤四，对电机和减速器进行双闭环控制；步骤六、减速电机的制动：减速电机失电，失电后电磁制动器将电机输出轴抱死，防止电机输出轴发生转动，实现减速电机的制动。上述的控制方法，其特征在于：所述电磁制动器包括制动器定子、制动器转子和制动器轴套，电机输出轴与制动器轴套通过键连接，制动器轴套与制动器转子通过花键连接；减速电机失电，失电后制动器转子产生制动力矩，将电机输出轴抱死。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术采用的减速电机，通过在电机前端设置与电机的电机输出轴相连接的减速器，在电机后端设置与电机的电机输出轴相连接的电磁制动器，电机和减速器集成一体化设计，减小了减速电机的体积，提高了电机的功率密度与转矩密度，便于推广使用。2、本专利技术采用的减速电机，通过将电机输出轴设计成中空结构输出轴，减速器编码器传动轴依次穿过电磁制动器和中空结构输出轴伸入至减速器的减速器输出轴内且与减速器输出轴固定连接，并在减速器编码器传动轴远离减速器输出轴的一端设置减速器编码器，通过跨越中空结构输出轴将减速器输出轴与减速器编码器相连接，减速器编码器结合采集电机输出轴的位置信号的齿轮编码器，组成了双闭环控制系统，能够同时对电机输出轴及减速器输出轴的位置信号进行反馈，提高了减速电机的控制精度,使用效果好。3、本专利技术采用的控制方法，步骤简单，通过输入设备向电机控制系统输入减速器输出轴的给定位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：包括减速电机和电机控制系统(40)，所述电机控制系统(40)通过电机驱动器(41)驱动所述减速电机，所述减速电机包括电机(42)、安装在电机(42)前端且与电机(42)的电机输出轴(27)相连接的减速器(43)以及安装在电机(42)后端且与电机(42)的电机输出轴(27)相连接的电磁制动器；/n所述电机输出轴(27)为中空结构输出轴，减速器编码器传动轴(26)依次穿过所述电磁制动器和所述中空结构输出轴伸入至减速器(43)的减速器输出轴(37)内且与减速器输出轴(37)固定连接，减速器编码器传动轴(26)远离减速器输出轴(37)的一端设置有减速器编码器(20)，用于向电机控制系统(40)反馈减速器输出轴(37)的位置信号；/n齿轮编码器(22)套设在电机输出轴(27)位于所述电磁制动器前侧的轴段上，用于向电机控制系统(40)或电机驱动器(41)反馈电机输出轴(27)的位置信号。/n

【技术特征摘要】
1.一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：包括减速电机和电机控制系统(40)，所述电机控制系统(40)通过电机驱动器(41)驱动所述减速电机，所述减速电机包括电机(42)、安装在电机(42)前端且与电机(42)的电机输出轴(27)相连接的减速器(43)以及安装在电机(42)后端且与电机(42)的电机输出轴(27)相连接的电磁制动器；
所述电机输出轴(27)为中空结构输出轴，减速器编码器传动轴(26)依次穿过所述电磁制动器和所述中空结构输出轴伸入至减速器(43)的减速器输出轴(37)内且与减速器输出轴(37)固定连接，减速器编码器传动轴(26)远离减速器输出轴(37)的一端设置有减速器编码器(20)，用于向电机控制系统(40)反馈减速器输出轴(37)的位置信号；
齿轮编码器(22)套设在电机输出轴(27)位于所述电磁制动器前侧的轴段上，用于向电机控制系统(40)或电机驱动器(41)反馈电机输出轴(27)的位置信号。


2.按照权利要求1所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电机(42)为永磁电机，所述永磁电机包括机壳(8)以及由外至内设置在机壳(8)与电机输出轴(27)之间的电机定子(10)、磁钢(29)、电机转子铁芯(28)，磁钢(29)和电机转子铁芯(28)的两端通过平衡环(30)固定，机壳(8)外套设有水套(9)，机壳(8)的后侧安装有后法兰(12)，水套(9)外设置有与机壳(8)内连通的接线盒(11)，齿轮编码器(22)的感应头固定在后法兰(12)的背面且其数据线依次穿过后法兰(12)和机壳(8)伸入至接线盒(11)内。


3.按照权利要求2所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述减速器(43)为单级行星减速器，所述单级行星减速器包括与机壳(8)连接的减速器外壳(4)以及设置在减速器外壳(4)内且与电机输出轴(27)相连接的内部行星减速机构，减速器外壳(4)远离机壳(8)的一端安装有减速器端盖(1)，所述内部行星减速机构包括三个环绕于输入太阳轮(34)外圆并与输入太阳轮(34)相互啮合的行星齿轮(6)以及用于安装三个行星齿轮(6)的行星架(33)，减速器外壳(4)上固定设置有内齿圈(5)，行星齿轮(6)与输入太阳轮(34)啮合的同时与内齿圈(5)啮合，减速器输出轴(37)安装在行星架(33)远离减速器外壳(4)的一端且穿过减速器端盖(1)，电机输出轴(27)穿过输入太阳轮(34)中心通孔，输入太阳轮(34)通过涨套(35)与电机输出轴(27)连接。


4.按照权利要求3所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述输入太阳轮(34)的齿轮、行星齿轮(6)、内齿圈(5)的齿轮均采用直齿齿形。


5.按照权利要求2所述的一体式双闭环控制的节能减速电机，其特征在于：所述电磁制动器包括安装在后法兰(12)外侧的制动器后壳(13)以及设置在制动器后壳(13)内的制动器定子(14)、制动器转子(15)和制动器轴套(18)，电机输出轴(27)与制动器轴套(18)通过键(16)连接，制动器轴套(18)与制动器...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴强强，段文浩，张洋溢，陈华胄，
申请(专利权)人：西安合升动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61