[發(fā)明專利]一種永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高可靠性傳動(dòng)系統(tǒng)及無傳感器控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710813614.5
• 申請(qǐng)日: 2017-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN107623407A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李威;盛連超;王禹橋;楊雪鋒;范孟豹;許少毅;魏華賢;鞠錦勇;路恩;王承濤;王超;孟慶國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K7/116
• 分類號(hào): H02K7/116;H02P6/08;H02P21/18;E21C31/02
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務(wù)所32205
• 代理人: 董潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種傳動(dòng)系統(tǒng)及其控制方法，特別是一種永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高可靠性傳動(dòng)系統(tǒng)及無傳感器控制方法。

背景技術(shù)

煤炭是我國的主體能源，在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。采煤機(jī)作為現(xiàn)代化礦井安全、高效生產(chǎn)的主要機(jī)械設(shè)備，正受到越來越多的關(guān)注。現(xiàn)有采煤機(jī)由于截割部傳動(dòng)鏈長、傳動(dòng)元件多，使得截割部機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)成為采煤機(jī)薄弱部分。尤其在對(duì)硬煤進(jìn)行強(qiáng)硬截割過程中，截割部齒輪受到來自滾筒所傳遞的重載、強(qiáng)振、沖擊載荷作用，截割搖臂作為一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的串聯(lián)動(dòng)力傳動(dòng)鏈，其中任一齒輪失效將導(dǎo)致整機(jī)停止工作，據(jù)統(tǒng)計(jì)行星齒輪系統(tǒng)故障占到整個(gè)齒輪傳動(dòng)故障的30％，同時(shí)機(jī)械式傳感器的引入不僅會(huì)增加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，降低了機(jī)械性能，而且加大了永磁同步電機(jī)的尺寸和體積，同時(shí)還增加了外圍硬件線路的連接，使系統(tǒng)易受干擾和不穩(wěn)定。綜上所述，現(xiàn)有采煤機(jī)主要存在如下不足：一、傳動(dòng)鏈過長，采用高故障率的行星齒輪作為傳動(dòng)元件，易產(chǎn)生故障。二、機(jī)械式傳感器的使用，增加了電機(jī)的體積和成本，同時(shí)測量結(jié)果易受周圍惡劣環(huán)境影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高可靠性傳動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)縮短傳動(dòng)鏈，更好的節(jié)約能源，有效降低系統(tǒng)故障率。使用該方法實(shí)現(xiàn)截割煤巖工作，可以縮小截割電機(jī)的體積和成本，同時(shí)增加系統(tǒng)的可靠性和適應(yīng)性，測量結(jié)果準(zhǔn)確。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高可靠性傳動(dòng)系統(tǒng)，包括殼體、內(nèi)置式永磁同步電機(jī)、彈性扭矩軸、減速傳動(dòng)系統(tǒng)和截割滾筒，所述減速傳動(dòng)系統(tǒng)包括第一級(jí)小齒輪，第一級(jí)小齒輪扭矩軸支撐軸承，第一級(jí)小齒輪扭矩軸，第一級(jí)惰輪，第一級(jí)惰輪扭矩軸支撐軸承，第一級(jí)惰輪扭矩軸，第一級(jí)大齒輪，第一級(jí)大齒輪扭矩軸支撐軸承，第一級(jí)大齒輪扭矩軸，第二級(jí)小齒輪，第二級(jí)大齒輪，第三級(jí)小齒輪，第三級(jí)小齒輪扭矩軸支撐軸承，第三級(jí)小齒輪扭矩軸，第三級(jí)惰輪，內(nèi)置式永磁同步電機(jī)輸出軸與第一級(jí)小齒輪扭矩軸通過彈性扭矩軸連接，所述第一級(jí)小齒輪與第一級(jí)惰輪嚙合，所述第一級(jí)惰輪與第一級(jí)大齒輪嚙合，所述第一級(jí)大齒輪與第二級(jí)小齒輪同軸連接，所述第二級(jí)小齒輪與第二級(jí)大齒輪嚙合，所述第二級(jí)大齒輪與第三級(jí)小齒輪同軸連接,所述第三級(jí)小齒輪與第三級(jí)惰輪嚙合,第三級(jí)惰輪與第三級(jí)大齒輪嚙合,所述第三級(jí)大齒輪與截割滾筒同軸連接，所述內(nèi)置式永磁同步電機(jī)設(shè)置有電流傳感器，所述電流傳感器與采煤機(jī)的控制器相連。

進(jìn)一步，所述第一級(jí)惰輪扭矩軸通過第一級(jí)惰輪扭矩軸支撐軸承安裝在第一級(jí)惰輪上。

進(jìn)一步，所述第一級(jí)小齒輪通過第一級(jí)小齒輪扭矩軸支撐軸承安裝在殼體上。

進(jìn)一步，所述第一級(jí)大齒輪與第二級(jí)小齒輪通過第一級(jí)大齒輪扭矩軸同軸連接，并通過第一級(jí)大齒輪扭矩軸支撐軸承安裝在殼體上。

進(jìn)一步，所述第二級(jí)大齒輪與第三級(jí)小齒輪通過第三級(jí)小齒輪扭矩軸同軸連接，并通過第三級(jí)小齒輪扭矩軸支撐軸承安裝在殼體上。

進(jìn)一步，所述第三級(jí)惰輪扭矩軸通過第三級(jí)惰輪扭矩軸支撐軸承安裝在第三級(jí)惰輪上。

進(jìn)一步，所述第三級(jí)大齒輪扭矩軸通過第三級(jí)大齒輪扭矩軸支撐軸承安裝在殼體上。

一種永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高可靠性傳動(dòng)系統(tǒng)的無傳感器控制方法，包括以下步驟：

步驟S1，流程開始，首先整機(jī)啟動(dòng)，內(nèi)置式永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，經(jīng)過彈性扭矩軸，減速傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力傳遞給截割滾筒，截割滾筒旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)截割刀對(duì)煤壁進(jìn)行切削，根據(jù)需求的塊煤率的要求，確定合適的煤壁切削的厚度，經(jīng)過n＝100V_q/mh_max公式計(jì)算得到理論切削速度，即切削速度的期望值，記為n；

步驟S2：內(nèi)置式永磁同步電機(jī)上的電流傳感器測得電機(jī)電流，控制器將內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的電流作為反饋值，對(duì)其進(jìn)行Clark和Park變化后，進(jìn)入模糊滑模觀測器并通過鎖相環(huán)技術(shù)得到切削速度的觀測值，記為

步驟S3：控制器將采煤機(jī)切削速度的期望值和切削速度的觀測值相減，將Δn的值與預(yù)先手動(dòng)設(shè)定的范圍進(jìn)行比較，若在設(shè)定范圍內(nèi)，則進(jìn)行步驟S5；若超出設(shè)定范圍，則進(jìn)行步驟S4；

步驟S4：在控制器上手動(dòng)進(jìn)行速度和電流PI控制器調(diào)節(jié)；

步驟S5：按期望值實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)永磁截割系統(tǒng)的無傳感器控制，流程結(jié)束。