电机稳定输出系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010112336.2 (22)申请日 2020.02.24 (71)申请人 中国科学院自动化研究所 地址 100190 北京市海淀区中关村东路95 号 (72)发明人 邓赛范俊峰周超吴正兴 李海鹏谭民 (74)专利代理机构 北京市恒有知识产权代理事 务所(普通合伙) 11576 代理人 郭文浩尹文会 (51)Int.Cl. H02K 7/02(2006.01) H02K 7/10(2006.01) (54)发明名称 电机稳定输出系统 (57)摘要 本发明属于电机技术领域，。

2、 具体涉及一种电 机稳定输出系统， 旨在解决现有技术中电机工作 过程中负载不均衡周期性变化影响电机工作性 能的问题， 本发明提供一种电机稳定输出系统及 工作方法， 包括基座， 以及依次连接的动力装置、 传动装置、 飞轮装置； 飞轮装置包括飞轮转轴和 旋转体， 旋转体同轴设置于飞轮转轴， 飞轮转轴 与旋转体同步转动； 动力装置具有动力输出轴， 其能够通过传动装置与飞轮装置连接， 带动飞轮 转轴及旋转体旋转， 动力装置与飞轮装置相互耦 合。 本发明负载小时， 动能能量存储在飞轮装置 中， 负载大时， 可以从飞轮装置中汲取能量， 从而 稳定动力输出， 使动力装置免受负载变化的影 响， 本发明结构简单。

3、、 稳定可靠、 具有较强的实用 性。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 111313599 A 2020.06.19 CN 111313599 A 1.一种电机稳定输出系统， 其特征在于， 包括基座， 以及固设于所述基座上依次连接的 动力装置、 传动装置、 飞轮装置； 所述飞轮装置包括飞轮转轴和旋转体， 所述旋转体同轴设置于飞轮转轴， 所述飞轮转 轴与所述旋转体同步转动； 所述动力装置具有动力输出轴， 所述动力输出轴能够通过所述传动装置与所述飞轮装 置连接， 带动所述飞轮转轴及所述旋转体旋转， 所述动力装置与所述飞轮装置相互耦合。 2.根据权利要求1所述的电机稳定输出系统， 其特征在。

4、于， 所述传动装置为带传动。 3.根据权利要求2所述的电机稳定输出系统， 其特征在于， 所述带传动包括第一带轮、 第二带轮、 传动带； 所述第一带轮设置有第一卡合部， 所述动力输出轴上设置有第二卡合部， 所述第一带 轮通过所述第一卡合部装设于所述第二卡合部， 所述第一带轮能够伴随所述动力输出轴同 步转动； 所述第二带轮设置有第三卡合部， 所述飞轮转轴上设置有第四卡合部， 所述第二带轮 通过所述第三卡合部装设于所述第四卡合部， 所述第二带轮能够伴随所述飞轮转轴同步转 动； 所述传动带同时与所述第一带轮和所述第二带轮配合设置。 4.根据权利要求3所述的电机稳定输出系统， 其特征在于， 所述第一带轮。

5、与所述第二带 轮的齿数比大于1。 5.根据权利要求3所述的电机稳定输出系统， 其特征在于， 所述带传动还包括张紧装 置， 所述张紧装置包括惰轮及惰轮安装架， 所述惰轮通过所述惰轮安装架可转动地设置于 所述基座， 所述惰轮能够在所述飞轮转轴的垂直面的所在平面内移动； 所述惰轮与所述传动带配合， 并能够通过改变惰轮安装架相对于所述基座的位置改变 所述传动带的张紧度。 6.根据权利要求1所述的电机稳定输出系统， 其特征在于， 所述旋转体包括设置于所述 飞轮转轴上的飞轮外圈和飞轮内圈， 所述飞轮外圈质量大于所述飞轮内圈质量。 7.根据权利要求6所述的电机稳定输出系统， 其特征在于， 所述飞轮内圈包括用。

6、于与所 述飞轮转轴配合的第一圆环、 若干个沿所述第一圆环周向均匀设置的辐条、 以及用于与所 述飞轮外圈连接的第二圆环， 所述第一圆环、 所述辐条、 所述第二圆环依次连接。 8.根据权利要求7所述的电机稳定输出系统， 其特征在于， 所述第一圆环内环周向均匀 设置有若干个凹槽， 所述凹槽用于与所述飞轮转轴上的凸起配合， 在所述凹槽与所述凸起 装配状态下， 所述飞轮内圈与所述飞轮转轴同步旋转。 9.根据权利要求1所述的电机稳定输出系统， 其特征在于， 所述飞轮装置还包括限位装 置， 所述限位装置用于限制所述飞轮转轴上的物体沿所述飞轮转轴轴向运动的自由度。 10.根据权利要求1所述的电机稳定输出系统，。

7、 其特征在于， 所述基座设置有一个用于 放置所述动力装置的空腔， 以及位于所述空腔上端部用于架设所述飞轮装置两端的两个支 撑件； 所述支撑件具有第一端和第二端， 所述第一端与所述第二端相反， 所述支撑件的第一 端固定于所述空腔侧壁并形成密封， 所述支撑件的第二端向背离所述空腔的方向延伸以形 成中空的连接部。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111313599 A 2 电机稳定输出系统 技术领域 0001 本发明属于电机技术领域， 具体涉及一种电机稳定输出系统。 背景技术 0002 电机在工作过程中， 经常存在负载不均衡、 周期性变化的情况， 这种情况会导致电 机输出转矩不断变化， 电机的转速。

8、也不稳定， 影响电机的工作性能。 此外， 电机工作过程中， 由于负载不断的变化， 可能电机的功率不能满足某一时刻负载的要求， 但是电机的功率可 以满足平均负载的要求， 如果电机输出直接驱动负载， 则电机无法正常工作， 所以需要一套 能使电机稳定输出的系统， 即使负载不断变化， 电机也能稳定工作。 发明内容 0003 为了解决现有技术中的上述问题， 即为了解决现有技术中电机工作过程中负载不 均衡周期性变化影响电机工作性能的问题， 本发明提供一种电机稳定输出系统， 包括基座， 以及固设于所述基座上依次连接的动力装置、 传动装置、 飞轮装置； 所述飞轮装置包括飞轮 转轴和旋转体， 所述旋转体同轴设置。

9、于飞轮转轴， 所述飞轮转轴与所述旋转体同步转动； 所 述动力装置具有动力输出轴， 所述动力输出轴能够通过所述传动装置与所述飞轮装置连 接， 带动所述飞轮转轴及所述旋转体旋转， 所述动力装置与所述飞轮装置相互耦合。 0004 在一些优选技术方案中， 所述传动装置为带传动。 0005 在一些优选技术方案中， 所述带传动包括第一带轮、 第二带轮、 传动带； 0006 所述第一带轮设置有第一卡合部， 所述动力输出轴上设置有第二卡合部， 所述第 一带轮通过所述第一卡合部装设于所述第二卡合部， 所述第一带轮能够伴随所述动力输出 轴同步转动； 0007 所述第二带轮设置有第三卡合部， 所述飞轮转轴上设置有第。

10、四卡合部， 所述第二 带轮通过所述第三卡合部装设于所述第四卡合部， 所述第二带轮能够伴随所述飞轮转轴同 步转动； 0008 所述传动带同时与所述第一带轮和所述第二带轮配合设置。 0009 在一些优选技术方案中， 所述第一带轮与所述第二带轮的齿数比大于1。 0010 在一些优选技术方案中， 所述带传动还包括张紧装置， 所述张紧装置包括惰轮及 惰轮安装架， 所述惰轮通过所述惰轮安装架可转动地设置于所述基座， 所述惰轮能够在所 述飞轮转轴的垂直面的所在平面内移动； 0011 所述惰轮与所述传动带配合， 并能够通过改变惰轮安装架相对于所述基座的位置 改变所述传动带的张紧度。 0012 在一些优选技术方。

11、案中， 所述旋转体包括设置于所述飞轮转轴上的飞轮外圈和飞 轮内圈， 所述飞轮外圈质量大于所述飞轮内圈质量。 0013 在一些优选技术方案中， 所述飞轮内圈包括用于与所述飞轮转轴配合的第一圆 环、 若干个沿所述第一圆环周向均匀设置的辐条、 以及用于与所述飞轮外圈连接的第二圆 说明书 1/5 页 3 CN 111313599 A 3 环， 所述第一圆环、 所述辐条、 所述第二圆环依次连接。 0014 在一些优选技术方案中， 所述第一圆环内环周向均匀设置有若干个凹槽， 所述凹 槽用于与所述飞轮转轴上的凸起配合， 在所述凹槽与所述凸起装配状态下， 所述飞轮内圈 与所述飞轮转轴同步旋转。 0015 在一。

12、些优选技术方案中， 所述飞轮装置还包括限位装置， 所述限位装置用于限制 所述飞轮转轴上的物体沿所述飞轮转轴轴向运动的自由度。 0016 在一些优选技术方案中， 所述基座设置有一个用于放置所述动力装置的空腔， 以 及位于所述空腔上端部用于架设所述飞轮装置两端的两个支撑件； 0017 所述支撑件具有第一端和第二端， 所述第一端与所述第二端相反， 所述支撑件的 第一端固定于所述空腔侧壁并形成密封， 所述支撑件的第二端向背离所述空腔的方向延伸 以形成中空的连接部。 0018 本发明的有益效果： 0019 本发明的飞轮装置与动力装置相互耦合， 利用大转动惯量的盘形零件飞轮作为电 机能量存储器， 在负载小。

13、的阶段， 将电机的能量存储在飞轮中， 而当负载大的时候， 可以从 飞轮中汲取能量， 从而稳定电机输出， 使电机免受负载变化的影响， 整个装置结构简单、 稳 定可靠、 具有较强的实用性。 0020 本发明利用带传动装置连接动力装置输出轴和飞轮转轴， 传动结构紧凑、 传动效 率高、 噪声低； 同时由于采用增速同步带传动， 提高了飞轮的转速， 增加了飞轮中存储的能 量， 更有利于稳定电机的输出。 0021 本发明飞轮装置采用飞轮内圈和飞轮外圈组合的方式， 飞轮内圈为轮毂辐条形 状， 质量较轻； 飞轮外圈为圆环形状， 材料采用密度较大的黄铜， 使得飞轮外圈的质量较大， 提高飞轮的转动惯量， 增加了飞轮。

14、转动时存储的能量， 有利于稳定电机输出； 同时， 飞轮外 圈易于拆装， 通过更换不同转动惯量的飞轮外圈， 可以使其与不同功率的电机相适应。 0022 本发明可以稳定电机输出， 克服负载不均衡周期性变化对其工作性能的影响， 其 不仅仅可以为电动发电机提供稳定输出辅助， 也适用于伺服电机等工作在电流或者力矩模 式下的各种电机都能产生积极的效果。 附图说明 0023 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述， 本申请的其它 特征、 目的和优点将会变得更明显： 0024 图1为本发明一种实施例的整体结构示意图； 0025 图2为本发明一种实施例中飞轮系统同步带传动系统结构侧面示意图； 。

15、0026 图3为本发明一种实施例中飞轮系统同步带传动系统结构侧正面示意图； 0027 图4为本发明一种实施例中飞轮内圈结构示意图； 0028 图5为本发明一种实施例中飞轮外圈结构示意图。 0029 附图标记列表： 0030 1-伺服电机； 2-系统输出轴； 3-基座； 4-传动装置； 5-飞轮装置； 6-联轴器； 7-第一 带轮； 8-第二带轮； 9-惰轮； 10-惰轮安装架； 11-飞轮转轴； 12-飞轮内圈； 13-飞轮外圈； 14- 锁紧螺帽； 15-飞轮支架； 16-轴承； 17-飞轮外壳。 说明书 2/5 页 4 CN 111313599 A 4 具体实施方式 0031 为使本发明的。

16、实施例、 技术方案和优点更加明显， 下面将结合附图对本发明的技 术方案进行清楚、 完整的描述， 显然， 所述的实施例是本发明的一部分实施例， 而不是全部 实施例。 本领域技术人员应当理解的是， 这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理， 并 非旨在限制本发明的保护范围。 0032 本发明的一种基于飞轮的电机稳定输出系统， 包括基座， 以及固设于所述基座上 依次连接的动力装置、 传动装置、 飞轮装置； 所述飞轮装置包括飞轮转轴和旋转体， 所述旋 转体同轴设置于飞轮转轴， 所述飞轮转轴与所述旋转体同步转动； 所述动力装置具有动力 输出轴， 所述动力输出轴能够通过所述传动装置与所述飞轮装置连接， 带。

17、动所述飞轮转轴 及所述旋转体旋转， 所述动力装置与所述飞轮装置相互耦合。 0033 为了更清晰地对本发明基于飞轮的电机稳定输出系统进行说明， 下面结合附图对 本方发明一种优选实施例进行展开详述。 0034 作为本发明的一个优选实施例， 本发明的电机稳定输出系统如图1所示， 本发明的 基座3设置有一个用于放置动力装置的空腔， 以及位于所述空腔上端部用于架设飞轮装置 11两端的两个支撑件， 如图2所示， 两个飞轮支架15即支撑件， 结构相同且均具有第一端和 第二端， 第一端与第二端相反， 飞轮支架15的第一端固定于空腔侧壁并形成密封， 其通过可 拆卸连接件与空腔侧壁连接， 飞轮支架15的第二端向背。

18、离所述空腔的方向延伸以形成中空 的连接部， 飞轮支架15通过所述连接部与飞轮装置11连接。 更进一步地， 所述连接部内安装 有轴承16， 飞轮支架15用于支撑飞轮转轴11， 轴承16用于限制其沿轴向窜动。 优选地， 第二 端可伸缩的设置于第一端， 以便于飞轮装置5更换时需要调整架设高度， 可通过调节第二端 相对于第一端的距离以调节飞轮装置5的架设高度。 进一步地， 本领域技术人员也可采用更 换飞轮支架， 以调节飞轮装置的架设高度， 飞轮支架的结构可多样化设置， 在此不再过多说 明。 0035 进一步地， 本发明的动力装置固设于空腔内， 且具有动力输出轴， 其通过传动装置 4与飞轮装置5连接， 。

19、用于将动力传递至飞轮装置5。 本申请优选动力装置为伺服电机1， 如图 1所示， 本实施例优选的伺服电机1的型号为J4840带抱闸， 其工作在电流控制模式下， 其输 出轴为动力输出轴通过联轴器6与本发明电机稳定输出系统输出轴2连接。 0036 进一步地， 本申请的飞轮装置包括飞轮转轴11和旋转体， 旋转体同轴设置于飞轮 转轴11上， 并能伴随其同步旋转。 所述旋转体包括飞轮内圈12和飞轮外圈13， 参阅图4和图 5， 飞轮内圈12安装在飞轮转轴11上， 跟随飞轮转轴11高速旋转， 飞轮外圈13通过型面和螺 钉与飞轮内圈12连接， 跟随飞轮内圈12高速旋转。 飞轮外圈13质量大于飞轮内圈12质量。。

20、 本 实施例中飞轮内圈12包括用于与飞轮转轴11的第一圆环、 若干个沿所述第一圆环周向均匀 设置的辐条、 以及用于与飞轮外圈13连接的第二圆环， 第一圆环、 辐条、 第二圆环依次连接。 通过这样的设置使得飞轮内圈稳定旋转的同时， 使其质量较轻； 飞轮外圈13为圆环形状， 并 且材料采用密度较大的黄铜， 使得飞轮外圈13的质量较大， 提高飞轮的转动惯量， 从而加大 飞轮转动时可以存储的能量。 飞轮装置作为一个转动惯量很大的盘形零件， 其作用如同一 个能量存储器。 在负载小的阶段， 可以将电机的能量存储在飞轮中， 而当负载大的时候， 可 以从飞轮中汲取能量， 从而起到使电机免受负载变化的影响， 稳。

21、定电机输出的作用。 0037 进一步地， 本实施例的飞轮内圈12的第一圆环内环周向均匀设置有若干个凹槽， 说明书 3/5 页 5 CN 111313599 A 5 凹槽用于与飞轮转轴11上的凸起配合， 在所述凹槽与所述凸起装配状态下， 飞轮内圈12与 飞轮转轴11同步旋转。 本领域技术人员也可在飞轮内圈12的第一圆环内环上设置凸起， 在 飞轮转轴11上设置于所述凸起对应的凹槽， 使得飞轮内圈与飞轮转轴更好的配合。 飞轮装 置5通过飞轮转轴11与动力装置的输出轴相互连接， 动力装置与飞轮装置相互耦合。 0038 优选地， 飞轮装置5还包括限位装置和飞轮外壳17， 限位装置用于限制所述飞轮转 轴1。

22、1上的物体沿所述飞轮转轴11轴向运动的自由度， 即用于限制飞轮内圈12和飞轮外圈 13， 本实施例中限位装置包括锁紧螺帽14， 将两个锁紧螺帽14分别安装在飞轮转轴两端上， 用于限制飞轮内圈12和飞轮外圈13在飞轮转轴11上的轴向窜动。 飞轮外壳17设置为左右对 称的中空壳体， 其固设于基座3上用于保护飞轮装置5。 0039 继续参阅图2和图3， 本实施例的传动装置4为带传动。 其包括第一带轮7、 第二带轮 8、 传动带； 第一带轮7设置有第一卡合部， 系统输出轴2上设置有第二卡合部， 第一带轮7通 过所述第一卡合部装设于所述第二卡合部， 第一带轮7能够伴随系统输出轴2同步转动； 第 二带轮8。

23、设置有第三卡合部， 飞轮转轴11上设置有第四卡合部， 第二带轮8通过所述第三卡 合部装设于所述第四卡合部， 第二带轮8能够伴随飞轮转轴11同步转动； 传动带同时与第一 带轮7和第二带轮8配合设置。 0040 优选地， 第一带轮7需与第二带轮8的齿数比大于1， 以使得第一带轮能够带动第二 带轮告诉旋转。 本实例中优选将第一带轮7的齿数设置为60， 第二带轮8的齿数设置为25。 通 过这样的设置使得通过安装在系统输出轴2上的第一带轮7带动安装在飞轮转轴11上的第 二带轮8高速旋转， 飞轮转轴11的转速高于电机飞轮系统输出轴2的转速， 提高飞轮系统的 动能。 0041 进一步地， 传动装置4还包括张。

24、紧装置， 所述张紧装置包括惰轮9及惰轮安装架10， 惰轮9通过惰轮安装架10可转动地设置于基座3， 惰轮9能够在飞轮转轴11的垂直面的所在 平面内移动。 具体可参阅图2， 惰轮9与传动带内表面配合设置， 通过改变惰轮安装架10相对 于基座3的位置能够改变传动带的张紧度。 进而使得本发明维修维护成本低， 便于安装和调 节， 适应性强。 0042 应用本发明电机稳定输出系统的工作方法以使电机稳定输出的方法， 包括以下步 骤： 0043 1)设置动力装置工作在电流控制模式下， 通过联轴器带动系统输出轴旋转， 从而 驱动负载运动； 同时系统输出轴通过同步带传动装置带动飞轮内圈和外圈旋转。 0044 2。

25、)当负载较小时， 电流控制模式下动力装置旋转速度较高， 此时系统输出轴通过 同步带传动系统带动飞轮内外圈高速旋转， 将动力装置输出的能量存储于飞轮装置中。 0045 3)当负载较大时， 电流控制模式下动力装置旋转速度将会出现下降的趋势， 如果 没有飞轮装置， 动力装置输出轴的旋转速度将会大幅下降， 如果存在大惯量的飞轮装置， 由 于飞轮装置中存储着大的动能， 高速旋转的飞轮内圈和外圈会通过飞轮转轴、 同步带传动 装置将其动能传递给系统输出轴， 大大减少系统输出轴旋转速度下降的程度， 通过释放飞 轮装置存储的能量， 可以驱动大的负载运动。 0046 上述本申请实施例中的技术方案中， 至少具有如下。

26、的技术效果及优点： 0047 本发明的飞轮装置与动力装置相互耦合， 利用大转动惯量的盘形零件飞轮作为电 机能量存储器， 在负载小的阶段， 将电机的能量存储在飞轮中， 而当负载大的时候， 可以从 说明书 4/5 页 6 CN 111313599 A 6 飞轮中汲取能量， 从而稳定电机输出， 使电机免受负载变化的影响， 整个装置结构简单、 稳 定可靠、 具有较强的实用性。 0048 本发明利用带传动装置连接动力装置输出轴和飞轮转轴， 传动结构紧凑、 传动效 率高、 噪声低； 同时由于采用增速同步带传动， 提高了飞轮的转速， 增加了飞轮中存储的能 量， 更有利于稳定电机的输出。 0049 本发明飞轮。

27、装置采用飞轮内圈和飞轮外圈组合的方式， 飞轮内圈为轮毂辐条形 状， 质量较轻； 飞轮外圈为圆环形状， 材料采用密度较大的黄铜， 使得飞轮外圈的质量较大， 提高飞轮的转动惯量， 增加了飞轮转动时存储的能量， 有利于稳定电机输出； 同时， 飞轮外 圈易于拆装， 通过更换不同转动惯量的飞轮外圈， 可以使其与不同功率的电机相适应。 0050 本发明可以稳定电机输出， 克服负载不均衡周期性变化对其工作性能的影响， 其 不仅仅可以为电动发电机提供稳定输出辅助， 也适用于伺服电机等工作在电流或者力矩模 式下的各种电机都能产生积极的效果。 0051 需要说明的是， 在本发明的描述中， 动力装置即包括电机或等同。

28、于电机， 由于本发 明的电机稳定输出系统可以应用于任一种类的电机上， 因此将全种类电机以 “动力装置” 为 名词进行撰写说明。 术语 “中心” 、“上” 、“下” 、“左” 、“右” 、“竖直” 、“水平” 、“内” 、“外” 等指示 方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系， 这仅仅是为了便于描述， 而不 是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能 理解为对本发明的限制。 此外， 术语 “第一” 、“第二” 、“第三” 仅用于描述目的， 而不能理解为 指示或暗示相对重要性。 0052 此外， 还需要说明的是， 在本发明的描述中， 除非另有明确。

29、的规定和限定， 术语 “安 装” 、“相连” 、“连接” 应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或一体地 连接； 可以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域技术人员而言， 可根据具体情况理解上述术语在 本发明中的具体含义。 0053 术语 “包括” 或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含， 从而使得包括一系 列要素的过程、 物品或者设备/装置不仅包括那些要素， 而且还包括没有明确列出的其它要 素， 或者还包括这些过程、 物品或者设备/装置所固有的要素。 0054 至此， 已经结合附图所。

30、示的优选实施方式描述了本发明的技术方案， 但是， 本领域 技术人员容易理解的是， 本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。 在不偏离本 发明的原理的前提下， 本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换， 这些 更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 111313599 A 7 图1 说明书附图 1/4 页 8 CN 111313599 A 8 图2 说明书附图 2/4 页 9 CN 111313599 A 9 图3 说明书附图 3/4 页 10 CN 111313599 A 10 图4 图5 说明书附图 4/4 页 11 CN 111313599 A 11 。