專利名稱：伺服式離合裝置及其運(yùn)行方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種伺服式離合裝置及其運(yùn)行方式。
(二)
背景技術(shù)：
離合器是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中常用的扭矩傳遞部件。常見(jiàn)的離合器有磁粉離 合器、電磁離合器、摩擦式或液力式機(jī)械離合器等幾種。主要功能是隔離主、 從部件的扭矩傳遞，實(shí)現(xiàn)主從部件的逐漸接合/分離，傳遞工作扭矩。
磁粉離合器在主從部分之間加入了磁粉，通過(guò)調(diào)節(jié)從動(dòng)部分的激磁電流 就能方便地控制轉(zhuǎn)矩，且轉(zhuǎn)矩隨激磁電流呈一定的線性關(guān)系，與激磁電流在 相當(dāng)廣闊的范圍內(nèi)成正比。并且磁粉離合器具有較為迅捷的快速響應(yīng)性激 磁電流的變化使磁場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生相應(yīng)的變化，其過(guò)程無(wú)任何宏觀的機(jī)械動(dòng)作， 幾乎在接通電源的同時(shí)，就有轉(zhuǎn)矩傳遞。但主從部分的速度差會(huì)磨擦發(fā)熱， 損失能量、通常還需要用水冷卻。
電磁式離合器靠線圈的通斷電來(lái)控制離合器的接合與分離，但傳遞扭力 不易定量控制。
摩擦式離合器的主動(dòng)和從動(dòng)部分依靠摩擦力傳遞扭矩，給主、從部分施 加接觸壓力，兩者摩擦面相接合，依靠摩擦力傳遞扭矩；撤消接觸壓力，兩 者摩擦面分離而實(shí)現(xiàn)扭矩隔離；逐漸加大或減小接觸壓力，則可實(shí)現(xiàn)兩者逐 漸接合或分離。當(dāng)離合器反復(fù)多次離合、主從部分有速差時(shí)，其摩擦面之間 頻繁地相對(duì)滑磨會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)相互磨損；離合器完全分離或完全 結(jié)合時(shí)，摩擦片間摩擦發(fā)熱停止。此類離合器摩擦片間摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，磨損 也嚴(yán)重，因而摩擦離合器是易損件。另外摩擦式離合器傳遞扭矩的定量控制 非常困難，操縱控制機(jī)械結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。液力離合器利用液體作為傳動(dòng)介質(zhì)， 一般包括輸入軸、增速齒輪系、工作液流腔、葉輪、從動(dòng)輪等，雖然能實(shí)現(xiàn) 離合器的功能，但也不能精確控制傳遞扭矩，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本過(guò)高。
上述離合器都能夠控制主從部分扭矩隔離、逐步接合、穩(wěn)定傳遞扭矩， 但接合過(guò)程會(huì)摩擦發(fā)熱，不能將接合過(guò)程的剩余能量回收；雖然磁粉離合器 可在一定程度上調(diào)節(jié)傳遞扭矩的大小，并且響應(yīng)速度達(dá)到百毫秒級(jí)，但是現(xiàn)在的離合器均無(wú)法滿足精確地、寬范圍、響應(yīng)快地控制傳遞扭矩以及效率高、 體積小、能耗低的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種伺服式離合裝置及其運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)離合器傳 遞扭矩從0-100%全范圍的高精度、高速響應(yīng)線性控制，并且，在傳遞扭矩時(shí)， 將主從部分速度差導(dǎo)致的多余能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，使用或存?chǔ)，極少產(chǎn)生熱量。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的伺服式離合裝置包括輸入軸、第一轉(zhuǎn)子,、第二轉(zhuǎn)子、輸出 軸、導(dǎo)電滑環(huán)、兩個(gè)位置傳感器或者兩個(gè)位置/速度傳感器和伺服驅(qū)動(dòng)器。離 合器的第一轉(zhuǎn)子軸連輸入軸，第二轉(zhuǎn)子軸連輸出軸，二軸處于同一直線。輸 入軸和輸出軸可互換。第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子二者其一嵌有永磁磁極，另一個(gè) 為繞制在鐵芯上的繞組，嵌有永磁磁極的為另一個(gè)提供磁場(chǎng)，二者構(gòu)成永磁 電機(jī)?；蛘叩谝晦D(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子二者其一為與外部勵(lì)磁電源連接的勵(lì)磁線圈， 為另一個(gè)提供磁場(chǎng)，另一個(gè)為繞制在鐵芯上的繞組，二者構(gòu)成它勵(lì)電機(jī)。繞 組通過(guò)集電環(huán)與伺服驅(qū)動(dòng)器連接，第一、第二轉(zhuǎn)子軸上各安裝一個(gè)位置傳感 器或者位置/速度傳感器，二位置傳感器或者二位置/速度傳感器連接伺服驅(qū) 動(dòng)器。伺服驅(qū)動(dòng)器含有扭矩伺服單元和/或速度/位置伺服單元，有與離合控
制單元連接的控制端口，控制端口含有扭矩設(shè)定、禾n/或速度/位置設(shè)定及扭
矩限制值設(shè)定多種控制信號(hào)端口 ，還可有扭矩伺服模式或速度/位置伺服模式 切換信號(hào)的控制端口。
離合控制單元主體為單片機(jī)，內(nèi)含透過(guò)功能模塊、曲線選定功能模塊和 設(shè)置模塊，透過(guò)功能模塊和曲線選定功能模塊各經(jīng)其內(nèi)的模擬/數(shù)字開(kāi)關(guān)并聯(lián) 后接到伺服驅(qū)動(dòng)器的控制端口 ，設(shè)置模塊內(nèi)的選擇開(kāi)關(guān)接透過(guò)功能模塊和曲 線選定功能模塊的模擬/數(shù)字開(kāi)關(guān)，該選擇開(kāi)關(guān)為兩個(gè)功能模塊的模擬數(shù)字開(kāi)
關(guān)之一提供有效電平，作為功能模塊的選通信號(hào)；該選擇開(kāi)關(guān)可直接設(shè)置選
擇所接功能模塊，同時(shí)經(jīng)單片機(jī)與外部控制單元相接，接受外部控制單元的 信號(hào)選擇所接功能模塊。曲線選定功能模塊內(nèi)按編碼存儲(chǔ)有離合器各種常用 功能流程的扭矩設(shè)定、和/或速度/位置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定、扭矩伺服模
式或速度/位置伺服模式切換多種控制信號(hào)的組合曲線；離合控制單元有扭矩 設(shè)定、和/或速度/位置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定的多種控制信號(hào)輸出端口，扭 矩伺服模式或速度/位置伺服模式切換信號(hào)的輸出控制端口 ；還含有與上位外 部控制單元連接的信號(hào)輸入端口。該離合控制單元按設(shè)置模塊選擇開(kāi)關(guān)的設(shè)
置接受其內(nèi)或外部控制單元的提供的選通信號(hào)，確定其運(yùn)行的功能模塊、并 向伺服驅(qū)動(dòng)器提供控制信號(hào)。伺服驅(qū)動(dòng)器按離合控制單元的信號(hào)工作于扭矩 伺服或有扭矩限制的速度/位置伺服模式。伺服驅(qū)動(dòng)器經(jīng)直流母線與外部相關(guān) 配套裝置相連，相關(guān)配套裝置含電能存儲(chǔ)裝置、和/或用電裝置、和/或逆變 器、和/或能量泄放裝置相連，伺服驅(qū)動(dòng)器還與外部電源相連。
離合控制單元的透過(guò)功能模塊運(yùn)行時(shí)，外部控制單元提供的扭矩設(shè)定信
號(hào)、和/或速度/位置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定信號(hào)、扭矩伺服模式或速度/位置 伺服模式切換信號(hào)直接透過(guò)傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)器；其曲線選定功能模塊運(yùn)行時(shí)， 按外部控制單元給定的編碼信號(hào)，離合控制單元以預(yù)存的扭矩設(shè)定、和/或速 度/位置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定、扭矩伺服模式或速度/位置伺服模式切換多 種控制信號(hào)的組合變化規(guī)律提供給伺服驅(qū)動(dòng)器。 本伺服式離合裝置的運(yùn)行方式如下
本離合器工作于扭矩伺服控制模式，離合控制單元根據(jù)外部控制單元指 令，按照期望的扭矩傳遞規(guī)律給伺服驅(qū)動(dòng)器提供扭矩設(shè)定信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)器 即根據(jù)此設(shè)定值進(jìn)行扭矩伺服控制，對(duì)輸入軸施加線性跟隨設(shè)定值的扭矩。 由于作用力與反作用力的關(guān)系，在輸入軸上的第一轉(zhuǎn)子受到輸出軸上的第二 轉(zhuǎn)子的電磁扭矩時(shí)，輸出軸上的第二轉(zhuǎn)子也受到同樣大小的反作用扭矩，此 扭矩即為離合器從輸入軸傳遞到輸出軸的扭矩，即主動(dòng)軸按扭矩設(shè)定值的變 化規(guī)律向從動(dòng)軸傳遞扭矩。
或者本離合器工作于模式二帶扭矩限制的速度/位置控制模式，離合控 制單元根據(jù)外部控制單元指令、按照期望的輸出軸運(yùn)動(dòng)規(guī)律給伺服驅(qū)動(dòng)器提 供速度/位置給定信號(hào)和扭矩限制值，維持設(shè)定的速度/位置值所需扭矩不大 于扭矩限制值時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器按設(shè)定的速度/位置變化規(guī)律控制第一、第二轉(zhuǎn) 子運(yùn)行；維持設(shè)定的速度/位置運(yùn)動(dòng)規(guī)律所需扭矩大于扭矩限制值時(shí)，伺服驅(qū)
動(dòng)器保持第一、第二轉(zhuǎn)子間的扭矩線性跟隨扭矩限制值，第一轉(zhuǎn)子3和第二 轉(zhuǎn)子4的相對(duì)速度/位置偏離設(shè)定值。
外部控制單元根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制需要，選定離合控制單元運(yùn)行其透過(guò)功能模 塊，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器的控制端口選定其工作于扭矩伺服控制模式或帶扭矩限
制的速度/位置控制模式；動(dòng)態(tài)改變扭矩設(shè)定值、速度/位置設(shè)定值、扭矩限 制值，控制本離合裝置主從部分隔離、或逐漸柔和接合/分離、或穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 在接合/分離過(guò)程中，主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速大于從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速時(shí)，第一、第二轉(zhuǎn)子將多余 能量轉(zhuǎn)換為電能送入伺服驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)直流母線被相關(guān)配套裝置使用或存儲(chǔ)。外部控制單元根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制需要，選定離合控制單元運(yùn)行其曲線功能模 塊并給出編碼信號(hào)，離合控制單元依據(jù)編碼信號(hào)按預(yù)存的曲線變化規(guī)律、將 控制信號(hào)組合送達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器接口，伺服驅(qū)動(dòng)器動(dòng)態(tài)控制第一轉(zhuǎn)子、第二轉(zhuǎn) 子按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。
本伺服式離合裝置及其運(yùn)行方式通過(guò)伺服控制按設(shè)定值傳遞扭矩，具有 以下的優(yōu)點(diǎn)
① 輸入軸和輸出軸之間的扭矩傳遞為線性控制，非線性度可控制在5% 以內(nèi)；
② 輸入軸和輸出軸間半聯(lián)動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的能量可以回收再利用；沒(méi)有主從 單元間的摩擦導(dǎo)致的能量損耗，發(fā)熱小，效率高；
③ 轉(zhuǎn)動(dòng)部件間無(wú)機(jī)械摩擦，具有出色的耐久性和可靠性；
④ 在扭矩伺服模式，傳遞扭矩的大小與輸入軸、輸出軸的速度無(wú)關(guān)；
⑤ 扭矩控制響應(yīng)迅速，響應(yīng)時(shí)間可達(dá)毫秒級(jí)；
⑥ 離合操控靈活、平滑、無(wú)沖擊，適合半聯(lián)動(dòng)控制；
⑦ 本伺服式離合器有多種工作方式
a) 輸入軸轉(zhuǎn)速等于輸出軸轉(zhuǎn)速，輸入軸送入的能量，全部傳遞給輸 出軸；
b) 輸入軸轉(zhuǎn)速高于輸出軸轉(zhuǎn)速，輸入軸送入的能量， 一部分傳遞給 輸出軸，多余部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苓M(jìn)入伺服驅(qū)動(dòng)器；
c) 輸入軸轉(zhuǎn)速低于輸出軸轉(zhuǎn)速，輸入軸送入的能量，全部傳遞給輸 出軸，同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器消耗來(lái)自供電系統(tǒng)的電能，將之轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 械能輸出到輸出軸；
d) 加載方式，即針對(duì)輸入軸施加大小精確受控、方向可變的扭矩負(fù) 載；
e) 制動(dòng)方式，即第一、第二轉(zhuǎn)子軸其一固定不動(dòng)，對(duì)另一軸施加與 轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)扭矩；
f) 驅(qū)動(dòng)方式，即第一、第二轉(zhuǎn)子軸其一固定不動(dòng)，對(duì)另一軸施加與 轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同的驅(qū)動(dòng)扭矩；
⑧ 伺服驅(qū)動(dòng)器配套電能存儲(chǔ)裝置、和/或用電裝置、和/或逆變器、和/ 或能量泄放裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)回收能量的處置。
◎可限制主從部分接合扭矩最大值，使主從部分免受過(guò)大扭矩的損害。 ⑩可將常見(jiàn)的主從部分運(yùn)行規(guī)律預(yù)存于離合控制單元，按外部控制單元編碼選定運(yùn)行，操控簡(jiǎn)化。
(四)


圖l為本發(fā)明伺服式離合裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明伺服式離合裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖1和2中標(biāo)號(hào)為1、輸入軸，2、 A位置傳感器，3、第一轉(zhuǎn)子，4、
第二轉(zhuǎn)子，5、集電環(huán)，6伺服驅(qū)動(dòng)器，7、B位置傳感器，8、輸出軸，9、
相關(guān)配套裝置，10、離合控制單元。
圖3為本發(fā)明伺服式離合裝置實(shí)施例1的離合控制單元結(jié)構(gòu)框圖； 圖中標(biāo)號(hào)為11、透過(guò)功能模塊，12、設(shè)置模塊，13、曲線選定功能模塊。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本發(fā)明伺服式離合裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)如圖1所示，輸入軸1連接第一
轉(zhuǎn)子3，第一轉(zhuǎn)子3為外轉(zhuǎn)子，內(nèi)嵌永磁磁極，其內(nèi)為第二轉(zhuǎn)子4，第二轉(zhuǎn)子 4為內(nèi)轉(zhuǎn)子，為繞制在鐵芯上的繞組，第二轉(zhuǎn)子4連接本裝置的輸出軸8。輸 入軸1、輸出軸8處于同一直線。第一轉(zhuǎn)子3為第二轉(zhuǎn)子4提供徑向磁場(chǎng)。 本實(shí)施例第一轉(zhuǎn)子3內(nèi)嵌的永磁磁極及第二轉(zhuǎn)子4的鐵芯和繞組構(gòu)成永磁同 步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、或直流電機(jī)。第一轉(zhuǎn)子3上安裝有A位置傳感器2。 第二轉(zhuǎn)子4軸上安裝有B位置傳感器7， A位置傳感器2與B位置傳感器7經(jīng) 求差運(yùn)算器后連接伺服驅(qū)動(dòng)器6，或者直接連接內(nèi)含求差運(yùn)算器的伺服驅(qū)動(dòng) 器6。 二傳感器2、 7獲得的位置信號(hào)經(jīng)過(guò)求差運(yùn)算后作為第一、第二轉(zhuǎn)子3、 4的相對(duì)位置信號(hào)送入伺服驅(qū)動(dòng)器6。伺服驅(qū)動(dòng)器6通過(guò)集電環(huán)5與第二轉(zhuǎn)子 4的繞組連接，伺服驅(qū)動(dòng)器6為含有扭矩伺服單元的伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng) 器6具有與離合控制單元10連接的扭矩設(shè)定信號(hào)控制端口 ，工作于扭矩伺服 模式。伺服驅(qū)動(dòng)器6經(jīng)直流母線與相關(guān)配套裝置9連接，該裝置包括電能存 儲(chǔ)裝置、用電裝置、逆變器、能量泄放裝置，伺服驅(qū)動(dòng)器還連接外部電源。
離合控制單元10主體為單片機(jī)，內(nèi)含透過(guò)模塊功能模塊11、曲線選定 功能模塊13和設(shè)置模塊12，透過(guò)功能模塊11和曲線選定功能模塊13各經(jīng) 其內(nèi)的模擬/數(shù)字開(kāi)關(guān)并聯(lián)后接伺服驅(qū)動(dòng)器的控制端口，設(shè)置模塊12內(nèi)的選 擇開(kāi)關(guān)接透過(guò)功能模塊和曲線選定功能模塊的模擬/數(shù)字開(kāi)關(guān)，為二者之一提供有效電平，作為功能模塊的選通信號(hào)；該選擇開(kāi)關(guān)可直接控制選擇，還與 外部控制單元相接，可接受外部控制單元的功能模塊選擇信號(hào)。曲線選定功 能模塊內(nèi)按編碼存儲(chǔ)有離合器各種常用功能流程的扭矩設(shè)定、和/或速度/位 置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定、扭矩伺服模式或速度/位置伺服模式切換多種控制
信號(hào)的組合曲線；如本離合器柔和接合過(guò)程、或柔和脫離過(guò)程、或其它常規(guī) 操控過(guò)程對(duì)扭矩等各種設(shè)定值的組合。離合控制單元有扭矩設(shè)定、和/或速度 /位置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定的多種控制信號(hào)輸出端口 ，扭矩伺服模式或速度 /位置伺服模式切換信號(hào)的輸出控制端口 ；還含有與上位外部控制單元連接的 信號(hào)輸入端口。
該離合控制單元10按設(shè)置模塊的選擇開(kāi)關(guān)接受其內(nèi)設(shè)置的或外部控制 單元的提供的選通信號(hào)，確定運(yùn)行的功能模塊。其透過(guò)功能模塊運(yùn)行時(shí)，外 部控制單元提供的扭矩設(shè)定信號(hào)、和/或速度/位置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定信 號(hào)、扭矩伺服模式或速度/位置伺服模式切換信號(hào)直接透過(guò)傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)器 6;其曲線選定功能模塊運(yùn)行時(shí)，按外部控制單元給定的編碼信號(hào)，離合控制 單元選定對(duì)應(yīng)的預(yù)存曲線組合信號(hào)，以預(yù)存的扭矩設(shè)定、和/或速度/位置設(shè) 定及扭矩限制值設(shè)定、扭矩伺服模式或速度/位置伺服模式切換多種控制信號(hào) 的組合變化規(guī)律提供給伺服驅(qū)動(dòng)器6。
本實(shí)施例中，上述的離合控制單元10的功能可通過(guò)多種線路實(shí)現(xiàn)，本例 結(jié)構(gòu)如附圖3所示，包括透過(guò)功能模塊ll、曲線選定功能模塊13、設(shè)置模塊 12。透過(guò)功能模塊ll內(nèi)含A模擬/數(shù)字開(kāi)關(guān)，該模塊一側(cè)與上位外部控制單 元連接的輸入信號(hào)端口連接，另一側(cè)經(jīng)A模擬/數(shù)字開(kāi)關(guān)與伺服驅(qū)動(dòng)器6連接 的控制信號(hào)輸出端口連接；曲線選定功能模塊13主體為單片機(jī)，也含有B模 擬/數(shù)字開(kāi)關(guān)，該模塊一側(cè)與上位外部控制單元連接的輸入信號(hào)端口連接，接 受編碼選擇信號(hào)，另一側(cè)經(jīng)B模擬/數(shù)字開(kāi)關(guān)與透過(guò)功能模塊11并聯(lián)接至伺 服驅(qū)動(dòng)器6連接的控制信號(hào)輸出端口。設(shè)置模塊12含選擇開(kāi)關(guān)，其為三種狀 態(tài)的設(shè)置選擇開(kāi)關(guān)，如圖3所示，接高電平Vcc、或接地GND、或接曲線選定 功能模塊13的單片機(jī)單元，該選擇開(kāi)關(guān)經(jīng)所接非門(mén)直接為透過(guò)功能模塊11 或曲線選定功能模塊13提供二選一的選通信號(hào)，或者由單片機(jī)單元依據(jù)外部 編碼選擇信號(hào)為透過(guò)功能模塊11和曲線選定功能模塊13的A、 B模擬/數(shù)字 開(kāi)關(guān)提供二選一的選通信號(hào)。
本裝置也可以設(shè)計(jì)成第一轉(zhuǎn)子3安裝鐵芯和繞組，而第二轉(zhuǎn)子4上安裝 永磁磁極，伺服驅(qū)動(dòng)器6通過(guò)集電環(huán)5與第一轉(zhuǎn)子3的繞組連接。
本裝置還可以設(shè)計(jì)成第一轉(zhuǎn)子3安裝鐵芯和繞組，而第二轉(zhuǎn)子4則為勵(lì)
磁線圈，經(jīng)集電環(huán)與外部勵(lì)磁電源連接，產(chǎn)生電磁場(chǎng)，提供給第一轉(zhuǎn)子3。 伺服驅(qū)動(dòng)器6通過(guò)集電環(huán)5與第一轉(zhuǎn)子3的繞組連接。第二轉(zhuǎn)子4安裝鐵芯 和繞組，而第一轉(zhuǎn)子3為勵(lì)磁線圈的情況與之相似。
本離合裝置實(shí)施例輸入軸1連接外部動(dòng)力機(jī)構(gòu)，為主動(dòng)部分，輸出軸8 連接負(fù)載，為從動(dòng)部分。輸入軸1與輸出軸8可互換，即輸出軸8連接外部 動(dòng)力機(jī)構(gòu)，為主動(dòng)部分，輸入軸l連接負(fù)載，為從動(dòng)部分。
本伺服式離合裝置的第一、第二轉(zhuǎn)子3、 4也可按相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)成開(kāi)關(guān)磁阻 電機(jī)、或直流電機(jī)，其它結(jié)構(gòu)與上述相同。
所述A、 B位置傳感器2、 7可以是帶有UVW信號(hào)的增量式光電編碼器、 或絕對(duì)式光電編碼器或磁編碼器或其它形式的位置傳感器。
也可在第一轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn)子4之間安裝相對(duì)位置檢測(cè)裝置以取代A、 B 位置2、 7，該相對(duì)位置檢測(cè)裝置與伺服驅(qū)動(dòng)器6連接，直接輸出兩個(gè)轉(zhuǎn)子相 對(duì)位置的信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器6。
實(shí)施例2
本發(fā)明伺服式離合裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其第一轉(zhuǎn)子3和第 二轉(zhuǎn)子4相對(duì)，保持氣隙，其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l相同。二者構(gòu)成軸向磁路結(jié) 構(gòu)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的氣隙磁場(chǎng)方向?yàn)檩S向。
本發(fā)明伺服式離合裝置實(shí)施例1和2的運(yùn)行方式如下伺服驅(qū)動(dòng)器6工 作在扭矩伺服模式，本伺服式離合器的主從部分接合的扭矩值線性跟隨伺服 驅(qū)動(dòng)器6的扭矩設(shè)定值，在接合過(guò)程中，離合器輸入軸1與輸出軸8的運(yùn)動(dòng) 分別由各自的合成扭矩決定，即由伺服式離合器的電磁扭矩與二軸l、 8上的 動(dòng)力扭矩或負(fù)載扭矩決定。
輸入軸1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，本裝置的第一轉(zhuǎn)子3隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服驅(qū)動(dòng)器6根據(jù)其 外部控制端口送入扭矩設(shè)定值大小和方向，以及A、 B位置傳感器2、 7測(cè)量 的第一轉(zhuǎn)子3、第二轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，通過(guò)集電環(huán)5向第二轉(zhuǎn)子4的繞組輸出 相應(yīng)的電流矢量，從而對(duì)本裝置進(jìn)行扭矩伺服控制，通過(guò)第二轉(zhuǎn)子4、第一 轉(zhuǎn)子3、對(duì)輸入軸1施加線性跟隨設(shè)定值的扭矩。由于作用力與反作用力的 關(guān)系，在輸入軸1上的第一轉(zhuǎn)子3受到輸出軸8上的第二轉(zhuǎn)子4的電磁扭矩 時(shí)，輸出軸8上的第二轉(zhuǎn)子4也受到同樣大小的反作用扭矩，此扭矩即為離 合器從輸入軸1傳遞到輸出軸8的扭矩。
外部按照期望的主從扭矩傳遞規(guī)律給伺服驅(qū)動(dòng)器6提供扭矩設(shè)定信號(hào)，
本離合器按扭矩設(shè)定信號(hào)的漸變規(guī)律從主動(dòng)軸向從動(dòng)軸傳遞扭矩，實(shí)現(xiàn)主從 部分隔離、逐漸接合的過(guò)程，還實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入軸精確加載、對(duì)輸入輸出軸驅(qū)動(dòng)/ 制動(dòng)功能，主要運(yùn)行方式如下
① 隔離狀態(tài)
伺服驅(qū)動(dòng)器6獲得的扭矩設(shè)定值為0，伺服驅(qū)動(dòng)器6輸出給電機(jī)繞組的
電流大小為0，第一轉(zhuǎn)子3與第二轉(zhuǎn)子4之間電磁力為0，本離合裝置為"離"
的狀態(tài)，輸入軸1與輸出軸8處于自由狀態(tài)；
② 逐漸接合/分離與穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)
當(dāng)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器6設(shè)定T扭矩時(shí)，離合器第一轉(zhuǎn)子3與第二轉(zhuǎn)子4間產(chǎn) 生電磁扭矩線性跟隨該設(shè)定值T，即兩個(gè)轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生的電磁扭矩為nT， n為 常數(shù)。本例中n二l，兩個(gè)轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生的電磁扭矩也為T(mén)，輸入軸l傳遞給輸出 軸8的扭矩也是T，設(shè)定扭矩T按運(yùn)動(dòng)控制要求的規(guī)律變化時(shí)，輸入軸1傳 遞給輸出軸8的扭矩也按相同的規(guī)律變化；例如，T隨時(shí)間線性或按某一曲 線遞增，輸入軸1傳遞給輸出軸8的扭矩也按相同規(guī)律漸增，由此實(shí)現(xiàn)主從 部分耦合扭矩按運(yùn)動(dòng)控制要求的規(guī)律柔和地逐漸接合；T按運(yùn)動(dòng)控制要求的 規(guī)律隨時(shí)間線性或按某一曲線遞減，同樣實(shí)現(xiàn)主從部分耦合扭矩按相同規(guī)律 柔和地逐漸脫離。
在逐漸接合過(guò)程中，輸入軸1受其連接的動(dòng)力機(jī)構(gòu)及第一、第二轉(zhuǎn)子3、 4之間的電磁扭矩T (單位為N，m，牛頓米，下同)的作用，其轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)隨 之發(fā)生相應(yīng)的變化；同樣輸出軸8受電磁扭矩T及負(fù)載扭矩的共同作用，其 轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)亦發(fā)生相應(yīng)的變化。輸入軸1的轉(zhuǎn)速可以低于、等于或高于輸出軸 8的轉(zhuǎn)速。
當(dāng)輸入軸1的轉(zhuǎn)速& (單位為rpm，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，下同)高于輸出軸8的 轉(zhuǎn)速N2時(shí)，輸入軸1送入的能量P產(chǎn)TX仏+ 9550(單位為kW ，千瓦，式中9550 為單位轉(zhuǎn)換常數(shù)，下同)， 一部分P^TXN2 + 9550(kW)傳遞給輸出軸8，多余 部分(P「P2)= TX (N「N2)屮9550(kW)經(jīng)第一、第二轉(zhuǎn)子3、 4轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苓M(jìn) 入伺服驅(qū)動(dòng)器6，經(jīng)直流母線送入相關(guān)配套裝置9，如可直接送入用電裝置被 利用，或送入電能存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)，幾乎不生熱。其它各類離合器在柔和接合/ 分離過(guò)程因速差未耦合到輸出軸的能量只能發(fā)熱損失，甚至因此損害離合器。 本伺服式的離合裝置可以長(zhǎng)期、穩(wěn)定地在其它離合器回避的"半聯(lián)動(dòng)"狀態(tài) 運(yùn)行，輸入軸的能量不會(huì)損失、也不會(huì)損壞離合裝置。
當(dāng)輸入軸1的轉(zhuǎn)速K等于輸出軸8的轉(zhuǎn)速N2時(shí)，輸入軸1送入的能量，
全部傳遞給輸出軸8。當(dāng)輸入軸1的轉(zhuǎn)速Nt低于輸出軸8的轉(zhuǎn)速N2時(shí)，輸入 軸1送入的能量全部傳遞給輸出軸8，同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器6經(jīng)直流母線汲取電 能存儲(chǔ)裝置或外部電源的電能，經(jīng)第一、第二轉(zhuǎn)子3、 4轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能輸出到 輸出軸8。
由于第一、第二轉(zhuǎn)子3、 4相互作用扭矩受控于伺服驅(qū)動(dòng)器6，第一、第 二轉(zhuǎn)子3、 4傳遞的最大扭矩等于當(dāng)前的設(shè)定扭矩，輸出軸8或輸入軸1不會(huì) 將沖擊性的破壞扭矩傳遞給另一軸，本伺服式離合器能有效地保護(hù)輸出軸8 或輸入軸1關(guān)聯(lián)部件免受破壞性扭矩的損害。
③ 對(duì)輸入軸精確加載本伺服式離合器工作于扭矩伺服控制模式時(shí)，可 按扭矩加載方式工作，離合控制單元10根據(jù)外部控制單元指令，按期望值對(duì) 伺服驅(qū)動(dòng)器6提供扭矩設(shè)定值，伺服驅(qū)動(dòng)器6以扭矩伺服方式通過(guò)第二轉(zhuǎn)子 4、第一轉(zhuǎn)子3對(duì)輸入軸1施加大小精確受控、方向可變、線性跟隨設(shè)定值的 扭矩負(fù)載。
④ 伺服式離合器6工作在驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)狀態(tài)
輸入軸1和輸出軸8之一固定不動(dòng)，離合控制單元10根據(jù)外部控制單元 指令、按運(yùn)動(dòng)控制需要向伺服驅(qū)動(dòng)器6提供驅(qū)動(dòng)設(shè)定扭矩，伺服驅(qū)動(dòng)器6從 電源或電能存儲(chǔ)裝置獲取能量，向電機(jī)繞組送入電流矢量作扭矩伺服控制， 通過(guò)第二轉(zhuǎn)子4和第一轉(zhuǎn)子3，按扭矩設(shè)定值對(duì)另一軸施加與期望其轉(zhuǎn)動(dòng)的 方向相同的驅(qū)動(dòng)扭矩，驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，施加外力使輸出軸8和第二轉(zhuǎn)子 4固定不動(dòng)，第二轉(zhuǎn)子4和第一轉(zhuǎn)子3組成常規(guī)的電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器6從電源或 電能存儲(chǔ)裝置獲取能量，按扭矩設(shè)定值驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)子3和輸入軸1轉(zhuǎn)動(dòng)；相 反地，施加外力使輸入軸1和第一轉(zhuǎn)子3固定不動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器6從電源或電能 存儲(chǔ)裝置獲取能量，按扭矩設(shè)定值驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)子4和輸出軸8轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣地， 外部控制單元按運(yùn)動(dòng)控制需要向伺服驅(qū)動(dòng)器6提供制動(dòng)設(shè)定扭矩值，伺服驅(qū) 動(dòng)器6通過(guò)第二轉(zhuǎn)子4和第一轉(zhuǎn)子3，按設(shè)定值對(duì)另一軸施加與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向 相反的驅(qū)動(dòng)扭矩，對(duì)該運(yùn)動(dòng)軸實(shí)施制動(dòng)，制動(dòng)過(guò)程第一、第二轉(zhuǎn)子3、 4產(chǎn)生 的電能量經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器6送入相關(guān)配套裝置9。
實(shí)施例3
本伺服式離合裝置實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1或2大部分相同，不同處 為其第一轉(zhuǎn)子3上改為安裝A位置/速度傳感器2，第二轉(zhuǎn)子4軸上改為安 裝B位置/速度傳感器7， A位置/速度傳感器2與B位置/速度傳感器7經(jīng)求 差運(yùn)算器后連接伺服驅(qū)動(dòng)器6，或者兩個(gè)位置和速度傳感器接入內(nèi)含求差運(yùn)
算器的伺服驅(qū)動(dòng)器6。
二傳感器2、 7獲得的的位置和速度信號(hào)分別經(jīng)過(guò)求差
運(yùn)算后作為第一、第二轉(zhuǎn)子3、 4的相對(duì)位置和速度信號(hào)送入伺服驅(qū)動(dòng)器6; 伺服驅(qū)動(dòng)器6為含有扭矩限制值的速度/位置伺服單元的伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū) 動(dòng)器6具有與離合控制單元10連接速度/位置設(shè)定信號(hào)和扭矩限制信號(hào)的控
制端口，工作于有扭矩限制值的速度/位置伺服模式。
本例也可在第一轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn)子4之間安裝相對(duì)位置檢測(cè)裝置和兩個(gè) 速度傳感器以取代A、 B位置/速度傳感器2、 7，該相對(duì)位置檢測(cè)裝置與伺服 驅(qū)動(dòng)器6連接，直接輸出二轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器6，兩個(gè)速度 傳感器信號(hào)仍經(jīng)過(guò)求差運(yùn)算后作為第一、第二轉(zhuǎn)子3、 4的速度信號(hào)送入伺服 驅(qū)動(dòng)器6。
本發(fā)明伺服式離合裝置實(shí)施例3的運(yùn)行方式如下
伺服驅(qū)動(dòng)器6工作于帶扭矩限制的速度/位置伺服控制模式，離合控制單 元10給出的速度/位置設(shè)定值為0，并動(dòng)態(tài)設(shè)置扭矩限制值。本離合裝置工 作在此模式下，當(dāng)負(fù)載扭矩不大于扭矩限制值時(shí)，第一轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn)子4 相對(duì)靜止；當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器6維持第一轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn)子4相對(duì)靜止所需扭矩 大于扭矩限制值時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器6給電機(jī)繞組的電流矢量使第一、第二轉(zhuǎn)子 3、 4間的相互作用扭矩等于設(shè)置的扭矩限制值，第二轉(zhuǎn)子3和第一轉(zhuǎn)子4發(fā) 生速差而滑動(dòng)。
本離合器的此工作模式有以下工作狀態(tài)
① 隔離狀態(tài)
離合控制單元10給出的扭矩限制值為0，伺服驅(qū)動(dòng)器6輸出給電機(jī)繞組 的電流大小為0，第一轉(zhuǎn)子3與第二轉(zhuǎn)子4之間電磁力為0，本離合裝置為"離" 的狀態(tài)，輸入軸1與輸出軸8處于自由狀態(tài)；
② 負(fù)載扭矩不大于扭矩限制值但不為0:
當(dāng)輸出軸8上的負(fù)載扭矩小于設(shè)定的扭矩限制值時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器6維持 第一轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn)子4相對(duì)靜止所需扭矩小于扭矩限制值，本伺服式離合 器的輸入軸1和輸出軸8間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，輸出軸8完全跟隨輸入軸1轉(zhuǎn)動(dòng)， 離合器傳遞的扭矩等于負(fù)載扭矩，輸入軸1送入的能量，全部傳遞給輸出軸
8;
③ 負(fù)載扭矩大于扭矩限制值
當(dāng)輸出軸8上的負(fù)載扭矩大于設(shè)定的扭矩限制值時(shí)，維持第二轉(zhuǎn)子4和 第一轉(zhuǎn)子3相對(duì)靜止的需要的扭矩必大于設(shè)定的扭矩限制值，伺服驅(qū)動(dòng)器6
為維持傳遞扭矩在限制值內(nèi)，導(dǎo)致離合器輸入軸1和輸出軸8產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)， 此時(shí)輸入軸1的轉(zhuǎn)速高于輸出軸8的轉(zhuǎn)速，輸入軸1送入的能量， 一部分傳
遞給輸出軸8，多余部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苓M(jìn)入伺服驅(qū)動(dòng)器6，伺服驅(qū)動(dòng)器6經(jīng)直流 母線將電能送入相關(guān)配套裝置9，將這些電能量直接送入用電裝置使用，或 送入電能存儲(chǔ)裝置進(jìn)行存儲(chǔ)、或送入逆變器將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔莛伻?交流電源，當(dāng)母線電壓過(guò)高時(shí)經(jīng)能量泄放裝置消耗泄放。
由于設(shè)置了扭矩限制值，本離合裝置使從動(dòng)部分按速度/位置伺服模式跟 隨主動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，不傳遞越限扭矩，起到保護(hù)負(fù)載的作用。
外部控制單元可根據(jù)運(yùn)動(dòng)需要，動(dòng)態(tài)改變速度/位置設(shè)定值和扭矩限制 值，控制本離合裝置以帶扭矩限制的速度/位置伺服模式按要求運(yùn)行。速度/ 位置設(shè)定值可以不為0，當(dāng)維持速度/位置設(shè)定值所需扭矩不大于限制值時(shí)， 伺服驅(qū)動(dòng)器6控制第一轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn)子4按給定的速度/位置變化規(guī)律運(yùn) 行；當(dāng)維持速度/位置設(shè)定值所需扭矩大于限制值時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器6控制第一 轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn)子4間的作用扭矩等于該扭矩限制值，第一轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn) 子4的相對(duì)速度/位置偏離設(shè)定值，因第一、第二轉(zhuǎn)子3、 4速度差而發(fā)生的 能量轉(zhuǎn)移同實(shí)施例l。
實(shí)施例4
本伺服式離合裝置實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3大部分相同，不同處為-伺服驅(qū)動(dòng)器6為含有扭矩伺服單元和帶扭矩限制值的速度/位置伺服單元的 伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器6具有與離合控制單元10連接的多種控制端口，控 制端口含有扭矩設(shè)定、速度/位置設(shè)定、扭矩限制值設(shè)定控制信號(hào)端口，還有 扭矩伺服模式或速度/位置伺服模式切換信號(hào)的控制端口 。伺服驅(qū)動(dòng)器6工作 于扭矩伺服模式或有扭矩限制值的速度/位置伺服模式。
本發(fā)明伺服式離合裝置實(shí)施例4的運(yùn)行方式如下離合控制單元10按外 部指令通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器6控制端口動(dòng)態(tài)選定其工作模式扭矩伺服控制模式 或帶扭矩限制的速度/位置伺服控制模式。確定工作模式后，則本離合裝置如 上述實(shí)施例1和2所述在兩種模式下根據(jù)離合控制單元10的設(shè)定信號(hào)按各種 方式運(yùn)行。
權(quán)利要求
1、一種伺服式離合裝置，包括輸入軸、輸出軸，其特征在于輸入軸(1)連接第一轉(zhuǎn)子(3)，輸出軸(8)連接第二轉(zhuǎn)子(4)，輸入軸(1)輸出軸(8)在同一直線上；第一轉(zhuǎn)子(3)和第二轉(zhuǎn)子(4)其一嵌有永磁磁極，另一為繞制在鐵芯上的繞組，或者第一轉(zhuǎn)子(3)和第二轉(zhuǎn)子(4)二者其一為與外部勵(lì)磁電源連接的勵(lì)磁線圈，另一個(gè)為繞制在鐵芯上的繞組，第一轉(zhuǎn)子(3)和第二轉(zhuǎn)子(4)構(gòu)成電機(jī)；第一轉(zhuǎn)子(3)上安裝有A位置傳感器(2)第二轉(zhuǎn)子(4)軸上安裝有B位置傳感器(7)， A位置傳感器(2)與B位置傳感器(7)與伺服驅(qū)動(dòng)器(6)連接；或者，第一轉(zhuǎn)子(3)上安裝有A位置/速度傳感器(2)，第二轉(zhuǎn)子(4)軸上安裝有B位置/速度傳感器(7)，A位置/速度傳感器(2)與B位置/速度傳感器(7)與伺服驅(qū)動(dòng)器(6)連接；伺服驅(qū)動(dòng)器(6)含有扭矩伺服單元或速度/位置伺服單元，具有與離合控制單元(10)連接的控制端口，控制端口包括有扭矩設(shè)定或速度/位置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定控制信號(hào)端口，該伺服驅(qū)動(dòng)器(6)工作于扭矩伺服或速度/位置伺服模式；伺服驅(qū)動(dòng)器(6)通過(guò)集電環(huán)(5)與第一轉(zhuǎn)子(3)或第二轉(zhuǎn)子(4)的繞組連接；伺服驅(qū)動(dòng)器(6)經(jīng)直流母線與相關(guān)配套裝置(9)連接，相關(guān)配套裝置(9)是電能存儲(chǔ)裝置、和/或用電裝置、和/或逆變器、和/或能量泄放裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的伺服式離合裝置，其特征在于 所述伺服驅(qū)動(dòng)器(6)含有扭矩伺服單元和速度/位置伺服單元，還有扭矩伺服或速度/位置伺服模式切換控制信號(hào)端口 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的伺服式離合裝置，其特征在于 所述離合控制單元(10)主體為單片機(jī)，內(nèi)含透過(guò)功能模塊、曲線選定功能模塊和設(shè)置模塊，曲線選定功能模塊內(nèi)按編碼存儲(chǔ)有離合器各種常 用功能流程的扭矩設(shè)定、和/或速度/位置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定、扭矩伺 服模式或速度/位置伺服模式切換多種控制信號(hào)的組合曲線；離合控制單 元有扭矩設(shè)定、和/或速度/位置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定的多種控制信號(hào)輸 出端口，扭矩伺服模式或速度/位置伺服模式切換信號(hào)的輸出控制端口； 還含有與上位外部控制單元連接的信號(hào)輸入端口；該離合控制單元(10)接受其內(nèi)的設(shè)置信號(hào)或外部控制單元的信號(hào)，確定其運(yùn)行的功能模塊；其透過(guò)功能模塊運(yùn)行時(shí)，外部控制單元提供的扭矩設(shè)定信號(hào)、和/或速度/位 置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定信號(hào)、扭矩伺服模式或速度/位置伺服模式切換信號(hào)直接透過(guò)傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)器(6);其曲線選定功能模塊運(yùn)行時(shí)，按外 部控制單元給定的編碼信號(hào)，離合控制單元以預(yù)存的扭矩設(shè)定、和/或速 度/位置設(shè)定及扭矩限制值設(shè)定、扭矩伺服模式或速度/位置伺服模式切換多種控制信號(hào)的組合變化規(guī)律提供給伺服驅(qū)動(dòng)器(6)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服式離合裝置的運(yùn)行方式，其特征在于-本離合器工作于在扭矩伺服控制模式，離合控制單元(10)按照期望的扭矩傳遞規(guī)律給伺服驅(qū)動(dòng)器(6)提供扭矩設(shè)定信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)器(6) 即根據(jù)此設(shè)定值進(jìn)行扭矩伺服控制，對(duì)輸入軸(1)施加線性跟隨設(shè)定值 的扭矩，在輸入軸(1)上的第一轉(zhuǎn)子(3)受到輸出軸(8)上的第二轉(zhuǎn) 子(4)的電磁扭矩時(shí)，輸出軸(8)上的第二轉(zhuǎn)子(4)也受到同樣大小 的反作用扭矩，輸入軸(1)按扭矩設(shè)定值的變化規(guī)律向輸出軸(8)傳遞 扭矩；或者本離合器工作于在帶扭矩限制的速度/位置伺服控制模式，離合 控制單元(10)按照期望的輸出軸運(yùn)動(dòng)規(guī)律給伺服驅(qū)動(dòng)器(6)動(dòng)態(tài)提供 速度/位置設(shè)定值和扭矩限制值，當(dāng)維持速度/位置設(shè)定值所需扭矩不大于 限制值時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器6控制第一轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn)子4按給定的速度/位 置變化規(guī)律運(yùn)行；當(dāng)維持速度/位置設(shè)定值所需扭矩大于限制值時(shí)，伺服 驅(qū)動(dòng)器6控制第一轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn)子4間的作用扭矩等于該扭矩限制值， 第一轉(zhuǎn)子3和第二轉(zhuǎn)子4的相對(duì)速度/位置偏離設(shè)定值；離合控制單元(10)根據(jù)外部控制單元的指令動(dòng)態(tài)改變扭矩設(shè)定值、 扭矩限制值，控制本離合裝置主從部分隔離、或逐漸柔和接合/分離、或 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的伺服式離合裝置的運(yùn)行方式，其特征在于:所述伺服驅(qū)動(dòng)器(6)含有扭矩伺服單元和速度/位置伺服單元，還有 扭矩伺服或速度/位置伺服模式切換控制信號(hào)端口 ；離合控制單元(10)根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制需要通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器(6)的控制端口動(dòng)態(tài)選定其工作于扭矩伺服控制模式或帶扭矩限制的速度/位置伺 服控制模式。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的伺服式離合裝置的運(yùn)行方式，其特征在于本離合器工作于上述兩種模式之一，輸入軸(1)轉(zhuǎn)速大于輸出軸(8) 轉(zhuǎn)速時(shí)，第一、第二轉(zhuǎn)子(3、 4)將多余能量轉(zhuǎn)換為電能送入伺服驅(qū)動(dòng)器 (6)，經(jīng)直流母線被相關(guān)配套裝置(9)使用或存儲(chǔ)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的伺服式離合裝置的運(yùn)行方式，其特征 在于本離合器工作于上述兩種模式之一，當(dāng)離合控制單元(10)的扭矩設(shè) 定值或扭矩限定值為0時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器(6)輸出給電機(jī)繞組的電流大小 為0,第一轉(zhuǎn)子(3)與第二轉(zhuǎn)子(4)之間電磁力為0，本離合裝置為"離" 的狀態(tài)，輸入軸(1)與輸出軸(8)處于自由狀態(tài)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的伺服式離合裝置的運(yùn)行方式，其特征 在于-離合控制單元(10)選定伺服驅(qū)動(dòng)器(6)工作于扭矩伺服控制模式， 當(dāng)其對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器(6)設(shè)定T扭矩時(shí)，離合器第一轉(zhuǎn)子(3)與第二轉(zhuǎn)子 (4)間產(chǎn)生電磁扭矩T，輸入軸(1)傳遞給輸出軸(8)扭矩T，設(shè)定扭 矩T隨時(shí)間線性或按某一曲線遞增，輸入軸(1)傳遞給輸出軸(8)的扭 矩也按相同規(guī)律漸增，實(shí)現(xiàn)主從部分耦合扭矩柔和地逐漸接合；設(shè)定的 扭矩T隨時(shí)間線性或按某一曲線遞減，主從部分耦合扭矩按相同規(guī)律柔和 地逐漸脫離。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的伺服式離合裝置的運(yùn)行方式，其特征在于 本離合裝置主從部分在逐漸接合過(guò)程中，輸入軸(1)受其連接的動(dòng)力機(jī)構(gòu)及第一、第二轉(zhuǎn)子(3、 4)之間的電磁扭矩的作用，其轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)隨 之發(fā)生相應(yīng)的變化；同樣輸出軸(8)受電磁扭矩及負(fù)載扭矩的共同作用， 其轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)亦發(fā)生相應(yīng)的變化，輸入軸(1)的轉(zhuǎn)速低于、或等于、或高 于輸出軸(8)的轉(zhuǎn)速；當(dāng)輸入軸(1)的轉(zhuǎn)速等于輸出軸(8)的轉(zhuǎn)速時(shí)，輸入軸(1)送入 的能量，全部傳遞給輸出軸(8);當(dāng)輸入軸(1)的轉(zhuǎn)速低于輸出軸(8) 的轉(zhuǎn)速時(shí)，輸入軸(1)送入的能量全部傳遞給輸出軸(8)，同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器(6)經(jīng)直流母線汲取電能存儲(chǔ)裝置或外部電源的電能，經(jīng)第一、第 二轉(zhuǎn)子(3、 4)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能輸出到輸出軸(8)。
10、根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的伺服式離合裝置的運(yùn)行方式，其特征在于離合控制單元(10)選定伺服驅(qū)動(dòng)器(6)工作于扭矩伺服控制模式， 輸入軸(1)和輸出軸(8)之一固定不動(dòng)，離合控制單元(10)按運(yùn)動(dòng)控 制需要向伺服驅(qū)動(dòng)器(6)提供設(shè)定扭矩，伺服驅(qū)動(dòng)器(6)從電源或電能 存儲(chǔ)裝置獲取能量，向電機(jī)繞組送入電流矢量，通過(guò)第二轉(zhuǎn)子(4)和第 一轉(zhuǎn)子(3)，按扭矩設(shè)定值對(duì)另一軸施加與期望其轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相同的驅(qū)動(dòng) 扭矩，驅(qū)動(dòng)另一軸轉(zhuǎn)動(dòng)；或者輸入軸(1)和輸出軸(8)之一固定不動(dòng)，離合控制單元(10) 按運(yùn)動(dòng)控制需要向伺服驅(qū)動(dòng)器(6)提供設(shè)定扭矩，伺服驅(qū)動(dòng)器(6)向電 機(jī)繞組送入電流矢量，通過(guò)第二轉(zhuǎn)子(4)和第一轉(zhuǎn)子(3)，按扭矩設(shè)定 值對(duì)另一軸施加與其轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反的驅(qū)動(dòng)扭矩，對(duì)另一軸實(shí)施制動(dòng)，制 動(dòng)過(guò)程第一、第二轉(zhuǎn)子(3、 4)產(chǎn)生的電能量經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器(6)送入 相關(guān)配套裝置(9)。
11.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的伺服式離合裝置的運(yùn)行方式，其特征 在于離合控制單元(10)選定伺服驅(qū)動(dòng)器(6)工作于帶扭矩限制的速度/ 位置伺服控制模式，速度/位置設(shè)定值為0，輸出軸(8)上的負(fù)載扭矩小 于扭矩限制設(shè)定值但不為0，伺服驅(qū)動(dòng)器(6)維持第一轉(zhuǎn)子(3)和第二 轉(zhuǎn)子(4)相對(duì)靜止所需扭矩小于扭矩限制值，伺服式離合器的輸入軸(1) 和輸出軸(8)間相對(duì)靜止，輸出軸(8)完全跟隨輸入軸(1)轉(zhuǎn)動(dòng)，離 合器傳遞的扭矩等于負(fù)載扭矩，輸入軸(1)送入的能量，全部傳遞給輸 出軸(8)。
12、根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的伺服式離合裝置的運(yùn)行方式，其特征 在于離合控制單元(10)選定伺服驅(qū)動(dòng)器(6)工作于帶扭矩限制的速度/位置伺服控制模式，速度/位置設(shè)定值為0，輸出軸(8)上的負(fù)載扭矩大 于設(shè)定的扭矩限制值時(shí)，維持第二轉(zhuǎn)子(4)和第一轉(zhuǎn)子(3)相對(duì)靜止的 需要的扭矩大于設(shè)定的扭矩限制值，伺服驅(qū)動(dòng)器(6)控制輸出的電流矢 量、保持二轉(zhuǎn)子(4、 3)傳遞扭矩在限制值內(nèi)，第二轉(zhuǎn)子(4)和第一轉(zhuǎn) 子(3)產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸入軸(1)的轉(zhuǎn)速高于輸出軸(8)的轉(zhuǎn)速。
13、根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的伺服式離合裝置的運(yùn)行方式，其特征 在于離合控制單元(10)選定伺服驅(qū)動(dòng)器(6)工作于扭矩伺服控制模式， 按期望值對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器(6)的提供扭矩設(shè)定值，伺服驅(qū)動(dòng)器(6)以扭矩 伺服方式通過(guò)第二轉(zhuǎn)子(4)、第一轉(zhuǎn)子(3)對(duì)輸入軸(1)施加大小精確 受控、方向可變、線性跟隨設(shè)定值的扭矩負(fù)載。
全文摘要
本發(fā)明為伺服式離合裝置及其運(yùn)行方式，本裝置成直線的兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸分別連接輸出輸入軸。二轉(zhuǎn)子之一嵌有永磁磁極或?yàn)閯?lì)磁線圈，另一為繞組，二者構(gòu)成電機(jī)。繞組與伺服驅(qū)動(dòng)器連接，二轉(zhuǎn)子軸上各安裝連接伺服驅(qū)動(dòng)器的位置/速度傳感器。伺服驅(qū)動(dòng)器含有扭矩伺服和速度/位置伺服功能，有與離合控制單元連接的控制端口，接受扭矩或速度/位置設(shè)定、模式切換信號(hào)、扭矩限制設(shè)定信號(hào)。伺服驅(qū)動(dòng)器與電能存儲(chǔ)裝置、和/或用電裝置等相連。其運(yùn)行方式為根據(jù)需要確定工作模式，動(dòng)態(tài)改變扭矩或速度/位置設(shè)定值、扭矩限制值，按給定規(guī)律控制主從隔離、或逐漸柔和接合/分離、或穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速大于從動(dòng)軸時(shí)，多余能量轉(zhuǎn)換為電能使用或存儲(chǔ)不發(fā)熱。
文檔編號(hào)H02K49/06GK101345468SQ20071004369
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者虹 呂 申請(qǐng)人:上海星之辰電氣傳動(dòng)技術(shù)有限公司