[发明专利]电机力矩与位置/速度模式转换装置和控制方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料自动化成型领域，是一种电机力矩与位置/速度模式切换的实现方式，应用于铺放设备送带轴上，可协助铺放成型设备的送带、铺带、断带等工艺过程的顺利实施。

背景技术

在实际机电设备和各种数控系统中，电机一般以力矩、位置或速度模式进行工作，有时候一步电机在同一工装位置需要进行两种或两种以上工作模式下工作，这就涉及到电机工作模式的转换问题。一般对于伺服电机，可采用控制器调整电机接线电压或电流来调整电机的工作模式，但是该功能在传统数控设备上极少应用，通用数控系统，比如Siemens、FANUC等，不支持该功能，在数控系统自主开发该功能模块需要耗费大量的人力物力，并且该功能模块是否能顺利实现模式转换功能还有待商榷；有人提出借助外部机械机构完成模式转换，比如有些模式转换装置利用弹簧推动机械摩擦块实现电机工作模式转换，弹簧的压缩程度是靠调整螺栓完成的，弹簧弹力的大小决定着摩擦力的大小，进而决定着力矩的大小，当摩擦力大到超过工作载荷时，工作轴实现了与电机的固联，也就实现了力矩模式到位置/速度模式的转换，该机构虽然能够实现电机工作模式转换，但是当需要调整力矩大小或进行模式转换时，均需要对弹簧进行手动调节，且调整量难以控制，具有效率低、精度低等缺点。

发明内容

本发明旨在提出一种基于磨擦机理利用气囊气压实现电机模式转换的方法，可有效保证力矩调节和模式转换的高效高精度，确保铺带过程的顺利实施，彻底解决送带电机工作模式的频繁转换问题。

    一种电机力矩与位置/速度模式转换装置，其特征在于：包括电机轴、气囊支架、摩擦气囊、气囊摩擦盘支架、气囊摩擦盘、工作摩擦盘、工作摩擦盘支架、工作轴；其中上述气囊支架和气囊摩擦盘支架固定于电机轴上，工作摩擦盘支架固定于工作轴上；上述摩擦气囊位于气囊支架和气囊摩擦盘支架之间，并安装在气囊支架上；上述气囊摩擦盘安装于气囊摩擦盘支架上，工作摩擦盘安装于工作摩擦盘支架上。

基于气囊摩擦的电机工作模式转换装置中，气囊与摩擦盘的接触面积会因气压的大小而变化，这也正符合了气压的变化趋势，有助于增大摩擦力。另外采用控制器和电气元件可实现气囊气压的自动化控制，有助于调整速度和控制精度的提高。

   上述电机力矩与位置/速度模式转换装置的控制方法，其特征在于：要求位置模式时，由可编程控制器发出命令，对摩擦气囊充气，充气压力取决于工作载荷，保证工作时电机轴与工作轴静摩擦固连，则电机的转动准确地传递到工作轴，达到位置控制的目的；要求力矩模式时，由可编程控制器发出命令，对摩擦气囊减压，压力大小取决于力矩的大小，另保证电机转速低于工作轴转速或停止或反向，使摩擦气囊与气囊摩擦盘支架保证一定的滑动摩擦力，进而保证工作轴恒力矩输出。

气囊摩擦的电机工作模式转换装置，可有效快速的实现电机工作模式转换，气囊气压的大小根据需要事先在程序中设定好，工作时，控制器运行程序进行气压调节，进而控制力矩大小或保证位置输出，高效而精确。

上述摩擦气囊可以为环形。环形的气囊安装时无需周向调整位置，方便安装；其次，环行气囊对摩擦片的挤压均匀，有助于摩擦盘的摩擦面均匀接触，并有利于提高摩擦盘的使用寿命。

上述摩擦气囊表面可以具有摩擦材料涂层。气囊表面上涂摩擦材料涂层主要是因为该装置工作时，气囊的气压会频繁变化，使气囊与支架和摩擦盘均有接触摩擦，摩擦涂层能够减少气囊磨损，提高气囊寿命。

上述电机力矩与位置/速度模式转换控制方法，可用于控制复合材料自动铺放工作过程中送带电机的位置模式与速度模式切换。复合材料自动铺放设备工作时，需要对复合材料预浸带进行切割、送带、压带、铺带等操作，各种不同的操作均需送带电机对应不同的工作模式或输出力矩大小，该模式转换装置能够很好的应用于复合材料自动铺放设备的送带电机。

本发明的优点：该装置构件比较少，安装使用比较简单；利用电气比例阀调节气囊气压，控制精度高；因此该装置可以快速准确的实现电机模式转换或力矩大小调整。

该模式转换方法可有效得解决自动铺放设备上送带、断带、压带、铺带等动作实施的问题，为设备连续、高效率、高精度运行提供了保障。将该装置安装于送带电机和复合材料预浸带卷间，利用自动铺放设备上的可编程控制器控制气囊气压，配合数控系统控制电机的转速，就可实现自动铺放设备上送带、断带、压带、铺带等动作的顺利实施。控制方法在实际操作时，位置控制模式下，操作者只需在可编程控制器里设置气囊足够大的压力即可；力矩控制模式下，操作者只需保证电机转速低于带卷轴转速或停止或反向，根据力矩大小设置气囊压力即可。