[发明专利]一种永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置及其控制方法

权利要求书

1.一种永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置，其特征在于，包括：永磁同步电机(20)、磁粉制动器(1)、磁粉离合器(6)和惯量盘；所述的永磁同步电机(20)连接第一减速机(4)，第一减速机(4)输出轴一端接磁粉制动器(1)，另一端接磁粉离合器(6)，磁粉离合器(6)通过轴与第二减速机(11)连接；

所述的惯量盘设置在支撑板(12)上，惯量盘包括转盘(15)、第三减速机(18)、小电机(19)、模组(14)和滑块(16)，支撑板(12)通过立柱(10)支撑，转盘(15)设置在支撑板(12)上，第二减速机(11)通过推力球轴承(13)与转盘(15)连接；转盘(15)上设置有连接法兰(17)，小电机(19)通过第三减速机(18)与连接法兰(17)连接，连接法兰(17)侧面设置有模组(14)，模组(14)上设置滑块(16)；

所述的第一减速机(4)输出轴通过联轴器(5)与磁粉离合器(6)连接，联轴器(5)为刚性联轴器；

所述的磁粉制动器(1)安装在挡板(2)上，第一减速机(4)安装在减速机固定板(3)上，挡板(2)、减速机固定板(3)、磁粉离合器(6)、立柱(10)和第二减速机(11)均固定在底座(8)上。

2.根据权利要求1所述的一种永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置，其特征在于，所述的模组(14)设置两个，两个模组(14)对称设置。

3.根据权利要求1所述的一种永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置，其特征在于，所述的推力球轴承(13)为双向推力球轴承(13)。

4.根据权利要求1所述的一种永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置，其特征在于，所述的磁粉制动器(1)、第一减速机(4)、磁粉离合器(6)和第二减速机(11)同轴设置。

5.一种基于权利要求1所述的永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置的控制方法，其特征在于，包括转矩突变、惯量突变和惯量渐变三种工作模式；

转矩突变工作模式是通过永磁同步电机(20)来控制磁粉制动器(1)，当磁粉制动器(1)中的励磁线圈中有电流通过时，激磁电流与传递转矩呈正比例线性关系，通过控制磁粉制动器(1)中激磁电流的大小实现对负载转矩的控制，从而实现对转矩的突变；

惯量突变工作模式是通过磁粉离合器(6)的脱离和结合来实现对转动惯量盘的控制，当磁粉离合器(6)处于脱离状态时，离合器输出轴不连接负载，电机和离合器处于同步工作状态，通过控制磁粉离合器(6)脱离和结合，实现系统转动惯量的突变；

惯量渐变工作模式是当磁粉离合器(6)处于结合状态时，其输出轴接第二减速机(11)传递惯量，第二减速机(11)的输出端接惯量盘，转动惯量盘在水平面内做转动，模组(14)内滑块(16)做直线移动和水平转动，通过移动惯量盘内滑块(16)，改变惯量盘的质量分布，改变系统转动惯量，实现系统惯量多方式渐变。

6.根据权利要求5所述的永磁交流伺服系统转矩惯量双可变装置的控制方法，其特征在于，惯量多方式渐变的实施步骤为：

通过转动惯量与质量的关系以及平行移轴原理，得到惯量盘的转动惯量关系式：

J(M)＝J₁+J_m；                      (1)

其中，J₁为小电机(19)、第三减速机(18)、转盘(15)的惯量之和；J_m为滑块(16)的转动惯量，是滑块(16)位置与质量的函数；永磁同步电机(20)、第一减速器(4)和第二减速机(11)、磁粉离合器(6)、联轴器及其他部分的转动惯量为固定值，记为J₂；

则伺服系统总的转动惯量J就是惯量盘的转动惯量J(M)和其他转动惯量J₂的叠加，即：

J＝J_m+J₁+J₂；                        (2)

通过改变滑块(16)的位置改变惯量盘的质量分布，从而改变滑块(16)的转动惯量J_m，达到改变系统总转动惯量J的目的。