[发明专利]一种永磁电机驱动的高可靠性传动系统及无传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传动系统及其控制方法，特别是一种永磁电机驱动的高可靠性传动系统及无传感器控制方法。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，在我国经济社会发展中具有重要的战略地位。采煤机作为现代化矿井安全、高效生产的主要机械设备，正受到越来越多的关注。现有采煤机由于截割部传动链长、传动元件多，使得截割部机电传动系统成为采煤机薄弱部分。尤其在对硬煤进行强硬截割过程中，截割部齿轮受到来自滚筒所传递的重载、强振、冲击载荷作用，截割摇臂作为一个结构复杂的串联动力传动链，其中任一齿轮失效将导致整机停止工作，据统计行星齿轮系统故障占到整个齿轮传动故障的30％，同时机械式传感器的引入不仅会增加电动机转轴的转动惯量，降低了机械性能，而且加大了永磁同步电机的尺寸和体积，同时还增加了外围硬件线路的连接，使系统易受干扰和不稳定。综上所述，现有采煤机主要存在如下不足：一、传动链过长，采用高故障率的行星齿轮作为传动元件，易产生故障。二、机械式传感器的使用，增加了电机的体积和成本，同时测量结果易受周围恶劣环境影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁电机驱动的高可靠性传动系统，该系统缩短传动链，更好的节约能源，有效降低系统故障率。使用该方法实现截割煤岩工作，可以缩小截割电机的体积和成本，同时增加系统的可靠性和适应性，测量结果准确。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种永磁电机驱动的高可靠性传动系统，包括壳体、内置式永磁同步电机、弹性扭矩轴、减速传动系统和截割滚筒，所述减速传动系统包括第一级小齿轮，第一级小齿轮扭矩轴支撑轴承，第一级小齿轮扭矩轴，第一级惰轮，第一级惰轮扭矩轴支撑轴承，第一级惰轮扭矩轴，第一级大齿轮，第一级大齿轮扭矩轴支撑轴承，第一级大齿轮扭矩轴，第二级小齿轮，第二级大齿轮，第三级小齿轮，第三级小齿轮扭矩轴支撑轴承，第三级小齿轮扭矩轴，第三级惰轮，内置式永磁同步电机输出轴与第一级小齿轮扭矩轴通过弹性扭矩轴连接，所述第一级小齿轮与第一级惰轮啮合，所述第一级惰轮与第一级大齿轮啮合，所述第一级大齿轮与第二级小齿轮同轴连接，所述第二级小齿轮与第二级大齿轮啮合，所述第二级大齿轮与第三级小齿轮同轴连接,所述第三级小齿轮与第三级惰轮啮合,第三级惰轮与第三级大齿轮啮合,所述第三级大齿轮与截割滚筒同轴连接，所述内置式永磁同步电机设置有电流传感器，所述电流传感器与采煤机的控制器相连。

进一步，所述第一级惰轮扭矩轴通过第一级惰轮扭矩轴支撑轴承安装在第一级惰轮上。

进一步，所述第一级小齿轮通过第一级小齿轮扭矩轴支撑轴承安装在壳体上。

进一步，所述第一级大齿轮与第二级小齿轮通过第一级大齿轮扭矩轴同轴连接，并通过第一级大齿轮扭矩轴支撑轴承安装在壳体上。

进一步，所述第二级大齿轮与第三级小齿轮通过第三级小齿轮扭矩轴同轴连接，并通过第三级小齿轮扭矩轴支撑轴承安装在壳体上。

进一步，所述第三级惰轮扭矩轴通过第三级惰轮扭矩轴支撑轴承安装在第三级惰轮上。

进一步，所述第三级大齿轮扭矩轴通过第三级大齿轮扭矩轴支撑轴承安装在壳体上。

一种永磁电机驱动的高可靠性传动系统的无传感器控制方法，包括以下步骤：

步骤S1，流程开始，首先整机启动，内置式永磁同步电机作为驱动源，经过弹性扭矩轴，减速传动系统将动力传递给截割滚筒，截割滚筒旋转带动截割刀对煤壁进行切削，根据需求的块煤率的要求，确定合适的煤壁切削的厚度，经过n＝100V_q/mh_max公式计算得到理论切削速度，即切削速度的期望值，记为n；

步骤S2：内置式永磁同步电机上的电流传感器测得电机电流，控制器将内置式永磁同步电机的电流作为反馈值，对其进行Clark和Park变化后，进入模糊滑模观测器并通过锁相环技术得到切削速度的观测值，记为

步骤S3：控制器将采煤机切削速度的期望值和切削速度的观测值相减，将Δn的值与预先手动设定的范围进行比较，若在设定范围内，则进行步骤S5；若超出设定范围，则进行步骤S4；

步骤S4：在控制器上手动进行速度和电流PI控制器调节；

步骤S5：按期望值实现采煤机永磁截割系统的无传感器控制，流程结束。