CN102710098B

CN102710098B - 一种可控制磁力软启动装置

Info

Publication number: CN102710098B
Application number: CN201210194508.0A
Authority: CN
Inventors: 郭永存; 程刚; 胡坤; 王鹏彧
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: CN102710098A

Abstract

本发明属于工程机械装备领域，具体涉及一种可控制磁力软启动装置。本发明包括固接输入轴的主动盘以及与其同轴且盘面相向设置的用于接驳输出轴的从动盘，主、从动盘的相向面间存有间距且其中一面处设置有永磁体，其相应另一面处布置金属导电体；永磁体所在盘面划分有用于布置永磁体的区域，各区域呈由盘面轴心向外的发散面状布置，各相邻区域间的磁体在平行其盘体轴线方向上的磁性相异布置；软启动装置还包括用于主动盘与从动盘间作相向或相离动作的动力机构。本发明可实现其启制动、无级调速、多驱动平衡、过载自我保护等功能，具有传动效率高、适应环境强，运行平稳和易于国产化的特点，其结构简单且使用方便可靠，市场应用前景广阔。

Description

一种可控制磁力软启动装置

技术领域

本发明属于工程机械装备领域，具体涉及一种可控制磁力软启动装置。

背景技术

当前我国经济已经进入了一个新的发展阶段，大型企业和大型装备越来越多，大型电机（5000kW～60000kW）的应用越来越多，大型电机的起动方法也越来越受到人们的重视,超大型电动机的价值都很高，在生产中也都起着核心作用,它的一点故障便会造成很大的经济损失，对它采用完善的保护是非常必要的。现有的电动机直接启动方式，往往存在各种缺陷，或引起电网电压波动，影响同电网其它设备的运行；或其大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低；大电流产生的机械力使导线相互摩擦，降低绝缘寿命；另一方面，其大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障；同时，大型电机全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。当采用减压起动时，上述危害只有一定程度的降低；当采用软起动时，上述危害几乎完全消失，因此，现有大型电机的软启动操作方式正在逐渐为目前市场所接受。

针对上述情况，申请人为王书俊的专利名称为“磁力传动装置”（专利号：05505011.6）的实用新型专利公布了以下技术内容：包括主动轮和与其同轴相间设置的被动轮，在两者的相邻面嵌有永磁体。上述技术方案通过采用主从动轮间的磁吸力软连接，从而实现在主动轮动作的同时从动轮可以随即动作，从而实现其软启动效果；上述结构在实际使用时，其本身对结构缺陷日益凸显出来：一方面，两永磁体间单纯的依靠主动轮的N极去直接吸引和引导从动轮的S极，也即单纯依靠其异性相吸的效果来实现其联动目的，导致其传动力矩小，仅可应用于小力矩环境中，从而存在使用局限性；另一方面，两永磁体间距始终为恒定状态，也即是说其传递的力矩始终为一恒定值，这在其应用于某些需变化力矩工作的场合时，上述结构就明显无法胜任了；即使勉强使用，也只能通过增加多个不同力矩设备和配套部件的方式解决，无形中即增大了企业的投资成本，从而对其实际生产效益产生极大影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单的可控制磁力软启动装置，其可实现输出力矩的可调式操作。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种可控制磁力软启动装置，包括固接输入轴的主动盘以及与其同轴且盘面相向设置的用于接驳输出轴的从动盘，主、从动盘的相向面间存有间距且其中一面处设置有永磁体，其相应另一面处布置金属导电体；所述永磁体所在盘面划分有用于布置永磁体的区域，各区域呈由盘面轴心向外的发散面状布置，各相邻区域间的磁体在平行其盘体轴线方向上的磁性相异布置；软启动装置还包括动力机构，动力机构动作时，主动盘与从动盘间作相向或相离动作。

本发明的主要优点在于：依靠动力机构动作以带动主、从动盘作相对运动，从而使其两者间距产生变化，进而使其两者力场产生变化，最终实现由输入轴至输出轴的力矩可调性；实际使用时，采用磁极间隔布置的永磁体与金属导电体间间隔距离布置，在永磁体转动时，其与金属导电体间产生磁场涡流效应，此时，永磁体相对金属导电体运动，金属导电体切割其磁力线产生涡流，涡流形成磁场，与磁铁的磁场相互作用，产生相对的作用力，速度越快，力量越明显，最终达到带动金属导电体也即输出轴动作的目的；此处采用金属导电体取代老式的异性磁极，则使其主、从动盘间由传统的单纯磁吸力带动转变为更易操控的磁场涡流旋动，从而保证其实际运作效率，相较于传统的难以实现因相对距离变化而产生力矩变动的双磁极配合方式而言，本发明的磁、金属配合方式，显然更能满足小间距范围内的可调力矩传递功能，从而实现其启制动、无级调速、多驱动平衡、过载自我保护等功能，具有传动效率高、适应环境强，运行平稳和易于国产化的特点，其结构简单且使用方便可靠，市场应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是为主动轮上永磁体的分布状态示意图。

具体实施方式

一种可控制磁力软启动装置，包括固接输入轴10的主动盘30以及与其同轴且盘面相向设置的用于接驳输出轴20的从动盘40，主、从动盘30、40的相向面间存有间距且其中一面处设置有永磁体50，其相应另一面处布置金属导电体60；所述永磁体50所在盘面划分有用于布置永磁体50的区域，各区域呈由盘面轴心向外的发散面状布置，各相邻区域间的磁体在平行其盘体轴线方向上的磁性相异布置；软启动装置还包括动力机构，动力机构动作时，主动盘30与从动盘40间作相向或相离动作，具体如图1-2所示。

作为本发明的进一步优选方案：所述永磁体50设置于主动盘30上，所述的金属导电体60为铜片盘，金属导电体60设置于从动盘40盘面处；这样，首先通过采用导电性能优异的金属盘来实现对于永磁体50间的磁场切割作用，实际使用时优选为铜片盘；此外，所述金属导电体60为两个以上的厚度均匀的铜片沿其轴向方向叠加而成，也即是采用多层相同的薄磁钢片叠加而成，则是保证了铜片盘在高速切割磁力线时产生的磁感涡流热能可以迅速散发，从而避免其工作过热现象；其永磁体50的实际布置数目可依据现场情形而定，其材质可为钕铁硼强力永磁，本发明优选为永磁体50数目为6～20个且呈由其轴心向外的发散状均布于主动盘30盘面上，布置方式可参照图2所示。

进一步的，为具体实现本发明的主、从动盘30、40间的间距可调性，如图1所示，所述软启动装置包括壳体80，输出轴20与输入轴10均相应布置于壳体80上并与其构成转动配合，所述主、从动盘30、40及动力机构均设置于壳体80内，所述动力机构包括用于连接主动盘30与输入轴10的传动轴71，所述传动轴71的一端固接主动盘30盘面且与其轴心同轴设置，其另一端沿其轴向顺延并与输入轴10间在其轴向上构成可往复动作的滑插配合且在其周向上构成用以定位两者的限位配合。；实际的进一步构造为：所述输入轴10上与传动轴71配合的端面处沿其轴向内凹设置有沉孔部21，所述沉孔部21内壁周向均布有花键槽，传动轴71的相应配合面处布置有花键，两者间构成花键配合。这样，当外部组件首先带动输入轴10产生转动动作，其力矩通过主、从动盘30、40间的非刚性传递作用传达至输出轴20，最终实现其动力传递功能；而在某些需要适时调节输出力矩的场合时，通过操作动力机构，促使主动盘30产生沿其轴向的串动动作，由于主动盘30上固接的传动轴71始终与输入轴10间存在花键嵌合配合，也即是说，主动盘30的轴向串动只对从动盘40而言产生的相对接近或远离动作，而对于输入轴10本身的动力直接传递无任何影响；这样，当上述动作执行时，输入轴10仍旧将外部力矩直接传递于主动盘30，而由于主动盘30与从动盘40间的间距产生了变化，其两者间的磁感涡流相应出现变化，最终导致两者间的相对作用力产生变化，最终使与从动盘40连接的输出轴20的输出力矩产生变化。本发明通过动力机构的可控调节作用，以实现主、从动盘30、40的间距可调性，最终实现由输入轴10至输出轴20处的非刚性的无极调速功能，整体工作稳定可靠。

进一步的，为具体实现动力机构结构，此处对其说明如下：如图1所示，动力机构为单杆双向活塞缸，传动轴71构成动力机构的活塞杆，所述动力机构还包括与壳体80内壁固接设置的活塞缸体72，所述传动轴71上设置活塞部73，动力机构由油路组件90驱动动作；所述传动轴71、活塞部73及活塞缸体72间均布置有耐磨密封圈。实际上，动力机构可理解为整体形成活塞缸组件，通过油路组件90的泵油作用，从而实现活塞缸组件的双冲程操作，进而使其传动轴71（也即活塞杆）产生沿其轴向的串动动作，最终使其动力机构具备了驱动及调节主、从动盘30、40的功能，以达到其可控调速目的。

进一步的，壳体80外形呈空心圆柱状且包括左右对置配合的左、右壳体81、82，输出轴20布置于其左壳体81端面上且输入轴10相应布置于其右壳体82端面处，所述右壳体82端面沿其轴线向其壳体80内部内陷顺延有环状凸起82a，所述环状凸起82a内壁为阶梯孔且其大端位于右壳体82外端面处，所述输入轴10上的沉孔部21外壁与环状凸起82a的大端内壁间构成转动配合，所述动力机构上的活塞缸体72与环状凸起82a的小端内壁间构成嵌入式固接配合；所述右壳体82在其外端面处设置有端盖部82b，端盖部82b外形呈凹盘状且罩设环状凸起82a大端孔部设置，所述输出轴20贯穿端盖部82b轴心且两者间设置有耐磨密封圈。为增加环状凸起82a的使用强度，所述软启动装置在环状凸起82a外壁与壳体80内壁间设置有加强筋板。

进一步的，本发明还提供了一种用于实现上述动力机构精确可调性的油路组件，具体为：所述油路组件90包括中封式三位四通比例阀91，三位四通比例阀91的A、B端分别连接动力机构上的活塞缸体72的其中一个液压腔，其O端连接油缸，其P端依次连通液压泵92至油缸处，所述软启动装置还包括控制部，控制部控制三位四通比例阀91作换向动作，其各端口指示如图1所示。

更进一步的，所述控制部包括工控机100b以及设置于壳体80内壁处的传感器100a，所述传感器100a与壳体80内部各部件间处于避让位置，而工控机100b则可以通过面板预先输入一些控制系统参数，如启动时间、低速运行时间、各驱动电机的功率分配等；工作时，传感器100a接收主动盘30动作状态，发送信号至工控机100b处理，工控机100b发出处理信息至三位四通比例阀91处并控制其作相应换向动作。

本发明在使用时，输入轴10受到动力源的转矩带动附有永磁体50的主动盘30进行转动，初始状态为静止的从动盘40即随之做相对的切割磁场的运动，由于磁感涡流作用，从动盘40开始做与主动盘30相同的同步转动，从而实现两者间的力矩软传递功能；由于上述两者为磁感涡流驱动，因此，从动盘40做与主动盘30的小范围间隙改变即会影响从动盘40所获得的转矩大小：本发明根据预先输入工控机100b处的控制信号和传感器100a适时采集到的信号，通过工控机100b计算处理，发出指令连续调节液压系统中三位四通比例阀91阀口的左右开度方向，三位四通比例阀91动作又相应的带动动力机构上的传动轴71产生沿其轴向的串动动作，进而达到精确改变从动盘40与永磁体50之间的中心间隙的目的，以此来获取所需的工况驱动转矩及实现多电机功率的平衡。本发明的以磁感涡流原理实现的磁、金属配合方式，可在小间距范围内即可具备精确的可调力矩传递功能，其具有启制动、无级调速、多驱动平衡、过载自我保护等多种功能，其传动效率高、适应环境强、结构简单且使用方便可靠，市场应用前景广阔。

Claims

1.一种可控制磁力软启动装置，其特征在于：包括固接输入轴（10）的主动盘（30）以及与其同轴且盘面相向设置的用于接驳输出轴（20）的从动盘（40），主、从动盘（30、40）的相向面间存有间距且其中一面处设置有永磁体（50），其相应另一面处布置金属导电体（60）；所述永磁体（50）所在盘面划分有用于布置永磁体（50）的区域，各区域呈由盘面轴心向外的发散面状布置，各相邻区域间的磁体在平行其盘体轴线方向上的磁性相异布置；软启动装置还包括动力机构，动力机构动作时，主动盘（30）与从动盘（40）间作相向或相离动作；

所述软启动装置包括壳体（80），输出轴（20）与输入轴（10）均相应布置于壳体（80）上并与其构成转动配合，所述主、从动盘（30、40）及动力机构均设置于壳体（80）内，所述动力机构包括用于连接主动盘（30）与输入轴（10）的传动轴（71），所述传动轴（71）的一端固接主动盘（30）盘面且与其轴心同轴设置，其另一端沿其轴向顺延并与输入轴（10）间在其轴向上构成可往复动作的滑插配合且在输入轴（10）周向上构成用以定位两者的限位配合；动力机构为单杆双向活塞缸，传动轴（71）构成动力机构的活塞杆，所述动力机构还包括与壳体（80）内壁固接设置的活塞缸体（72），所述传动轴（71）上设置活塞部（73），动力机构由油路组件（90）驱动动作，所述传动轴（71）、活塞部（73）及活塞缸体（72）间均布置有耐磨密封圈；

壳体（80）外形呈空心圆柱状且包括左右对置配合的左、右壳体（81、82），输出轴（20）布置于其左壳体（81）端面上且输入轴（10）相应布置于其右壳体（82）端面处，所述右壳体（82）端面沿其轴线向其壳体（80）内部内陷顺延有环状凸起（82a），所述环状凸起（82a）内壁为阶梯孔且其大端位于右壳体（82）外端面处，所述输入轴（10）上的沉孔部（21）外壁与环状凸起（82a）的大端内壁间构成转动配合，所述动力机构上的活塞缸体（72）与环状凸起（82a）的小端内壁间构成嵌入式固接配合。

2.根据权利要求1所述的可控制磁力软启动装置，其特征在于：所述永磁体（50）设置于主动盘（30）上，所述的金属导电体（60）为铜片盘，金属导电体（60）设置于从动盘（40）盘面处。

3.根据权利要求2所述的可控制磁力软启动装置，其特征在于：所述金属导电体（60）为两个以上的厚度均匀的铜片沿其轴向方向叠加而成。

4.根据权利要求1或2或3所述的可控制磁力软启动装置，其特征在于：永磁体（50）数目为6～20个且呈由其轴心向外的发散状均布于主动盘（30）盘面上。

5.根据权利要求4所述的可控制磁力软启动装置，其特征在于：所述输入轴（10）上与传动轴（71）配合的端面处沿其轴向内凹设置有沉孔部（21），所述沉孔部（21）内壁周向均布有花键槽，传动轴（71）的相应配合面处布置有花键，两者间构成花键配合。

6.根据权利要求5所述的可控制磁力软启动装置，其特征在于：所述右壳体（82）在其外端面处设置有端盖部（82b），端盖部（82b）外形呈凹盘状且罩设环状凸起（82a）大端孔部设置，所述输入轴（10）贯穿端盖部（82b）轴心且两者间设置有耐磨密封圈。

7.根据权利要求6所述的可控制磁力软启动装置，其特征在于：所述油路组件（90）包括中封式三位四通比例阀（91），三位四通比例阀（91）的A、B端分别连接动力机构上的活塞缸体（72）的其中一个液压腔，其O端连接油缸，其P端依次连通液压泵（92）至油缸处，所述软启动装置还包括控制部，控制部控制三位四通比例阀（91）作换向动作；所述控制部包括工控机（100b）以及设置于壳体（80）内壁处的传感器（100a），所述传感器（100a）与壳体（80）内部各部件间处于避让位置，所述传感器（100a）接收主动盘（30）动作状态，发送信号至工控机（100b）处理，工控机（100b）发出处理信息至三位四通比例阀（91）处并控制其作相应换向动作。