CN103560732A - 一种矿用限矩型永磁传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用限矩型永磁传动装置，设置在电机和工作机之间，包括：矿用限矩型磁力偶合器、输入端转速传感器、输出端转速传感器、输入端红外温度传感器、输出端红外温度传感器、PLC控制器；本发明应用在煤矿现场实践生产中，克服了以前传统机械式和液力偶合传动装置中出现的一些问题，很好的解决了现场实际的传动问题，传动效率高并且能够实现电机软启动、电机过载保护和承受负载波动性等功能，通过远程监控系统可以对设备的运行状态进行实时监控并且针对异常状况进行故障诊断。

Description

一种矿用限矩型永磁传动装置

技术领域

本发明属于矿用设备传动领域，特别提供一种矿用限矩型永磁传动装置。

背景技术

目前煤矿所使用设备的传动装置大部分是传统的机械式传动和限矩型液力偶合器，传统的机械式传动装置在煤矿生产的应用中不具有针对性，很多细节上达不到煤矿安全的标准，并且存在耗能、易磨损、对中要求高等弊端。液力偶合器的维护较费劲，密封性很难保证，油封处漏油现象严重，输入端和输出端要有很好的对中性，对中性不好运行时震动较大，对设备其他零部件的磨损严重降低设备的使用寿命。

在矿用机械传动领域中，由于负载的不确定性，必须对电机进行过载保护。目前传统的机械式传动常采用的是热继电器保护方式，当工作机端出现过载时，电机的运行电流超过额定电流时热继电器将会切断主电路电机停止运行，达到电机的过载保护目的。热继电器对温度比较敏感，环境温度的变化影响了热继电器的对电流的正确判断，大大影响了过载保护的时机。在实际生产中要求电机所拖动的负载在一般情况下不允许随便停机，即使是电机过载会使其寿命降低，亦不应让热继电器贸然脱扣，以免因停产遭受比电机价格高许多的经济损失。热继电器的使用寿命受限于其脱扣的次数，因此其不适用于对频繁启动、正反转频繁转换、重载启动的电机进行过载保护。

限矩型液力偶合器也可以对电机进行过载保护。当负载过大时，液力偶合器内部的油压迅速增大，这样液力偶合器内部的油将会通过阀门喷出降低内部压力电机端可以正常运转达到实现对电机的过载保护。矿用设备如带式输送机和刮板输送机等多采用多机联动的模式运行，每个电机都需要进行过载保护。当局部出现过载时，液力偶合器为保护电机进行喷油，这样就会接连导致其他各个液力偶合器出现过载现象，液力偶合器都出现喷油的状态，当恢复正常生产时，需对液力偶合器进行换油等维护，这样既费时又费力延长了煤矿生产周期，对煤炭生产造成很大的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿用限矩型永磁传动装置，采用非接触式纯机械传动，使用寿命长，免维护；能对电机进行过载保护，负载正常后能自行重新启动，能够实现频繁启停、软启动电机功能；对负载能够实现自适应，能够承受波动性负载而不影响正常的传动效率。

本发明的技术方案是：一种矿用限矩型永磁传动装置，设置在电机1和工作机2之间，包括：矿用限矩型磁力偶合器3、输入端转速传感器4、输出端转速传感器5、输入端红外温度传感器6、输出端红外温度传感器7、PLC控制器8；所述输入端转速传感器4用于对矿用限矩型磁力偶合器3的输入端的转速进行检测，所述输出端转速传感器5用于对矿用限矩型磁力偶合器3的输出端的转速进行检测，所述输入端红外温度传感器6用于对矿用限矩型磁力偶合器3的输入端温度进行检测，所述输出端红外温度传感器7用于对矿用限矩型磁力偶合器3的输出端温度进行检测，所述PLC控制器8分别与电机1、输入端转速传感器4、输出端转速传感器5、输入端红外温度传感器6、输出端红外温度传感器7连接。

优选的，所述偶合装置还包括远程监控系统9，所述远程监控系统9与PLC控制器8的通讯端口连接。

输入端转速传感器4、输出端转速传感器5、输入端红外温度传感器6、输出端红外温度传感器7对矿用限矩型磁力偶合器3的运行状态进行实时监控，将信号传输给PLC控制器8，PLC控制器8通过输入信号的状态来控制电机1的启停，远程监控系统9可以通过和PLC控制器8通讯对整个装置进行监控和故障诊断。

优选的，所述矿用限矩型磁力偶合器3包括：联轴器、输入端测速齿盘304、导磁体转子、永磁体转子、传动轴316、输入端轴承314、输出端轴承313、输出端测速齿盘315；所述导磁体转子和永磁体转子分别套装在传动轴316外部，所述永磁体转子设于导磁体转子内部，所述导磁体转子与传动轴316分别通过输入端轴承314、输出端轴承313连接，所述永磁体转子在导磁体转子内可沿传动轴316滑动，所述联轴器设于传动轴316的输入端并与导磁体转子连接，所述输入端测速齿盘304套装在联轴器外部，所述输出端测速齿盘315套装在传动轴316的输出端外部。

优选的，所述联轴器为梅花盘式联轴器，所述梅花盘式联轴器由电机端半梅花盘联轴器301、弹性梅花盘302和偶合器端半梅花盘303组成；所述输入端测速齿盘304套装在偶合器端半梅花盘303外部。

优选的，所述导磁体转子包括：输入端安装盘305、输出端安装盘311和连接输入端安装盘305与输出端安装盘311的连接体307；所述输入端安装盘305位于传动轴316的输入端一端并通过输入端轴承314与传动轴316连接，所述输出端安装盘311位于传动轴316的输出端一端并通过输出端轴承313与传动轴316连接，所述输入端安装盘305和输出端安装盘311位于永磁体转子一侧分别设有导磁体306、所述输入端安装盘305和输出端安装盘311远离永磁体转子一侧分别设有散热片310，所述输入端安装盘305和输出端安装盘311分别与连接体307形成隔爆接合面Ⅰ和隔爆接合面Ⅱ，所述输入端安装盘305和输出端安装盘311分别与传动轴316形成隔爆接合面Ⅲ和隔爆接合面Ⅳ。

优选的，所述永磁体转子包括：两个永磁转子盘体308和两个离心体309，所述两个永磁转子盘体308在导磁体转子内可沿传动轴316滑动，所述两个离心体309位于两个永磁转子盘体308之间，并设于靠近传动轴316的输入端的永磁转子盘体308上，所述两个离心体309关于轴向对称。

优选的，所述离心体9由相互垂直的支板Ⅰ、支板Ⅱ和连接支板Ⅰ和支板Ⅱ的弹簧组成，所述支板Ⅰ固定在永磁转子盘体308上。支板Ⅱ可以在弹簧的作用下在90度范围内摆动，当工作机端出现过载或卡死时，导磁体转子和永磁体之间的距离L迅速拉大，这样两个永磁转子盘体308将离心体309压缩，支板Ⅱ摆动90度，这时两个永磁转子盘体308的距离最小，气隙L最大，此时的传动效率最低，电机1依然可以正常运行，这样就实现了对电机1的过载保护。负载恢复正常时，滑差变小，支板Ⅱ在弹簧的作用下恢复原位同时将两个永磁转子盘体308分开，气隙L恢复到正常值，电机1可以自行恢复正常驱动负载。

当电机运行时，导磁体306切割永磁体的磁感线时产生感应涡流，而感应涡电流的磁场与永磁转子盘体308的磁场之间的作用力产生了转矩，带动永磁体转动，负载端与传动轴316的输出端连接之后，在永磁转子盘体308的驱动下进行旋转，这样就实现了电机1和工作机2之间的非接触式纯机械传动，由于输入端和输出端采用非接触式的磁传动，允许输入输出端有较大的对中误差。

永磁转子盘体308可在传动轴316上滑动，这样永磁转子盘体308和导磁体306之间的气隙L(如图2所示的L1+L2)可以变化。当电机1启动时，电机1和工作机2之间的滑差较大，气隙L的变化可以实现电机1的软启动。针对波动性负载，矿用限矩型磁力偶合器3可以通过L的变化进行调节，保证电机1的传动效率。

输入端安装盘305、连接体307和输出端安装盘311组成隔爆型腔体，三者之间的配合保证了隔爆接合面Ⅰ、隔爆接合面Ⅱ的长度，达到矿用隔爆标准。

输入端轴承314、输出端轴承313将传动轴316的位置固定，保证传动轴316和输入端安装盘305、输出端安装盘311的间隙，使隔爆接合面Ⅲ、Ⅳ长度和间隙值达到矿用隔爆标准。

输入端转速传感器4、输出端转速传感器5通过输入端测速齿盘304、输出端测速齿盘315来测速，测的信号通过光隔离板传输给PLC控制器8。输入端红外温度传感器6、输出端红外温度传感器7测量矿用限矩型磁力偶合器3的输入端安装盘305、输出端安装盘311的温度，信号通过安全栅后传输给PLC控制器8，PLC控制器8通过输入信号的状态来控制电机1的启停。

本发明具有以下有益的效果：

本发明应用在煤矿现场实践生产中，克服了以前传统机械式和液力偶合传动装置中出现的一些问题，很好的解决了现场实际的传动问题，传动效率高并且能够实现电机软启动、电机过载保护和承受负载波动性等功能，通过远程监控系统可以对设备的运行状态进行实时监控并且针对异常状况进行故障诊断。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明矿用限矩型磁力偶合器的剖视图；

图3为本发明离心体结构动作示意图；

图4为本发明温度监控工作流程图；

图5为本发明输入输出转速转差率的检测工作流程图。

图中：1、电机；2、工作机；3、矿用限矩型磁力偶合器；4、输入端转速传感器；5、输出端转速传感器；6、输入端红外温度传感器；7、输出端红外温度传感器；8、PLC控制器；9、远程监控系统；301、电机端半梅花盘联轴器；302、弹性梅花盘；303、偶合器端半梅花盘；304、输入端测速齿盘；305、输入端安装盘；306、导磁体；307、连接体；308、永磁转子盘体；309、离心体；310、散热片；311、输出端安装盘；312、输出端盖；313、输出端轴承；314、输入端轴承；315、输出端测速齿盘；316、传动轴；317、永磁盘体轴端挡板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，一种矿用限矩型永磁传动装置，设置在电机1和工作机2之间，包括：矿用限矩型磁力偶合器3、输入端转速传感器4、输出端转速传感器5、输入端红外温度传感器6、输出端红外温度传感器7、PLC控制器8、远程监控系统9；输入端转速传感器4用于对矿用限矩型磁力偶合器3的输入端的转速进行检测，输出端转速传感器5用于对矿用限矩型磁力偶合器3的输出端的转速进行检测，输入端红外温度传感器6用于对矿用限矩型磁力偶合器3的输入端温度进行检测，输出端红外温度传感器7用于对矿用限矩型磁力偶合器3的输出端温度进行检测，PLC控制器8分别与电机1、输入端转速传感器4、输出端转速传感器5、输入端红外温度传感器6、输出端红外温度传感器7连接，远程监控系统9与PLC控制器8的通讯端口连接。

输入端转速传感器4、输出端转速传感器5、输入端红外温度传感器6、输出端红外温度传感器7对矿用限矩型磁力偶合器3的运行状态进行实时监控，将信号传输给PLC控制器8，PLC控制器8通过输入信号的状态来控制电机1的启停，远程监控系统9可以通过和PLC控制器8通讯对整个装置进行监控和故障诊断。

如图2所示，矿用限矩型磁力偶合器，由电机端半梅花盘联轴器301；、弹性梅花盘302；、偶合器端半梅花盘303、输入端测速齿盘304、输入端安装盘305、导磁体306、连接体307、永磁转子盘体308、离心体309、散热片310、输出端安装盘311、输出端盖312、输出端轴承313、输入端轴承314、输出端测速齿盘315、传动轴316、永磁盘体轴端挡板317组成。

当电机运行时，导磁体6切割永磁体的磁感线时产生感应涡流，而感应涡电流的磁场与永磁转子盘体8的磁场之间的作用力产生了转矩，带动永磁体转动，负载端与传动轴16的输出端连接之后，在永磁转子盘体8的驱动下进行旋转，这样就实现了电机1和工作机2之间的非接触式纯机械传动，由于输入端和输出端采用非接触式的磁传动，允许输入输出端有较大的对中误差。

永磁转子盘体8可在传动轴16上滑动，这样永磁转子盘体8和导磁体6之间的气隙L(如图2所示的L1+L2)可以变化。当电机1启动时，电机1和工作机2之间的滑差较大，气隙L的变化可以实现电机1的软启动。针对波动性负载，矿用限矩型磁力偶合器3可以通过L的变化进行调节，保证电机1的传动效率。

输入端安装盘5、连接体7和输出端安装盘11组成隔爆型腔体，三者之间的配合保证了隔爆接合面Ⅰ、隔爆接合面Ⅱ的长度，达到矿用隔爆标准。

输入端轴承14、输出端轴承13将传动轴16的位置固定，保证传动轴16和输入端安装盘5、输出端安装盘11的间隙，使隔爆接合面Ⅲ、Ⅳ长度和间隙值达到矿用隔爆标准。

输入端转速传感器4、输出端转速传感器5通过输入端测速齿盘4、输出端测速齿盘15来测速，测的信号通过光隔离板传输给PLC控制器8。输入端红外温度传感器6、输出端红外温度传感器7测量矿用限矩型磁力偶合器3的输入端安装盘5、输出端安装盘11的温度，信号通过安全栅后传输给PLC控制器8，PLC控制器8通过输入信号的状态来控制电机1的启停。

如图3所示，支板Ⅱ可以在弹簧的作用下在90度范围内摆动，当工作机端出现过载或卡死时，导磁体转子和永磁体之间的距离L迅速拉大，这样两个永磁转子盘体8将离心体9压缩，支板Ⅱ摆动90度，这时两个永磁转子盘体8的距离最小，气隙L最大，此时的传动效率最低，电机1依然可以正常运行，这样就实现了对电机1的过载保护。负载恢复正常时，滑差变小，支板Ⅱ在弹簧的作用下恢复原位同时将两个永磁转子盘体8分开，气隙L恢复到正常值，电机1可以自行恢复正常驱动负载。

如图4所示，温度监控工作流程图，PLC控制器8对温度信号进行分组，相同的时间段t内的平均值记为T，这样从矿用限矩型磁力偶合器3工作开始会有n组温度值，当第n组温度值T≥120℃时，PLC控制器8会对这n组温度值进行分析：如果相邻两组第n组和第n-1组的温度值差值△T在正常温度差值范围△T0（由大量实验所得）内时，表明导磁体转子的温度是阶梯正常上升的，此种情况视为矿用限矩型磁力偶合器3的温度值过高，这样PLC控制器8将会输出信号，停止电机1运行，对设备进行检修；如果相邻两组第n组和第n-1组的温度值差值△T不正常温度差值范围△T0内时，视为红外传感器自身发生故障，采集数据有误，此种情况，PLC控制器8会停止电机1运行，及时对红外传感器进行更换维修。

如图5所示，输入输出转速转差率的检测工作流程图，设备运行时间t时，PLC控制器8对此时输入输出端的转速信号n1和n2进行数值分析处理，得出转差率η=（n1-n2）/n1。矿用限矩型磁力偶合器3运行时，刚开始阶段的转差率较大，当运行稳定后转差率也达到相对固定值。当转差率出现异常时，要对时间端进行判别，有可能是处于刚开机阶段转差率较大的情况，所以要将这种情况过滤掉。通过大量实验得出刚开机转差率较大的时间段t0，当转差率η≥4%时，将运行时间和t0进行比较，如果运行时间t≤t0，说明处于刚开机阶段，转差率异常属于正常情况；如果运行时间t≥t0，说明不处于刚开机阶段，这时对输入转速n1进行判别：如果n1＜电机额定转速，说明矿用限矩型磁力偶合器3发生故障出现异常，停止电机1运行，进行检修；如果n1=电机额定转速，说明负载端出现异常，矿用限矩型磁力偶合器3可以根据气隙L的调节自适应，电机正常运行。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿用限矩型永磁传动装置，设置在电机（1）和工作机（2）之间，其特征在于，包括：矿用限矩型磁力偶合器（3）、输入端转速传感器（4）、输出端转速传感器（5）、输入端红外温度传感器（6）、输出端红外温度传感器（7）、PLC控制器（8）；所述输入端转速传感器（4）用于对矿用限矩型磁力偶合器（3）的输入端的转速进行检测，所述输出端转速传感器（5）用于对矿用限矩型磁力偶合器（3）的输出端的转速进行检测，所述输入端红外温度传感器（6）用于对矿用限矩型磁力偶合器（3）的输入端温度进行检测，所述输出端红外温度传感器（7）用于对矿用限矩型磁力偶合器（3）的输出端温度进行检测，所述PLC控制器（8）分别与电机（1）、输入端转速传感器（4）、输出端转速传感器（5）、输入端红外温度传感器（6）、输出端红外温度传感器（7）连接。

2.按照权利要求1所述的一种矿用限矩型永磁传动装置，其特征在于，所述偶合装置还包括远程监控系统（9），所述远程监控系统（9）与PLC控制器（8）的通讯端口连接。

3.按照权利要求2所述的一种矿用限矩型永磁传动装置，其特征在于，所述矿用限矩型磁力偶合器（3）包括：联轴器、输入端测速齿盘（304）、导磁体转子、永磁体转子、传动轴（316）、输入端轴承（314）、输出端轴承（313）、输出端测速齿盘（315）；所述导磁体转子和永磁体转子分别套装在传动轴（316）外部，所述永磁体转子设于导磁体转子内部，所述导磁体转子与传动轴（316）分别通过输入端轴承（314）、输出端轴承（313）连接，所述永磁体转子在导磁体转子内可沿传动轴（316）滑动，所述联轴器设于传动轴（316）的输入端并与导磁体转子连接，所述输入端测速齿盘（304）套装在联轴器外部，所述输出端测速齿盘（315）套装在传动轴（316）的输出端外部。

4.按照权利要求3所述的一种矿用限矩型永磁传动装置，其特征在于，所述联轴器为梅花盘式联轴器，所述梅花盘式联轴器由电机端半梅花盘联轴器（301）、弹性梅花盘（302）和偶合器端半梅花盘（303）组成；所述输入端测速齿盘（304）套装在偶合器端半梅花盘（303）外部。

5.按照权利要求4所述的一种矿用限矩型永磁传动装置，其特征在于，所述导磁体转子包括：输入端安装盘（305）、输出端安装盘（311）和连接输入端安装盘（305）与输出端安装盘（311）的连接体（307）；所述输入端安装盘（305）位于传动轴（316）的输入端一端并通过输入端轴承（314）与传动轴（316）连接，所述输出端安装盘（311）位于传动轴（316）的输出端一端并通过输出端轴承（313）与传动轴（316）连接，所述输入端安装盘（305）和输出端安装盘（311）位于永磁体转子一侧分别设有导磁体（306）、所述输入端安装盘（305）和输出端安装盘（311）远离永磁体转子一侧分别设有散热片（310），所述输入端安装盘（305）和输出端安装盘（311）分别与连接体（307）形成隔爆接合面Ⅰ和隔爆接合面Ⅱ，所述输入端安装盘（305）和输出端安装盘（311）分别与传动轴（316）形成隔爆接合面Ⅲ和隔爆接合面Ⅳ。

6.按照权利要求5所述的一种矿用限矩型永磁传动装置，其特征在于，所述永磁体转子包括：两个永磁转子盘体（308）和两个离心体（309），所述两个永磁转子盘体（308）在导磁体转子内可沿传动轴（316）滑动，所述两个离心体（309）位于两个永磁转子盘体（308）之间，并设于靠近传动轴（316）的输入端的永磁转子盘体（308）上，所述两个离心体（309）关于轴向对称。

7.按照权利要求6所述的一种矿用限矩型永磁传动装置，其特征在于，所述离心体（309）由相互垂直的支板Ⅰ、支板Ⅱ和连接支板Ⅰ和支板Ⅱ的弹簧组成，所述支板Ⅰ固定在永磁转子盘体（308）上。

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