CN104038022A - 一种矿用调速型永磁传动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用调速型永磁传动装置，包括：矿用磁力偶合器、用于检测矿用磁力偶合器的输入端和输出端转速信号的输入端转速传感器和输出端转速传感器；用于检测矿用磁力偶合器的输入端和输出端温度信号的输入端红外温度传感器和输出端红外温度传感器；用于根据转速信号和温度信号控制电机启停和发出驱动控制信号的矿用磁偶合保护装置；根据驱动控制信号驱动磁力偶合器改变输出转速的矿用隔爆型执行机构。本发明以磁场为媒介采用非接触式机械结构进行传动，通过调节铜导体和永磁体之间的气隙可以精确控制从电机到负载传递的转矩，从而实现负载速度的调节。
Description
技术领域
本发明属于矿用设备传动领域，特别提供一种矿用调速型永磁传动装置。
背景技术
在煤矿机械调速系统领域，液力偶合器和变频器应用最为广泛且具有节能效果。随着二者在矿用设备中的大范围应用，有很多问题突显出来：
调速型液力偶合器工作腔内充入一定量的工作液，联轴器从电机上获得机械能，转化为液体能，推动涡轮旋转，涡轮把液体能转化为机械能，实现电机到工作机之间能量的传递，调速时通过改变偶合器内部的导管开度，改变工作腔内工作液的充满度，在电动机转速不变的情况下，实现对工作机的无级调速，改变输出功率的大小。受其工作原理的限制，需要经常对工作腔和供油系统进行维护并按时更换工作液，尤其应用于煤矿领域大功率传动场合，其工作液温度会升高影响传递效率，因此，在实际生产过程中调速型液力偶合器维护成本高且周期长，大大降低了工作效率，影响了煤矿生产的正常运行。
变频器的干扰问题是其最大的劣势：一是变频器中普遍应用了晶闸管或者整流二极管等非线性整流器件，产生的谐波对电网将产生串到干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出部分采用的是IGBT等开关部件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。在煤矿生产领域中，变频器的干扰问题在井下应用中显得尤为突出，大大增加煤矿生产的安全隐患。变频器对具有粉尘颗粒较多、空气潮湿等诸多特殊因素的煤矿环境适应性很差，稳定性大幅降低，增加后期维护成本，加之本身造价较高，导致总成本很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿用调速型永磁传动装置，可有效的解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种矿用调速型永磁传动装置，设于电机101和工作机102之间，其特征在于，包括：
连接于电机101和工作机102的矿用磁力偶合器103；
用于检测矿用磁力偶合器103的输入端转速信号的输入端转速传感器104；
用于检测矿用磁力偶合器103的输出端转速信号的输出端转速传感器105；
用于检测矿用磁力偶合器103的输入端温度信号的输入端红外温度传感器106；
用于检测矿用磁力偶合器103的输出端温度信号的输出端红外温度传感器107；
用于根据所述输入端转速传感器104、输出端转速传感器105、输入端红外温度传感器106、输出端红外温度传感器107检测的输入端转速信号、输出端转速信号、输入端温度信号、输出端温度信号控制电机101启停和根据工作机102负载需求发出驱动控制信号的矿用磁偶合保护装置108；所述矿用磁偶合保护装置108是以PLC为核心的控制系统；
根据所述矿用磁偶合保护装置108发出的驱动控制信号驱动所述磁力偶合器103改变输出转速的矿用隔爆型执行机构109。
优选的，所述矿用磁力偶合器103包括：输入轴3、输入端安装盘7、连接体8、输出端安装盘9、调速外套12、永磁盘体Ⅰ13、永磁盘体Ⅱ14、永磁盘连接体15、调速内套16、轴承Ⅲ17、轴承Ⅳ18、输出端盖19、输出轴20、输出端轴套22、柱销结构23、调速操纵杆24；
所述输入端安装盘7套装固定在输入轴3上，所述调速外套12套装在输出轴20上，所述输出端安装盘9套装在调速外套12前部，所述连接体8设于输入端安装盘7和输出端安装盘9之间，所述输入端安装盘7和输出端安装盘9分别与连接体8螺栓紧固连接；
所述永磁体盘Ⅰ13、永磁体盘Ⅱ14分别位于输入端安装盘7、连接体8、输出端安装盘9、调速外套12形成的腔体内，所述永磁体盘Ⅰ13套装在输出轴20上，所述永磁体盘Ⅱ14套装在调速外套12前部并与调速外套12进行轴向定位，所述永磁盘连接体15设于永磁体盘Ⅰ13和永磁体盘Ⅱ14之间，所述永磁盘连接体15包括连接于永磁体盘Ⅰ13的齿条Ⅰ151、连接于永磁体盘Ⅱ14的齿条Ⅱ152、与齿条Ⅰ151和齿条Ⅱ152配合的齿轮153；
所述调速内套16套装在调速外套12后部内并通过轴承Ⅲ17套装在输出轴20上，所述调速内套16上下表面设有对应的轨道，所述柱销结构23固定在调速内套16上并可沿轨道滑动，所述调速操纵杆24固定在调速外套12上；
所述输出端轴套22通过轴承Ⅳ18套装在输出轴20上，所述调速内套16与输出端轴套22螺栓紧固连接，所述输出端轴套22后部与输出端盖19螺栓紧固连接；
所述输入端安装盘7和输出端安装盘9内侧分别设有铜盘10；所述输入端安装盘7和输出端安装盘9外侧分别设有散热片11。
优选的，所述矿用磁力偶合器103还包括：输入端盖4、输入端轴套25、轴承Ⅰ5、轴承Ⅱ6、底座1、输入端支架2、输出端支架21；所述输入端盖4、输入端轴套25套装在输入轴3前部，两者螺栓紧固连接，所述输入端轴套25通过轴承Ⅰ5、轴承Ⅱ6与输入轴3连接；所述输入端轴套25和输出端轴套22通过输入端支架2和输出端支架21固定在底座1上。
优选的，所述轨道为为弧形。
优选的，所述输入轴3与输入端安装盘7形成隔爆接合面Ⅰ73，所述输入端安装盘7和输出端安装盘9分别与连接体8形成隔爆接合面Ⅱ87和隔爆接合面Ⅲ89，所述调速外套12与输出轴20形成隔爆接合面Ⅳ122，所述调速外套12与输出端安装盘9形成隔爆接合面Ⅴ129。隔爆接合面Ⅰ73、隔爆接合面Ⅱ87、隔爆接合面Ⅲ89、隔爆接合面Ⅳ122、隔爆接合面Ⅴ129长度和间隙均满足矿用隔爆标准的要求。
本发明具有以下有益的效果：
本发明以磁场为媒介采用非接触式机械结构进行传动，通过调节铜导体和永磁体之间的气隙可以精确控制从电机到负载传递的转矩，从而实现负载速度的调节。并具有以下优点：
(1)实现无级调速、运行可靠性高、节能效果好。
(2)保护电机、实现电机软启动、延长系统使用寿命。
(3)非接触式纯机械传动，无其他干扰、恶劣环境适应性强、免维护。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明实施例矿用磁力偶合器结构示意图；
图3为本发明实施例调速过程示意图；
图4为本发明实施例永磁盘连接体结构示意图；
图5为本发明实施例系统过温监测工作流程图；
图中：1、底座；2、输入端支架；3、输入轴；4、输入端盖；5、轴承Ⅰ；6、轴承Ⅱ；7、输入端安装盘；8、连接体；9、输出端安装盘；10、铜盘；11、散热片；12、调速外套；13、永磁盘体Ⅰ；14、永磁盘体Ⅱ；15、永磁盘连接体；16、调速内套；17、轴承Ⅲ；18、轴承Ⅳ；19、输出端盖；20、输出轴；21、输出端支架；22、输出端轴套；23、柱销结构；24、调速操纵杆；25、输入端轴套；151、齿条Ⅰ；152、齿条Ⅱ；153、齿轮；101、电机；102、工作机；103、矿用磁力偶合器；104、输入端转速传感器；105、输出端转速传感器；106、输入端红外温度传感器；107、输出端红外温度传感器；108、矿用磁偶合保护装置；109、矿用隔爆型执行机构；73、隔爆接合面Ⅰ；87、隔爆接合面Ⅱ；89、隔爆接合面Ⅲ；122、隔爆接合面Ⅳ；129、隔爆接合面Ⅴ。
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1-5所示，一种矿用调速型永磁传动装置，设于电机101和工作机102之间，其特征在于，包括：
连接于电机101和工作机102的矿用磁力偶合器103；
用于检测矿用磁力偶合器103的输入端转速信号的输入端转速传感器104；
用于检测矿用磁力偶合器103的输出端转速信号的输出端转速传感器105；
用于检测矿用磁力偶合器103的输入端温度信号的输入端红外温度传感器106；
用于检测矿用磁力偶合器103的输出端温度信号的输出端红外温度传感器107；
用于根据所述输入端转速传感器104、输出端转速传感器105、输入端红外温度传感器106、输出端红外温度传感器107检测的输入端转速信号、输出端转速信号、输入端温度信号、输出端温度信号控制电机101启停和根据工作机102负载需求发出驱动控制信号的矿用磁偶合保护装置108；
根据所述矿用磁偶合保护装置108发出的驱动控制信号驱动所述磁力偶合器103改变输出转速的矿用隔爆型执行机构109。
所述矿用磁力偶合器103包括：输入轴3、输入端安装盘7、连接体8、输出端安装盘9、调速外套12、永磁盘体Ⅰ13、永磁盘体Ⅱ14、永磁盘连接体15、调速内套16、轴承Ⅲ17、轴承Ⅳ18、输出端盖19、输出轴20、输出端轴套22、柱销结构23、调速操纵杆24；
所述输入端安装盘7套装固定在输入轴3上，所述调速外套12套装在输出轴20上，所述输出端安装盘9套装在调速外套12前部，所述连接体8设于输入端安装盘7和输出端安装盘9之间，所述输入端安装盘7和输出端安装盘9分别与连接体8螺栓紧固连接；
所述永磁体盘Ⅰ13、永磁体盘Ⅱ14分别位于输入端安装盘7、连接体8、输出端安装盘9、调速外套12形成的腔体内，所述永磁体盘Ⅰ13套装在输出轴20上，所述永磁体盘Ⅱ14套装在调速外套12前部并与调速外套12进行轴向定位，所述永磁盘连接体15设于永磁体盘Ⅰ13和永磁体盘Ⅱ14之间，所述永磁盘连接体15包括连接于永磁体盘Ⅰ13的齿条Ⅰ151、连接于永磁体盘Ⅱ14的齿条Ⅱ152、与齿条Ⅰ151和齿条Ⅱ152配合的齿轮153；
所述调速内套16套装在调速外套12后部内并通过轴承Ⅲ17套装在输出轴20上，所述调速内套16上下表面设有对应的轨道，所述柱销结构23固定在调速内套16上并可沿轨道滑动，所述调速操纵杆24固定在调速外套12上；
所述输出端轴套22通过轴承Ⅳ18套装在输出轴20上，所述调速内套16与输出端轴套22螺栓紧固连接，所述输出端轴套22后部与输出端盖19螺栓紧固连接；
所述输入端安装盘7和输出端安装盘9内侧分别设有铜盘10；所述输入端安装盘7和输出端安装盘9外侧分别设有散热片11。
所述矿用磁力偶合器103还包括：输入端盖4、输入端轴套25、轴承Ⅰ5、轴承Ⅱ6、底座1、输入端支架2、输出端支架21；所述输入端盖4、输入端轴套25套装在输入轴3前部，两者螺栓紧固连接，所述输入端轴套25通过轴承Ⅰ5、轴承Ⅱ6与输入轴3连接；所述输入端轴套25和输出端轴套22通过输入端支架2和输出端支架21固定在底座1上。
所述轨道为为弧形。
所述输入轴3与输入端安装盘7形成隔爆接合面Ⅰ73，所述输入端安装盘7和输出端安装盘9分别与连接体8形成隔爆接合面Ⅱ87和隔爆接合面Ⅲ89，所述调速外套12与输出轴20形成隔爆接合面Ⅳ122，所述调速外套12与输出端安装盘9形成隔爆接合面Ⅴ129。隔爆接合面Ⅰ73、隔爆接合面Ⅱ87、隔爆接合面Ⅲ89、隔爆接合面Ⅳ122、隔爆接合面Ⅴ129长度和间隙均满足矿用隔爆标准的要求。
如图1所示，矿用磁力偶合器103完成电机101和工作机102之间的传动，输入端转速传感器104、输出端转速传感器105、输入端红外温度传感器106、输出端红外温度传感器107对矿用磁力偶合器103的输出和输入端工作状态进行实时监控，磁偶合保护装置108根据矿用磁力偶合器103的输出和输入端工作状态来控制电机101的启停。磁偶合保护装置108根据负载需求给矿用隔爆型执行机构109驱动控制信号，矿用隔爆型执行机构109驱动矿用磁力偶合器103通过改变矿用磁力偶合器103内部永磁盘体Ⅰ13、永磁盘体Ⅱ14和铜盘10之间的气隙L，调节输出转速。
如图2所示，矿用磁力偶合器103中由输入轴3、输入端安装盘7、连接体8、铜盘10、输出端安装盘9和散热片11共同构成铜导体转子，铜导体转子通过轴承Ⅰ5、轴承Ⅱ6和输入端轴套25、输入端盖4连接固定在输入端支架2上，电机101通过输入轴3与矿用磁力偶合器103连接。由调速外套12、永磁体盘Ⅰ13、永磁体盘Ⅱ14、磁盘联接体15、调速内套16和输出轴20构成永磁体转子，永磁体转子通过轴承Ⅲ17、轴承Ⅳ18和输出端轴套22、输出端盖19连接固定在输出端支架21上，负载端工作机102通过输出轴20与矿用磁力偶合器103连接。输入端支架2和输出端支架21固定在底座1上。这种输入端和输出端都安装有固定支架的结构，增强了设备运行的稳定性，降低设备运行噪音。
当电机101运行时，驱动铜导体转子旋转，铜盘10切割永磁体磁力线产生感应涡流，涡流的感应磁场和永磁体磁场相互作用产生转矩，带动永磁体转子旋转，永磁体转子与负载端相连，实现了电机101和工作机103之间非接触式纯机械传动，具有传动效率高、免维护的优点。
如图3所示，调速内套16上设计有轨道，调速外套12上安装有柱销结构23，柱销结构23可以沿着轨道滑动，根据轨道的结构形式，调速外套12受调速操纵杆22驱动，在调速内套16上旋转同时可以做轴向移动，进而带动永磁体盘14移动。
如图4所示，永磁盘连接体15包括连接于永磁体盘Ⅰ13的齿条Ⅰ151、连接于永磁体盘Ⅱ14的齿条Ⅱ152、与齿条Ⅰ151和齿条Ⅱ152配合的齿轮153，当永磁体盘Ⅱ14在调速外套12驱动下做轴向移动时，相应齿条Ⅱ152会驱动齿轮153旋转，齿轮153带动齿条Ⅰ151反向移动，齿条Ⅰ151带动永磁体盘Ⅰ13反向运动，这样可以同时改变铜盘10和永磁体盘Ⅰ13、永磁体盘Ⅱ14之间的气隙L，在不改变电机101转速情况下，对负载进行无级调速。在启动电机101时，可以将气隙L调至最大，实现软启动电机功能。
如图5所示，输入端红外温度传感器106、输出端红外温度传感器107对输入端温度、输出端温度进行检测，矿用磁偶合保护装置108对温度信号进行采样处理，运行时间t1对应温度值T1，以相同时间间隔△t依次取n个温度值采样点，当第n个采样点Tn≥120℃时，矿用磁偶合保护装置108会对前n个采样点进行分析：取第m(m＜n)个采样点对应的温度值Tm，计算出温升率k＝(Tn-Tm)/(tn-tm),如果该温升率在铜盘10温升率范围△k(大量实验得出)之内，表明铜盘10的温升是正常的，此种情况视为矿用磁力偶合器103温度过高，这样磁偶合保护装置108将会发出信号，停止电机101运转。如果计算出的温升率k不在△k之内时，视为输入端红外温度传感器106、输出端红外温度传感器107自身发生故障，采集数据有误，应及时对输入端红外温度传感器106、输出端红外温度传感器107进行更换。
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 (5)
1.一种矿用调速型永磁传动装置，设于电机(101)和工作机(102)之间，其特征在于，包括：
连接于电机(101)和工作机(102)的矿用磁力偶合器(103)；
用于检测矿用磁力偶合器(103)的输入端转速信号的输入端转速传感器(104)；
用于检测矿用磁力偶合器(103)的输出端转速信号的输出端转速传感器(105)；
用于检测矿用磁力偶合器(103)的输入端温度信号的输入端红外温度传感器(106)；
用于检测矿用磁力偶合器(103)的输出端温度信号的输出端红外温度传感器(107)；
用于根据所述输入端转速传感器(104)、输出端转速传感器(105)、输入端红外温度传感器(106)、输出端红外温度传感器(107)检测的输入端转速信号、输出端转速信号、输入端温度信号、输出端温度信号控制电机(101)启停和根据工作机(102)负载需求发出驱动控制信号的矿用磁偶合保护装置(108)；
根据所述矿用磁偶合保护装置(108)发出的驱动控制信号驱动所述磁力偶合器(103)改变输出转速的矿用隔爆型执行机构(109)。
2.按照权利要求1所述的一种矿用调速型永磁传动装置，其特征在于，所述矿用磁力偶合器(103)包括：输入轴(3)、输入端安装盘(7)、连接体(8)、输出端安装盘(9)、调速外套(12)、永磁盘体Ⅰ(13)、永磁盘体Ⅱ(14)、永磁盘连接体(15)、调速内套(16)、轴承Ⅲ(17)、轴承Ⅳ(18)、输出端盖(19)、输出轴(20)、输出端轴套(22)、柱销结构(23)、调速操纵杆(24)；
所述输入端安装盘(7)套装固定在输入轴(3)上，所述调速外套(12)套装在输出轴(20)上，所述输出端安装盘(9)套装在调速外套(12)前部，所述连接体(8)设于输入端安装盘(7)和输出端安装盘(9)之间，所述输入端安装盘(7)和输出端安装盘(9)分别与连接体(8)螺栓紧固连接；
所述永磁体盘Ⅰ(13)、永磁体盘Ⅱ(14)分别位于输入端安装盘(7)、连接体(8)、输出端安装盘(9)、调速外套(12)形成的腔体内，所述永磁体盘Ⅰ(13)套装在输出轴(20)上，所述永磁体盘Ⅱ(14)套装在调速外套(12)前部并与调速外套(12)进行轴向定位，所述永磁盘连接体(15)设于永磁体盘Ⅰ(13)和永磁体盘Ⅱ(14)之间，所述永磁盘连接体(15)包括连接于永磁体盘Ⅰ(13)的齿条Ⅰ(151)、连接于永磁体盘Ⅱ(14)的齿条Ⅱ(152)、与齿条Ⅰ(151)和齿条Ⅱ(152)配合的齿轮(153)；
所述调速内套(16)套装在调速外套(12)后部内并通过轴承Ⅲ(17)套装在输出轴(20)上，所述调速内套(16)上下表面设有对应的轨道，所述柱销结构(23)固定在调速内套(16)上并可沿轨道滑动，所述调速操纵杆(24)固定在调速外套(12)上；
所述输出端轴套(22)通过轴承Ⅳ(18)套装在输出轴(20)上，所述调速内套(16)与输出端轴套(22)螺栓紧固连接，所述输出端轴套(22)后部与输出端盖(19)螺栓紧固连接；
所述输入端安装盘(7)和输出端安装盘(9)内侧分别设有铜盘(10)；所述输入端安装盘(7)和输出端安装盘(9)外侧分别设有散热片(11)。
3.按照权利要求2所述的一种矿用调速型永磁传动装置，其特征在于，所述矿用磁力偶合器(103)还包括：输入端盖(4)、输入端轴套(25)、轴承Ⅰ(5)、轴承Ⅱ(6)、底座(1)、输入端支架(2)、输出端支架(21)；所述输入端盖(4)、输入端轴套(25)套装在输入轴(3)前部，两者螺栓紧固连接，所述输入端轴套(25)通过轴承Ⅰ(5)、轴承Ⅱ(6)与输入轴(3)连接；所述输入端轴套(25)和输出端轴套(22)通过输入端支架(2)和输出端支架(21)固定在底座(1)上。
4.按照权利要求3所述的一种矿用调速型永磁传动装置，其特征在于，所述轨道为为弧形。
5.按照权利要求1或2或3或4所述的一种矿用调速型永磁传动装置，其特征在于，所述输入轴(3)与输入端安装盘(7)形成隔爆接合面Ⅰ(73)，所述输入端安装盘(7)和输出端安装盘(9)分别与连接体(8)形成隔爆接合面Ⅱ(87)和隔爆接合面Ⅲ(89)，所述调速外套(12)与输出轴(20)形成隔爆接合面Ⅳ(122)，所述调速外套(12)与输出端安装盘(9)形成隔爆接合面Ⅴ(129)。
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