CN104184301A - 一种永磁耦合可控起动传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁耦合可控起动传输系统，包括输入轴、太阳轮、行星轮和输出轴，其特征在于，所述输入轴连接太阳轮，太阳轮外啮合有多个行星轮，所述行星轮均活动连接在行星轮架上，行星轮架连接输出轴；所述行星轮与外部齿圈，所述齿圈连接齿圈制动离合装置。永磁耦合可控起动传输装置在结构上借鉴了CST的行星轮系。太阳轮接电机为输入，星轮架为输出，齿圈与“载磁盘”固为一体共同旋转并受耦合磁矩的控制，从而对星轮架的输出量进行控制；“载磁盘”的启动转速可在相对输入3～6倍的减速比之间选择，如果最大转速(即启动滑差)控制在不超过300转/分，可有效的降低启动阶段的涡流损耗功率。

Description

一种永磁耦合可控起动传输系统

技术领域

本发明涉及一种传输系统，具体是一种永磁耦合可控起动传输系统。

背景技术

可控起动传输系统是上世纪后期发展起来的重载起动系统，统称为CST起动传输系统。在重载起动设备上(如重型刮板输送机，大运量、长距离、高速带式输送机等)装设CST系统的目的，是为了在大的惯性载荷下实现逐渐平稳起动和制动或慢速运行。但该系统也存在以下不足之处：一是整个装置系统占用空间大，液压油洁净度要求极高；二是控制系统复杂，维护量大；三是CST的高温、润滑压力、冷却压力等故障时有发生，排除时间长；五是价格昂贵，备品配件需进口。

本世纪初新出现的调速型永磁耦合器，在设备负载启动和泵、风机类设备的调速使用中，显现出了优于液力耦合器的技术优势，在国内得到了较快的推广。由于调速型永磁耦合器一般是安装在电机与减速机之间(即高速轴端)，因此，在设备重负载启动和低速运行中，存在着严重发热的先天不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁耦合可控起动传输系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种永磁耦合可控起动传输系统，包括输入轴、太阳轮、行星轮和输出轴，所述输入轴连接太阳轮，太阳轮外啮合有多个行星轮，所述行星轮均活动连接在行星轮架上，行星轮架连接输出轴；所述行星轮与外部齿圈，所述齿圈连接齿圈制动离合装置；所述以齿圈为中心的外部的机架上设有四根导柱，导柱上设置有四件铜盘组件两件载磁盘组件；所述四件铜盘组件分别连接在齿轮齿条机构的齿条上；而所述齿轮齿条机构通过涡轮轴与涡轮机构传动连接，所述涡轮机构的蜗杆与电动机执行输入轴连接。

作为本发明进一步的方案：所述永磁耦合可控起动传输装置的转速常数的计算方法为：

取250kw/永磁耦合可控起动传输装置的数据，得：

n_J+|-n_Q·k₀|≡n_j0＝370

其中(启动转差500rpm)

n_Q、n_J——为齿圈和星轮架的任一转速(符号“-”为转向相反)，转/分。

作为本发明再进一步的方案：所述永磁耦合可控起动传输系统的启动过程与控制方式：

按照图4所示启动曲线启动，曲线中的“延迟段”以低带速运行；所述启动过程，在电机启动完毕后，载磁盘的转速为n_Q＝500转/分，此时气隙间距为h＝35mm，制动磁转矩M_Q＝0；

(1)当气隙连续减小时，磁转矩M_Q将沿着图5所示的500r曲线增大。当h＝6.8mm时，M_Q1＝M_Qe＝4840Nm即达到了制动负载线，此时负载受力处于静态平衡状态，而电机输入转矩 $M_{\mathrm{Te}}=M_{\mathrm{Qe}}\·i_{Q0-T}=4840\×\frac{500}{1480}=1635\mathrm{Nm};$

(2)当气隙继续减小至h＝6mm时，因M_Q＞M_Qe，齿圈开始减速；当转速减小量为Δn_Q＝45转/分，即滑差减小至450转/分时，制动转矩达到M_Q2＝5558Nm；与此同时，负载转速自零加速至Δn_J＝(Δn_Q·k₀)＝45×0.74＝33.3转/分；

(3)如果气隙不变，随着齿圈的持续减速，滑差将持续减小，M_Q将继续增大，负载将以更大的加速度启动。如当滑差减小至200转/分时，制动转矩达到M_Q3＝8095Nm，负载加速至Δn_J＝(Δn_Q·k₀)＝300×0.74＝222转/分；

(4)当滑差减小至150转/分时，制动转矩达到最大值M_Qmax＝xxxx Nm，此后，随着齿圈的持续减速，M_Q将逐渐减小，如当滑差减小至15转/分时，负载加速至Δn_J＝(Δn_Q·k₀)＝485×0.74＝359转/分，制动转矩减小至M_Q4＝M_Qe＝4840Nm，负载不再加速而进入稳定运行状态，启动完毕；

所述控制方式为：实时改变耦合器气隙h，即可达到控制启动的目的。

作为本发明再进一步的方案：所述永磁耦合可控起动传输系统的启动过程以500转/分启动滑差为启动速率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)永磁耦合可控起动传输装置在结构上借鉴了CST的行星轮系。太阳轮接电机为输入，星轮架为输出，齿圈与“载磁盘”固为一体共同旋转并受耦合磁矩的控制，从而对星轮架的输出量进行控制；

2)“载磁盘”的启动转速可在相对输入3～6倍的减速比之间选择，如果最大转速(即启动滑差)控制在不超过300转/分，可有效的降低启动阶段的涡流损耗功率；

3)由于耦合磁转矩主要是对齿圈转速实现制动控制，因此“铜盘”不必旋转，只需作轴向移动来调整耦合气隙h，可实现对制动磁转矩的控制；

4)调速装置结构得到了简化，导电体(铜板)成为只需做轴向移动的非旋转部件；

5)为增大传动功率，在结构上可采取多个“载磁盘”串联的方式，如图3所示的是双磁盘结构方式；

6)当负载启动达到额定转速时，齿圈(载磁盘)转速仅为10～15转/分，效率高。

7)启动滑差降低，同时也增大了启动负载时对齿圈的制动磁转矩。

附图说明

图1为本发明的结构主视图。

图2为本发明的结构的结构俯视图。

图3为本发明的中行星轮转动原理图。

图4为本发明的启动曲线图。

图5为本发明启动过程曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～5，本发明实施例中，一种永磁耦合可控起动传输系统，包括输入轴1、太阳轮2、行星轮3、齿圈4、行星轮架5、输出轴6、齿圈制动离合装置7、电动机执行输入轴8、涡轮机构9、齿轮齿条机构10、铜盘组件11、导柱12、载磁盘组件13，所述输入轴8连接太阳轮2，太阳轮2外啮合有多个行星轮3，所述行星轮3均活动连接在行星轮架5上，行星轮架5连接输出轴6；所述行星轮3与外部齿圈4，所述齿圈4连接齿圈制动离合装置7；

所述以齿圈4为中心的外部的机架上设有四根导柱12，导柱12上设置有四件铜盘组件11两件载磁盘组件13；所述四件铜盘组件11分别连接在齿轮齿条机构10的齿条上，通过齿轮带动齿条运动，以完成铜盘组件11在导柱12上来回运动；而所述齿轮齿条机构10通过涡轮轴与涡轮机构9传动连接，所述涡轮机构9的蜗杆与电动机执行输入轴8连接，以便于为铜盘组件11的运动提供动力。

当负载与输出轴6连接时，齿圈制动装置7脱开，在电机启动时，齿圈将随之转动，输出轴上没有转矩输出，电机的启动负载即为齿圈的惯性力矩和摩擦力矩等。当齿圈受到制动力矩作用时，输出轴上开始有转矩输出，直到大于负载转矩后，负载开始加速启动；随着齿圈转速的减小，负载转速逐渐增加，其中齿圈4和输出轴6(即行星轮架)的转速之和为一恒定常数——这是该轮系传动的一重要特性。该常数的具体数值由设计轮系的传动比决定。利用该特性通过对齿圈制动离合装置7的控制，就可实现对负载启动的控制：

如：250kw/永磁耦合可控起动传输装置的转速常数为：

n_J+|-n_Q·k₀|≡n_j0＝370

其中(启动转差500rpm)

n_Q、n_J——为齿圈和星轮架的任一转速(符号“-”为转向相反)，转/分；

上式表明，齿圈4和输出轴6的转速之和始终保持等于一固定常数，且是线性关系。当齿圈4的转速减小Δn_Q量时，输出轴6的转速就增加Δn_J＝(Δn_Q·k₀)量；反之也然。

所述永磁耦合可控起动传输系统的启动过程与控制过程：

带式输送机是典型的恒转矩负载，在输送机重载启动的工况条件下，要求按照图4所示启动曲线启动，以达到降低输送带张力，满足传动滚筒和输送带之间不打滑的目的。曲线中的“延迟段”以低带速运行，消除托辊之间输送带的垂度，然后以最小加速度的方式完成输送机的满载启动过程。

所述启动过程(以500转/分启动滑差为例)，在电机启动完毕后，载磁盘的转速为n_Q＝500转/分，此时气隙间距为h＝35mm，制动磁转矩M_Q＝0；

(1)当气隙连续减小时，磁转矩M_Q将沿着图5所示的(500r)曲线增大。当h＝6.8mm时，M_Q1＝M_Qe＝4840Nm即达到了制动负载线(额定制动转矩M_Qe)，此时负载受力处于静态平衡状态，而电机输入转矩 $M_{\mathrm{Te}}=M_{\mathrm{Qe}}\·i_{Q0-T}=4840\×\frac{500}{1480}=1635\mathrm{Nm};$

(2)当气隙继续减小至h＝6mm时，因M_Q＞M_Qe，齿圈开始减速；当转速减小量为Δn_Q＝45转/分，即滑差减小至450转/分时，制动转矩达到M_Q2＝5558Nm；与此同时，负载转速自零加速至Δn_J＝(Δn_Q·k₀)＝45×0.74＝33.3转/分；

(3)如果气隙不变，随着齿圈的持续减速，滑差将持续减小，M_Q将继续增大，负载将以更大的加速度启动。如当滑差减小至200转/分时，制动转矩达到M_Q3＝8095Nm，负载加速至Δn_J＝(Δn_Q·k₀)＝300×0.74＝222转/分；

(4)当滑差减小至150转/分时，制动转矩达到最大值M_Qmax＝xxxx Nm，此后，随着齿圈的持续减速，M_Q将逐渐减小，如当滑差减小至15转/分时，负载加速至Δn_J＝(Δn_Q·k₀)＝485×0.74＝359转/分，制动转矩减小至M_Q4＝M_Qe＝4840Nm，负载不再加速而进入稳定运行状态，启动完毕。

从启动过程可知，在某一气隙h保持不变的前提下，当M_Q＞M_Qe时，制动转矩(或输出转矩)随滑差的减小而逐渐增大至最大值，然后再逐渐减小，但此期间负载始终处于加速状态。当转矩减小至等于负载转矩时，即进入了动态平衡的稳定状态，该状态下的滑差即为磁耦合的一个稳定工况滑差。当气隙达到设计的额定值h_e保持不变时，负载即达到额定转速动的稳定状态，其滑差即为额定值。

所述控制方式为：控制启动的过程，就是要让负载按照图4所示曲线，由较小的加速度使其进入动态，然后使加速度逐渐为零匀速延迟运行一段时间，再逐渐加速直至进入稳定运行状态，完成启动的过程；要实现这一过程，只需实时改变耦合器气隙h，即可达到控制启动的目的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种永磁耦合可控起动传输系统，包括输入轴、太阳轮、行星轮和输出轴，其特征在于，所述输入轴连接太阳轮，太阳轮外啮合有多个行星轮，所述行星轮均活动连接在行星轮架上，行星轮架连接输出轴；所述行星轮与外部齿圈，所述齿圈连接齿圈制动离合装置；所述以齿圈为中心的外部的机架上设有四根导柱，导柱上设置有四件铜盘组件两件载磁盘组件；所述四件铜盘组件分别连接在齿轮齿条机构的齿条上；而所述齿轮齿条机构通过涡轮轴与涡轮机构传动连接，所述涡轮机构的蜗杆与电动机执行输入轴连接。

2.根据权利要求1所述的一种永磁耦合可控起动传输系统，其特征在于，所述永磁耦合可控起动传输装置的转速常数的计算方法为：

取250kw/永磁耦合可控起动传输装置的数据，得：

n_J+|-n_Q·k₀|≡n_j0＝370

其中(启动转差500rpm)

n_Q、n_J—-为齿圈和星轮架的任一转速(符号“-”为转向相反)，转/分。

3.根据权利要求1所述的一种永磁耦合可控起动传输系统，其特征在于，所述永磁耦合可控起动传输系统的启动过程与控制方式：

按照图4所示启动曲线启动，曲线中的“延迟段”以低带速运行；所述启动过程，在电机启动完毕后，载磁盘的转速为n_Q＝500转/分，此时气隙间距为h＝35mm，制动磁转矩M_Q＝0；

(1)当气隙连续减小时，磁转矩MQ将沿着图5所示的500r曲线增大。当h＝6.8mm时，M_Q1＝M_Qe＝4840Nm即达到了制动负载线，此时负载受力处于静态平衡状态，而电机输入转矩 $M_{\mathrm{Te}}=M_{\mathrm{Qe}}\·i_{Q0-T}=4840\×\frac{500}{1480}=1635\mathrm{Nm};$

(2)当气隙继续减小至h＝6mm时，因M_Q＞M_Qe，齿圈开始减速；当转速减小量为Δn_Q＝45转/分，即滑差减小至450转/分时，制动转矩达到M_Q2＝5558Nm；与此同时，负载转速自零加速至Δn_J＝(Δn_Q·k₀)＝45×0.74＝33.3转/分；

(3)如果气隙不变，随着齿圈的持续减速，滑差将持续减小，M_Q将继续增大，负载将以更大的加速度启动。如当滑差减小至200转/分时，制动转矩达到M_Q3＝8095Nm，负载加速至Δn_J＝(Δn_Q·k₀)＝300×0.74＝222转/分；

(4)当滑差减小至150转/分时，制动转矩达到最大值M_Qmax＝xxxx Nm，此后，随着齿圈的持续减速，M_Q将逐渐减小，如当滑差减小至15转/分时，负载加速至Δn_J＝(Δn_Q·k₀)＝485×0.74＝359转/分，制动转矩减小至M_Q4＝M_Qe＝4840Nm，负载不再加速而进入稳定运行状态，启动完毕；

所述控制方式为：实时改变耦合器气隙h，即可达到控制启动的目的。

4.根据权利要求1或3所述的一种永磁耦合可控起动传输系统，其特征在于，所述永磁耦合可控起动传输系统的启动过程以500转/分启动滑差为启动速率。