CN107689707A - 一种电机及带载起动的防堵转装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机及带载起动的防堵转装置：用两个可相对地转过一个有限角度的滑套，分别连接于转子与负载之间。使得动力与负载之间存在一个可相对转过一个有限角度的间隙角，再用弹性件的弹力将该间隙角逆向撑开在转子的转动方向上。当转子起动时，可轻松地克服由弹性件的弹力逆向于转子的转动方向撑开着的一个几乎空载的间隙角，从而使转子在带动负载前获得了一定的初速度，成倍地提高了电动机的起动扭矩。
Description
一、技术领域：电机领域，尤其与电动机的起动堵转有关。
二、背景技术：日常生活中的旋涡泵，由于其结构的间隙较小，再加上轴向和经向的密封阻力等，给所配置的电机的起动带来较大的阻碍，时常会出现堵转的现象。当电机起动发生堵转时，对于停转日子较久的水泵而言，一般需要切断电源，用老虎钳直接扭动电机的转轴，来回用力转动至感觉轻松时，方可再通电起动。对于经常在用的水泵，在电机带电堵转时，一般不用切断电源，只需用一小棒伸入电机后面的风扇罩内，朝着电机的转动方向拨动风叶进行助力，电机便会快速地转动起来。但仅管如此，这也是一件非常麻烦的事，而且由于现行的水泵大都进行自动控制，只要水箱中的水位下降到一定的高度时，水泵便要自动上水，此时如果发生堵转，现场又没有值勤人员，那么电机必然被烧坏。
虽然电机可以安装过载保护，在电机堵转时，会自动切断电源，但由于堵转没有消除，再次送电时，仍无法转动，如果没有被人发现，这种自动的间歇性的送电会长时间的进行下去，轻则耗费大量电能，重则烧毁电机或线路。
三、发明内容：本发明的目的诣在提供一种能有效消除堵转的电机及电机带载起动时发生堵转的起动装置。
为了解决上述任务，本发明在电机的转子内部或转子与负载的传动之间连接了一个可相对并轻松地转过一个有限角度的转角机构，这相当于转子可以相对于负载转过一个空载的转角，显然这个空载的转角必须是逆向于转子的转动方向存在的，因为只有这样才能使转子在起动时，不受负载影响，可轻松地转过这个逆向于转子的转动方向而存在的空载转角，使转子在接触负载之前，已经有了一定的初速度，这实际上相当于转子是在空载的状态下起动的，因此非常轻松。
这里的转角机构的结构非常简单：一个与动力连接的机件，本发明称其为主动件，另一个与负载连接的机件，本发明称其为从动件，这两个主动件与从动件安装在一起，有着相同的旋转中心，并可相对地转过一个有限角度，然后在这两个主动件与从动件之间，再安装一个有一定回位扭矩的复位机件，本发明称其为回位件。回位件的作用是，使得主动件和从动件所相对转过的转角，能逆向于转子的转动方向撑开。回位件的回位扭矩不用过大，只要能在电机停止时，使转子相对于负载回转一个有限角度，这个回转的有限角度就是下次转子起动时的空载转角。因此回位件可直接用弹簧或其它的弹性件，当然也可以是磁铁的吸力或斥力，或者干脆用电机直接反转一个角度后再正转起动等，由此可见转角机构可以有多种不同的结构形式，因此本发明这里例举两只以供说明。
第一个转角机构由外滑套和内滑套作为主动件和从动件，再加一根有一定扭力的弹簧作回位件。外滑套与内滑套安装在一起，可相对地转过一个空载的有限角度，扭力弹簧将该空载的有限转角撑开在逆向于转子的转动方向上；另一个转角机构由钢销和缓冲座作为从动件和主动件，再用橡胶块作为回位件，钢销横贯于转轴中心，伸出的两端分别伸入了在转子上的缓冲座内的橡胶块中间，虽然转子可相对于转轴作自由转动，但橡胶块的弹性限止了转子与转轴之间的转动角度，只能转过一个有限角度。
在电机与负载之间安装了转角机构后，虽然电机的起动扭矩并没有增加，但因为在起动时没有负载的阻滞，因此相当于增大了起动扭矩。这种起动方法，对于现行普通的旋涡泵而言，效果非常明显，堵转不再存在。但对于长期停用的或者说使用时间间隔较长的水泵而言，有时可能因为锈蚀等原因，会出现第一次未能起动的情况。为此本发明还针对第一次起动不成，设计了一个电机起动的控制装置，采用多次间歇起动的方法，多次地用转子及与转子连接的主动件去撞击负载，直至起动。当然如有被多次起动后，仍无法带动水泵时，本发明还另外用时间继电器对起动的用时进行了限制，当起动超时后，电路便自动退出起动，并报警。
本发明的电机结构非常简单，成本比普通电机略高，然而如果专门制成这样的电机，可以免除普遍存在的因为受起动扭矩不足的制约而不得不加大电机的功率匹配问题。因此本发明的这款电机必将会有一定的市场。
四、附图说明：
图1是本发明的一个安装于转子内部的转角机构结构示意图。
图2是本发明的一个安装于负载内部的转角机构结构示意图。
图3是本发明的另一个转角机构的结构示意图。
图4是电机控制装置电路中的一只堵转开关结构示意图。
图5是一个由堵转开关、第一时间继电器及一个接触器构成的控制装置电路示意图。
图6是一个由堵转开关、第一时间继电器、第二时间继电器及一个接触器构成的控制装置电路示意图。
图7是图5控制装置电路加装了第三时间继电器及报警灯作为保护电路的控制装置电路示意图。
图8是图6控制装置电路加装了第三时间继电器及报警灯作为保护电路的控制装置电路示意图。
图9是一个由堵转开关、第三时间继电器及报警灯作为电机保护的控制装置电路示意图。
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明。
如图1：图1是一个转角机构(9)，是一个安装于转子内部的滑套式的转角机构，它的主动件(3)是一个外滑套(13)，外滑套(13)与转子(5)相连，它的从动件(2)是内滑套(12)，内滑套(12)与转轴(10)相连，这里的转子(5)与转轴(10)是可以相对转动的。内滑套(12)与外滑套(13)可相对地转过一个空载的转角θ，回位件(4)是一根弹簧(11)，弹簧(11)的扭力使外滑套(13)相对于内滑套(12)逆向于转子的转动方向撑开了一个空载的转角θ。当电机起动，转子(5)作图中箭头方向转动时，外滑套(13)便克服弹簧(11)的扭力跟随转子(5)转动起来，直至转过θ角度后，内滑套(12)才被外滑套(13)卡住而带动。从图中可以看出，在负载(6)被带动前，电机上的转子(5)已相对于负载(6)转过了一个θ角度，而这一转角，转子(5)只要克服近乎于空载的弹簧扭力即可，因此电机便被轻松地起动了。
从图1中可以看出，当电机起动，转子转过一个空载的转角θ后，内滑套(12)与外滑套(13)不再可以相对转动，在带动负载的瞬间，内滑套(12)与外滑套(13)会发生碰撞，特别是当这个空载转角较大时，会发生噪音，影响机件的使用寿命，对此一般安放缓冲件后便可以解决(这里不再图示)。对于本发明的这种电机的制造，与普通的电机一样地简单，成本也所增无几，然而却非常地有现实意义，它可以解决普遍存在的因受起动扭矩的限制而不得不加大电机功率匹配的问题。
如图2，图2是一个滑套式的转角机构(9)，如果说图1是将转角机构(9)安装于转子(5)与转轴(10)之间，那么图2是将转角机构(9)安装在了负载(6)与转轴(10)之间了，此时的主动件(3)已变为内滑套(12)了，它与电机上的转轴(10)相连。而从动件(2)已变为外滑套(13)，因此对于本发明而言，内滑套(12)与外滑套(13)实际上是一样的，因为这里是经向布置的，这便有了内外之分。显然这两个滑套也完全可以轴向布置(图略)，使之有上下或前后之分，总之这类变化很多，这里不再讨论了。图中的弹簧(11)因空载转角θ较小，便用了压缩弹簧。图2的工作原理与图1基本相同，只是转子(5)与转轴(10)及内滑套(12)之间都是作固定连接的，是内滑套(12)相对于外滑套(13)空载转过一个角度θ后，才带动外滑套(13)及负载(6)一道旋转的。
如图3，图3是另一种结构形式的转角机构(9)，是钢销式的，它的主动件(3)是一个安装于转子(5)上的缓冲座(15)，从动件(2)是横贯于转轴(10)的钢销(14)，而这里的回位件(4)已变成为橡胶块(16)了，图中仅管转子(5)可相对于转轴(10)自由地转动，但钢销(14)在橡胶块(16)中间，而橡胶块(16)又在缓冲座(15)内，因此转轴(10)与转子(5)之间，只能转过一个有限的弹性转角。正因为这个弹性转角，转子(5)在电机起动时，可先于转轴(10)转动，获得一定的初速度，从而使电机的起动变得容易。
至此，实际上已解决了本发明所提出的消除堵转的问题，但实践中有时会因停泵时间太长而产生一些锈蚀，导致电机在第一次的起动冲击时，不能把水泵带动起来，因此需要考虑进行第二次或者第三次甚至更多次的起动。因此本发明还加了一个电机的控制装置，同时该控制装置附带可进行电机的保护等，使得在电机实在无法起动的时候，能自动退出起动并报警。
电机的控制装置中有一个探测电机是否被堵转的开关，本发明称其为堵转开关，它可以根据电机堵转时的一些特征，如堵转时相电流加大、水泵不出水等信号作出相应触点的断开或连接，图4便是一只堵转开关(1)。圆筒状的堵转开关筒体中，放置了一个可在筒体中上下自由活动且不失与筒壁有一定气密效果的塑料球(20)，通风管(23)可将电机风扇罩(25)内的因风扇(24)的转动而产生的气流导入塑料球(20)的底部，使塑料球(20)上升，使上钢片触头(17)与下磁性触头(19)所构成的堵转开关的第一常闭触点(B1)和由钢片触头(21)及磁性触头(22)构成的堵转开关的第二常闭触点(B2)同时打开，而将由上钢片触头(17)与上磁性触头(18)所构成的常开触点(K)闭合，图中之所以用了磁性触头，主要是为了提高触头之间的接触或断开的速度，延长触点的使用寿命。
与本发明同时公开的还有一个《消除旋涡泵堵转的控制装置》的发明专利：那里公开了一些堵转开关，于水泵而言，最好的当属用水力推动的堵转开关，因为如果水泵有故障，电机是应该停止工作并报警的；同时那里也公开了一些控制电路也可用于本发明，只要将其中的电机反转线剪断看作是停机，或者直接将反转也用上去，让反转替代弹簧完成转子的回位工作。
鉴于《消除旋涡泵堵转的控制装置》专利中的各电路均没有利用堵转开关可同时具有多个常闭和常开触点这一功能，作为其发明的实施例，因此本发明今特别就堵转开关可同时具有多个常闭和常开两种触点进行举例，因为这样可使线路简单。
本发明的电路图中的堵转开关(1)中有两个常闭触点，分别用B1和B2表示，而常开触点只需一个，用K表示。与《消除旋涡泵堵转的控制装置》专利一样，用CJ表示接触器，在该CJ外面画上方框，表示是该接触器的工作线圈，本发明这里只用到接触器的一个常闭触点，用CJB表示，用SJ表示时间继电器，在该SJ外面打上方框表示一个可由时间设置控制的工作线圈，其下方画有一个带有切换触点(为了能形象地说明清楚)的方框，字母B表示常闭侧的触点，字母K表示常开侧的触点。本发明所例的时间继电器是网购的JK021系列产品，它的输入端是一火线和一零线，它的输出端有两个火线接线柱和一个零线接线柱。在刚通电时，它的输出端上的两个火线接线柱只有一个是导通的，本发明将其定为常闭触点，即图中的B侧便是。当时间继电器的整定(设定)时间结束时，它的输出端上的两个火线接线柱的导通状况正好交换了一下，原来导通的那个断开了，而原来断开的那个导通了，这后来导通的那个触点，本发明将其定为常开触点，图中的K侧便是。这种时间继电器一旦常开触点闭合，这种导通状况将长时间地保持不变，除非给时间继电器断电，则时间继电器又回到初始状态，再次送电时，将重复上述工作过程。
本发明用切换触点形式对时间继电器的输出情况进行图示，在刚通电时，B侧是导通的称为常闭(这与普通的接触器不同，因为接触器中的常闭，是指平时工作线圈中无电流时导通的触点)，而到达时间继电器的整定时间结束时，切换触点，从B侧跳到了K侧位置，K侧被导通了，一旦K侧导通，这种状态将长时间保持不变，只有给时间继电器的输入端断电，才能回复到原来的初始状态。
有多个相同的时间继电器时，用SJ1、SJ2、SJ3依次表示，每个时间继电器上都只用到一个常闭触点SJB和一个常开触点SJK。
另外，电路中最上面的一根导线为零线，各触点及用电器的顺序前后以左边为前，右边为后，以后如无特殊说明，均以上述表示为准。
如图5，电路中用一只堵转开关(1)(图中用点划线划定的框内)、一只时间继电器SJ1和一只接触器CJ。通电时，电流由堵转开关(1)中的第一常闭触点B1导入，经接触器CJ上的常闭触点CJB后进入时间继电器SJ1并开始计时。电流再由时间继电器的常闭输出端SJ1B导通流经堵转开关(1)上的第二常闭触点B2至电动机(7)(也用点划线划定在框内)、电动机(7)得电起动，转子(5)轻松地转过一个空载的转角，对负载进行撞击式的起动。
如果电动机(7)第一次便成功起动，则堵转开关(1)因电动机(7)的旋转而使常开触点K闭合，电动机(7)便与电源成直接连接的状态，而堵转开关(1)上的两个常闭触点(B1、B2)同时断开，时间继电器SJ1停止工作，回到了初始的状态。
如果电动机(7)第一次无法起动，则待时间继电器的整定时间(一般可定为5秒左右，可比普通电机正常起动的时间略长)结束时，其上的常闭触点SJ1B被切断，而常开触点SJ1K被导通，接触器CJ工作，使得位于时间继电器SJ1前面的接触器CJ上的常闭触点CJB断开，此时首先是时间继电器因断电而回到初始状态；其次是在停电的间隙，电机上转子(5)因弹簧(11)的作用而相对于负载回转了一个空载的有限转角；其三是接触器CJ亦断电而释放，使其上的常闭触点CJB再次闭合。随着接触器上的常闭触点CJB的闭合，时间继电器便第二次获电工作，上述过程均将重复进行，电机上的转子(5)将第二次撞击负载起动，只要起动没有成功，这种间歇性的起动将不会停止，直至负载被电机带动为止。
从图5电路可以看出，随着接触器CJ的吸合，其上的常闭触点CJB便断开，接触器CJ马上因断电而释放，接触器CJ从吸合至释放时间太短，电机上的转子相对于负载的回转时间不够充裕，为此本发明又用了第二个时间继电器SJ2，为转子的回转提供充足的时间。
这便是图6，图6中的第二个时间继电器SJ2介于原来的(第一)时间继电器SJ1和接触器CJ之间，将第一时间继电器SJ1的常开触点SJ1K送出的电流延时输送至接触器CJ，从而给转子相对于负载的回转留足时间。
上述图5和图6的两个电路，如果水泵确因锈死而无法起动，那么起动时间太长，则电机也将被烧坏，这里需要一个保护装置，传统的过载保护当然也完全可以在此应用，这一点这里不再讨论。然而本发明这里将利用第三时间继电器SJ3进行限时起动，如果在规定时间内不能顺利起动，则电路退出起动并点亮报警灯(8)。
如图7，图7是上述图5电路中加入了一个第三时间继电器SJ3和一盏报警灯(8)后的电路，从图中不难看出，第三时间继电器SJ3的常闭触点(SJ3B)只要不断开(一般设置为20秒左右)，则电路一直是在可起动状态，但如果断开，则电路便不会再起动电机，而此时第三时间继电器SJ3的常开触点(SJ3K)闭合，报警灯点亮。显然这种用第三时间继电器SJ3进行限时起动的方法，不像传统的热保护，待温度降低时会再次送电。
如图8，图8是上述图6电路加入第三时间继电器SJ3和一盏报警灯(8)后的电路，与图7一样第三时间继电器SJ3将对电机起动进行限时，其工作原理不再赘述。
图6相比于图5，对于是否一定要采用保护电路而言是不同的，因为图6中的第二时间继电器SJ2的时间可以设置得较长，假如几分或十几分钟，那么在几分或十几分钟时间里，电机只起动一次，约5秒左右，因此一般不会发热过高而烧毁电机，所以图6可以不用保护电路而不致烧坏。
在实际应用中，因为采用转角机构(20)后，很少有堵转会发生，因此本发明所述的控制装置不一定会用上，而只要日常在用的保护装置便足够了。当然本发明是用第三时间继电器SJ3、堵转开关(1)和报警灯(8)组成的保护装置作为实施例的，如图9，便是一个无重复起动的，且有保护功能的控制电路。如果电机被一次起动成功，则堵转开关(1)的常开触点(K)闭合，电机便与电源直接连接；如果电机一次起动不成，则待第三时间继电器SJ3的整定时间结束时(这里的整定时间可以较一般电机正常起动时间相仿，定为5秒左右)，电源被自动切断，同时点亮报警灯。
另外如将本发明中所述的转角机构(9)中的回位件(弹簧)拆除，而采用发明专利《消除旋涡泵堵转的控制装置》中的短时间的电机反转进行取代，亦应属于本发明的保护范围(因为对于转角机构而言，电机的反转是一种电磁力的回位件作用的结果)。
Claims (10)
1.一种包括电机(7)及电机上的转子(5)至负载(6)在内的整个的驱动装置，其特征在于：它还有一个安装于转子(5)内部或转子(5)与负载(6)的传动路经上的、一端与转子(5)作动力连接、另一端与负载(6)作传动连接的、由主动件(3)、从动件(2)及回位件(4)构成的转角机构(9)联合组成；转角机向(9)中的主动件(3)与从动件(2)可径向或轴向地安装在一起，它们有相同的旋转中心，并可相对地转过一个有限的角度，回位件(4)所具有的回位扭矩能使主动件(3)与从动件(2)之间产生相对转动所形成的一个有限转角，逆向于转子(5)的转动方向存在，使得当电机(7)起动时，转子(5)可轻松地转过一个由回位件(4)所具有的回位扭矩逆向于转子(5)的转动方向撑开的这个几乎空载的有限转角，从而使转子(5)在带动负载(6)运转前，便已获得了一定的初速度。
2.根据权利要求1所述的电机(7)及电机上的转子(5)至负载(6)在内的整个的驱动装置，其特征在于：电机(7)上还安装有由堵转开关(1)、第三时间继电器和报警灯(8)及若干线路构成的电机保护电路。
3.根据权利要求1所述的电机(7)及电机上的转子(5)至负载(6)在内的整个的驱动装置，其特征在于：电机(7)上还安装有一个电机起动的控制装置；该控制装置可使电机(7)进行一次或二次或三次及多次，直至电机(7)起动成功为止的有一定时间间隔的起动。
4.根据权利要求3所述的电机(7)及电机上的转子(5)至负载(6)在内的整个的驱动装置，其特征在于：控制装置由堵转开关(1)、第一时间继电器、接触器及若干线路连接而成。
5.根据权利要求3所述的电机(7)及电机上的转子(5)至负载(6)在内的整个的驱动装置，其特征在于：控制装置由堵转开关(1)、第一时间继电器、第二时间继电器和接触器及若干线路连接而成。
6.根据权利要求3所述的电机(7)及电机上的转子(5)至负载(6)在内的整个的驱动装置，其特征在于：控制装置中的控制电路上还加装了第三时间继电器及报警灯(8)作为保护电路。
7.根据权利要求4所述的电机(7)及电机上的转子(5)至负载(6)在内的整个的驱动装置，其特征在于：控制装置中的控制电路上还加装了第三时间继电器及报警灯(8)作为保护电路。
8.根据权利要求5所述的电机(7)及电机上的转子(5)至负载(6)在内的整个的驱动装置，其特征在于：控制装置中的控制电路上还加装了第三时间继电器及报警灯(8)作为保护电路。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的电机(7)及电机上的转子(5)至负载(6)在内的整个的驱动装置，其特征在于：转角机构(9)由内滑套(12)、外滑套(13)及弹簧(11)构成。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的电机(7)及电机上的转子(5)至负载(6)在内的整个的驱动装置，其特征在于：转角机构(9)由钢销(14)、缓冲座(15)橡胶块(16)构成。
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