CN109245489B - 一种液压反馈永磁调速装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种液压反馈永磁调速装置，包括永磁盘总成和导体盘总成，永磁盘总成包括互相配合的永磁盘轴和永磁盘，永磁盘轴包括带有主轴的盘体，主轴上包括有进流口，盘体上包括有设置在盘体同侧的翻沿和传动柱，主轴上包括有连通进流口和液压缸筒的液体通道，液压缸筒内的主轴端部固定有弹簧盖；永磁盘上包括液压作用面，主轴孔、环形槽，传动柱孔和磁体，永磁盘和弹簧盖之间设置有弹簧；导体盘总成包括带有导体盘轴的导体盘。本发明结构紧凑、简单，它不仅能节省占地面积，降低成本，还能提高调速线性度、降低设备故障率、增强设备运行安全性以及延长设备使用寿命。

Description

一种液压反馈永磁调速装置

技术领域

本发明涉及永磁调速装置，特别涉及到一种液压反馈永磁调速装置。

背景技术

永磁调速传动装置是传动史上的一场革命，其由于结构简单、运行可靠、节能降耗的特点，很好的应用于现代化工业中，例如石油、石化、电力、矿山、钢铁、化工、水泥等行业的电机拖动系统。

常见永磁调速装置如迈格钠磁动力股份有限公司的永磁涡流柔性传动调速装置-ASD，该永磁调速装置主要由铜转子、永磁转子和执行器三个部分组成，铜转子与电机轴连接，永磁转子与工作机轴连接，铜转子和永磁转子之间有气隙，执行器包括有执行输出器，永磁转子包括带有凸轮的永磁转子传动外圈和带有凸轮槽的永磁转子传动内圈，执行输出器与永磁转子传动外圈通过传动机构连接，传动机构是机械连杆、涡轮蜗杆或滑槽。

永磁调速装置基本工作原理遵循磁感应基本定律即“愣次定律”，当电机带动铜转子旋转时，铜转子与安装在负载端的永磁转子产生切割磁力线运动，进而铜转子中产生涡流，该涡流在铜转子周围生成反感磁场，从而带动永磁转子旋转，实现能量在气隙中的无机械传递。执行器输出轴通过传动机构带动永磁转子传动外圈旋转，由于永磁转子传动外圈和永磁转子传动内圈通过凸轮传动，因此永磁转子传动内圈作直线运动，永磁转子传动内圈直线运动带动永磁转子直线运动，从而改变铜转子和永磁转子之间的气隙大小，通过执行器调整气隙大小，可在电机转速不变的情况下实现输出扭矩和转速的无级调节，达到调速节能的目的。

然而，上述永磁调速装置存在以下问题：

1、永磁调速装置运行时，调整气隙的传动机构始终要承担执行器产生的作用力，传动机构容易抖动或松动，导致传动机构损坏；

2、执行器与永磁转子之间的传动机构行程动作时间长，造成执行动作延迟，控制滞后；

3、在轴向力较大或永磁调速装置机组运行时，轴向力将导致凸轮在凸轮槽内来回抖动滑动，容易造成凸轮在凸轮槽中卡滞，或者导致永磁转子传动内圈和永磁转子外圈抖动，严重时甚至将导致设备故障，影响设备运行；

4、传动机构占用空间大，因此永磁调速装置的整体设备尺寸大，对运输工具和安装位置有一定的要求，运输和安装不方便；

5、调整铜转子和永磁转子气隙的结构复杂，生产成本高；

6、如若传动机构是涡轮蜗杆，则需要使用多回转的执行器，多回转的执行器成本高；

7、现有连杆、涡轮蜗杆、滑槽和凸轮等传动机构的输入值与输出值的线性度差，从而造成永磁调速装置的调速线性度差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、简单的液压反馈永磁调速装置，它不仅能节省占地面积，降低成本，还能提高调速线性度、降低设备故障率、增强设备运行安全性以及延长设备使用寿命。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的，一种液压反馈永磁调速装置，包括永磁盘总成和导体盘总成，永磁盘总成包括互相配合的永磁盘轴和永磁盘，永磁盘轴包括带有主轴的盘体，盘体上包括有设置在盘体同侧的翻沿和传动柱，翻沿和盘体围成液压缸筒，主轴穿过液压缸筒设置在液压缸筒内，主轴上包括有进流口和液体通道，液体通道连通进流口和液压缸筒内部，液压缸筒内的主轴端部固定有弹簧盖；永磁盘上包括液压作用面，主轴孔、环形槽，传动柱孔和磁体，液压作用面与盘体相邻，主轴穿过主轴孔，翻沿设置在环形槽内，传动柱与传动柱孔间隙配合，磁体固定在永磁盘上，液压缸筒内壁与环形槽内壁之间设置有密封件，永磁盘和弹簧盖之间设置有弹簧；导体盘总成包括带有导体盘轴的导体盘，导体盘与永磁盘之间有气隙。

本方案的工作原理在于：液体介质经过进流口和液体通道进入液压作用面，其液压作用力F与液体介质压力P成线性关系，通过改变压力P可获得需要的液压作用力来克服弹簧力F1，弹簧力F1与弹簧压缩距离X即永磁盘移动距离成线性关系，P液体介质压力P*S液压作用面积=K弹簧系数*X永磁盘移动距离。永磁盘在液体介质的液压作用力和弹簧的弹簧力作用下，可轴向运动，改变液体介质压力可获得线性的永磁盘移动距离，从而改变永磁盘的位置。固定在永磁盘上的磁体用于产生永磁盘磁场。永磁盘和导体盘之间产生气隙，气隙越小，产生感应磁力越强，反之越弱。轴向间隙保证永磁盘在运动中与导体盘不产生接触，并保证永磁盘在间隙允许范围内运动。传动柱起导向和传递扭矩的作用，永磁盘可在传动柱导向作用下沿其轴向运动，改变气隙的长度，从而改变感应磁场大小，改变传递扭矩大小，实现调速目的。

本方案的使用原理在于：永磁调速装置工作时，导体盘轴与原动机输出轴连接，永磁盘轴与负载机输入轴连接，当原动机旋转时，导体盘跟随原动机旋转，导体盘旋转时处于永磁盘磁场作用下，内部产生感应磁场，感应磁场与永磁盘磁场相互作用，产生扭矩传递。扭矩传递路径为：导体盘轴-导体盘总成-磁体-传动柱孔-传动柱-永磁盘总成-永磁盘轴；液压缸筒部分不起扭矩传递作用。在相同的原动机转速下，感应磁场大小与气隙的径向宽度和轴向长度有关，气隙的径向宽度由设备设计和制造决定，气隙的轴向长度与永磁盘的位置有关。

本方案的有益效果在于：

1、相比现有的永磁调速装置，永磁盘总成和导体盘总成结构的永磁调速装置不需要机械连杆、涡轮蜗杆、滑槽和凸轮等使调速控制滞后、容易卡滞的传动机构，因此调速更加灵敏，卡滞更少；

2、永磁调速装置不仅能从外部散热，还能从内部散热，提高散热效率，降低设备运行温度；

3、相比现有的永磁调速装置，永磁盘总成和导体盘总成结构的永磁调速装置不需要机械连杆、涡轮蜗杆、滑槽和凸轮等使调速线性度差的传动机构，因此调速线性度更高，可有效降低调节死区和降低迟缓率；

4、永磁盘与永磁盘轴力矩传递不会影响调速，可有效降低设备故障率和延长设备使用寿命；

5、设备自动保护，当液体介质消失，液体作用到永磁盘上的液压力消失时，永磁盘在弹簧力作用下，永磁盘快速移动将气隙调整至最大，迅速将扭矩传递降为零。当液压系统故障、控制失灵，进流口失去持续的液体介质流入，先进去的液体介质从传动柱孔和导流孔等各个孔泄露出去，导致液压缸内压力下降，在弹簧力作用下，永磁盘和导体盘分离，两者之间的气隙调整至最大，迅速将扭矩传递降为零，从而使液压反馈永磁调速装置停止工作，由于液体介质对永磁盘具有降温的作用，若无液体介质的情况下，永磁盘和导体盘继续靠近，永磁盘将发热，导致液压反馈永磁调速装置使用寿命缩短，甚至损坏液压反馈永磁调速装置；

6、结构紧凑，简单，大幅降低设备尺寸和成本。

附图说明

图1是本发明液压反馈永磁调速装置的整体装置剖视示意图；

图2是本发明液压反馈永磁调速装置加上外壳等的整体装置剖视示意图；

图3是本发明液压反馈永磁调速装置气隙调节过程中的运动剖视示意图；

图4是本发明液压反馈永磁调速装置永磁盘轴的一种剖面示意图；

图5是本发明液压反馈永磁调速装置永磁盘轴左视示意图；

图6是本发明液压反馈永磁调速装置永磁盘轴右视示意图；

图7是本发明液压反馈永磁调速装置永磁盘的一种剖面示意图；

图8是本发明液压反馈永磁调速装置永磁盘左视示意图；

图9是本发明液压反馈永磁调速装置永磁盘右视示意图。

图中：1外壳、2永磁盘总成、3弹簧盖、4弹簧、5导体盘总成、6轴套、7轴承；

11进流口；

21永磁盘轴、22永磁盘；

211主轴、212盘体、213液体通道、214翻沿、215传动柱、216泄流孔、217液压缸筒内壁；

221主轴孔、222环形槽、223传动柱孔、224磁体、225导流孔、226环形槽内壁、227液压作用面、228缓冲口；

51导体盘轴、52导体盘；

61内槽、62通孔、63外槽。

具体实施方式

下面将根据附图结合具体实施例详细地描述。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，一种液压反馈永磁调速装置，包括永磁盘总成2和导体盘总成5，永磁盘总成2包括互相配合的永磁盘轴21和永磁盘22，永磁盘轴21包括带有主轴211的盘体212，盘体212上包括有设置在盘体212同侧的翻沿214和传动柱215，翻沿214和盘体212围成液压缸筒，主轴211穿过液压缸筒设置在液压缸筒内，主轴211上包括有进流口11和液体通道213，液体通道213连通进流口11和液压缸筒内部，液压缸筒内的主轴211端部固定有弹簧盖3；永磁盘22上包括液压作用面227，主轴孔221、环形槽222，传动柱孔223和磁体224，液压作用面227与盘体212相邻，主轴211穿过主轴孔221，翻沿214设置在环形槽222内，传动柱215与传动柱孔223间隙配合，磁体224固定在永磁盘22上，液压缸筒内壁217与环形槽内壁226之间设置有密封件，永磁盘22和弹簧盖3之间设置有弹簧4；导体盘总成5包括带有导体盘轴51的导体盘52，导体盘52与永磁盘22之间有气隙。

本方案的工作原理在于：液体介质经过进流口11和液体通道213进入液压作用面227，其液压作用力F与液体介质压力P成线性关系，通过改变压力P可获得需要的液压作用力来克服弹簧力F1，弹簧力F1与弹簧4压缩距离X即永磁盘22移动距离成线性关系，P液体介质压力P*S液压作用面积=K弹簧系数*X永磁盘移动距离。永磁盘22在液体介质的液压作用力和弹簧4的弹簧力作用下，可轴向运动，改变液体介质压力可获得线性的永磁盘22移动距离，从而改变永磁盘22的位置。固定在永磁盘22上的磁体224用于产生永磁盘22磁场。永磁盘总成2与导体盘总成5之间存在气隙，永磁盘22和导体盘之间产生气隙，气隙越小，产生感应磁力越强，反之越弱。轴向间隙保证永磁盘在运动中与导体盘不产生接触，并保证永磁盘在间隙允许范围内运动。传动柱215起导向作用和传递扭矩的作用，永磁盘22可在传动柱215导向作用下沿其轴向运动，改变气隙的长度，从而改变感应磁场大小，改变传递扭矩大小，实现调速目的。当液体介质消失，液体作用到永磁盘上的液压力消失时，永磁盘在弹簧力作用下，永磁盘快速移动将气隙长度调整至最小，迅速将扭矩传递降为零。

本方案的使用原理在于：永磁调速装置工作时，导体盘轴51与原动机输出轴连接，永磁盘轴21与负载机输入轴连接，当原动机旋转时，导体盘52跟随原动机旋转，导体盘52旋转时处于永磁盘22磁场作用下，内部产生感应磁场，感应磁场与永磁盘22磁场相互作用，产生扭矩传递。扭矩传递路径为：导体盘轴51-导体盘总成5-磁体224-传动柱孔223-传动柱215-永磁盘总成2-永磁盘轴21；液压缸筒部分不起扭矩传递作用。在相同的原动机转速下，感应磁场大小与气隙的大小即气隙的径向宽度和轴向长度有关，气隙的径向宽度由设备设计和制造决定，气隙的轴向长度与永磁盘22的位置有关。

进一步地，密封件是密封圈或者是其他具有密封作用的密封件，密封圈设置在永磁盘22的环形槽内，套设在永磁盘上，密封圈成本低廉，在不影响永磁盘轴21和永磁盘22相互位移的情况下能够对液压缸筒内壁217与环形槽内壁226起到很好的密封作用，避免液体介质从液压缸筒内壁217与环形槽内壁226之间流出，降低液压作用面的液压。

在本实施例中，为了省时、节约成本，弹簧4是直接放置在永磁盘22和弹簧盖3之间。弹簧盖3包括横截面呈圆形的按压部和与压板垂直的固定部，固定部与液压缸筒内的主轴211端部可以通过螺纹固定，还可以焊接固定，还可以是黏结固定。

翻沿214上包括有一个或一个以上的泄流孔216，泄流孔216周向均匀分布在翻沿214上。翻沿214上设置泄流孔216，用于永磁盘22最大位移限位。在本实施例中，泄流孔216是4个，在另一实施例中泄流孔216是8个，在其他实施例中泄流孔216还可以是其他个，泄流孔216周向均匀分布在翻沿214上相比不均匀分布，可保证永磁调速装置的稳定性和平衡性，避免永磁调速装置内部出现受力不均的情况。

环形槽内壁226与液压作用面227相交处开设有缓冲口228。缓冲口228呈环形槽状设置在液压缸筒内的环形槽内壁226上端，当永磁盘22移动至最大位移时缓冲口228将先到达泄流孔216位置，并开始卸流，减缓永磁盘22移动速度，当永磁盘22完全移动至缓冲口228与泄流孔216重叠时，缓冲泄流达到最大，当永磁盘22移动至液压作用面227完全超过泄流孔216时，泄流达到完全泄流，永磁盘22停止继续移动。

永磁盘22内包括有一个或一个以上与液压作用面227相通的导流孔225，导流孔225周向均匀分布在永磁盘22内。导流孔225用于对永磁盘22进行散热，导流孔225喷流液体可从永磁盘22内部带走热量，使液压反馈永磁调速装置不仅能从外部散热，还能从内部散热，提高散热效率，降低设备运行温度。在本实施例中，导流孔225是连通液压作用面227和永磁盘22外圆面的两个相交的沉孔，在另一实施例中导流孔225是连通液压作用面227和与液压作用面227相对端面的通孔或其他孔，在其他实施例中，导流孔225是使液压作用面227、与液压作用面227相对端面、永磁盘22外圆面互相连通的连接孔，导流孔225有20个，在另一实施例中导流孔225有8个，在其他实施例中导流孔225还可以是其他个，导流孔225周向均匀分布在翻沿214上相比不均匀分布，可保证永磁调速装置的稳定性和平衡性，避免永磁调速装置内部出现受力不均的情况。

在本实施例中，导流孔225垂直穿过传动柱孔223。液体介质流经导流孔225时可对传动柱215在传动柱孔223中的轴向运动起到润滑的作用，减少传动柱215和传动柱孔223之间的摩擦力。

进流口11前设置有压力变送器、调压阀和压力控制器。压力变送器、调压阀和压力控制器配合使用实现对进入进流口11液体流量的控制。

永磁盘总成2和导体盘总成5外设置有外壳1，主轴211穿过外壳1，导体盘轴51穿过外壳1，永磁盘轴21与外壳1间设置有有环形的轴套6，轴套6内侧开设有内槽61，轴套6外侧开设有外槽63，内槽61和外槽63之间有连通内槽61和外槽63的通孔62。外壳1对永磁盘总成2和导体盘总成5起到保护作用，轴套6内侧开设有内槽61，轴套6外侧开设有外槽63，内槽61和外槽63之间有连通内槽61和外槽63的通孔62其作用在于保证进流孔进来的液体介质在永磁盘轴21旋转中进入进流孔通道。

外壳1和主轴211、外壳1和导体盘轴51之间设置有轴承7。轴承7的主要功能是支撑外壳1和主轴211、外壳1和导体盘轴51，降低永磁盘总成2和导体盘总成5运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。

进一步地，环形槽222底部设置有工艺孔。工艺孔的作用一是减少设备重量，二是便于排出从泄流孔216进入环形槽222内的液体介质。

Claims (4)

1.一种液压反馈永磁调速装置，包括永磁盘总成（2）和导体盘总成（5），其特征在于：永磁盘总成（2）包括互相配合的永磁盘轴（21）和永磁盘（22），永磁盘轴（21）包括带有主轴（211）的盘体（212），盘体（212）上包括有设置在盘体（212）同侧的翻沿（214）和传动柱（215），翻沿（214）和盘体（212）围成液压缸筒，主轴（211）穿过液压缸筒设置在液压缸筒内，主轴（211）上包括有进流口（11）和液体通道（213），液体通道（213）连通进流口（11）和液压缸筒内部，液压缸筒内的主轴（211）端部固定有弹簧盖（3）；永磁盘（22）上包括液压作用面（227），主轴孔（221）、环形槽（222），传动柱孔（223）和磁体（224），液压作用面（227）与盘体（212）相邻，主轴（211）穿过主轴孔（221），翻沿（214）设置在环形槽（222）内，传动柱（215）与传动柱孔（223）间隙配合，磁体（224）固定在永磁盘（22）上，液压缸筒内壁（217）与环形槽内壁（226）之间设置有密封件，永磁盘（22）和弹簧盖（3）之间设置有弹簧（4）；导体盘总成（5）包括带有导体盘轴（51）的导体盘（52），导体盘（52）与永磁盘（22）之间有气隙；

环形槽内壁（226）与液压作用面（227）相交处开设有缓冲口（228），缓冲口（228）呈环形槽状设置在液压缸筒内的环形槽内壁（226）上端；

永磁盘（22）内包括有一个或一个以上与液压作用面（227）相通的导流孔（225），导流孔（225）周向均匀分布在永磁盘（22）内，密封件设置在永磁盘（22）的环形槽内，套设在永磁盘（22）上；

永磁盘总成（2）和导体盘总成（5）外设置有外壳（1），主轴（211）穿过外壳（1），导体盘轴（51）穿过外壳（1），永磁盘轴（21）与外壳（1）间设置有有环形的轴套（6），轴套（6）内侧开设有内槽（61），轴套（6）外侧开设有外槽（63），内槽（61）和外槽（63）之间有连通内槽（61）和外槽（63）的通孔（62）。

2.如权利要求1所述的液压反馈永磁调速装置，其特征在于：液压缸筒壁上包括有一个或一个以上的泄流孔（216），泄流孔（216）周向均匀分布在翻沿（214）上。

3.如权利要求1所述的液压反馈永磁调速装置，其特征在于：导流孔（225）垂直穿过传动柱孔（223）。

4.如权利要求1所述的液压反馈永磁调速装置，其特征在于：进流口（11）前设置有压力变送器、调压阀和压力控制器。