CN111226612B - 一种电磁驱动悬浮闭式脱粒装置和收获机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁驱动悬浮闭式脱粒装置和收获机，包括电磁驱动闭式脱粒装置、电路调控组、磁力轴承组和状态监测调整装置；所述电磁驱动闭式脱粒装置和电路调控组连接，电磁驱动闭式脱粒装置通过转轴依靠磁力轴承组的电磁力悬浮，电路调控组与状态监测调整装置连接。本发明利用电磁转换原理将脱粒滚筒设计为单独的动力源，能够实现将联合收割机的脱粒滚筒作为动力产生装置，通过外接电源实现自身独自运转和无级调速并且可作为其他工作部件的动力源，降低了能耗，提高了能量的转化和利用效率。本发明可以降低整机因脱粒滚筒不平衡而产生的振动，提高整机的工作效率和可靠性，可广泛代替市场上现有联合收割机闭式脱粒装置。

Description

一种电磁驱动悬浮闭式脱粒装置和收获机

技术领域

本发明属于谷物联合收割机脱粒装置结构设计与制造领域，特别涉及一种电磁驱动悬浮闭式脱粒装置和收获机。

背景技术

联合收割机脱粒滚筒的动力来源一般由发动机提供动力，但是由于联合收割机上存在非常多的工作部件且耗能较大。而脱粒滚筒作为联合收割机各个工作部件中耗能最大的一部分，其在工作过程中往往因负载过大和功率输入不足等问题导致其出现堵塞、振动过大等问题。使得联合收割机整机所需的发动机功率很大，并且其在田间工作时容易出现故障，导致整机的工作可靠性降低。由于脱粒滚筒脱粒过程受茎秆缠绕易产生较大的振动，同时通过机架传递到整机的各个部位，使得整机的工作性能降低。因此，为了有效提高谷物联合收割机工作效率和降低整机的振动，有待对联合收割机的脱粒滚筒进行升级换代。

目前针对联合收割机脱粒装置的设计主要有：申请公告号为CN209218662U，名称为“一种全喂入式胡麻脱粒机垂直排列D型 纹杆闭式脱粒滚筒”的中国实用新型专利公开了本实用新型公开了一种全喂入式胡麻脱粒机垂直排列D型纹杆闭式脱粒滚筒，通过D型纹杆和凹槽的作用，具有使果穗破裂，与胡麻籽粒分离，增加了纹杆对胡麻茎秆的打击力度的优点，通过皮带轮的作用，具有用于电动机通过皮带传动为脱粒滚筒提高动力的优点。申请公告号为 CN202385515U一种三个横置式脱粒滚筒的脱粒分离装置，公开了一种三个横置式脱粒滚筒的脱粒分离装置，三个脱粒滚筒的同一侧装有传动轮，三个脱粒滚筒的转速可有传动轮大小来调整，转动方向相同，所有的凹板筛和过渡板筛组成一张“凹-凸-凹-凸-凹”型的组合式脱粒分离筛，其配置在联合收割机上，在大喂入量、难脱粒作物的收获时能使脱净率、清洁度、工效得到明显提高，在工作中物料流畅，机型结构合理紧凑。申请公布号为CN205161201U 纵轴流差速脱粒滚筒，公开了一种纵轴流差速脱粒滚筒，通过后脱粒滚筒轴可转动地套设在前脱粒滚筒空心轴内，前脱粒滚筒空心轴和后脱粒滚筒轴对应与同轴差速器的输出齿轮轴和输出轴连接实现滚筒的差速旋转，具有结构简单合理、安装使用方便、差速器体积小、脱粒效果好、防堵塞性能强、适用范围广等优点。

以上发明专利均对联合收割机脱粒滚筒的结构进行了优化和改进，在一定程度上提高了脱粒滚筒的工作效率，但是无法解决联合收割机因脱粒滚筒工作时因负载过大和功率输入不足等问题导致其出现堵塞、振动过大等问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。本发明提供了一种电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，利用脱粒滚筒的工作特点，通过与电磁转换原理相结合，克服了脱粒装置在工作过程中往往因负载过大和功率输入不足等问题导致其出现堵塞、振动过大等问题，实现了脱粒滚筒其独立运转的目的，并且能够作为动力源为输送槽、振动筛、清选风机等其他工作部件提供动能。

本发明还提供一种包括所述电磁驱动悬浮闭式脱粒装置的收获机。

本发明通过以下技术方案实现目的的。

一种电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，包括电磁驱动闭式脱粒装置、电路调控组、磁力轴承组和状态监测调整装置；

所述电磁驱动闭式脱粒装置包括永久磁极对、绕组铁芯、线圈、绝缘套筒、换向器、电刷、闭式脱粒滚筒滚动体、转轴、顶盖和凹板筛；所述绕组铁芯安装在转轴上并与闭式脱粒滚筒滚动体的滚动体内壁连接，所述永久磁极对设置在顶盖和凹板筛之间并产生磁场，所述绝缘套筒位于换向器内部并与转轴连接，转轴的两端悬浮在磁力轴承组中；磁力轴承组与电路调控组连接；所述电刷设置在换向器的圆周、且与电路调控组连接，所述顶盖和凹板筛分别位于闭式脱粒滚筒滚动体的上下位置并安装在脱粒机架上，线圈缠绕在绕组铁芯上并通过换向器、电刷与电路调控组的一端连接，电路调控组的另一端与状态监测调整装置连接。

上述方案中，所述电路调控组包括直流电源、电路保护电阻、数据采集卡、光电传感器和单片机；

所述直流电源与电路保护电阻串联在电路中并与单片机连接，直流电源与电刷连接；所述光电传感器连接在数据采集卡上，数据采集卡与单片机连接。

上述方案中，所述磁力轴承组包括左径向磁力轴承、轴向磁力轴承和右径向磁力轴承；

所述左径向磁力轴承和右径向磁力轴承分别位于转轴的两端，用于控制转轴在径向的跳动，所述轴向磁力轴承用于控制转轴在轴向的移动。

进一步的，所述磁力轴承组还包括所述位移传感器；

所述位移传感器分别安装在左径向磁力轴承、轴向磁力轴承、右径向磁力轴承上，用于实时监测转轴的位移变化；

所述位移传感器与单片机连接。

上述方案中，所述状态监测调整装置包括显示器、存储器和控制台；

所述显示器与存储器连接，所述控制台与存储器连接，所述显示器、存储器和控制台分别与电路调控组连接。

进一步的，所述控制台上设有直流电源的开关以及电磁驱动闭式脱粒装置的转速调整按钮。

上述方案中，所述光电传感器安装在转轴的一侧，用于采集转轴的转速信号，通过数据采集卡将采集到的转速信号传输至单片机进行处理，单片机通过直流电源调节转轴的转速。

上述方案中，所述转轴能够用于作为动力源与收获机的其他传动部件连接。

一种收获机，包括所述的电磁驱动悬浮闭式脱粒装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明利用磁力轴承组作为整个装置的支撑单元，能够将旋转轴悬空控制。能够实现将脱粒滚筒除了绕转轴旋转外的其他5个自由度的精确控制，降低其在工作过程中因转轴旋转所造成的能量损耗，提高工作效率。

2.本发明实现了脱粒滚筒内部旋转体与联合收割机机架的完全隔离，因而脱粒滚筒工作时所产生的较大振动不会像传统联合收割机的脱粒滚筒一样传递到整机的各个部位，极大降低了整机的振动，提高了整机工作的稳定性。

3.本发明利用电磁转换的原理，将脱粒滚筒作为使用单独的动力源，不直接连接发动机，而是外接直流电源，并且可以通过利用控制直流电机无级调速的原理实现脱粒滚筒工作装置的无级调速，极大地提高了联合收割机脱粒部分的工作性能。

4.本发明中的脱粒装置能够实现将电能转换为自身运动的机械能，并且能够单独作为联合收割机的动力源输送给其他工作部件，从而减轻了发动机的工作负荷及分配不均，保证脱粒滚筒在喂入量突然增大时所需功耗，从而提高了整机的工作效率和可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施方式的所述的一种谷物联合收割机的电磁驱动悬浮闭式脱粒装置。

图2是本发明一实施方式的所述的电磁驱动闭式脱粒装置内部结构图。

图3是本发明一实施方式的所述的电磁驱动闭式脱粒装置左视图。

图4是本发明一实施方式的主要装置的连接方式示意图。

图5是本发明一实施方式的所述的五自由度主动控制磁力轴承示意图。

图6是本发明一实施方式的所述的主动磁力轴承系统调控原理图。

图中，1.电磁驱动闭式脱粒装置，101.永久磁极对，102.绕组铁芯，103.线圈，104.绝缘套筒，105.换向器，106.电刷，107.闭式脱粒滚筒滚动体，108.转轴，109.顶盖，1010.凹板筛， 2.电路调控组，201.直流电源，202.电路保护电阻，203.数据采集卡，204.光电传感器，205. 单片机，3.磁力轴承组，301.左径向磁力轴承，302轴向磁力轴承，303.右径向磁力轴承，304. 位移传感器，4.状态监测调整装置，401.显示器，402.存储器，403.控制台。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

图1所示为所述电磁驱动悬浮闭式脱粒装置的一种较佳实施方式，所述电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，包括电磁驱动闭式脱粒装置1、电路调控组2、磁力轴承组3和状态监测调整装置4。

所述电磁驱动闭式脱粒装置1和电路调控组2通过导线进行连接；电磁驱动闭式脱粒装置1通过转轴108依靠磁力轴承组3中的电磁力悬浮；磁力轴承组3与电路调控组2连接；电路调控组2通过光纤与状态监测调整装置4进行连接；电路调控组2通过导线与电磁驱动闭式脱粒装置1中的电刷106和换向器105进行连接为整个装置供电；电磁驱动闭式脱粒装置1通电后其内部的线圈103流有电流，在永久磁极对101的作用下产生电磁力从而带动整个脱粒装置的工作部分在磁场中旋转，通过换向器105实现电流方向的改变，从而保证整个装置的连续运转。通过安装在电磁驱动闭式脱粒装置1的光电传感器204实现对其转速的测量，并通过电路调控组2的处理后将转速信息传递到状态监测调整装置4中，实现对工作装置转速的实时监测和调控。

如图2、3所示，所述电磁驱动闭式脱粒装置1包括永久磁极对101、绕组铁芯102、线圈103、绝缘套筒104、换向器105、电刷106、闭式脱粒滚筒滚动体107、转轴108、顶盖 109和凹板筛1010；所述绕组铁芯102焊接在转轴108上并与闭式脱粒滚筒滚动体107的滚动体内壁通过焊接进行连接，所述永久磁极对101固定在顶盖109和凹板筛1010之间并产生磁场，绝缘套筒104位于换向器105内部并与转轴108固定连接，电刷106固定在换向器105 的圆周用于连接电路调控组2实现对电磁驱动闭式脱粒装置1的供电和调控，顶盖109和凹板筛1010分别位于闭式脱粒滚筒滚动体107的上下位置并安装在收获机的脱粒机架上，线圈103缠绕在绕组铁芯102上并通过换向器105、电刷106与电路调控组2的一端连接，电路调控组2的另一端与状态监测调整装置4连接。

根据本实施例，优选的，所述电刷106的数量至少2个，均匀分布在换向器105的圆周，优选的，所述电刷106的数量为2个或者4个，每个之间的间隔为90°或者180°，通过导线连接至直流电源201从而实现对整个装置的供电。

根据本实施例，优选的，所述述绕组铁芯102上有8～16凹槽用于线圈103的缠绕，每个凹槽之间的间隔为22.5°～45°，线圈103绕组的数量为8～16，引出线端口连接在换向器105 上，换向器105上共存在8～16绝缘缝隙，用于实现线圈103电流方向的改变，每个绝缘缝隙之间的间隔为22.5°～45°，从而实现闭式脱粒滚筒滚动体107的连续转动。

如图4所示，所述电路调控组2包括直流电源201、电路保护电阻202、数据采集卡203、光电传感器204和单片机205；所述直流电源201与电路保护电阻202串联在电路中并给单片机205供电，直流电源201通过导线与电刷106为电磁驱动闭式脱粒装置1提供电能，光电传感器204连接在数据采集卡203上，数据采集卡203与单片机205通过数据线进行连接。

所述光电传感器204安装在转轴108的一侧，通过数据采集卡203将采集到的信号传输至单片机205进行处理，通过分析其脉冲数从而得到转速信息。通过单片机205调节直流电源201输出电压的脉冲宽度从而实现调整电路中电能的输出量实现电磁驱动闭式脱粒装置1 的转速的调节，可实现较宽转速范围内的无级变速。

如图4所示，所述状态监测调整装置4包括显示器401、存储器402和控制台403；所述显示器401、存储器402和控制台403均通过总线连接至单片机205，显示器401显示转速脉冲信号及转速信息，存储器402用于信号的缓存，控制台403上存在两个控制键，分别用于实现直流电源201的开关以及电磁驱动闭式脱粒装置1的转速调整，控制台403通过连接单片机205和直流电源201实现以上两个功能，显示器401和控制台403均安装在驾驶室内。

如图5所示，所述磁力轴承组3包括左径向磁力轴承301、轴向磁力轴承302、右径向磁力轴承303和位移传感器304；

所述左径向磁力轴承301和右径向磁力轴承303分别位于转轴108的两端，用于控制转轴108在径向的跳动，所述轴向磁力轴承302用于控制转轴108在轴向的移动。所述位移传感器304分别安装在左径向磁力轴承301、轴向磁力轴承302、右径向磁力轴承303上，用于实时监测转轴108的位移变化。所述位移传感器304与单片机205连接。左径向磁力轴承301、轴向磁力轴承302、右径向磁力轴承303上绕有线圈，且都有单独的给线圈供电的电源，单片机205根据位移传感器304检测的结果调节电源，从而调整线圈的电流大小，改变每个磁力轴承的磁力大小，从而实现调整转轴108位置的目的。所述左径向磁力轴承301和右径向磁力轴承303用于控制电磁驱动闭式脱粒装置1在径向的跳动，保证其在工作过程中处于悬浮状态，轴向磁力轴承302用于控制电磁驱动闭式脱粒装置1在轴向的移动，保证其在工作过程中不发生较大的轴向偏移，通过整个磁力轴承组3实现电磁驱动闭式脱粒装置1五个自由度的控制，保证其转动平稳、有效。

如图6所示，所述磁力轴承组3通过位移传感器304对转轴108的位移信号的进行监测，借助于控制器和功率放大器等元件并通过反馈信号实现对转轴位置的测量，进而调整各个磁力轴承内部线圈的电流大小从而实现转轴位置的调控，使转子在稳定平衡状态下运转。

具体原理为：通过位移传感器对转轴108位置进行检测，然后将检测的位移信号传送给单片机205，与预设的标准位置进行对比，如果出现偏差，就通过单片机205根据检测出的结果经过差动输出进行输出，经过功率放大器处理后，根据结果对相应的磁力轴承内部线圈的电流大小进行调整，从而实现调整转轴108位置的目的，如此往复进行时时检测，实时调整。

所述转轴108能够用于作为动力源与收获机的其他传动部件连接。优选的，所述转轴108 可通过轴上安装链轮实现对其他传动部件提供动力的功能，从而能够实现将脱粒滚筒作为动力产生装置，外接电源实现自身独自运转和无级调速并且可作为输送槽、振动筛、清选风机等其他工作部件的动力源，提高了能量的转化和利用效率，降低了整机因脱粒滚筒不平衡而产生的振动，提高了整机的工作效率和可靠性，可广泛代替市场上现有闭式脱粒装置。

实施例2

一种收获机，包括实施例1所述的电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，具有实施例1所述的有益效果，此处不再赘述。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例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。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，其特征在于，包括电磁驱动闭式脱粒装置(1)、电路调控组(2)、磁力轴承组(3)和状态监测调整装置(4)；

所述电磁驱动闭式脱粒装置(1)包括永久磁极对(101)、绕组铁芯(102)、线圈(103)、绝缘套筒(104)、换向器(105)、电刷(106)、闭式脱粒滚筒滚动体(107)、转轴(108)、顶盖(109)和凹板筛(1010)；所述绕组铁芯(102)安装在转轴(108)上并与闭式脱粒滚筒滚动体(107)的滚动体内壁连接，所述永久磁极对(101)设置在顶盖(109)和凹板筛(1010)之间并产生磁场，所述绝缘套筒(104)位于换向器(105)内部并与转轴(108)连接，转轴(108)的两端悬浮在磁力轴承组(3)中；所述磁力轴承组(3)包括左径向磁力轴承(301)、轴向磁力轴承(302)和右径向磁力轴承(303)；所述左径向磁力轴承(301)和右径向磁力轴承(303)分别位于转轴(108)的两端，用于控制转轴(108)在径向的跳动，所述轴向磁力轴承(302)用于控制转轴(108)在轴向的移动；磁力轴承组(3)与电路调控组(2)连接；所述电刷(106)设置在换向器(105)的圆周、且与电路调控组(2)连接，所述顶盖(109)和凹板筛(1010)分别位于闭式脱粒滚筒滚动体(107)的上下位置并安装在脱粒机架上，线圈(103)缠绕在绕组铁芯(102)上并通过换向器(105)、电刷(106)与电路调控组(2)的一端连接，电路调控组(2)的另一端与状态监测调整装置(4)连接。

2.根据权利要求1所述的电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，其特征在于，所述电路调控组(2)包括直流电源(201)、电路保护电阻(202)、数据采集卡(203)、光电传感器(204)和单片机(205)；

所述直流电源(201)与电路保护电阻(202)串联在电路中并与单片机(205)连接，直流电源(201)与电刷(106)连接；所述光电传感器(204)连接在数据采集卡(203)上，数据采集卡(203)与单片机(205)连接。

3.根据权利要求2所述的电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，其特征在于，所述磁力轴承组(3)还包括位移传感器(304)；

所述位移传感器(304)分别安装在左径向磁力轴承(301)、轴向磁力轴承(302)、右径向磁力轴承(303)上，用于实时监测转轴(108)的位移变化；

所述位移传感器(304)与单片机(205)连接。

4.根据权利要求1所述的电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，其特征在于，所述状态监测调整装置(4)包括显示器(401)、存储器(402)和控制台(403)；

所述显示器(401)与存储器(402)连接，所述控制台(403)与存储器(402)连接，所述显示器(401)、存储器(402)和控制台(403)分别与电路调控组(2)连接。

5.根据权利要求4所述的电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，其特征在于，所述控制台(403)上设有直流电源(201)的开关以及电磁驱动闭式脱粒装置(1)的转速调整按钮。

6.根据权利要求2所述的电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，其特征在于，所述光电传感器(204)安装在转轴(108)的一侧，用于采集转轴(108)的转速信号，通过数据采集卡(203)将采集到的转速信号传输至单片机(205)进行处理，单片机(205)通过直流电源(201)调节转轴(108)的转速。

7.根据权利要求1所述的电磁驱动悬浮闭式脱粒装置，其特征在于，所述转轴(108)能够用于作为动力源与收获机的其他传动部件连接。

8.一种收获机，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的电磁驱动悬浮闭式脱粒装置。

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