CN112737204A - 一种重载设备驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及重载设备驱动技术领域，具体涉及一种重载设备驱动系统。一种重载设备驱动系统，包括：动力源，输出端与储能装置连接；绕组式永磁调速离合器，输入端与所述储能装置连接，输出端连接重载设备，所述绕组式永磁调速离合器具有将所述动力源与所述重载设备动力分离，且所述储能装置在所述动力源的作用下储能的第一状态，和将所述动力源与所述重载设备接合，以将所述动力源和所述储能装置的转矩传递至所述重载设备的第二状态。本发明提供了一种有效避免机械磨损，降低机械离合器因负载过大而损坏的风险的重载设备驱动系统。

Description

一种重载设备驱动系统

技术领域

本发明涉及重载设备驱动技术领域，具体涉及一种重载设备驱动系统。

背景技术

通常重载设备的起动转矩大于运行转矩，这类设备诸如球磨机、皮带机等；还有一类重载设备，往往空载起动，重载荷作业间歇性进行，重载荷介入瞬间，电机和电网都会产生很大的瞬时电流冲击，例如轧钢机、剪板机、破碎机等。在重载情况下，有的重载设备起动电流高达电机额定电流的5～10倍，设备电气参数和机械参数需要按照起动要求放大选型，增加了购置成本。

为此，在重载设备传动系统中加入飞轮储能装置和离合器，即采用电机+飞轮储能装置+机械离合器驱动系统，当离合器未结合时，电机带动飞轮旋转储能；当离合器结合时，主要靠飞轮释放能量，完成起动或重载作业，整个过程电机出力较小。这种驱动方式显著降低配套电机和控制系统容量，配套电机使用普通异步电机即可，有效避免电机电流冲击，且成本较低。但是，在上述电机+飞轮储能装置+机械离合器驱动系统中，负载运行时不可避免的产生机械磨损，且负载过大时机械离合器容易损坏。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中负载运行时不可避免地产生机械磨损，且负载过大时机械离合器容易损坏的缺陷，从而提供一种有效避免机械磨损，降低机械离合器因负载过大而损坏的重载设备驱动系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重载设备驱动系统，包括：

动力源，输出端与储能装置连接；

绕组式永磁调速离合器，输入端与所述储能装置连接，输出端连接重载设备，所述绕组式永磁调速离合器具有将所述动力源与所述重载设备动力分离，且所述储能装置在所述动力源的作用下储能的第一状态，和将所述动力源与所述重载设备接合，以将所述动力源和所述储能装置的转矩传递至所述重载设备的第二状态。

可选地，所述绕组式永磁调速离合器包括永磁转子和绕组转子，所述永磁转子和所述储能装置连接，所述绕组转子与所述重载设备连接，并通过电缆线与控制器连接。

可选地，所述绕组式永磁调速离合器包括永磁转子和绕组转子，所述绕组转子和所述储能装置连接，并通过电缆线与控制器连接，所述永磁转子与所述重载设备连接。

可选地，所述储能装置为飞轮。

可选地，所述动力源为电机。

可选地，所述永磁转子和绕组转子采用筒式结构或盘式结构。

可选地，所述储能装置和所述绕组式永磁调速离合器的输入端为一个整体。

还提供了一种重载设备驱动方法，包括以下步骤：

控制绕组式永磁调速离合器使动力源与重载设备分离，同时动力源带动储能装置空载起动，并达到额定转速；继而控制绕组式永磁调速离合器使动力源与重载设备接合，以将所述动力源和所述储能装置的转矩传递至所述重载设备。

可选地，调节所述绕组式永磁调速离合器中的电流，以使所述重载设备加速到设定转速。

可选地，根据实际工况调节所述动力源和所述储能装置的能量输出比。

可选地，在一个驱动周期结束后，控制所述绕组式永磁调速离合器使所述动力源与重载设备再次分离，动力源带动储能装置转动，直至达到额定转速，继续下一个驱动周期。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的重载设备驱动系统，在重载设备处于空闲状态时，控制绕组式永磁调速离合器使动力源与重载设备动力分离，动力源带动储能装置转动储能；在重载设备工作时，控制绕组式永磁调速离合器使动力源与重载设备接合，动力源和储能装置释放能量，将转矩传递至重载设备。通过动力源和储能装置共同为重载设备提供动力，可以有效降低重载设备起动时的电流冲击，动力源和配套的控制设备的容量可大大降低，降低了设备购置成本；对电网友好，同时动力源始终保持平稳运动，不需要频繁起动，节省运行成本。另外，由于绕组式永磁调速离合器为非接触传动，没有机械磨损和机械动作，克服了现有机械离合器因负载过大而损坏的风险，显著降低了运维成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的重载设备驱动系统的结构示意图；

图2为本发明提供的重载设备驱动系统的原理示意图。

附图标记说明：

1、联轴器；2、动力源；3、储能装置；4、绕组式永磁调速离合器；5、重载设备；6、接线盒；7、永磁转子；8、绕组转子；9、转轴；10、平键；11、轴承座；12、轴承。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

绕组式永磁调速离合器作为一种新兴的调速传动设备，已经广泛应用在工业风机、泵类的节能调速领域，其原理如下：绕组式永磁调速离合器包括设备本体和控制器，设备本体上有两个轴伸，分别为永磁转子轴伸和绕组转子轴伸。驱动电机带动永磁转子旋转产生旋转磁场，绕组转子上的绕组线圈切割旋转磁场(或者驱动电机带动绕组转子旋转切割永磁转子磁场)产生感应电动势，当绕组通路时绕组产生感应电流，感应电流产生感应磁场，绕组转子的感应磁场和永磁转子磁场相互耦合，使绕组式永磁调速离合器输出转子跟转，实现动力传输，两转子之间必须存在转速差，称为转差。通过控制器可实现绕组式永磁调速离合器的调速功能和离合器功能。

当绕组式永磁调速离合器4的绕组通路时，绕组转子8中产生感应电流，进而产生感应磁场，该感应磁场与永磁转子7产生的旋转磁场相互耦合，实现转矩传递，通过控制器改变绕组转子8中的电流大小即可控制传递转矩的大小，从而实现调速和重载设备5的软起功能。当绕组短接或断开时，绕组转子8中的电流最大或无电流通过，实现最大转矩传递或不传递转矩，即“合”和“离”的状态，此为绕组式永磁调速离合器4的离合器功能。将永磁转子7和绕组转子8的转差功率回馈电网，则可以节能。

如图1和2所示的重载设备驱动系统的一种具体实施方式，包括通过联轴器1沿轴向依次连接的动力源2、储能装置3、绕组式永磁调速离合器4和重载设备5，动力源2的输出端与储能装置3连接，绕组式永磁调速离合器4的输入端与储能装置3连接，输出端连接重载设备5。本实施例中的储能装置3为飞轮，飞轮的转动惯量和外形尺寸可通过实际工况计算获得，并保证动平衡，重载设备5为轧钢机，动力源2可以为普通异步电机或者绕线式异步电机，或其他可提供驱动力的装置。

所述绕组式永磁调速离合器4具有将所述动力源2与所述重载设备5动力分离，且所述储能装置3在所述动力源2的作用下储能的第一状态，和将所述动力源2与所述重载设备5接合，以将所述动力源2和所述储能装置3的转矩传递至所述重载设备5的第二状态。

为便于控制绕组式永磁调速离合器4中电流的通断，所述绕组式永磁调速离合器4还与控制器连接。所述绕组式永磁调速离合器4包括永磁转子7和绕组转子8，所述永磁转子7和绕组转子8采用筒式结构。其中，所述永磁转子7和所述储能装置3连接，所述绕组转子8与重载设备5连接，并通过接线盒6、动力电缆以及控制线缆和控制器连接。

为保证整个系统连接的可靠性，所述飞轮中心设有转轴9，所述飞轮与所述转轴9通过平键10连接。所述飞轮和转轴9通过一对轴承12固定在轴承座11上，一对轴承12分设在飞轮的两侧，本实施例中轴承12为轴瓦。

一种重载设备驱动方法，以驱动轧钢机为例，包括以下步骤：

首先，将绕组式永磁调速离合器4的绕组转子8断开，使其无电流通过，不传递扭矩，此时动力源2与轧钢机分离，同时动力源2带动飞轮空载起动，并达到额定转速，即动力源2不停转的前提下最经济的等待状态，且可随时进入轧钢状态。

继而将绕组式永磁调速离合器4的绕组转子8结合，此时动力源2与轧钢机接合，所述动力源2和飞轮的转矩一起传递至轧钢机。在此过程中，由于起动时负载的瞬时冲击转矩非常大，即使动力源2与飞轮同时提供能量，它们的转速还是略有下降。根据工况可以调整两者的能量输出比，通常控制飞轮的能量输出大于动力源2的能量输出，从原理上克服动力源2和电网受负载冲击电流波动情况，大大降低动力源2和配套的控制设备的容量。

利用绕组式永磁调速离合器4的调速功能，即调节所述绕组式永磁调速离合器4中的电流，逐渐给轧钢机加速到设定转速。在此过程中，可以是动力源2单独提供能量，动力源2与飞轮转速不变或者上升；也可以是动力源2与飞轮同时提供能量，它们的转速继续下降。

在一个轧钢驱动周期结束后，控制所述绕组式永磁调速离合器4使动力源2与轧钢机再次分离，轧钢机失去动力逐渐减速直到静止，动力源2带动飞轮转动，直至达到额定转速，继续下一个轧钢驱动周期。

作为替代的实施方式，所述绕组式永磁调速离合器4包括永磁转子7和绕组转子8，所述绕组转子8和所述储能装置3连接，并通过接线盒6、动力电缆以及控制线缆与控制器连接，所述永磁转子7与所述重载设备5连接。

作为替代的实施方式，所述储能装置3和所述绕组式永磁调速离合器4的输入端为一个整体。即无飞轮设计，绕组式永磁调速离合器4的输入转子具有相当的转动惯量，可充当飞轮储能装置使用。

作为替代的实施方式，所述永磁转子7和绕组转子8还可采用盘式结构。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种重载设备驱动系统，其特征在于，包括：

动力源(2)，输出端与储能装置(3)连接；

绕组式永磁调速离合器(4)，输入端与所述储能装置(3)连接，输出端连接重载设备(5)，所述绕组式永磁调速离合器(4)具有将所述动力源(2)与所述重载设备(5)动力分离，且所述储能装置(3)在所述动力源(2)的作用下储能的第一状态，和将所述动力源(2)与所述重载设备(5)接合，以将所述动力源(2)和所述储能装置(3)的转矩传递至所述重载设备(5)的第二状态。

2.根据权利要求1所述的重载设备驱动系统，其特征在于，所述绕组式永磁调速离合器(4)包括永磁转子(7)和绕组转子(8)，所述永磁转子(7)和所述储能装置(3)连接，所述绕组转子(8)与所述重载设备(5)连接，并通过电缆线与控制器连接。

3.根据权利要求1所述的重载设备驱动系统，其特征在于，所述绕组式永磁调速离合器(4)包括永磁转子(7)和绕组转子(8)，所述绕组转子(8)和所述储能装置(3)连接，并通过电缆线与控制器连接，所述永磁转子(7)与所述重载设备(5)连接。

4.根据权利要求1－3任一项所述的重载设备驱动系统，其特征在于，所述储能装置(3)为飞轮。

5.根据权利要求1－3任一项所述的重载设备驱动系统，其特征在于，所述动力源(2)为电机。

6.根据权利要求2或3所述的重载设备驱动系统，其特征在于，所述永磁转子(7)和绕组转子(8)采用筒式结构或盘式结构。

7.根据权利要求1－3任一项所述的重载设备驱动系统，其特征在于，所述储能装置(3)和所述绕组式永磁调速离合器(4)的输入端为一个整体。

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