CN86206665U - 转矩传感节能装置 - Google Patents

Abstract

一种用在机械转动中的转矩传感节能装置。在工作母机工况发生变化时，经过转矩传感节能装置发讯，并通过调节装置，使交流电动机；直流电动机和各种内燃发动机运行在各种负荷工况时，控制在等效的最佳能耗。该装置可以用在普通的联轴器传动的装置中；各种用挠性带、链或齿轮啮合的传动装置中；各种车辆、船舶的内燃发动机与变速箱联接的装置中；交、直流电动机上，是一种有广泛用途的节能装置。

Description

转矩传感节能装置

本实用新型涉及机械传动领域中的转矩传感节能装置。

在机械传动中，现有节能技术，主要是节电和节油两大类。在节电的现有技术中，一种是控制交流电动机的功率因数的节电装置，将获得美国1977年专利的4052648号和1983年专利4388578号的功率因数控制器。还有摸拟高效交流电动机的等效电路，与实际运行比较的讯号为控制源的节电装置；如GG85202364A单相异步电动机节能器。上述两种节电装置，都是使用多个半导体检测、放大、取样、比较、积分、脉冲、斩波等电路进行工作的，因此控制系统比较复杂，元器件较多，维护保养的技术要求高，故障的机率也较多。同时，在实际运行中，由于受到外界电源的各种因素的影响，难以与电动机的实际负荷相匹配。对直流电动机的轻载运行，尚且不能应用。

在现有节油技术方面：采用停缸节油装置：将已经获得专利申请号GG85200450A的492型汽油机偏心摇臂轴停缸节油装置GK85105365A车用侧置气门汽油发动机的闭缸节油装置。它们采用的节油方法都是在发动机轻载时，由司机操纵停缸机构，改变气门挺杆的长度、或者偏心式摇臂轴的偏心量，使发动机的一缸或二缸的进、排气门停止动作，使之处于关闭状态，减少发动机的油耗。这种停缸动作都是由司机依据发动机的负荷情况进行直接操作的。这样就增加了司机的劳动强度，节油的效果也与司机的操作技术有关。采用该项技术，对汽油机气门系统尚需做一些改造。而且对二缸以下的汽油机和柴油发动机不宜应用。

本实用新型的目的是为了在工作母机工况发生变化时，通过一种较为简单的机械传感执行机构，使交、直流电动机和各种内燃机运行在各种负荷工况时，都能自动控制到最佳的等效能耗。同时，对原动机可以不做任何的改造，是一种有较广用途的节能装置。

本实用新型的设计方案是根据转矩平衡原理，利用工作负荷的变化，引起转矩的变化，通过转矩讯号执行装置，实现控制原动机的能耗。

它是由有两个端面制有三个以上具有轴向升角V形槽的钢盘。在两个钢盘的端面的每个V形槽中，装有一个滚动体。一只钢盘的内孔制有花键，与输入轴的花键相动配，能作轴向滑动。另一只钢盘通过滚动轴承、轴用挡圈安装在输入轴的一端，可以在轴上转动。在一只钢盘的背面装有滚动轴承，在两支承盘之间装有弹性元件和转矩讯号执行装置。支承盘通过罩壳固定在原动机的机座上。转矩输出机构通过螺栓紧固在另一只钢盘上。

现结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1描述了本实用新型在普通联轴器传动装置中的实施例。输入轴（2）内孔与原动机的轴伸相配。原动机的转矩从输入轴（2）输入，经过花键传到钢盘（13），通过V形槽中滚动体（7）传递到钢盘（8）和转矩输出机构（11）。转矩输出机构（11）通过螺栓（12）紧固在钢盘（8）上。钢盘（8）由滚动轴承（9）和轴用挡圈（10）支承，它们装在输入轴（2）上。工作母机的反转矩过转矩的输出机构（11），作用在钢盘（8）和槽中的滚动体（7）上。在转矩与反转矩的作用下，滚动体（7）产生角位移。同时，推动钢盘（13）轴向后移，经滚动轴承（14）和支承盘（6）压缩在支承盘（6）和（4）之间的弹性元件（5），直到输出转矩转换的轴向力与弹性元件（5）的弹力平衡。如果转矩继续变化，钢盘（13）和弹性元件（5）的位移也出现变化，直到新的平衡。钢盘（13）的位移通过设在支承盘（4）和（6）之间的转矩讯号执行装置（15），它与相应的电压、电功调节装置或油门、气门控制机构相连，实现调节原动机的能源输入，达到等效输出转矩的最佳效率。

图4描述本实用新型用在现有的各种用挠性带、链或齿轮啮合的传动装置中的实施例。同图1实施例不同的是：将转矩输出机构（11）改制成挠性带、链或齿轮啮合的传动装置。传矩讯号执行装置配用相应的电压、电动调压装置或油门、气门提制机构，达到节能的效果。

图5描述了本实用新型用在各种车辆、船舶的内燃发动机与变速箱连接在一起的实施例。工作母机反转矩的变化，通过离合器传递给与钢盘（8）连成一体的输入轴（22），经过钢盘（8）和滚动体（7）传递给钢盘（13）、变速箱（21）内输入轴（2）。同时，推动滚动轴承（14）和支承盘（6），作用于弹性元件（5）和与罩壳（16）连成一体的支承盘（4）。当转矩与反转矩处于平衡时，轴向力与弹力达到平衡。转矩的变化，使传矩讯号执行装置（15）自动控制发动机的油门和气门，达到等效最佳节能效果。

图6是本实用新型配接一个联锁的电子或机械电气转换开关的另一个实施例。电源电压从A、B、C三线端接入。转换开关的动接点（a、b、c与各绕组的“31”连接时，为三角形接法，电机以额定）功率输出。与各绕组“34”连接时，是星形接法，电机输出功率为额定功率三分之一。与各绕组的“32”或“33”连接，电机的功率是延边三角形的输出功率，即介于“31”和“34”之间的功率。经过联锁电子或机械电气转换开关，形成四个功率等级。随着转矩的变化，转矩讯号执行装置直接控制转换开关，由三角形接法换成延边三角形或者星形接法，使电机处于等效工况的最佳能耗下运行。

图7是转矩讯号执行装置（15）的四种结构形式：

a、齿条、齿轮、软轴机构。制有传动齿形的齿条（24）安装在支承盘（6）上，随支承盘（6）轴向运动。与齿条啮合的齿轮（23）为被动件，在轴伸上装有软轴，软轴的外管一端固定在罩壳（16）上，另一端同调节装置的控制系统相连。

b、双接触点直线滑移电位器。用一块弹性导电材料制成例U字形接触片（25），用螺钉固定在支承盘（6）的绝缘底座上，同支承盘（6）同步运动。U字形接触片两端有导电触点，分别与在支承盘（4）上的两只阻值相同，竖直安装在绝缘底座上的电阻（26）表面接触，使两电阻通过U字形接触片串联成一个电阻。在两电阻靠绝缘底座的二端点，各    一根绝缘导线，其中一根经过一只可调电阻，与电压、电功调节装置的控制系统连接。

c、液压传动机构。由缸体（27），柱塞（28）、输油管（29）组成。缸体（27）安装在支承盘（4）上。柱塞（28）安装在支承盘（6）上。在缸体（27）的下端装有输油管（29），输油管（29）的另一端与调节机构的油缸（30）相连。

d、滚动螺旋机构。

图2是两个钢盘（8、13）的端面制有三个以上均匀分布的具有有轴向升角V形槽的结构图。V形槽的深度、分布直径、形状和轴向升角相同。图中A为原动机在未输出转矩前滚动体（7）在V形槽中的位置。图中B为原动机输出转矩后，在工作母机的反转矩作用下，滚动体（7）在V形槽中的位置。滚动体（7）是用优质轴承钢或硬质合金制成球形或园锥体形的。

图3是本实用新型的另一种设计方案：转矩传感节能装置与电动机设计在一起，选配相应的电压、电功调节装置，可以制成新的系列节能电机。电动机转子（18）通过滚动轴承（17）和（20）安装在转子轴（2）上。钢盘（8）紧固在电机转子（18）的左端。钢盘（13）安装在转子轴（2）的花键投上，能作轴向滑动。钢盘的背面装有滚动轴承（14）、支承盘（6）、弹性元件（5）和固定在端盖（19）上的支承盘（4）。转矩讯号执行装置（15）是双接点直线滑移电位器，经导线直接与电压、电动调节装置的控制电路连接，随电动机输出转矩的大小，自动控制输入电压。在双接触点直线滑动电位器与电压、电功调节装置之间串接一只可调电阻，按电动机起动工况要求，调节可调电阻，可以改变电动机的起动电流。当电动机起动后，电阻要调到零位，避免影响自动调节系统。该电机不仅能提高负载效率，而且还可以省去一个起动装置。本实施例的转矩讯号执行装置（15），改为齿条、齿轮软轴机构，并配用联锁的机械或电子转换开关。通过改变电机绕组的连接，使绕组的每匝电压变化，可制成多挡功率输出的新系列三相交流电动机。

本实用新型具有结构简单，转矩讯号执行装置按输出转矩大小，能自动调节油门、气门和调节电压电功降低能耗。减轻操作人员的劳动强度，提高机器的使用寿命，有较显著的经济效益。

弹性元件（5）是用优质弹簧钢制成园柱螺旋形，蝶形或用橡胶制成的弹性块，弹性元件的计算（以普通钢体压缩弹簧为例）：

压缩弹簧的总刚度：P

P′＝ (p·974×10³)/(n·R·S·tgQ) Kg／mm

弹簧的初始压缩量：f1

f₁＝ (Pmin·974×10³)/(n·r·P·tgQ) mm

弹簧的自由高度：H₀

H₀＝n₁·d＋Smm

弹簧的工作高度：H1

H1＝H₀－f1mm

式中：

P′－压缩弹簧总刚度：Kg／mm

P－原动机的额定功率：KW

n－原动机额定功率时转速：r／min

n1－弹簧的总圈数

R－两钢盘V型槽分布半径：mm

S－两钢盘撑开时最大间隙，即钢球、柱的直径：mm

θ－两钢盘V型槽的轴向升角：（0）

d－弹簧的钢丝直径：mm

P_min－原动机自动调节前的初始功率，一般取额定功率的25％，即0.25P：内燃机油门、气门自动调节装置的最大调节位置，应是发动机产生1.05额定功率的地方。

电动机的电源电压调节起始点，应是电源电压1.05 $\sqrt{\mathrm{0.25}}$ ，即起始点为电源电压的0.525左右。

Claims (10)

1、一种机械传动中的转矩传感节能装置，其特征在于：由有两个端面制有三个以上具有轴向升角V形槽的钢盘(8、13)；每个槽内有一个滚动体(7)；输入轴(2)；滚动轴承(9、14)；轴用挡圈(10)；弹性元件(5)；支承盘(4、6)；转矩讯号执行装置(15)；转矩输出机构(11)；螺栓(12)以及罩壳(16)等组成。钢盘(8)装在输入轴(2)上，在输入轴(2)上可以自由转动，通过紧固螺栓(12)与转矩输出机构(11)固结。钢盘(13)与输入轴(2)由花键啮合，能作轴向滑动。

2、按照权利要求1所述的转矩传感节能装置，其特征在于：设在支承盘（4）和（6）之间的转矩讯号执行装置（15）有四种结构形式：齿条齿轮软轴机构；双接触点直线滑移电位器机构；液压传动机构和滚动螺旋机构。直接控制原动机的油门、气门或电源调压、调功的装置。

3、按照权利要求1所述的转矩传感节能装置，其特征在于：钢盘（8、13）的两个端面制有三个以上均匀分布的具有轴向升角V形槽的深度，分布直径、形状和轴向升角相同。

4、按照权利要求1或2所述的转矩传感节能装置，其特征在于；双接触点直线滑移电位器，用一块弹性导电材料制成倒U字形接触片，由螺栓固定在支承盘（6）的绝缘底座上，同支承盘（6）同步运动。U字形接触片两端

有导电触点，分别与支承盘（4）上的两只阻值相同、竖直安装在绝缘底座上的电阻表面接触，使两电阻通过U字形接触串联成一个电阻。在两电阻靠绝缘底座的二端点，各接一根绝缘导线，其中一根经过一只可调电阻与电压、电功调节装置连接。

5、按照权利要求1或2所述的转矩传感节能装置，其特征在于：液压传动机构由缸体，柱塞、输油管组成，缸体安装在支承盘（4）上，柱塞安装在支承盘（6）上，在缸体的下端装有输油管，输油管的另一端与调节机构的油缸相连。

6、按照权利要求1所述的转矩传感节能装置，其特征在于：滚动体（7）用优质轴承钢或硬质合金制成球形或园锥体形。

7、按照权利要求1所述的转矩传感节能装置，其特征在于：在支承盘（6）和（4）之间的弹性元件（5）是用优质弹簧钢制成的园柱螺旋形、蝶形或用橡胶制成的弹性块。

8、按照权利要求1所述的转矩传感节能装置，其特征在于：对三相交流电动机采用三角形接法、延边三角形接法、星形接法的四个功率等级转换时，转矩讯号执行装置（15）要配用联锁的电子或机械电气转换开关。

9、按照权利要求1所述的转矩传感节能装置，其特征在于：与电动机设计成一个整体，并配备相应的电压、电功调节装置和转矩讯号执行装置相连。

10、按照权利要求1所述的转矩传感节能装置，其特征在于：与三相交流电动机设计成一个整体，配备一个联锁的机械或电子转换开关与电机绕组连接。

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