基于永磁传动技术的双动力输入减速器及其动力切换方法
【专利摘要】本发明涉及减速器领域，尤其涉及一种基于永磁传动技术的双动力输入减速器及其动力切换方法，其特征在于，在具有两个动力输入端的齿轮传动减速机构上，动力输入端一通过第一动力输入组件连接第一电机，动力输入端二通过第二动力输入组件连接第二电机；第一动力输入组件和第二动力输入组件的结构均基于永磁传动技术设计，其内部设有导体盘和永磁盘，永磁盘上的磁体分布为N、S的间隔布置，在导体盘旋转时，会产生磁扭矩，导体盘和永磁盘间的气隙由调节机构调节，完成电机与齿轮传动机构的接合和断开的切换。与现有技术相比，本发明的有益效果是：隔离了负载与电机之间的硬连接，既能实现负载的缓冲启动，又可以实现运行中的电机检修和消缺。
【专利说明】
基于永磁传动技术的双动力输入减速器及其动力切换方法
技术领域
[0001]本发明涉及减速器领域，尤其涉及一种基于永磁传动技术的双动力输入减速器及其动力切换方法。
【背景技术】
[0002]目前，双动力输入式减速器因其双输入的特点，在多种场合的机械设备上取得应用，其结构包括圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮式减速器等形式，其中圆柱齿轮减速器的双动力是采取相同的转速和扭矩，而蜗杆减速器和行星齿轮式减速器的双动力则可以具有不同的转速和扭矩。
[0003]圆柱齿轮减速器里最简单的双输入结构是输入轴为一根轴，轴由减速器两侧伸出。因为结构空间限制，有时一根输入轴上没有多余空间同时布置电机、联轴器和制动器，就会在减速器一侧安装电动机，联轴器与一个输入轴相连，另一侧的输入轴上安装制动用的制动轮和制动器，门式和桥式、铸造吊等吊车的起升机构或其他空间有限的地方多这样布置。
中国专利申请号为201310258179.6的专利文件还公开了一种“双动力输入驱动系统”，其结构包括发动机、电动机、第一动力输入组件、第二动力输入组件和变速器，第一动力输入组件和第二动力输入组件分别以可接合或断开的方式与变速器的动力输入端配合；发动机的动力输出端与第一动力输入组件的动力输入端传动配合，电动机的动力输出端与第二动力输入组件的动力输入端传动配合，所述动力输入端为动力输入轴，动力输入轴上以可轴向滑动圆周方向传动的方式外套设置动力接合器，动力输入轴通过该动力接合器与第一动力输入组件接合传动、与第二动力输入组件接合传动或形成断开传动，本发明具有相对独立的双动力输入，且结构简单紧凑，通常为发动机和电机输入，根据车辆行驶的路况可随意切换动力，使汽车适用于复杂路况的行驶，特别是乡村和山地路况，对于三轮车和四轮车来说，大大扩展了其适用范围，降低车辆的使用成本，节约驱动能源。
[0004]另一个中国专利申请号为200410077702.6的专利文件公开了“一种双动力输入自动切换减速器”，其结构包括有第一电动机、第二电动机、蜗杆、蜗轮、输出轴、箱体及由拨爪、内星轮、外环、滚柱、弹簧组成的超越离合器，内星轮与输出轴联接，外环套置在内星轮的外侧，若干组滚柱和弹簧的组件分别装在内星轮所设的相应周向楔形槽内，拨爪与第一电动机的输出轴联接，且拨爪插接在滚柱与内星轮之间，蜗杆与第二电动机的输出轴相连，蜗轮与蜗杆组成螺旋传动副，且蜗轮空套在减速器输出轴上，外环通过连接件与蜗轮连接。本发明结构简单，传动平稳，可随着负荷变化自动切换动力及改变输出速度。
[0005]火电机组中的空预器属于重载启动设备，为了保证系统的可靠运转，避免因电机故障造成的停产事故，目前普遍采用的主、辅电机二拖一与减速机硬连接、变频器调速的方式。比如某发电公司的I #锅炉A、B空预器中，电机与减速机为一体式装配，两台同型号电机分别做为主电机和备用电机带动一个减速机。
[0006]该系统在运行中存在的主要问题是:1)是减速机启动扭矩大，虽然以变频器作为软启动，但电机前端的驱动齿轮极易磨损，当齿轮损坏时，需拆下电机更换，由于主备用电机共同带动一个减速机，A辅电机启动则A主电机跟转，运行中电机检修、消缺必须要减负荷停空预器，这势必严重影响安全生产及经济效益。2)是电机与减速机采用一体式装配，电机前端盖浸泡在润滑油中，空预器电机转速较高，运行中骨架油封(55X70X8)容易漏油，使电机内的定子、转子浸在油中，严重影响电机的绝缘散热和寿命。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种基于永磁传动技术的双动力输入减速器及其动力切换方法，将电机扭矩通过磁扭矩传递，在电机与负载之间设置气隙替代硬连接，既能实现负载的缓冲启动目的，又能保证主备用电机的自由切换，能方便地实现电机与垂直方向负载的脱离，负载运行中可实现对备用电机的检修和消缺。
[0008]为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样的:
基于永磁传动技术的双动力输入减速器，包括第一动力输入组件、第二动力输入组件和齿轮传动机构，第一动力输入组件和第二动力输入组件分别以可接合或断开的方式与齿轮传动机构的动力输入端配合；第一电机的动力输出端与第一动力输入组件的动力输入端传动配合，第二电机的动力输出端与第二动力输入组件的动力输入端传动配合，所述第一动力输入组件通过永磁传动方式使第一电机动力输出端与齿轮传动机构的动力输入端接合传动或形成断开传动，第二动力输入组件通过永磁传动方式使第二电机动力输出端与齿轮传动机构的动力输入端接合传动或形成断开传动，使第一电机和/或第二电机在不工作时能快速地与齿轮传动机构脱离。
[0009]所述第一动力输入组件中包括永磁盘一和导体盘一，永磁盘一和导体盘一之间设有气隙一，所述第二动力输入组件中包括永磁盘二和导体盘二，永磁盘二和导体盘二之间设有气隙二，所述气隙一和气隙二的间距通过调节机构调节。
[0010]所述齿轮传动机构中包括动力输入轴一、动力输入轴二、输入齿轮一、输入齿轮二、输出齿轮和动力输出轴，动力输入轴一上设有输入齿轮一，动力输入轴二上设有输入齿轮二，输出齿轮设在动力输出轴上，输入齿轮一与输出齿轮之间设有惰轮组一，输入齿轮二和输出齿轮之间设有惰轮组二，通过斜齿轮副或蜗轮蜗杆副的传递实现动力输出轴垂直于动力输入轴一和动力输入轴二的布置形式。
[0011]所述调节机构为中间轴组件，包括心轴、滑套、操作架、轴承座、托架和进退操作机构，所述心轴外设滑套，滑套的一端与操作架相连，滑套的另一端为永磁盘连接端，操作架与滑套之间通过轴承相连；所述轴承座设置在托架上，轴承座与心轴之间设有轴承；所述进退操作机构连接在操作架和托架之间，操作架与托架之间的相对距离可调。
[0012]所述进退操作机构包括操作杆、螺杆、伞齿一和伞齿二，伞齿一设于螺杆的一端，伞齿二设于操作杆的一端，伞齿一和伞齿二相啮合，螺杆上的螺纹段与操作架上的螺纹套相配合，螺杆与托架之间设有轴承，所述操作杆的另一端为执行器连接端。
[0013]所述调节机构为移动式底座，设置在第一电机或第二电机的底部，包括导轨座、导轨、滑座、丝杠、丝杠螺母和执行器，丝杠的一端连接执行器，滑座底部与导轨座上的导轨相配合，丝杠设置在导轨座上，丝杠与导轨座之间设有轴承，滑座底部通过丝杠螺母与丝杠相连接。
[0014]—种基于永磁传动技术的双动力输入减速器的动力切换方法，在具有两个动力输入端的齿轮传动机构上，动力输入端一通过第一动力输入组件连接第一电机，动力输入端二通过第二动力输入组件连接第二电机；所述第一动力输入组件和第二动力输入组件的结构均基于永磁传动技术设计，其内部设有导体盘和永磁盘，永磁盘上的磁体分布为N、S的间隔布置，当导体盘旋转时，导体盘和永磁盘之间产生磁扭矩，导体盘和永磁盘之间的气隙由调节机构来调节，实现电机与齿轮传动机构的接合和断开的切换，使第一电机和/或第二电机不工作时快速与齿轮传动机构脱离。
[0015]所述调节机构为中间轴组件，包括心轴、滑套、操作架、轴承座、托架和进退操作机构，所述心轴外设滑套，滑套的一端与操作架相连，滑套的另一端为永磁盘连接端，操作架与滑套之间通过轴承相连；所述轴承座设置在托架上，轴承座与心轴之间设有轴承；所述进退操作机构连接在操作架和托架之间，操作架与托架之间的相对距离可调，通过拖动永磁盘实现气隙的调节。
[0016]所述进退操作机构包括操作杆、螺杆、伞齿一和伞齿二，伞齿一设于螺杆的一端，伞齿二设于操作杆的一端，伞齿一和伞齿二相啮合，螺杆上的螺纹段与操作架上的螺纹套相配合，螺杆与托架之间设有轴承，所述操作杆的另一端为执行器连接端。
[0017]所述调节机构为移动式底座，设置在第一电机或第二电机的底部，包括导轨座、导轨、滑座、丝杠、丝杠螺母和执行器，丝杠的一端连接执行器，滑座底部与导轨座上的导轨相配合，丝杠设置在导轨座上，丝杠与导轨座之间设有轴承，滑座底部通过丝杠螺母与丝杠相连接，通过拖动导体盘实现气隙的调节。
[0018]所述调节机构的调节范围为3mm?80mm。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
I)创造性地将电机的扭矩通过磁扭矩传递，以气隙连接电机和负载，隔离了负载与电机之间的硬连接，既能实现负载的缓冲启动，又能保证主备用电机的自由切换，这样就可以实现运行中的电机检修和消缺，不停机情况下拆换电机，给日常检修带来很大的便利，减轻了劳动强度。
[0020]2)提高了设备运行的稳定性，具有延长系统维护周期和使用寿命、不产生高次谐波的优势，能明显降低维护成本，显著消除整体系统的振动，电机、负载侧振动值最大只有
2.5丝，设备运行状态稳定，此方案尤其适合在恶劣环境下应用。
【附图说明】
[0021]图1是本发明实施例一结构示意图；
图2是本发明实施例二结构示意图；
图3是图1中沿A-A线的剖视图；
图4是图3中沿B-B线的剖视图；
图5是图2中沿C-C线的剖视图；
图6是本发明中的齿轮传动机构实施例结构示意图；
图7是本发明实施例一与常规硬连接形式下的启动特性曲线与节能图谱对比。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
见图1，是本发明基于永磁传动技术的双动力输入减速器实施例一结构示意图，包括第一动力输入组件1、第二动力输入组件2和齿轮传动机构3，第一动力输入组件I和第二动力输入组件2分别以可接合或断开的方式与齿轮传动机构3的动力输入端配合；第一电机4的动力输出端与第一动力输入组件I的动力输入端传动配合，第二电机5的动力输出端与第二动力输入组件2的动力输入端传动配合，第一动力输入组件I通过永磁传动方式使第一电机4的动力输出端与齿轮传动机构3的动力输入端接合传动或形成断开传动，第二动力输入组件2通过永磁传动方式使第二电机5的动力输出端与齿轮传动机构3的动力输入端接合传动或形成断开传动，使第一电机和/或第二电机在不工作时能快速地与齿轮传动机构脱离，其目的是不必减负荷停机，方便对备用状态电机进行检修和消缺。
[0023]第一动力输入组件I中包括永磁盘一 6和导体盘一 7，永磁盘一和导体盘一之间设有气隙一 8，所述第二动力输入组件2中包括永磁盘二 9和导体盘二 10，永磁盘二和导体盘二之间设有气隙二 11，所述气隙一 8和气隙二 11的间距分别通过调节机构12调节，实现电机与齿轮传动机构之间接合和断开的切换。实施例1中，调节机构为中间轴组件。
[0024]见图2，是本发明基于永磁传动技术的双动力输入减速器实施例二结构示意图，包括第一动力输入组件1、第二动力输入组件2和齿轮传动机构3，第一动力输入组件I和第二动力输入组件2分别以可接合或断开的方式与齿轮传动机构3的动力输入端配合；第一电机4的动力输出端与第一动力输入组件I的动力输入端传动配合，第二电机5的动力输出端与第二动力输入组件2的动力输入端传动配合，第一动力输入组件I通过永磁传动方式使第一电机4的动力输出端与齿轮传动机构3的动力输入端接合传动或形成断开传动，第二动力输入组件2通过永磁传动方式使第二电机5的动力输出端与齿轮传动机构3的动力输入端接合传动或形成断开传动，使第一电机和/或第二电机在不工作时能快速地与齿轮传动机构脱离，其目的是不必减负荷停机，方便对备用状态电机进行检修和消缺。
[0025]第一动力输入组件I中包括永磁盘一 6和导体盘一 7，永磁盘一和导体盘一之间设有气隙一 8，所述第二动力输入组件2中包括永磁盘二 9和导体盘二 10，永磁盘二和导体盘二之间设有气隙二 11，所述气隙一 8和气隙二 11的间距分别通过调节机构12调节，实现电机与齿轮传动机构之间接合和断开的切换。实施例2中，调节机构为设置在第一电机或第二电机的底部的移动式底座。
[0026]见图3、图4，是图1中沿A-A线的剖视图，中间轴组件包括心轴13、滑套14、操作架15、轴承座16、托架17和进退操作机构18，心轴13外设滑套14，滑套14的一端与操作架15相连，滑套14的另一端为永磁盘连接端，操作架15与滑套14之间通过轴承19相连；所述轴承座16设置在托架17上，轴承座16与心轴13之间设有滚珠轴承20 ;进退操作机构18连接在操作架15和托架17之间，操作架与托架之间的相对距离可调。
[0027]进退操作机构包括操作杆21、螺杆22、伞齿一 23和伞齿二 24，伞齿一 23设于螺杆22的一端，伞齿二 24设于操作杆21的一端，伞齿一和伞齿二相啮合，螺杆22上的螺纹段与操作架15上的螺纹套25相配合，螺杆22与托架17之间设有轴承，操作杆21的另一端为执行器连接端，此执行器可选用手动执行器、电动执行器或气动执行器中的任一种均可，实施例一中执行器为手轮。
[0028]见图5，是图2中沿C-C线的剖视图，移动式底座包括导轨座26、导轨27、滑座28、丝杠29、丝杠螺母30和执行器31，丝杠29的一端连接执行器31，滑座28底部与导轨座26上的导轨27相配合，丝杠29设置在导轨座26上，丝杠29与导轨座26之间设有滚珠轴承32，滑座28底部通过丝杠螺母30与丝杠29相连接，滑座28上设有用来固定电机的基座41。此执行器可选用手动执行器、电动执行器或气动执行器中的任一种均可，实施例二中执行器为手轮。
[0029]见图6，是本发明中的齿轮传动机构实施例结构示意图，作为减速器的齿轮传动机构中包括动力输入轴一 33、动力输入轴二 34、输入齿轮一 35、输入齿轮二 36、输出齿轮37和动力输出轴38，动力输入轴一 33上设有输入齿轮一 35，动力输入轴二 34上设有输入齿轮二 36，输出齿轮37设在动力输出轴38上，输入齿轮一与输出齿轮之间设有惰轮组一 39，输入齿轮二和输出齿轮之间设有惰轮组二 40，通过斜齿轮副或蜗轮蜗杆副的传递实现动力输出轴38垂直于动力输入轴一 33和动力输入轴二 34的布置形式，这种结构的齿轮传动机构适用于火电机组中的空预器，满足以主电机和备用电机共同带动一个减速器的使用要求。
[0030]本发明中的一种基于永磁传动技术的双动力输入减速器的动力切换方法，就是对齿轮传动机构上连接的第一电机和第二电机的切换控制，实现一工一备，其中第一电机连接第一动力输入组件，第二电机连接第二动力输入组件；第一动力输入组件和第二动力输入组件内均设有气隙，取消了常规设计的硬连接方式，气隙两侧为导体盘和永磁盘，永磁盘上的磁体分布为N、S的间隔布置，当导体盘旋转时，磁扭矩与气隙的宽度成反比，气隙的调节是分别由调节机构移动导体盘或永磁盘来实现的，满足电机与齿轮传动机构的接合和断开的切换，使第一电机和/或第二电机在不工作时能快速地与齿轮传动机构脱离。一般情况下，调节机构的调节范围为3_?80_，即可满足使用要求。
[0031]根据需要选用电动执行器或气动执行器时，还可实现远程操作，有利于提高自动化控制水平，但是投入成本较高。电动执行器由4?20mA的电信号控制即可通过电信号控制调节机构的运转，实现永磁盘与导体盘的相对位移。
[0032]空气预热器启动前，气隙设定为最大值(80_)，空载启动主电机，通过控制室给出接合信号，执行器驱动永磁盘向导体盘靠近，气隙不断减小，永磁盘带动负载慢慢加速，直到额定转速并长时间稳定运行。当控制室发出主电机脱开信号时，执行器驱动永磁盘远离导体盘，气隙不断增大，直到气隙为80mm或超过80mm，主马达彻底脱离后，切断主马达电源(备用电机操作同理)。
[0033]由于正常运行时，主电机和辅电机不需要频繁切换，一般只在启动或停运时进行气隙调节，通过对1#炉A、B空预器主电机一个月来变频运行的电流进行跟踪，电流始终在15.4?16.1A，变化率很小，所以采用手轮一类的手动执行器，配套设备少，费用较低，并且施工简单。
[0034]见图7，是本发明实施例一与常规硬连接形式下的启动特性曲线与节能图谱对比，粗线为常规硬连接形式下的电机启动特性曲线和耗能示意图，细线为本发明实施例一的电机启动特性曲线，阴影区域内为节能率，可明显看出，本发明具有更低的高峰要求H和更短的浪涌持续时间T。
[0035]因此本发明能显著改善系统的运行特性，在启动负载之前气隙为最大值，使电机空载启动，不仅降低电动机的启动电流和减小对电动机的热冲击负荷及对电网的影响，还能节约电能消耗并延长电机的工作寿命，特别是能极为有效地减小启动时传动系统对负载的破坏性张力，消除负载启动时产生的振荡，保证设备的安全可靠运行。
[0036]同时本发明传输能量和控制速度的能力不受电动机轴和负载轴之间由于安装未对准原因而产生的小角度或者小偏移的影响。排除了未对准而产生的振动、磨损问题，由于没有机械链接，即使电动机本身引起的振动也不会引起负载振动，使整个系统的振动问题得到有效降低。减速机和电机没有机械硬连接，完全是通过气隙传递扭矩的，这样的好处是隔离了振动的传递，减低磨损性；从而减少运行和维护成本。
【主权项】
1.基于永磁传动技术的双动力输入减速器，其特征在于，包括第一动力输入组件、第二动力输入组件和齿轮传动机构，第一动力输入组件和第二动力输入组件分别以可接合或断开的方式与齿轮传动机构的动力输入端配合；第一电机的动力输出端与第一动力输入组件的动力输入端传动配合，第二电机的动力输出端与第二动力输入组件的动力输入端传动配合，所述第一动力输入组件通过永磁传动方式使第一电机动力输出端与齿轮传动机构的动力输入端接合传动或形成断开传动，第二动力输入组件通过永磁传动方式使第二电机动力输出端与齿轮传动机构的动力输入端接合传动或形成断开传动，使第一电机和/或第二电机在不工作时能快速地与齿轮传动机构脱离。2.根据权利要求1所述的基于永磁传动技术的双动力输入减速器，其特征在于，所述第一动力输入组件中包括永磁盘一和导体盘一，永磁盘一和导体盘一之间设有气隙一，所述第二动力输入组件中包括永磁盘二和导体盘二，永磁盘二和导体盘二之间设有气隙二，所述气隙一和气隙二的间距通过调节机构调节。3.根据权利要求1所述的基于永磁传动技术的双动力输入减速器，其特征在于，所述齿轮传动机构中包括动力输入轴一、动力输入轴二、输入齿轮一、输入齿轮二、输出齿轮和动力输出轴，动力输入轴一上设有输入齿轮一，动力输入轴二上设有输入齿轮二，输出齿轮设在动力输出轴上，输入齿轮一与输出齿轮之间设有惰轮组一，输入齿轮二和输出齿轮之间设有惰轮组二，通过斜齿轮副或蜗轮蜗杆副的传递实现动力输出轴垂直于动力输入轴一和动力输入轴二的布置形式。4.根据权利要求2所述的基于永磁传动技术的双动力输入减速器，其特征在于，所述调节机构为中间轴组件，包括心轴、滑套、操作架、轴承座、托架和进退操作机构，所述心轴外设滑套，滑套的一端与操作架相连，滑套的另一端为永磁盘连接端，操作架与滑套之间通过轴承相连；所述轴承座设置在托架上，轴承座与心轴之间设有轴承；所述进退操作机构连接在操作架和托架之间，操作架与托架之间的相对距离可调。5.根据权利要求4所述的基于永磁传动技术的双动力输入减速器，其特征在于，所述进退操作机构包括操作杆、螺杆、伞齿一和伞齿二，伞齿一设于螺杆的一端，伞齿二设于操作杆的一端，伞齿一和伞齿二相啮合，螺杆上的螺纹段与操作架上的螺纹套相配合，螺杆与托架之间设有轴承，所述操作杆的另一端为执行器连接端。6.根据权利要求2所述的基于永磁传动技术的双动力输入减速器，其特征在于，所述调节机构为移动式底座，设置在第一电机或第二电机的底部，包括导轨座、导轨、滑座、丝杠、丝杠螺母和执行器，丝杠的一端连接执行器，滑座底部与导轨座上的导轨相配合，丝杠设置在导轨座上，丝杠与导轨座之间设有轴承，滑座底部通过丝杠螺母与丝杠相连接。7.—种基于永磁传动技术的双动力输入减速器的动力切换方法，其特征在于，在具有两个动力输入端的齿轮传动机构上，动力输入端一通过第一动力输入组件连接第一电机，动力输入端二通过第二动力输入组件连接第二电机；所述第一动力输入组件和第二动力输入组件的结构均基于永磁传动技术设计，其内部设有导体盘和永磁盘，永磁盘上的磁体分布为N、S的间隔布置，当导体盘旋转时，导体盘和永磁盘之间产生磁扭矩，导体盘和永磁盘之间的气隙由调节机构来调节，实现电机与齿轮传动机构的接合和断开的切换，使第一电机和/或第二电机不工作时快速与齿轮传动机构脱离。8.根据权利要求7所述的一种基于永磁传动技术的双动力输入减速器的动力切换方法，其特征在于，所述调节机构为中间轴组件，包括心轴、滑套、操作架、轴承座、托架和进退操作机构，所述心轴外设滑套，滑套的一端与操作架相连，滑套的另一端为永磁盘连接端，操作架与滑套之间通过轴承相连；所述轴承座设置在托架上，轴承座与心轴之间设有轴承；所述进退操作机构连接在操作架和托架之间，操作架与托架之间的相对距离可调，通过拖动永磁盘实现气隙的调节。9.根据权利要求8所述的一种基于永磁传动技术的双动力输入减速器的动力切换方法，其特征在于，所述进退操作机构包括操作杆、螺杆、伞齿一和伞齿二，伞齿一设于螺杆的一端，伞齿二设于操作杆的一端，伞齿一和伞齿二相啮合，螺杆上的螺纹段与操作架上的螺纹套相配合，螺杆与托架之间设有轴承，所述操作杆的另一端为执行器连接端。10.根据权利要求7所述的一种基于永磁传动技术的双动力输入减速器的动力切换方法，其特征在于，所述调节机构为移动式底座，设置在第一电机或第二电机的底部，包括导轨座、导轨、滑座、丝杠、丝杠螺母和执行器，丝杠的一端连接执行器，滑座底部与导轨座上的导轨相配合，丝杠设置在导轨座上，丝杠与导轨座之间设有轴承，滑座底部通过丝杠螺母与丝杠相连接，通过拖动导体盘实现气隙的调节。11.根据权利要求8或10所述的一种基于永磁传动技术的双动力输入减速器的动力切换方法，其特征在于，所述调节机构的调节范围为3_?80_。
【文档编号】F16H49/00GK105987153SQ201510061255
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月6日
【发明人】马忠威, 陈明东
【申请人】迈格钠磁动力股份有限公司