本發(fā)明屬于動力領(lǐng)域，特別涉及一種包括永磁調(diào)速單元和工頻轉(zhuǎn)速單元的負(fù)載轉(zhuǎn)速切換設(shè)備。

背景技術(shù)：

大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備，如風(fēng)機(jī)和泵等，一方面，為了運(yùn)行安全，設(shè)計(jì)裕量都較大，另一方面，由于風(fēng)機(jī)和泵等設(shè)備不能滿負(fù)荷運(yùn)行，有些設(shè)備甚至長期處于低負(fù)荷，風(fēng)機(jī)和泵的流量分別通過擋板和閥門控制，造成較大的節(jié)流損失。負(fù)載的功率和電機(jī)轉(zhuǎn)速成三次方比例關(guān)系，低負(fù)荷時(shí)工頻轉(zhuǎn)速的情況下電機(jī)本身耗能較大，如果能夠在負(fù)載低負(fù)荷時(shí)將電機(jī)轉(zhuǎn)速適當(dāng)降低將存在較大的降耗空間。因此，調(diào)速設(shè)備：變頻器和永磁調(diào)速器，應(yīng)運(yùn)而生。

根據(jù)公式和(式中q1、q2、n1、n2、p1、p2分別表示不同工況下的流量、轉(zhuǎn)速和功率)，可知流量與轉(zhuǎn)速成一次方正比例關(guān)系、功率與轉(zhuǎn)速成三次方正比例關(guān)系，當(dāng)需求流量降低時(shí)，正比例降低轉(zhuǎn)速的同時(shí)，出力僅是原來的三次方關(guān)系，因此降低電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)電耗降低遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)速降低幅度。

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n＝60×f(1-s)/p(式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對數(shù))；通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。目前變頻調(diào)速技術(shù)比較成熟，可以用于目前幾乎所有的變負(fù)荷旋轉(zhuǎn)設(shè)備，節(jié)能效果顯著。并且變頻調(diào)速器可以實(shí)現(xiàn)在線切換，一旦變頻器出現(xiàn)故障，可以在線將變頻切換到工頻運(yùn)行，不影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。但是，由于變頻器對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，對粉塵和高溫敏感，需要將變頻器單獨(dú)安置在空調(diào)密閉房內(nèi)，另一方面，變頻器壽命短、維護(hù)量大，模塊老化較快、更換頻率高，所以目前即使變頻器已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是由于其結(jié)構(gòu)和性能的局限性，詬病一直存在而不能徹底解決。

永磁調(diào)速器是類似于變頻器的一類調(diào)速設(shè)備，它是通過銅導(dǎo)體和永磁體之間的氣隙實(shí)現(xiàn)由電動機(jī)到負(fù)載的轉(zhuǎn)矩傳輸。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在驅(qū)動(電動機(jī))和被驅(qū)動(負(fù)載)側(cè)沒有機(jī)械鏈接。其工作原理是一端稀有金屬氧化物硼鐵釹永磁體和另一端感應(yīng)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過調(diào)節(jié)永磁體和導(dǎo)體之間的氣隙就可以控制傳遞的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載速度調(diào)節(jié)。永磁調(diào)速器占地面積小，不需要另外加蓋安裝房子和空調(diào)降溫，平時(shí)維護(hù)量小，設(shè)備壽命長，但是永磁調(diào)速器存在一個(gè)目前不能普遍應(yīng)用的弱點(diǎn)，那就是由于永磁調(diào)速器直接安裝在電機(jī)和負(fù)載之間，一旦永磁調(diào)速器出現(xiàn)故障，只能停機(jī)，然后再對永磁調(diào)速器檢修，如果不能很快將故障排除，只能將永磁調(diào)速器拆除返廠，將電機(jī)前移，重新與負(fù)載連接固定。對于沒有備用的大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備來說，永磁調(diào)速器故障后不能很快切換到工頻是用能單位不能接受的一個(gè)主要缺陷，也是主體發(fā)電廠在風(fēng)機(jī)方面遲遲沒有采用永磁調(diào)速的原因。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種包括永磁調(diào)速單元和工頻轉(zhuǎn)速單元的負(fù)載轉(zhuǎn)速切換設(shè)備，其包括：永磁調(diào)速單元、工頻轉(zhuǎn)速單元和切換單元；所述永磁調(diào)速單元設(shè)置于所述負(fù)載和為所述負(fù)載旋轉(zhuǎn)提供源動力的電動機(jī)之間，具有：永磁調(diào)速器，用于對負(fù)載的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)；第一主傳動軸，所述第一主傳動軸的右側(cè)與所述永磁調(diào)速器的主動轉(zhuǎn)子側(cè)連接，所述第一主傳動軸的左側(cè)與待連接的所述電動機(jī)的輸出軸傳動連接；以及第二主傳動軸，所述第二主傳動軸的左側(cè)與所述永磁調(diào)速器的從動轉(zhuǎn)子側(cè)連接，所述第二主傳動軸的右側(cè)與待連接的所述負(fù)載的輸入軸傳動連接；所述工頻轉(zhuǎn)速單元設(shè)置于所述負(fù)載和所述電動機(jī)之間，具有：第三傳動軸，所述第三傳動軸的左側(cè)與待連接的所述電動機(jī)的輸出軸傳動連接，所述第三傳動軸的右側(cè)與待連接的所述負(fù)載的輸入軸傳動連接；所述切換單元用于使所述永磁調(diào)速單元和所述工頻轉(zhuǎn)速單元在所述負(fù)載和所述電動機(jī)之間切換。

在如上所述的設(shè)備中，優(yōu)選，所述第一主傳動軸的左側(cè)和所述第二主傳動軸的右側(cè)均套接有齒輪；所述第一主傳動軸的左側(cè)通過齒輪嚙合與所述電動機(jī)的輸出軸傳動連接；所述第二主傳動軸的右側(cè)通過齒輪嚙合與所述負(fù)載的輸入軸傳動連接。

在如上所述的設(shè)備中，優(yōu)選，所述永磁調(diào)速單元還包括：滑軌，所述滑軌的一端設(shè)置于所述永磁調(diào)速器的底端，所述滑軌的另一端延伸至所述負(fù)載和所述電動機(jī)之間。

在如上所述的設(shè)備中，優(yōu)選，所述第一主傳動軸的左側(cè)和所述第二主傳動軸的右側(cè)均沿各自傳動軸的軸向方向設(shè)置有第一插口；所述第一主傳動軸的第一插口套接于所述電動機(jī)的輸出軸，且所述第一主傳動軸的第一插口和所述電動機(jī)的輸出軸依次經(jīng)第一插銷穿過，以實(shí)現(xiàn)所述第一主傳動軸和所述電動機(jī)的傳動連接；所述第二主傳動軸的第一插口套接于所述負(fù)載的輸入軸，且所述第二主傳動軸的第一插口和所述負(fù)載的輸入軸依次經(jīng)第二插銷穿過，以實(shí)現(xiàn)所述第二主傳動軸和所述負(fù)載的輸入軸傳動連接。

在如上所述的設(shè)備中，優(yōu)選，所述第三傳動軸的左側(cè)和右側(cè)沿所述第三傳動軸的軸向方向均設(shè)置有第二插口；所述第三傳動軸的左側(cè)的第二插口套接于所述電動機(jī)的輸出軸，且所述第三傳動軸的第二插口和所述電動機(jī)的輸出軸依次經(jīng)第一插銷穿過，以實(shí)現(xiàn)所述第三傳動軸和所述電動機(jī)的傳動連接；所述第三傳動軸的第二插口套接于所述負(fù)載的輸入軸，且所述第三傳動軸的第二插口和所述負(fù)載的輸入軸依次經(jīng)第二插銷穿過，以實(shí)現(xiàn)所述第三傳動軸和所述負(fù)載的輸入軸傳動連接。

在如上所述的設(shè)備中，優(yōu)選，所述切換單元包括：用于驅(qū)動所述永磁調(diào)速單元做水平往復(fù)運(yùn)動的第一伸縮機(jī)構(gòu)和用于驅(qū)動所述工頻轉(zhuǎn)速單元做水平往復(fù)運(yùn)動的第二伸縮機(jī)構(gòu)；所述第一伸縮機(jī)構(gòu)和所述第二伸縮機(jī)構(gòu)均具有：驅(qū)動單元和鉤爪；所述驅(qū)動單元用于為所述鉤爪的水平往復(fù)運(yùn)動提供驅(qū)動力；所述鉤爪的基部與所述驅(qū)動單元的伸縮端連接，所述鉤爪的爪部形成有開口，以卡住待運(yùn)動的所述第一主傳動軸或第二主傳動軸或第三傳動軸。

本發(fā)明實(shí)施例通過上述技術(shù)方案帶來的有益效果如下：

通過在負(fù)載和電動機(jī)之間設(shè)置永磁調(diào)速單元、工頻轉(zhuǎn)速單元和切換單元，實(shí)現(xiàn)了在正常運(yùn)行情況下與永磁調(diào)速器連接的傳動軸(即第一主傳動軸和第二主傳動軸)投入運(yùn)行，一旦永磁調(diào)速器發(fā)生故障，將永磁調(diào)速器解列，第一主傳動軸和第二主傳動軸退出運(yùn)行，備用傳動軸(即第三傳動軸)投入運(yùn)行。采用前述控制切換方式，即使采用手動操作，也僅幾分鐘就可以實(shí)現(xiàn)切換，避免了將永磁調(diào)速器拆除施工等操作，不僅大大節(jié)省了時(shí)間和人工，更是避免了機(jī)組長時(shí)間不能帶負(fù)載運(yùn)行而造成的經(jīng)濟(jì)效益和社會影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種包括永磁調(diào)速單元和工頻轉(zhuǎn)速單元的負(fù)載轉(zhuǎn)速切換設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電動機(jī)和第三傳動軸通過第二插口和第一插銷傳動連接的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種包括永磁調(diào)速單元和工頻轉(zhuǎn)速單元的負(fù)載轉(zhuǎn)速切換設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，符號說明如下：

2電動機(jī)、3負(fù)載、11永磁調(diào)速器、12第一主傳動軸、13第二主傳動軸、14第三傳動軸、15第一插口、16第一插銷、17第二插口、18第二插銷、19齒輪、41第一伸縮機(jī)構(gòu)、42第二伸縮機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

參見圖1～3，本發(fā)明提供了一種包括永磁調(diào)速單元和工頻轉(zhuǎn)速單元的負(fù)載轉(zhuǎn)速切換設(shè)備，其包括：永磁調(diào)速單元、工頻轉(zhuǎn)速單元和切換單元。永磁調(diào)速單元和工頻轉(zhuǎn)速單元均設(shè)置于電動機(jī)2和負(fù)載3之間，為了切換便捷，永磁調(diào)速單元和工頻轉(zhuǎn)速單元分列于電動機(jī)2的輸出軸或負(fù)載3的輸入軸的軸線兩側(cè)。電動機(jī)2用于驅(qū)動負(fù)載3運(yùn)轉(zhuǎn)，負(fù)載3為旋轉(zhuǎn)設(shè)備，例如風(fēng)機(jī)，泵。

具體而言，永磁調(diào)速單元具有：永磁調(diào)速器11、第一主傳動軸12和第二主傳動軸13。永磁調(diào)速器11用于對負(fù)載3的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過程中不改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，即不改變電動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速。第一主傳動軸12的右側(cè)與永磁調(diào)速器11的主動轉(zhuǎn)子側(cè)連接，第一主傳動軸12的左側(cè)與待連接的電動機(jī)2的輸出軸傳動連接。第二主傳動軸13的左側(cè)與永磁調(diào)速器11的從動轉(zhuǎn)子側(cè)連接，第二主傳動軸13的右側(cè)與待連接的負(fù)載3的輸入軸傳動連接。應(yīng)用時(shí)，在電動機(jī)輸出軸的驅(qū)動下，第一主傳動軸12的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動與第一主傳動軸連接的永磁調(diào)速器11的主動轉(zhuǎn)子側(cè)旋轉(zhuǎn)，繼而帶動永磁調(diào)速器11的從動轉(zhuǎn)子側(cè)旋轉(zhuǎn)，從而帶動第二主傳動軸13的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)與第二主傳動軸13的連接的負(fù)載3的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)對負(fù)載轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，通過控制永磁調(diào)速器的氣隙即可。由于負(fù)載旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)經(jīng)過了永磁調(diào)速器的處理，因此可以稱負(fù)載工作在永磁調(diào)速模式。實(shí)際中，負(fù)載長期處于低負(fù)荷運(yùn)行，為了降低能耗，因此負(fù)載3在正常運(yùn)行時(shí)工作在永磁調(diào)速模式。

工頻轉(zhuǎn)速單元具有：第三傳動軸14，其左側(cè)與待連接的電動機(jī)2的輸出軸傳動連接，其右側(cè)與待連接的負(fù)載3的輸入軸傳動連接。應(yīng)用時(shí)，在電動機(jī)的輸出軸驅(qū)動下，第三傳動軸14旋轉(zhuǎn)，從而帶動與第三傳動軸連接的負(fù)載3旋轉(zhuǎn)，由于負(fù)載旋轉(zhuǎn)速度與電動機(jī)2的輸出軸轉(zhuǎn)速一致，因此可以稱負(fù)載工作在工頻轉(zhuǎn)速模式。

切換單元用于使永磁調(diào)速單元和工頻轉(zhuǎn)速單元擇一地與電動機(jī)2和負(fù)載3連接，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速在工頻轉(zhuǎn)速和永磁調(diào)速之間切換。下面以負(fù)載轉(zhuǎn)速由永磁調(diào)速切換到工頻轉(zhuǎn)速為例對切換的過程進(jìn)行說明：通過移動第一主傳動軸和第二主傳動軸，進(jìn)而帶動永磁調(diào)速器脫離工作，然后通過移動第三傳動軸使第三傳動軸投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)負(fù)載在工頻轉(zhuǎn)速模式下工作，從而實(shí)現(xiàn)由永磁調(diào)速切換至工頻轉(zhuǎn)速。工頻轉(zhuǎn)速切換至永磁調(diào)速的操作過程與前述操作過程相反，在此不再一一贅述。

在負(fù)載3低負(fù)荷時(shí)，通過將永磁調(diào)速器11、第一主傳動軸12和第二主傳動軸13投入運(yùn)行，使負(fù)載工作在永磁調(diào)速模式，此時(shí)，電動機(jī)2轉(zhuǎn)速得到降低，從而降低了能耗。在永磁調(diào)速器11發(fā)生故障后，將電動機(jī)2停運(yùn)，并解列永磁永磁器11，將第三傳動軸14投入運(yùn)行，使負(fù)載工作在工頻轉(zhuǎn)速模式，此時(shí)，避免了在永磁調(diào)速器11發(fā)生故障后，電動機(jī)2長時(shí)間不能帶負(fù)載3運(yùn)行而造成的經(jīng)濟(jì)效益降低和不良社會影響。

第一主傳動軸12與電動機(jī)2的傳動連接以及第二主傳動軸13與負(fù)載的傳動連接可以是：第一主傳動軸12的左側(cè)和第二主傳動軸13的右側(cè)均沿各自傳動軸的軸向方向設(shè)置有第一插口15；第一主傳動軸12的第一插口15套接于電動機(jī)2的輸出軸，且第一主傳動軸12的第一插口15和電動機(jī)2的輸出軸依次經(jīng)第一插銷16穿過，以實(shí)現(xiàn)第一主傳動軸12和電動機(jī)2的傳動連接；第二主傳動軸13的第一插口15套接于負(fù)載3的輸入軸，且第二主傳動軸13的第一插口15和負(fù)載3的輸入軸依次經(jīng)第二插銷18穿過，以實(shí)現(xiàn)第二主傳動軸13和負(fù)載3的輸入軸傳動連接。為了提高插口的強(qiáng)度和耐剪切力，第一插口15、下述的第二插口17的材料優(yōu)選為3cr13不銹鋼。第一插口15、下述的第二插口17優(yōu)選均呈圓管狀。

第一主傳動軸12與電動機(jī)2的傳動連接以及第二主傳動軸13與負(fù)載的傳動連接也可以是：第一主傳動軸12的左側(cè)和第二主傳動軸13的右側(cè)均套接有齒輪19，電動機(jī)的輸出軸和負(fù)載的輸入軸也套接有齒輪，第一主傳動軸的左側(cè)通過齒輪嚙合與電動機(jī)2的輸出軸傳動連接；第二主傳動軸13的右側(cè)通過齒輪嚙合與負(fù)載3的輸入軸傳動連接，如此可以實(shí)現(xiàn)永磁調(diào)速單元快速投入運(yùn)行，且避免了由長期運(yùn)行帶來的第一主傳動軸和第二主傳動軸上的插口對材料強(qiáng)度的高要求，即要求材料強(qiáng)度高。

第三傳動軸14的兩側(cè)(即左側(cè)和右側(cè))沿其軸向方向各設(shè)置有第二插口17；第三傳動軸14的左側(cè)的第二插口17套接于電動機(jī)2的輸出軸，且第三傳動軸14的第二插口17和電動機(jī)2的輸出軸依次經(jīng)第一插銷16穿過，以實(shí)現(xiàn)第三傳動軸14和電動機(jī)2的傳動連接；第三傳動軸14的第二插口17套接于負(fù)載3的輸入軸，且第三傳動軸14的第二插口17和負(fù)載3的輸入軸依次經(jīng)第二插銷18穿過，以實(shí)現(xiàn)第三傳動軸14和負(fù)載3的輸入軸傳動連接。

參見圖1，為了加強(qiáng)第一主傳動軸12、第二主傳動軸13、第三傳動軸14與負(fù)載3或電動機(jī)2之間動力的傳動性，第一插銷16和第二插銷18的軸向方向均垂直于第一主傳動軸、第二主傳動軸和第三傳動軸的軸向。第一插銷16和第二插銷18固定于第一插口15或第二插口17之間，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)傳動軸14可以旋轉(zhuǎn)，從而帶動負(fù)載3旋轉(zhuǎn)。

設(shè)備還包括滑軌，滑軌的一端設(shè)置于永磁調(diào)速器11的底端，滑軌的另一端延伸至負(fù)載3和電動機(jī)2之間，以在將永磁調(diào)速器移至負(fù)載和電動機(jī)之間時(shí)，為其移動提供導(dǎo)向，從而實(shí)現(xiàn)永磁調(diào)速器的快速就位。

切換單元包括第一伸縮機(jī)構(gòu)41和第二伸縮機(jī)構(gòu)42，第一伸縮機(jī)構(gòu)41用于驅(qū)動永磁調(diào)速單元做水平往復(fù)運(yùn)動，第二伸縮機(jī)構(gòu)42用于驅(qū)動工頻轉(zhuǎn)速單元做水平往復(fù)運(yùn)動。第一伸縮機(jī)構(gòu)41和第二伸縮機(jī)構(gòu)42均具有：驅(qū)動單元和鉤爪。驅(qū)動單元用于為鉤爪的水平往復(fù)運(yùn)動提供驅(qū)動力，例如氣缸、絲杠進(jìn)給裝置。鉤爪的基部與驅(qū)動單元的伸縮端連接，鉤爪的爪部形成有開口，其用于卡住第一主傳動軸或第二主傳動軸或第三傳動軸以帶動相應(yīng)的傳動軸運(yùn)動。優(yōu)選第一伸縮機(jī)構(gòu)的鉤爪的數(shù)量為兩個(gè)，一一對應(yīng)卡住第一主傳動軸和第二主傳動軸，同時(shí)帶動第一主傳動軸和第二主傳動軸運(yùn)動。

以負(fù)載轉(zhuǎn)速由永磁調(diào)速切換到工頻轉(zhuǎn)速為例對切換的過程進(jìn)行詳細(xì)說明：第一伸縮機(jī)構(gòu)的鉤爪伸出，其爪部卡住永磁調(diào)速單元的第一主傳動軸或第二主傳動軸，在第一伸縮機(jī)構(gòu)的驅(qū)動單元的驅(qū)動下，伸縮端帶動鉤爪縮回，實(shí)現(xiàn)永磁調(diào)速單元遠(yuǎn)離負(fù)載和電動機(jī)，為工頻轉(zhuǎn)速單元投入運(yùn)行提供空間，然后，第二伸縮機(jī)構(gòu)的鉤爪的爪部卡住工頻轉(zhuǎn)速單元的第三傳動軸，在第二伸縮機(jī)構(gòu)42的驅(qū)動單元的驅(qū)動下，伸縮端帶動鉤爪伸出，實(shí)現(xiàn)工頻轉(zhuǎn)速單元進(jìn)入負(fù)載3和電動機(jī)2之間，然后鉤爪的爪部松開第三傳動軸，在驅(qū)動單元的驅(qū)動下縮回，再將工頻轉(zhuǎn)速單元分別與負(fù)載3和電動機(jī)2連接，實(shí)現(xiàn)工頻轉(zhuǎn)速單元投入運(yùn)行。在其他的實(shí)施例中，第一伸縮機(jī)構(gòu)和第二伸縮機(jī)構(gòu)還可以包括升降單元，設(shè)置于驅(qū)動單元的底部，用于驅(qū)動驅(qū)動單元在豎直方向做往復(fù)運(yùn)動。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例帶來的有益效果如下：

通過在負(fù)載和電動機(jī)之間設(shè)置永磁調(diào)速單元、工頻轉(zhuǎn)速單元和切換單元，實(shí)現(xiàn)了在正常運(yùn)行情況下與永磁調(diào)速器連接的傳動軸(即第一主傳動軸和第二主傳動軸)投入運(yùn)行，一旦永磁調(diào)速器發(fā)生故障，將永磁調(diào)速器解列，備用傳動軸(即第三傳動軸)投入運(yùn)行。采用前述控制切換方式，即使采用手動操作，也僅幾分鐘就可以實(shí)現(xiàn)切換，雖然未能實(shí)現(xiàn)在線切換，但是避免了將永磁調(diào)速器拆除施工等操作，不僅大大節(jié)省了時(shí)間和人工，更是避免了機(jī)組長時(shí)間不能帶負(fù)載運(yùn)行而造成的經(jīng)濟(jì)效益和社會影響。

由技術(shù)常識可知，本發(fā)明可以通過其它的不脫離其精神實(shí)質(zhì)或必要特征的實(shí)施方案來實(shí)現(xiàn)。因此，上述公開的實(shí)施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。