一种串联油泵动力系统及串联油泵动力系统控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种串联油泵动力系统及串联油泵动力系统控制方法，其特征在于，包括热动力机、电机单元和油泵；所述的电机单元的两端均有向外伸出的传动轴；所述热动力机、电机单元和油泵依次串联连接。该串联油泵动力系统及方法，结构简单可靠，能采用电力和燃料多种运行模式，实现电力和燃料的优势互补，而且能源利用效率高，具备显著的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种串联油泵动力系统及串联油泵动力系统控制方法
本专利技术涉及液压动力领域，尤其涉及一种串联油泵动力系统及串联油泵动力系统控制方法。
技术介绍
目前大型液压动力设备，如混凝土泵车，其液压泵一般都采用电动机或燃油发电机驱动，但是目前技术中没有将电动机与发动机形成很好的动力结合。因此，有必要设计一种串联油泵动力系统及串联油泵动力系统控制方法。
技术实现思路
专利技术的技术解决方案如下：一种串联油泵动力系统，包括热动力机、电机单元和油泵；所述的电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组由多个绕组组成，每个绕组由导线反复缠绕在同一定子铁芯部位而形成。所述热动力机可采用燃气或燃油的内燃机、燃气轮机或蒸汽轮机，或燃气轮机和蒸汽轮机组合形式，其中燃气最佳采用天然气。所述热动力机、电机单元和油泵的传动轴依次串联连接。所述热动力机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与油泵的传动轴相连。热动力机、电机单元和油泵的三轴串联直驱，效率更高，结构更简单，更于维护。进一步，当所述电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述电机转子上方的电机定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；所述反重力励磁绕组通过在电机定子绕组之间增加引出导线而获得，所述反重力励磁绕组通过引出导线可与其他定子绕组电气分离，形成可独立通电工作的回路，也可接入到定子绕组回路中。电机转子内主要材料为铁芯，当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让电机单元传动轴的水平支撑轴承，或连同热动力机和油泵传动轴的水平支撑轴承，所受的竖直向下压力减小或为零，此时工况为热动力机驱动油泵，电机单元既不做电动机也不发电。当热动力机、电机单元和油泵水平安装时，在三者中的运动部件，电机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，传动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直向下径向压力有关，而与油泵负荷和传动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。由于采用电机与热动力机和油泵直接串联结构，此时整个电机不仅成了连接热动力机与油泵的传动轴和飞轮，还成为能支撑热动力机和油泵自身传动轴的反重力轴承。而且反重力励磁绕组结构，不需要再电机本体上额外增加部件，而是结合电机单元已有轴承、转子和定子，通过优化定子绕组，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有电机单元成为一个庞大的反重力轴承，和一个性能更加优质的反重力惯性飞轮。进一步，所述的电机单元为发电机、电动机、复合型电机或电机组；复合型电机是指该电机单元既能作为发电机使用又能作为电动机使用；电机组为包括依次串联的至少两个子电机。如电机单元采用两台电机同轴串联，其中一台电机连接电动机模块，作动力输出的电动机，另一台电机与发电模块接通，作电力输出的发电机；或采用双定子共一个转子的电机，其中一个定子与电动机模块接通，作输入电源的电动机定子，另一个定子与发电模块接通，作输出电源的发电机定子。所述电机单元还可以作为热动力机启动的动力：在热动力机启动前，让电机单元接通电动机模块，电机单元工作在电动机模式，通过电机单元带动热动力机转动；当热动力机启动完成之后，电机单元与电动机模块断开。进一步，前级连轴装置为连轴器或离合器；后级连接装置为连轴器或离合器。连轴装置安装在传动轴之间，传递传动轴之间的力矩，包括热动力机与电机单元之间的前级连轴装置，电机单元与油泵之间的后级连轴装置；连轴器是指用法兰盘和螺栓将两根传动轴连接起来，采用连轴器连接是一种固定的连接方式，采用离合器连接是一种灵活的连接方式。连轴装置采用电控离合器或机械可控离合器，如手动控制的机械离合器。离合器包括主动盘和从动盘，分别嵌套固定在所对应的传动轴上，当传动控制模块控制离合器吸合时，主动盘和从动盘同步转动，使得两个传动轴同步转动；离合器分离时，两个传动轴之间不传递转矩。另一种连轴装置为法兰盘连轴器，包括主动盘、中间连接段和从动盘，其中中间连接段的两侧还可设有柔性连接片，主动盘和从动盘分别嵌套固定在所对应的传动轴上；当主动盘、柔性连接片、中间连接段和从动盘之间用螺栓螺帽连接固定后，主动盘和从动盘同步转动，并带动两个传动轴同步转动，反之拆除螺栓螺帽，两个传动轴分离；主动盘和从动盘结构完全一样可以互换；所述的连轴装置的前级和后连轴装置也可分别采用电控离合器和法兰盘连轴器。进一步，所述前级或后级连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置，当热动力机的转速或转向与油泵的转速不一致时，通过变速装置使二者转速或转向达到一致，一般采用齿轮变速箱或皮带轮结构。进一步，所述的串联油泵动力系统还包括电控系统；包括热动力控制模块、油泵控制模块和电机控制模块；（1）热动力控制模块用于控制热动力机的运行；（2）电机控制模块包括电动机模块、发电模块或反重力控制模块中的至少一种。所述电动机模块的输出端连接电机单元，电动机模块的输入端连接外部电源，用于从外部电源获取电能为电机中的电动机供电；电动机模块还可采用频率可调电源，能根据油泵负荷自动调整电机转速。所述发电模块的输入端与电机单元连接，发电模块的输出端与外部用电负荷连接；用于将发电机产生的电能输出到外部负载，外部负载如照明单元等。当电控系统控制电动机模块与电机单元接通时，电机单元工作在电动机模式；当电控系统控制发电模块与电机单元接通时，电机单元工作在发电机模式。电动机模块和发电模块也可集成合为一个电机控制模块。所述反重力控制模块输出端与反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为电机定子的反重力励磁绕组提供电源，并控制对电机转子电磁吸力的方向和大小；当切换单元断开时，电机单元工作在反重力轴承模式，励磁单元与反重力励磁绕组接通，即使电机转子被其他设备带动旋转，也能对转子产生持续的反重力方向的电磁吸力；当切换单元闭合时，将反重力励磁绕组恢复到电动机或发电机的定子绕组中，电机单元恢复到电动机模式或发电机模式。（3）油泵控制模块用于控制油泵的运行；（3）当连轴装置采用电控离合器时，电控系统还包括用于控制离合器连接和分离的传动控制模块。传动控制模块与前级和后级连轴装置连接，控制其连接和分离。电控系统可与外部通信单元相连；外部通信单元用于在现场或远程控制控制电控系统。如通过现场的现场总线控制电控系统，或通过远程无线（3G、4G或4G等）或有线（因特网）控制电控系统。进一步，反重力励磁绕组为电机定子中独立设置的绕组。一种串联油泵动力系统控制方法，采用前述的串联油泵动力系统；控制串联油泵动力系统工作在以下任一工作模式中：（1）模式1、热动力单独驱动油泵；同时接通电机单元与热动力机和油泵之间的前级连轴装置和后级连轴装置，并将电机单元与外部电路断开（即不发电也不向电机供电），可选的将电机单元与反重力控制模块接通；运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联油泵动力系统，其特征在于，包括热动力机、电机单元和油泵；所述电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述热动力机、电机单元和油泵的传动轴依次串联连接;所述热动力机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与油泵的传动轴相连。

【技术特征摘要】
1.一种串联油泵动力系统，其特征在于，包括热动力机、电机单元和油泵；所述电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述热动力机、电机单元和油泵的传动轴依次串联连接;所述热动力机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与油泵的传动轴相连。2.根据权利要求1所述的串联油泵动力系统，其特征在于，当所述电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述电机转子上方的电机定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让电机单元传动轴的水平支撑轴承或连同热动力机和油泵传动轴的水平支撑轴承所受的竖直向下压力减小或为零。3.根据权利要求1所述的串联油泵动力系统，其特征在于，所述的电机单元为发电机、电动机、复合型电机或电机组；复合型电机是指该电机单元既能作为发电机使用又能作为电动机使用；电机组为包括串联的至少两个子电机。4.根据权利要求1所述的串联油泵动力系统，其特征在于，前级连轴装置为连轴器或离合器；后级连接装置为连轴器或离合器。5.根据权利要求1所述的串联油泵动力系统，其特征在于，所述前级或后级连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置。6.根据权利要求1所述的串联油泵动力系统，其特征在于，还包括电控系统；电控系统包括用于热动力控制模块、油泵控制模块和电机控制模块；（1）热动力控制模块用于控制热动力机的运行；（2）电机控制模块包括电动机模块、发电模块和反重力控制模块中的至少一种；所述电动机模块用于控制外部电源为电机单元供电，此时电机单元工作在电动机模式；所述发电模块用于控制电机单元向外部负载供电，此时电机单元工作在发电机模式；所述反重力控制模块输出端与反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为电机定子的反重力励磁绕组提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢梦，徐红艳，童乙伦，童献文，
申请(专利权)人：湖南同能机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43