磁性连接结构、功率控制设备、系统、方法及工程机械.pdf

本发明公开了磁性连接结构、功率控制设备、系统、方法及工程机械，该设备包括：接收装置，用于接收发动机的实际转速；控制装置，用于根据发动机的实际转速通过磁性连接结构来调节液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比，以调整液压泵的输出功率；其中，发动机为动力输出元件，液压泵为动力吸收元件。本发明通过根据发动机的实际转速通过磁性连接结构来调节液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比，从而调节液压泵的输出功率，该技术方案对发动机与液压泵之间的同轴度要求很低，允许较大的对中误差和角度误差，在执行机构不工作的情况下，可以调节液压泵的输出功率，从而达到很好的节能效果。

权利要求书1.  一种磁性连接结构，其特征在于，该磁性连接结构包括： 第一磁性装置，与动力输出元件的外转子连接； 第二磁性装置，与动力吸收元件的内转子连接，并与所述第一磁性装置 对应设置； 其中，所述动力输出元件的外转子动作带动第一磁性装置动作，该第一 磁性装置动作带动第二磁性装置动作，从而带动所述动力吸收元件的内转子 动作，其中通过调整所述第一磁性装置与第二磁性装置之间的相对位置来调 整所述动力输出元件与所述动力吸收元件的速度比。 2.  根据权利要求1所述的磁性连接结构，其特征在于，其中， 所述第一磁性装置为具有导磁性的金属形成的金属环，环形设置在所述 动力输出元件的外转子端部；以及 所述第二磁性装置为永磁体环，与所述第一磁性装置对应地环形设置在 所述动力吸收元件的内转子端部。 3.  根据权利要求2所述的磁性连接结构，其特征在于，该磁性连接结 构还包括： 推力盘，外侧具有花键，该推力盘与所述动力吸收元件的壳体内侧的花 键耦合连接； 推力弹簧，弹性连接所述推力盘； 其中，所述动力吸收元件的内转子内孔的花键与所述动力吸收元件的输 入轴端部的花键相耦合，所述推力弹簧的伸缩使得所述推力盘带动所述动力 吸收元件的内转子进行径向运动，从而调整所述第一磁性装置与第二磁性装 置之间的相对位置，所述第二磁性装置位于所述动力吸收元件的内转子外 圆。 4.  根据权利要求3所述的磁性连接结构，其特征在于，该磁性连接结 构包括： 传动元件，通过该传动元件带动所述动力吸收元件的内转子的径向运动 从而带动所述推力弹簧的伸缩。 5.  一种液压泵功率控制设备，其特征在于，该设备包括： 接收装置，用于接收发动机的实际转速； 控制装置，用于根据所述发动机的实际转速通过如权利要求1-4中任一 项权利要求所述的磁性连接结构来调节液压泵输入轴与发动机输出轴之间 的速度比，以调整所述液压泵的输出功率； 其中，所述发动机为动力输出元件，所述液压泵为动力吸收元件。 6.  根据权利要求5所述的设备，其特征在于，根据所述发动机的实际 转速调节液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比包括： 在所述发动机的实际转速小于预定转速的情况下，所述控制装置控制减 小所述液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比；以及 在所述发动机的实际转速大于预定转速的情况下，所述控制装置控制增 大所述液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比。 7.  一种液压泵功率控制系统，其特征在于，该系统包括： 权利要求5-6中任一项权利要求所述的液压泵功率控制设备；以及 转速传感器，用于检测发动机的实际转速。 8.  根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统还包括： 电控比例阀，与所述控制装置和所述磁性连接结构连接，所述控制装置 通过控制该电控比例阀的输入电流来调节液压泵输入轴与发动机输出轴之 间的速度比。 9.  根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统还包括： 恒功率调节器，所述控制装置在所述液压泵的出口压力大于预先设定的 起调压力的情况下，控制降低所述液压泵的排量。 10.  一种工程机械，其特征在于，包括权利要求7-9中任一项权利要求 所述的液压泵功率控制系统。 11.  一种液压泵功率控制方法，其特征在于，该方法包括： 接收发动机的实际转速； 根据所述发动机的实际转速通过磁性连接结构来调节液压泵输入轴与 发动机输出轴之间的速度比，以调整所述液压泵的输出功率； 其中，所述发动机为动力输出元件，所述液压泵为动力吸收元件。 12.  根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据所述发动机的实 际转速调节液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比包括： 在所述发动机的实际转速小于预定转速的情况下，控制减小所述液压泵 输入轴与发动机输出轴之间的速度比；以及 在所述发动机的实际转速大于预定转速的情况下，控制增大所述液压泵 输入轴与发动机输出轴之间的速度比。

说明书磁性连接结构、功率控制设备、系统、方法及工程机械
技术领域
本发明涉及功率控制技术，具体地，涉及磁性连接结构、功率控制设备、 系统、方法及工程机械。
背景技术
非电控液压泵在工程机械上被大量采用，目前工程机械的发动机与液压 泵之间通过联轴器接触连接，这种方式使得液压泵与发动机在安装时对其同 轴度要求很高，而且匹配功率不可调节。对于这种非电控液压泵，目前在工 作过程中主要以恒功率控制为主，非电控液压泵P-Q曲线只能沿相同的功率 曲线进行排量调节。此外，在无负载的情况下液压泵仍然与发动机同步运转， 因而功率损失较大。
综上所述，现有技术存在以下缺点：1、发动机与液压泵之间的连接同 轴度要求高；2、执行机构不工作的情况下能量损失大；3、液压泵与发动机 匹配的情况下匹配功率不能调节。
发明内容
本发明的目的是提供磁性连接结构、功率控制设备、系统、方法及工程 机械，用于解决通过改变液压泵与发动机之间的速度比来调节液压泵的输出 功率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种磁性连接结构，该磁性连接结构 包括：第一磁性装置，与动力输出元件的外转子连接；第二磁性装置，与动 力吸收元件的内转子连接，并与所述第一磁性装置对应设置；其中，所述动 力输出元件的外转子动作带动第一磁性装置动作，该第一磁性装置动作带动 第二磁性装置动作，从而带动所述动力吸收元件的内转子动作，其中通过调 整所述第一磁性装置与第二磁性装置之间的相对位置来调整所述动力输出 元件与所述动力吸收元件的速度比。
本发明还提供了一种液压泵功率控制设备，该设备包括：接收装置，用 于接收发动机的实际转速；控制装置，用于根据所述发动机的实际转速通过 以上所述的磁性连接结构来调节液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度 比，以调整所述液压泵的输出功率；其中，所述发动机为动力输出元件，所 述液压泵为动力吸收元件。
相应地，本发明还提供了一种液压泵功率控制系统，该系统包括：以上 所述的液压泵功率控制设备；以及转速传感器，用于检测发动机的实际转速。
相应地，本发明还提供了一种工程机械，包括以上所述的液压泵功率控 制系统。
相应地，本发明还提供了一种液压泵功率控制方法，该方法包括：接收 发动机的实际转速；根据所述发动机的实际转速通过磁性连接结构来调节液 压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比，以调整所述液压泵的输出功率； 其中，所述发动机为动力输出元件，所述液压泵为动力吸收元件。
通过上述技术方案，本发明通过根据发动机的实际转速通过磁性连接结 构来调节液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比，从而调节液压泵的输 出功率，该技术方案对发动机与液压泵之间的同轴度要求很低，允许较大的 对中误差和角度误差，在执行机构不工作的情况下，可以调节液压泵的输出 功率，从而达到很好的节能效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与 下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在 附图中：
图1是本发明提供的动力输出元件与磁性装置的连接示意图；
图2是本发明提供的动力吸收元件与磁性装置的连接示意图，其中图2 中的(a)为推力弹簧被压紧的情况，图2中的(b)为推力弹簧未被压紧的 情况；
图3是本发明提供的液压泵功率控制设备的框图；
图4是本发明提供的液压泵功率控制系统的框图；
图5是本发明具体实施方式提供的液压泵功率控制系统的结构图；以及
图6是本发明提供的液压泵功率控制方法的框图。
附图标记说明
1    动力输出元件、发动机  2    输出轴
3    动力输出元件的外转子  4    第一磁性装置、铜环
5    动力吸收元件的壳体    6    连接盘
7    动力吸收元件的内转子  8    第二磁性装置、永磁体环
9    推力盘                10   推力弹簧
11   缸筒                  12   柱塞
13   锁紧机构              14   动力吸收元件的输入轴
15   液压泵                16   先导泵
17   恒功率调节器          100  液压泵功率控制设备
1001 接收装置              1002 控制装置
200  转速传感器            300  电控比例阀
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发 明。
本发明提供了一种磁性连接结构，该磁性连接结构包括第一磁性装置和 第二磁性装置。该第一磁性装置与动力输出元件的外转子连接，该第二磁性 装置与动力吸收元件的内转子连接，并且该第二磁性装置与第一磁性装置对 应设置，其中，动力输出元件的外转子动作带动第一磁性装置动作，第一磁 性装置动作带动第二磁性装置动作，从而带动动力吸收元件的内转子动作， 其中通过调整第一磁性装置与第二磁性装置之间的相对位置来调整动力输 出元件与动力吸收元件的速度比。
众所周知，磁性装置为具有磁性的装置，两个磁性装置之间的耦合程度 越高，二者之间的磁力就越大，动力输出元件与动力吸收元件的速度比就越 大，反之，两个磁性装置之间的耦合程度越低，二者之间的磁力就越小，动 力输出元件与动力吸收元件的速度比就越小。因而，可以通过调整两个磁性 装置之间的耦合程度来调整动力输出元件与动力吸收元件的速度比。为了达 到这个目的，需要将第一磁性装置与动力输出元件的外转子固定，第二磁性 装置与动力吸收元件的内转子固定。
动力输出元件具有一输出轴，外转子与该输出轴固定连接，从而可以通 过输出轴的转动带动外转子转动。动力吸收元件具有一输入轴，内转子与该 输入轴固定连接，从而可以通过内转子的转动带动输入轴转动。在动力输出 元件的输出轴转动的情况下，带动外转子转动，在第一磁性装置和第二磁性 装置的磁力作用下，动力输出元件的外转子带动动力吸收元件的内转子转 动，从而带动动力吸收元件的输入轴转动。因而可以在动力输出元件的外转 子与动力吸收元件的内转子相互耦合的位置设置磁性装置。例如，在动力输 出元件的外转子端部设置第一磁性装置，在动力吸收元件的内转子端部设置 第二磁性装置。其中，第一磁性装置可以为具有导磁性的金属形成的金属环， 本发明以铜环为例进行说明，该第一磁性装置环形设置在动力输出元件的外 转子端部。第二磁性装置可以为永磁体环，与铜环对应地环形设置在动力吸 收元件的内转子端部。在动力输出元件转动的情况下，该动力输出元件的外 转子随之转动，铜环因切割永磁体环的磁力线而产生感应电流，感应电流的 感应磁场与永磁体环的磁场相互作用而使动力吸收元件的内转子进行与动 力输出元件相应的转动。当然，本发明不限于此，第一磁性装置可以为永磁 体环，第二磁性装置可以为铜环也属于本发明的保护范围。需要说明的是， 本发明的全部以第一磁性装置可以为铜环，第二磁性装置可以为永磁体环为 例进行说明。
图1是本发明提供的动力输出元件与磁性装置的连接示意图，如图1所 示，动力输出元件1具有输出轴2和外转子3，外转子3与输出轴2固定连 接，铜环4(即第一磁性装置)环形设置在动力输出元件1的外转子3的端 部，且铜环4与外转子3固定连接。此外，动力输出元件1的外转子3与动 力吸收元件的壳体5(壳体5为电阻率比较高的材料)耦合，并且动力输出 元件1与动力吸收元件的壳体5通过连接盘6固定。
图2是本发明提供的动力吸收元件与磁性装置的连接示意图，其中图2 中的(a)为推力弹簧被压紧的情况，图2中的(b)为推力弹簧未被压紧的 情况。如图2所示，动力吸收元件(图2中未示出)具有输入轴14和内转 子7，内转子7与输入轴14固定连接，永磁体环8环形设置在内转子7的端 部，并且永磁体环8与动力吸收元件的内转子7固定连接。
如图2所示，本发明提供的磁性连接结构还包括推力盘9和推力弹簧10。 推力盘9外侧具有花键，该推力盘9与动力吸收元件的壳体5内侧的花键耦 合连接(推力盘9外侧的花键与吸收元件的壳体5内侧的花键啮合，由于动 力吸收元件的壳体5不可动，所以可以保证推力盘9仅沿动力吸收元件的输 入轴14径向移动，而不会进行转动)，推力弹簧10弹性连接推力盘9。其中， 动力吸收元件的内转子7内孔的花键与动力吸收元件的输入轴14端部的花 键相耦合(即，动力吸收元件的输入轴14端部与内转子7内孔具有相同模 数的外花键)，使得动力吸收元件的内转子7可以带动动力吸收元件的输入 轴14转动并可以沿着输入轴14的花键做径向移动(推力盘9的与动力吸收 元件内转子7接合的面具有一定耐磨性)。推力弹簧10的伸缩可以使得推力 盘9带动动力吸收元件的内转子7进行径向运动，从而调整第一磁性装置4 与第二磁性装置8之间的相对位置，该第二磁性装置8位于动力吸收元件的 内转子7外缘，这里实际上调整的是铜环4与永磁体环8之间的相对位置。
本发明提供的磁性连接结构还包括传动元件，通过该传动元件带动动力 吸收元件的输入轴14的内转子7的径向运动，从而带动推力弹簧10的伸缩。 如图2所示，该传动元件可以为液压油缸，具体包括缸筒11和柱塞12。具 体来说，在需要改变铜环4与永磁体环8之间的相对位置的情况下，可以通 过改变输入至缸筒11的液压油压力来使得推力弹簧10受力发生变化，使得 动力吸收元件的内转子7做径向运动，从而改变铜环4与永磁体环8之间的 相对位置。如图2所示，可以通过锁紧机构13将缸筒11与动力吸收元件的 壳体5固定。
图3是本发明提供的液压泵功率控制设备100的框图，如图3所示，该 设备100包括接收装置1001和控制装置1002。接收装置1001用于接收发动 机的实际转速，控制装置1002用于根据发动机的实际转速通过以上所描述 的磁性连接结构来调节液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比，以调整 液压泵的输出功率，这里所描述的发动机即为动力输出元件，液压泵即为动 力吸收元件。通过以上结合图1和图2所描述的磁性连接结构可知，可以通 过调节第一磁性元件与第二磁性元件之间的相对位置来调节液压泵输入轴 与发动机输出轴之间的速度比。
在发动机档位恒定时，发动机的转速反映了液压泵输出功率的大小，具 体来说，在发动机工作在发动机调速曲线区域的情况下，若发动机的实际转 速较预定转速高，则说明液压泵输出功率太小，即液压泵不能完全吸收发动 机功率，反之，发动机的实际转速较预定转速太低，则说明液压泵输出功率 太大，这里的预定转速在设定好发动机档位的情况下是确定的。从而可以进 行以下控制：在发动机的实际转速小于预定转速的情况下，控制装置1002 控制减小液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比，在发动机的实际转速 大于预订转速的情况下，控制装置1002控制增大液压泵输入轴与发动机输 出轴之间的速度比。
对于减小液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比，可以通过降低输 入至缸筒11中的液压油的压力使推力弹簧10受力变小以推动推力盘9带动 液压泵内转子向右移动(以图2中所示为例)，使铜环4与永磁体环8之间 的重叠面积变小，这样铜环4与永磁体环8之间的磁力变小，液压泵输入轴 与发动机输出轴之间的速度比也随之变小，从而减小了液压泵的输出功率。
对于增大液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比，可以通过增大输 入至缸筒11中的液压油的压力使柱塞12推动液压泵内转子向左移动(以图 2中所示为例，此时推力弹簧10受力变大)，使铜环4与永磁体环8之间的 重叠面积变大，这样铜环4与永磁体环8之间的磁力变大，液压泵输入轴与 发动机输出轴之间的速度比也随之变大，从而增大了液压泵的输出功率。
下面通过公式(1)来说明本发明控制方法的合理性。
P b = Pqni 2 πη - - - ( 1 ) ]]>
在以上公式(1)中，Pb为液压泵的输出功率，q为液压泵排量，P为液 压泵出口压力，n为发动机转速，i液压泵与发动机的速度比，η为液压系统 总效率。公式(1)为本领域技术人员熟知的等式，通过该公式(1)可以看 出，可以通过调节液压泵与发动机的速度比i来控制液压泵的输出功率。
图4是本发明提供的液压泵功率控制系统的框图，如图4所示，该系统 不仅包括图3所示的液压泵功率控制设备100，还包括转速传感器200，该 转速传感器200用于检测发动机的实际转速。
此外，如图4所示，本发明提供的系统还包括电控比例阀300，与控制 装置1002和磁性连接结构连接，控制装置1002可以通过控制该电控比例阀 300的输入电流来调节液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比。具体来 说，该电控比例阀300的液压油输出口与缸筒11连通，通过调节电控比例 阀300的输入电流可以调节输入至缸筒11中的液压油的压力，从而实现调 节压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比。在需要增大铜环4与永磁体环 8之间的重叠面积的情况下，控制装置1002增大该电控比例阀300的输入电 流，这使得通过该电控比例阀300输出至磁性连接结构中的缸筒11的液压 油的压力增大，使柱塞12推动液压泵的内转子向左移动(以图2所示为例， 此时推力弹簧10受力变大)，从而增大了铜环4与永磁体环8之间的重叠面 积，从而增大了液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比。反之，在需要 减小铜环4与永磁体环8之间的重叠面积的情况下，控制装置1002减小该 电控比例阀300的输入电流，这使得通过该电控比例阀300输出至磁性连接 结构中的缸筒11的液压油的压力减小，从而使得推力弹簧10受力变小，液 压泵的内转子向右移动(以图2所示为例)，从而减小了铜环4与永磁体环8 之间的重叠面积，从而减小了液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比。
此外，本发明提供的液压泵功率控制系统还包括恒功率调节器(图4中 未示出)，控制装置1002在液压泵的出口压力大于预先设定的起调压力的情 况下，控制降低液压泵的排量。在采用两个液压泵同时工作的情况下，这里 的出口压力为两个液压泵的出口压力之和。需要说明的是，这里的恒功率调 节器为现有技术中调节液压泵输出功率的调节方式，本发明可以将现有技术 中的恒功率调节方式与本发明提供的采用磁性连接结构的功率调节方式结 合在一起使用。也可以不采用恒功率调节方式，而仅采用磁性连接结构对液 压泵的输出功率进行调节。一般情况下，在液压泵15为变量泵的情况下， 采用恒功率调节与磁性连接结构共同调节的方式，在液压泵15为定量泵的 情况下，采用仅磁性连接结构调节的方式。
图5是本发明具体实施方式提供的液压泵功率控制系统的结构图，在图 5中，动力输出元件1为发动机1，动力吸收元件为液压泵15，先导压力通 过先导泵16提供。
发动机1启动后，安全锁处于锁定状态(该安全锁是为了防止因误启动 电控比例阀300而设定的)，此时电控比例阀300的开关K断开，电控比例 阀300处于断电状态，从而进入缸筒11的液压油压力最小(这种情况如图2 中的(b)所示)，此时液压泵的功率损失也最小，从而可以实现节能的效果。
在电控比例阀300工作的情况下，开关K接通，此时控制装置1002可 以通过调节电控比例阀300的输入电流来调节进入缸筒11的液压油的压力。 图5中示出的情况为推力弹簧10被压紧的情况，在这种情况下，铜环4与 永磁体环5的重叠面积最大，液压泵15的输入轴6与发动机1的输出轴2 之间的速度比最大。图5中所示的实施例为采用了两个液压泵15的双主泵 的方式，也可以采用一个液压泵15的单主泵的方式，其实现方式与采用双 主泵的方式类似。
对于通过恒功率调节器17来调节液压泵15的排量的原理为现有技术中 常用的调节方式，于此不予赘述。
相应地，本发明还提供了一种工程机械，包括以上所描述的液压泵功率 控制系统。
图6是本发明提供的液压泵功率控制方法的框图，如图6所示，该方法 包括：接收发动机的实际转速；根据发动机的实际转速通过磁性连接结构来 调节液压泵输入轴与发动机输出轴之间的速度比，以调整所述液压泵的输出 功率；其中，发动机为动力输出元件，液压泵为动力吸收元件。
需要说明的是，本发明提供的液压泵功率控制方法的具体细节及益处与 本发明提供的液压泵功率控制设备类似，于此不予赘述。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
本发明的技术方案中，发动机输出轴与液压泵输入轴之间采用磁性连 接，可以很好地减少振动和噪音，并且也避免了对中误差及角度误差。发动 机输出轴与液压泵输入轴非接触，因而无需密封，同时实现了零泄漏，由于 发动机输出轴与液压泵输入轴为非刚性连接，因而避免了液压泵联轴器的损 坏，降低了安全隐患，维护成本低，并且安装方便，适应在恶劣的工况下工 作。
此外，通过本发明提供的技术方案，可以防止发动机过载及发动机非正 常掉速，可以延长传动系统中各零部件的使用寿命，并且通过对液压泵内转 子的调节，不仅可以达到所需的扭矩传递和速度传递的要求，而且可以使动 力匹配合理。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必 要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。