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CN101988276B - 带有扭矩马达的碎浆机 - Google Patents

带有扭矩马达的碎浆机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于回收废品和/或产品残料的碎浆机及其方法。所述碎浆机包括：机箱，转子设置在所述机箱中，用于将待回收的纸料混合物进行纤维分离；和滤网，所述滤网从所述机箱排出进行纤维分离后的馈出物，所述转子由电动马达提供动力，该电动马达包括与所述转子有功传动的驱动轴。根据本发明，所述电动马达配置为三相同步马达，操作在从0到1000rpm的速度范围内。该马达连接到由控制器控制的变频器的输出部，所述驱动轴的输出部直接连接到所述转子。

Description

带有扭矩马达的碎浆机
技术领域
本发明涉及碎浆机及其工作方法。 
背景技术
碎浆机的任务是回收容易碾碎的纸料混合物，一种重要的应用特别是通过从不可回收成分中分离可回收成分而回收废品，诸如废纸和类似废品，包括生物废料。 
一种此类碎浆机通常包括容纳转子的机箱，其中待回收的进料连同液体(通常是水)一起填充。转子在动力下的旋转形成强烈的流动力，使固体进行纤维分离，使得它们本身分离出来并且缩短分离纤维，使得其一部分以及包含在纸料混合物中的其他物质进入溶液。但是，由于在当前情况下，这主要涉及纤维分离，因此没有特别关注伴随的尺寸缩减以及溶解，但是应该理解这方面应该涉及。 
进料的纤维分离的成分连同所述液体一起形成悬浮液，这种悬浮液例如通过滤网从碎浆机中排出。 
这种碎浆机的基本系统在德国专利DE 31 49 135中进行描述，主要包括带有电力驱动的底部转子的碎浆机机箱。从现有技术中还知道，通过液压泵/马达将感应马达的旋转扭矩供应给转子，从而液压式地给转子提供动力，除此之外，还使用借助感应马达提供动力的矩形传动装置。除了较高维护成本和效率差的通常缺陷之外，带传动装置的动力驱动的不利之处在于，具有非常沉重的单侧承重载荷以及涉及众多的轴承和耦接件，每一个都构成机械弱点。更重要的是，这种马达化的系统产生噪音。这就是为什么在现有技术中提出使用聚集马达，通常涉及4个马达。但是，即便结构紧凑且居中定位在碎浆机的转子上，以使聚集重量居中位于碎浆机及其机箱上，除了机械弱点带来的缺陷之外，马达的每个互联部都涉及摩擦损耗，例如轴承的摩擦损耗，即使在聚集方案中也尚未得到解决。 
根据碎浆机进一步的构思，驱动链包括电动马达，随后是牵引传动装 置，例如皮带驱动件。虽然这种方案借助简单的驱动结构实现了使用速度处于大约200rpm到500rpm范围内的马达，但是需要昂贵的大型滑轮。由于这些大型滑轮具有较大的惯性矩，所以在轴和滑轮之间的轮毂处或轮毂内需要限制或分离载荷的耦接件，优选为滑动离合器，以防止转子断裂。即使在低速下，也需要双重皮带驱动件，所述双重皮带驱动件虽然实现了非常大的转子扭矩，但是需要使驱动元件具有相应尺寸，这除了会增大碎浆机的占地面积的劣势之外，还使得不仅从成本而且从相关维护方面问题都非常严重。 
发明内容
本发明在克服上述缺陷方面的目标是提出一种用来驱动碎浆机转子的合适组件。该目标借助权利要求1所述的碎浆机和权利要求3所述的碎浆机方法来实现。 
根据本发明的碎浆机的特征在于，驱动组件现在包括三相同步马达，该马达设计成多极同步马达，有利地包括以0至1000rpm的速度区间运行的12至64个极，如果需要的话，可以反转。在这种结构中，马达连接到由控制器控制的变频器的输出部，并且驱动轴的输出部直接传递到转子轴，而不需要两者之间的任何传动装置。这种方案实现了在传递扭矩和/或力的驱动链中不存在比驱动轴或其输出部旋转地更快的元件。为了在驱动轴的输出部与转子轴之间进行有功传动，驱动轴的输出部在马达端处设置有驱动轴，该驱动轴直接耦接到转子轴，因此现在能利用碎浆机的转子轴作为驱动马达的轴，换句话说，马达的驱动轴的输出部已经构成了转子轴。 
根据本发明的碎浆机的这种构造相对于传统碎浆机设备的特征而言，具有显著的优势。为此，现在通过使用同步马达与上游变频器相结合，在全部速度区间上，碎浆机转子的可用扭矩可以被最大化，有利于在开始启动阶段使设备能够在负载下启动。就是说，在转子缓慢旋转时，纸浆纸料混合物趋向于形成内部无流动的状态，这种状态能够“粘结”(卡塞)转子及其翼板。特别是在这种“静止阶段”之后，根据本发明，作为频率的函数来启动转子与通过适配纸浆的结构化粘性而直接转子驱动相组合的特征证明特别具有优势。作为本发明所能特别适当地满足的要求，通过增大粘性，启动转子时的扭矩也类似升高。 
现在，可以根据所涉及的操作阶段灵活设置速度，不需要引入任何传动 装置，因此消除了否则驱动组件中将会涉及的大多数惯性矩，这样进一步降低了如果转子突然卡塞而对驱动链本身以及对转子造成损害的风险。此外，现在不需要另行使用通常的保护性耦接特征件，诸如滑动离合器、动力切换件或剪力销耦接件。对于传统碎浆机而言，在进料包含无法进行纤维分离的固体时，转子及其驱动链暴露于严重冲击。虽然传统驱动链的这些转动惯量(gyratory mass)具有非常不利的影响，但是它们在同步马达的磁场中被完全衰减，并且被阻止到达马达的齿轮箱。所涉及的设备元件数量的减少显著改善了驱动链总体效率，因此节省了能源。除此之外，由于部件较少，所以驱动链重量相对较轻并且实际上免于维护。而且由于动力在不接触同步马达的情况下传递，并且因为主驱动马达仅与转子本身同样快速地旋转，所以这种驱动链凭借近乎宁静地运行而胜出。除此之外，将同步马达直接耦接到转子，使得较之传统碎浆机而言，根据本发明的碎浆机占地面积较小且体积更小重量更轻，因此使得根据本发明的碎浆机特别适合移动应用。连接同步马达以使驱动链在碎浆机转子处直接耦接，现在使得，在驱动链适配操作状态的变化的过程中，能进一步让碎浆机对操作状态的变化几乎立即作出响应。这是因为驱动链具有较低的惯性矩，并且借助控制器，可以非常简单地改变速度和/或扭矩。 
因此，本发明的精神是将可变速的同步马达直接耦接到碎浆机的转子，既不使用传动装置也不使用机器驱动的部件。在保持了最大扭矩的同时，现在可以让速度适配操作状态，或者调节扭矩与其适应。 
为了防止转子在操作中卡塞，可以提供用来感知负载电流的装置以及用来感知同步马达驱动轴旋转的装置，控制器可以连接到它们的输出部以便能对操作状态变化立即做出反应。一旦转子被卡塞，则控制器感知到电流消耗增大，允许调节马达参数，例如改变驱动轴速度以适应操作状态变化。此外，一旦进料中的干扰被排除，随后控制器感知到马达电流消耗下降，则所述设备可以返回到先前的目标参数。 
如上所述，将连接到变频器的三相同步马达与无传动装置的直接耦接相结合以便给碎浆机转子提供动力，允许其对操作状态的任何变化立即做出反应，以使在许多情况下，可以感知到碎浆机将会卡塞的任何趋势。但是，即便根据本发明的碎浆机被卡塞，其较低的惯性矩以及完整驱动链的速度可变，为其带来以下优势：现在可以通过让驱动轴根据实际负载电流和/或实现 优势的实际旋转状况抖动而容易地克服转子的任何卡塞操作。 
马达的标称功率在10到500kW的范围内。 
本发明的方法的目标借助操作上述碎浆机的方法来实现，在该方法中，从转子静止开始，利用预定负载电流极限以及基本上恒定的马达扭矩，使得同步马达的速度升高到预定目标rpm，从而驱动轴将会卡塞的任何趋势将自动地引发驱动轴旋转方向反向并持续预定时间周期或者速度处于负载电流极限之内，随后返回到向前速度。因为惯性矩减小，所以上述情况可以在感知到负载电流升高时立即发生，因此有效地减少或防止了碎浆机发生卡塞的风险。 
借助选定扭矩的马达使得转子反转，由于加快溶解更容易产生问题的可进行纤维分离的纸料混合物，所以在处理碎浆机的进料方面具有优势。 
为了不让马达过载，可以在超过预定负载电流时，让速度自动降低，并且在过载情形得到补偿之后，速度自动返回其目标值。 
基本上的设置是，让马达可以根据特定操作条件如预定情形一样被启动，一方面防止转子轴卡塞，另一方面防止马达过载。更特别是，本发明的碎浆机应用在加工链中，通过保持稳定而调节碎浆机生产力的情况下，这种方案证明是必要的。为此，可以感知进料参数，诸如重量、体积或含水量，用于同步马达速度的开环或闭环控制。 
在根据本发明的方法中，还可以设置成让指定覆盖同步马达全部速度范围的馈电器作为同步马达电流消耗量的函数受到控制。 
附图说明
以下参照附图说明本发明，在附图中： 
图1是包括扭矩马达的碎浆机的简略视图；和 
图2是碎浆机转子如何连接到扭矩马达的放大详图。 
具体实施方式
现在参照图1，图中示出了一般以附图标记10指代的碎浆机。碎浆机转子20容纳在柱状碎浆机壳体12中，居中安装在其中，碎浆机壳体12底部衔接滤网22，所述滤网仅允许充分碾碎和溶解的物质通过。转子20借助三相同步马达提供动力，该马达的马达壳体14位于碎浆机壳体12顶部中央， 并利用凸缘19连接(参见图2)到碎浆机壳体。碎浆机底部连接卸料件，用于移出碎浆机内容物。 
现在参照图2，图中以放大比例示出了扭矩马达如何借助凸缘19而凸缘连接到碎浆机壳体。从穿过马达壳体14的截面可以看到马达的定子16和转子15。在连接部分17中，马达输出轴连接到碎浆机转子的轴。 
附图标记 
10碎浆机 
12碎浆机壳体 
14扭矩马达壳体 
15马达转子 
16马达定子 
17马达轴与转子的连接部分 
19安装凸缘 
20转子 
22滤网。 

Claims (9)

1.一种用于回收废品的碎浆机，包括：机箱，转子设置在所述机箱中，用于将待回收的纸料混合物进行纤维分离；和滤网，所述滤网从所述机箱排出进行纤维分离后的卸料，所述转子由电动马达提供动力，该电动马达包括与所述转子有功传动的驱动轴，
其特征在于，所述电动马达配置为三相同步马达，操作在从0到1000rpm的速度范围内，连接到由控制器控制的变频器的输出部，所述驱动轴的输出部构成所述转子的轴。
2.一种用于回收产品残料的碎浆机，包括：机箱，转子设置在所述机箱中，用于将待回收的纸料混合物进行纤维分离；和滤网，所述滤网从所述机箱排出进行纤维分离后的卸料，所述转子由电动马达提供动力，该电动马达包括与所述转子有功传动的驱动轴，
其特征在于，所述电动马达配置为三相同步马达，操作在从0到1000rpm的速度范围内，连接到由控制器控制的变频器的输出部，所述驱动轴的输出部构成所述转子的轴。
3.如权利要求1或2所述的碎浆机，其特征在于，所述控制器连接到用来感知负载电流的装置的输出部和用来感知所述三相同步马达的驱动轴输出部的旋转的装置的输出部，并且在所述转子被卡塞时，所述控制器启动所述变频器以便响应于实际负载电流和/或所述驱动轴输出部的实际旋转位置使得所述驱动轴输出部往复运动，以使卡塞的转子抖动。
4.一种用于操作如权利要求1-3中任一项所述的碎浆机的方法，其特征在于，在第一阶段，在转子静止下的启动操作中，利用预定负载电流极限以及基本上恒定的马达扭矩控制所述同步马达的速度，直到到达预定目标速度，在感知到驱动轴输出部卡塞时，进行受控的动力反转，随后在感知到所述驱动轴输出部反转并持续预定时间周期或者处于所述负载电流极限时的速度时，返回到向前动力。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在正常操作阶段，所述变频器被所述控制器启动，以便在保持预定负载电流极限下保持所述同步马达的预定目标速度，一旦超过所述负载电流极限，则所述同步马达的速度降低，并且一旦过载操作阶段终止，则所述同步马达的速度受控地返回到所述预定目标速度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，响应于在正常操作阶段感知到所述驱动轴输出部卡塞，动力被反转，此后在感知到所述驱动轴输出部反转并持续预定时间周期或者以所述负载电流极限实现设定的反转速度之后，动力返回到向前操作。
7.如权利要求4至6任一项所述的方法，其特征在于，所述驱动轴输出部，在其反转过程中感知到停顿状态之后，立即返回到向前旋转。
8.如权利要求4至6任一项所述的方法，其特征在于，利用转子旋转能量以及同步马达的扭矩，重复反转所述驱动轴输出部的旋转方向，从而抖动所述转子以消除卡塞。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，利用转子旋转能量以及同步马达的扭矩，重复反转所述驱动轴输出部的旋转方向，从而抖动所述转子以消除卡塞。
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