CN101728930B - 可调速式磁感应联轴器 - Google Patents

Abstract

一种可调速式磁感应联轴器，涉及机械工程中的传动技术领域，包括驱动盘总成(I)、从动盘总成(II)，从动转盘总成(II)包括从动盘基体1、从动盘基体2、从动盘基体3、扇形铜板或矩形铜条、转动连杆、弹簧、滑竿和套筒2；从动盘基体材料采用钢盘，从动盘基体1、3两端面上开有槽深超过基体厚度1/2以上的深槽，槽内嵌转与永磁体同形状的扇形铜板或矩形状的铜条；滑竿沿圆周分布于从动盘基体2两端面上，弹簧套入滑竿中，从动盘基体1、3固定于滑竿上，可沿着滑竿压缩弹簧；转动连杆连接从动盘基体1、3，并固定于从动盘基体2上，且能转动。它可用于磨煤机、破碎机、输煤皮带机等大振动的电机与负载之间动力传递机构及其他装置的传动系统。

Description

可调速式磁感应联轴器

技术领域

本发明涉及机械工程中的传动技术领域，特别是一种非接触连接的磁感应联轴器。它可用于磨煤机、破碎机、输煤皮带机、压缩机等大振动的电机与负载之间动力传递机构及其他装置的传动系统。

背景技术

在机械工程领域，联轴器是机械传动系统中重要的组成部分，被称为机械传动中的三大器之一，其使用量大面广，涉及机械行业的各领域，广泛用于矿山、冶金、航空、兵器、水电、化工、轻纺及交通运输部门。但由于联轴器是刚性联结、机械力传递转矩，在安装时的轴向偏移将产生恢复力和力矩，这些力和力矩增加了邻近部件(轴、轴承)的载荷；径向和角向偏移将产生交变载荷而引起震动，轻则降低联轴器寿命，重则影响到设备的正常运行。据资料介绍，在失效的联轴器中，90％是因振动疲劳造成，10％是因冲击性过载造成，特别是一些大转矩、振动领域，如磨煤机、破碎机、输煤皮带机、压缩机等场合。联轴器具有过载保护功能，但仅限于极限情况下，即以牺牲联轴器的方式来确保原动机和设备的安全，使得传动无法维持。同时也存在较大机械摩擦、磨损等损耗。如何实现动力的平稳持久传递变得迫切。

同时电机在负载启动时，由于电机的旋转磁场在瞬间即达到了同步转速，而转子转速则要带动负载从零逐渐加速达到额定转速。在转子转速较低时，转子中会感应出一个较大的转子电流而使电机迅速发热，严重可能烧坏线圈。如何实现电机低负荷启动、满负荷运行即软启动，成为拖动技术的重要研究课题。

在相关专利“永磁涡流传动装置”(申请号：200710134483.4)公开了一种永磁涡流传动装置，即在铜盘表面开槽，嵌入钢片，通过气隙调节器调节主、从动两盘的气隙、可实现调节电机的转速、输出功率、转矩。但上述的永磁涡流传动装置并未设计出详细的气隙调节装置，也未有气隙调节的原理；上述装置在铜盘表面开槽嵌入钢片，虽能起到一定的聚磁效果，但并不明显，而且也不能产生深槽的集肤效应，传动性能受到制约。上述装置在运行速度有急剧变化时，如速度变小时，转差率过大就会引起转子损耗急剧增大，效率降低，发热严重。本发明是在钢盘上开深槽(槽深超过从动盘基体厚度的1/2以上)，槽内嵌入扇形铜板或矩形铜条，扇形铜板或矩形铜条内外环由薄铜层包起，形成封闭的感应电流回路。在钢盘上开深槽嵌入扇形铜板(矩形铜条)比起上述装置在铜盘上开槽嵌入钢片的聚磁效果更好，磁力线穿过钢盘的数目更多，这样铜板(条)能切割更多的磁力线，感应电流大，所传递的转矩增大。同时在钢盘上开深槽，当联轴器负载运行转差率较大时，易产生深槽的集肤效应，电流集中分布在铜板(条)的上部，这使得从动盘上电阻增大，漏抗减小，输出转矩得到了很大的提高；且本发明设计出了气隙调节装置结构，并详述了调节原理。可见本发明专利与上述文献中提到的装置有明显的不同。

发明内容

本发明的目的就是提供一种可调速式磁感应联轴器。它的技术问题是提供一种输出功率、转矩大，并能随时调节输出转矩、传动速度的电磁感应传动装置，特别是适用于磨煤机、破碎机、输煤皮带机、压缩机等大振动的电机与负载之间动力传递机构及其他装置的传动系统。

本发明的技术方案：

可调速式磁感应联轴器，包括驱动盘总成(I)、从动盘总成(II)，驱动转盘总成(I)与主动轴连接，从动转盘(II)与从动轴连接，驱动转盘总成(I)主要包括套筒1、驱动盘基体1、驱动盘基体2和永磁体，永磁体按N极、S极紧密相间排列粘装在两驱动盘基体的端面上，其特征在于：从动转盘总成(II)包括从动盘基体1、从动盘基体2、从动盘基体3、扇形铜板或矩形铜条、转动连杆、弹簧、滑竿和套筒2，从动盘基体材料采用钢盘，在从动盘基体1和从动盘基体3两端面上开深槽，槽深超过基体厚度1/2以上，同时槽内嵌转与永磁体同形状的扇形铜板或矩形状的铜条；滑竿沿圆周分布于从动盘基体2两端面上，弹簧套入滑竿中，从动盘基体1和从动盘基体3固定于滑竿上，并可沿着滑竿压缩弹簧；转动连杆连接从动盘基体1和从动盘基体3，并固定于从动盘基体2上，且能转动；还设有调速装置总成(III)，调速装置总成(III)与从动转盘总成(II)连接；调速装置总成(III)包括双推力球轴承、操作手柄、螺纹传动副，双推力球轴承分别与从动盘基体3和螺纹传动副连接，操作手柄固定于螺纹传动副上。

上述的可调速式磁感应联轴器，其特征在于：驱动盘基体材料采用10号钢，永磁体采用钕铁硼材料，由钕铁硼材料粘结压制再通过轴向多极充磁形成。

上述的可调速式磁感应联轴器，其特征在于：永磁体磁极对数为偶数，N极和S极以单块磁体为一极或以多块同极性、同尺寸的环形磁体为一极。

上述的可调速式磁感应联轴器，其特征在于：驱动盘基体1和驱动盘基体2通过螺杆连接。

上述可调速式磁感应联轴器，其特征在于：深槽内嵌入的扇形铜板或矩形铜条数目不与磁极对数目相等。

上述可调速式磁感应联轴器，其特征在于：铜板或矩形铜条内外环由薄铜层包起，形成封闭的感应电流回路。

工作原理：驱动盘由电机带动相对从动盘做旋转运动时，多极磁环的各磁极连续扫过驱动转盘上铜板(条)表面，从铜板(条)表面看多极磁环就是一个变化的磁场，从动转盘上的铜板(条)切割磁力线，因此该面上就会产生感应电流。根据法拉第电磁感应原理，该感应电流与驱动盘上永磁体磁场相互作用，使从动盘产生一个与旋转磁场转向相同的电磁转矩，从而带动从动盘同向旋转，从而实现转矩的非接触传递。

调速工作：转动操作手柄，螺纹传动副将手柄的转动变成直线移动，通过双推力球轴承推动从动盘基体3压缩弹簧，同时推动转动连杆转动并拉着从动盘基体1压缩弹簧，从而拉开从动盘基体1，3与驱动盘基体的距离。当操作手柄反转时，被压缩的弹簧回复，又推动驱动转盘基体1，3向外移动，把距离拉开。通过操作调速装置上手柄可在联轴器转动过程中随时改变驱动盘与从动盘间的距离，控制输出功率、转矩的大小，从而实现变速。

实现电机的软起动：在启动电机时，可通过调速装置把主、从动盘间的气隙拉到最大，这样电机与负载实现最大分离，电机空载或低负载启动，在电机运行稳定后，再通过调速装置把主、从动盘点的气隙调到预定的位置。从而避免了电机在负载启动过程中由于转差率过大，感应出很大的转子电流而使电机迅速发热，烧坏线圈的现象。

本发明的优点：

驱动盘与从动盘非接触，两盘通过气隙磁场相互作用实现了转矩的传递，避免了振动的干扰，减小了传动部件的损耗；解决了负载与电机分离，从而可实现电机的软启动；采用深槽式嵌入铜板(条)结构，利用深槽集肤效应，大大提高了传递的转矩；同时通过调速装置可调节永磁盘和铜盘的气隙厚度，实现了不同转矩的输出，从而实现速度可调。

附图说明

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明

图1为本发明总体结构图

图2为扇形状铜板在从动盘基体端面分布图

图3为矩形状铜条在从动盘基体端面分布图

图4为永磁体在主动盘基体端面分布图

图5为深槽漏磁通分布图

图6为深槽导体电流密度分布图

图中的标号分别代表：1、主动轴；2、套筒1；3、驱动盘基体1；4、永磁体；5、铜板(条)；6、从动盘基体1；7、转动连杆；8、从动盘基体2；9、弹簧；10、滑竿；11、驱动盘基体2；12、从动盘基体3；13、双向推力球轴承；14、操作手柄；15、从动轴；16、螺纹传动副；17、套筒2；18、铜包层

I、驱动盘总成 II、从动盘总成 III、调速装置总成

具体实施方式

本发明的总体结构如图1所示，该装置主要由驱动盘总成(I)、从动盘总成(II)和调速装置总成(III)组成。驱动盘总成(I)通过平键与主动轴连接；从动盘总成(II)装在从动轴一端；调速装置总成(III)与从动盘总成(II)连接。

本发明的具体结构：驱动盘总成(I)如图1所示，包括套筒1(2)、两驱动盘基体3、11和永磁体4；永磁体4按N极、S极偶数相间紧密排列粘装在基体3、11的端面上，N极和S极既可以单块磁体为一极，也可以多块同极性、同尺寸的环形磁体为一极，两驱动盘基体通过螺杆连接；从动盘总成(II)包括三个从动盘基体6、8、12、铜板(条)5、转动连杆7、弹簧9、滑竿10、套筒2(17)；铜板(条)5分别嵌入两端面开槽的从动基体6、12内，周向用铜包层18包围，形成回路结构，并与驱动盘基体3、11相对；弹簧9套入滑竿10中，从动盘基体6、12通过卡环固定于滑竿10上，并可沿着滑竿10压缩弹簧9；滑竿10沿圆周分布于从动盘基体2(8)两端面上；转动连杆7连接两从动盘基体1(6)，3(12)，并通过螺钉固定于从动盘基体3(12)上，且可绕螺钉转动。调速装置总成(III)包括双推力球轴承13、操作手柄14、螺纹传动副16；双推力球轴承13与从动盘基体3(12)连接；操作手柄14固定于螺纹传动副16上。

联轴器工作过程：联轴器驱动盘通过由电机带动相对从动盘做旋转运动时，多极磁环的各磁极连续扫过驱动转盘上铜板(条)表面，从铜板(条)表面看多极磁环就是一个变化的磁场，从动转盘上的铜板(条)切割磁力线，因此该面上就会产生感应电流。该感应电流与驱动盘上永磁体磁场相互作用，使从动盘产生一个与旋转磁场转向相同的电磁转矩，从而带动从动盘同向旋转，传递转矩。在联轴器运动过程中，转动操作手柄14，螺纹传动副16将手柄的转动变成直线移动，通过双推力球轴承13推动从动盘基体3(12)压缩弹簧9，同时推动转动连杆7转动并拉着从动盘基体1压缩弹簧，从而拉开从动盘基体1(6)，3(12)与驱动盘基体的距离。当操作手柄反转时，被压缩的弹簧回复，又推动从动盘基体1(6)，3(12)向外移动，把距离拉开。通过操作调速装置上手柄可在联轴器转动过程中随时改变驱动盘与从动盘间的距离，控制输出功率、转矩的大小，从而实现变速。

在从动盘基体1(6)，3(12)上开深槽嵌入铜板(条)，其内外环上通过铜包层形成完整的封闭式结构。采用深槽结构可以利用深槽的集肤效应作用，实现转子的电阻随转速变化的要求，从而适于运行在低速或高速有急剧变化的场合。联轴器在启动和负载运行转差率较大时，由于从动盘速度较低，铜盘(条)中流过的电流频率较高，导体下部铰链的磁通比上部多(图5)，导体下部的漏抗也比上部大，又槽底与槽口的电抗相差较大，槽底部分电抗大，电流小，槽口部分电抗小，电流大(图6)，转子导体内电流分布是很不均匀的，电流大部分挤到槽口而底部导体很少，甚至为零，致使导体的实际面积减少，转子的电阻增加，限制了电流变化，从而增大了输出转矩。这有利于降低能耗，减少发热。而当转速较高时，电流外挤现象消失，电流分布均匀，相当于导体的实际面积增加，转子的电阻减小，呈高转速，大力矩输出状态，联轴器传动效率高，发热少，大大提高了传动效率。

Claims (6)

1.可调速式磁感应联轴器，包括驱动盘总成(I)、从动盘总成(II)，驱动盘总成(I)与主动轴连接，从动盘总成(II)与从动轴连接，驱动盘总成(I)主要包括套筒1、驱动盘基体1、驱动盘基体2和永磁体，永磁体按N极、S极紧密相间排列粘装在两驱动盘基体的端面上，其特征在于：从动盘总成(II)包括从动盘基体1、从动盘基体2、从动盘基体3、扇形铜板或矩形铜条、转动连杆、弹簧、滑竿和套筒2，从动盘基体材料采用钢盘，在从动盘基体1和从动盘基体3两端面上开深槽，槽深超过基体厚度1/2以上，同时槽内嵌入与永磁体同形状的扇形铜板或矩形状的铜条；滑竿沿圆周分布于从动盘基体2两端面上，弹簧套入滑竿中，从动盘基体1和从动盘基体3固定于滑竿上，并可沿着滑竿压缩弹簧；转动连杆连接从动盘基体1和从动盘基体3，并固定于从动盘基体2上，且能转动，所述可调速式磁感应联轴器还设有调速装置总成(III)，调速装置总成(III)与从动盘总成(II)连接；调速装置总成(III)包括双推力球轴承、操作手柄、螺纹传动副，双推力球轴承分别与从动盘基体3和螺纹传动副连接，操作手柄固定于螺纹传动副上。

2.如权利要求1所述的可调速式磁感应联轴器，其特征在于：驱动盘基体材料采用钢盘；永磁体采用钕铁硼材料，由钕铁硼材料粘结压制再通过轴向多极充磁形成。

3.如权利要求1所述的可调速式磁感应联轴器，其特征在于：永磁体磁极对数为偶数，N极和S极以单块磁体为一极或以多块同极性、同尺寸的环形磁体为一极。

4.如权利要求1所述的可调速式磁感应联轴器，其特征在于：驱动盘基体1和驱动盘基体2通过螺杆连接。

5.如权利要求1所述的可调速式磁感应联轴器，其特征在于：深槽内嵌入的扇形铜板或矩形铜条数目不与磁极对数目相等。

6.如权利要求1所述的可调速式磁感应联轴器，其特征在于：铜板或矩形铜条内外环由薄铜层包起，形成封闭的感应电流回路。

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