CN102324829A - 一种可调式轴向异步磁力联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械工程传动技术领域，特指一种可调式轴向异步磁力联轴器，主要适用于矿山、冶金、航空等行业的动力传输装置中。本发明的联轴器包括内转子总成①、外转子总成②、调速装置③及隔离套(7)，其中调速装置③由套筒Ⅲ(2)、套筒Ⅰ(3)、套筒Ⅱ(4)、转动手轮(11)、摩擦轮主动轮(12)、摩擦轮从动轮(13)、固定套筒(14)、双列角接触球轴承(15)构成。本发明的调速装置③通过摩擦轮主从动轮之间的运动传递，使永磁体(6)与铜条(10)之间的啮合面积发生改变，以此实现输出转矩的线性而平稳变化，同时实现了电机的软启动功能，扩展了磁力联轴器的应用范围。此外本发明通过对内、外转子总成组成的传动机构的研究，提出了在不同场合下能提供稳定转矩、大功率、高效率的传输机构，扩展了磁力联轴器的功能。

Description

一种可调式轴向异步磁力联轴器

技术领域

本发明涉及机械工程中的传动技术领域，特指一种可调式轴向异步磁力联轴器，它可用于矿山、冶金、航空等行业的电机与负载之间或其它相关机构的动力传输装置中。

背景技术

磁力驱动技术是应用永磁材料所产生的磁力作用，来实现力或转矩的无接触传递的一种新技术，实现这一技术的装置称为磁力驱动器，磁力联轴器就是其中一种；磁力联轴器最大的特点在于把内转子与从动轴完全密封起来，将动密封变为静密封，因而被广泛应用于石油、化工、医药等行业，以减少污染和泄露；类似于永磁电机原理，磁力联轴器可分为同步式和异步式两种，目前广泛应用的磁力联轴器为同步圆筒式磁力联轴器，此种联轴器由于内转子上的永磁体在高温下会发生退磁现象，使其应用范围受到一定限制；另外，在恶劣工况下，如何实现电机低负荷启动和满负荷运行，如何有效解决电机负载启动时电机发热和失效问题，实现联轴器的高效率传动，是拓展磁力联轴器应用范围的关键课题之一，基于以上特点，对异步圆筒式磁力联轴器的研究显得很有必要。

目前已有少量的专利对此种联轴器展开了研究，在相关申请号为CN200910232125.6的专利中公开了一种永磁调速器，包括：筒形导体转子、筒形永磁转子和调节器，其中筒形导体转子安装在输入轴上，筒形永磁转子安装在输出轴上，调节器安装在筒形永磁转子的外圆环部位，此种联轴器虽可实现转矩的无接触传递，但专利中对调节器的形状、特征涉及很少，并且其调节器安装在高速运转的永磁转子的外圈上，不利于有效控制筒形永磁转子的轴向移动，不利于实现无级调速；随后，在专利CN201110024791.8中也公开了一种永磁耦合调速器，包括：筒形导体转子、筒形隔磁罩、筒形永磁转子、调节器，与上述专利不同的是，在调节器的作用下，利用筒形隔磁罩沿轴向移动，阻挡筒形导体转子和筒形永磁转子的正对面积的大小，相应的改变输出扭矩大小，此种联轴器调速原理固然简单、方便，但是隔磁罩本身的材料不易寻找，成本不易过高；另外此联轴器的应用场合受到一定的限制，不能应用在密封要求高、温度高的场合；本发明联轴器为可调式轴向异步磁力联轴器，通过应用摩擦轮可以很好的调节永磁体与铜条之间的的啮合面积来改变输出转矩的大小，可以以更小的体积实现更准确的变速，并且不受应用场合的限制，因而和上述专利具有明显不同点。

发明内容

本发明提供了一种可调式轴向异步磁力联轴器，通过对调速装置的探讨，不但达到了无级变速的要求，还实现了电机的软启动功能；通过对内外转子总成组成的传动机构的研究，提出了在不同场合下能提供稳定转矩、功率的传输机构，扩展了磁力联轴器的功能。

为此，本发明的技术方案是，一种可调式轴向异步磁力联轴器，包括内转子总成、外转子总成、调速装置及隔离套，内转子总成和外转子总成组成传动机构，内转子总成包括内转子；外转子总成包括外转子、永磁体及主动轴，其特征在于：调速装置由套筒Ⅲ、套筒Ⅰ、套筒Ⅱ、转动手轮、摩擦轮主动轮、摩擦轮从动轮、固定套筒、双列角接触球轴承组成，套筒Ⅰ的左端通过螺钉与外转子固定在一起，以套筒Ⅰ作为定位，在套筒Ⅰ的外圈表面上置有一固定套筒，两者通过销钉连接并一起运动，固定套筒的另一端也通过均匀分布的销钉与套筒Ⅱ安装于一体，双列角接触球轴承的外圈与内圈分别与套筒Ⅱ的内侧、套筒Ⅰ的外表面进行配合安装，套筒Ⅱ的下端与摩擦轮从动轮连接，且两者之间的传动方式为齿轮齿条传动，摩擦轮从动轮被固定安装于套筒Ⅲ的内部，同时套筒Ⅲ与摩擦轮主动轮通过螺纹副进行连接，在摩擦轮主动轮的端部安装一转动手轮，通过旋转转动手轮可实现摩擦轮主动轮的移动。

所述的转动手轮顺时针旋转时，摩擦轮主动轮转动的同时向前运动，在未到达摩擦轮从动轮的中心前，摩擦轮从动轮顺时针转动，套筒Ⅰ此时不会沿轴向向左运动，以达到电机软启动的目的；转动手轮继续顺时针转动时，即摩擦轮主动轮向前运动的距离超过了摩擦轮从动轮的半径，会使摩擦轮从动轮做逆时针转动，此时套筒Ⅰ沿轴向向左运动，继而可推动外转子的轴向移动，从而使永磁体与铜条之间的啮合面积发生改变，相应的改变了输出扭矩值大小。

所述的外转子与主动轴之间的连接方式为型面连接，相配合的外转子的内部需开设一个四分之三圆形截面的孔，孔的深度为10-15 mm；与之对应的主动轴的外表面也需开同样尺寸的槽，为以便两者可以实现相对轴向移动。

所述的内转子总成和外转子总成组成的传动机构，它有四种可供实施的结构，其一是由内含永磁体的圆筒形的外转子、固定于基座的圆筒形的隔离套、内嵌导体的圆筒形的内转子构成；其二是由内含永磁体的锥形的外转子、固定于基座的锥形的隔离套、内嵌导体的锥形的内转子构成，能同时改变永磁体与导体之间的正对面积和气隙大小，更好更快地控制输出转矩的大小，同时缩小了联轴器的径向尺寸，以满足某些空间受限的场合使用；其三是由内含永磁体的圆筒形的外转子、固定于基座的圆筒形的隔离套、圆筒形的内转子构成，内转子的结构包括内转子内层和内转子外层两层，内转子内层为实心转子，材料为钢或铸铁，在其外表面镀上2-5 mm厚度的铜即内转子外层，从而形成双层圆柱体结构，该结构启动特性较好、加工方便；其四是由内含永磁体的圆筒形的外转子、固定于基座的圆筒形的隔离套、圆筒形的内转子构成，内转子由内转子基体、导条及端环构成，内转子基体安装于从动轴上，在内转子基体的外表面沿周向均匀分布深槽结构，槽内放置有导条，在导条的两侧固定端环，以短接槽内导条形成封闭环路，此结构尤其适用于高温场合下使用。

所述的外转子的端面需开槽，同时将永磁体内嵌于其内，永磁体采用钕铁硼材料，被粘结压制后通过径向多极充磁形成，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。

本发明的优点：

(1) 通过摩擦轮主动轮的移动距离不断变化，调节了永磁体与铜条之间的啮合面积，从而使从动轴的转速和输出扭矩也发生了线性增减、平稳变化，实现了在线无级调速的目的；

(2) 调节摩擦轮主动轮向前移动的距离小于摩擦轮从动轮的半径的这段时间内，外转子一直未有轴向方向的移动。故而当电机启动的瞬间，由于永磁体与铜条之间的啮合面积几乎为零，电机就可在空载情况下启动，实现了电机的软启动；

(3) 本发明通过对内外转子总成组成的传动机构的研究，提出了在不同场合下能提供稳定转矩、功率的传输机构，扩展了磁力联轴器的功能；

(4) 内外转子属于非接触传动，两转子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，提高了传动的效率。

附图说明

图1为实施例1的筒形可调速异步磁力联轴器结构图；

图2为外转子与主动轴配合部分剖面视图；

图3为摩擦轮的工作原理及结构示意图-电机的软启动；

图4为摩擦轮的工作原理及结构示意图-推动外转子的轴向移动；

图5为实施例2的锥形筒式可调速异步磁力联轴器结构图；

图6为实施例3的双层实心耐高温异步磁力联轴器结构图；

图7为实施例4的深槽式鼠笼异步磁力联轴器结构图；

图中，1-主动轴，2-套筒Ⅲ，3-套筒Ⅰ，4-套筒Ⅱ，5-外转子，6-永磁体，7-隔离套，8-垫圈，9-从动轴，10-铜条，11-转动手轮，12-摩擦轮主动轮，13-摩擦轮从动轮，14-固定套筒，15-双列角接触球轴承，16-挡板，17-基座，18-内转子，19-内转子内层，20-内转子外层，21-内转子基体，22-导条，23-端环；①-内转子总成、②-外转子总成、③-调速装置。

具体实施方式

下面结合图1对实施例1的可调式轴向异步磁力联轴器进行详细说明。

本发明的联轴器包括内转子总成①、外转子总成②、调速装置③及隔离套7，内转子总成①和外转子总成②组成传动机构，内转子总成①包括内转子18；外转子总成②包括外转子5、永磁体6及主动轴1，其特征在于：调速装置③由套筒Ⅲ2、套筒Ⅰ3、套筒Ⅱ4、转动手轮11、摩擦轮主动轮12、摩擦轮从动轮13、固定套筒14、双列角接触球轴承15组成，套筒Ⅰ3的左端通过螺钉与外转子5固定在一起，以套筒Ⅰ3作为定位，在套筒Ⅰ3的外圈表面上置有一固定套筒14，两者通过销钉连接并一起运动，固定套筒14的另一端也通过均匀分布的销钉与套筒Ⅱ4安装于一体，双列角接触球轴承15的外圈与内圈分别与套筒Ⅱ4的内侧、套筒Ⅰ3的外表面进行配合安装，套筒Ⅱ4的下端与摩擦轮从动轮13连接，且两者之间的传动方式为齿轮齿条传动，摩擦轮从动轮13被固定安装于套筒Ⅲ2的内部，同时套筒Ⅲ2与摩擦轮主动轮12通过螺纹副进行连接，在摩擦轮主动轮12的端部安装一转动手轮11，通过旋转转动手轮11可实现摩擦轮主动轮12的移动。

如图3所示，当转动手轮11顺时针旋转时，摩擦轮主动轮12转动的同时向前运动，在未到达摩擦轮从动轮13的中心前，摩擦轮从动轮13顺时针转动，套筒Ⅰ3此时不会沿轴向向左运动，以达到电机软启动的目的；如图4所示，转动手轮11继续顺时针转动时，即摩擦轮主动轮12向前运动的距离超过了摩擦轮从动轮13的半径，会使摩擦轮从动轮13做逆时针转动，此时套筒Ⅰ3沿轴向向左运动，继而可推动外转子5的轴向移动，从而使永磁体6与铜条10之间的啮合面积发生改变，相应的改变了输出扭矩值大小。

如图2所示，外转子5与主动轴1之间的连接方式为型面连接，相配合的外转子5的内部需开设一个四分之三圆形截面的孔，孔的深度为10-15 mm；与之对应的主动轴1的外表面也需开同样尺寸的槽，为以便两者可以实现相对轴向移动；在外转子5的端面需开槽，同时将永磁体6内嵌于其内，永磁体6采用钕铁硼材料，被粘结压制后通过径向多极充磁形成，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。

实施例1的工作原理：如图1所示，当圆筒形的外转子5随电机旋转时，其内表面布置的永磁体6就会在气隙中形成一个旋转磁场，根据电磁感应原理，在圆筒形的内转子18里的铜条10表面就会产生感应电流，该电流与旋转磁场相互作用，可使内转子18受到一个与旋转磁场方向相同的电磁转矩，从而使内转子18转动；在外转子5转动的过程中，此时旋转转动手轮11，摩擦轮主动轮12在转动的同时会产生移动，从而会使摩擦轮从动轮13产生旋转运动，而摩擦从动轮13与套筒Ⅱ4之间的运动方式为齿轮齿条传动，此时会促使套筒Ⅱ4、套筒Ⅰ3及外转子5沿轴向左右移动，最终使永磁体6与铜条10之间的啮合面积发生改变，实现从动轴9的转速和输出扭矩的线性改变，因而，实现了联轴器的转矩、功率的稳定传输和无级变速功能。

实施例2：在实施例1的基础上，如图2所示，由内转子总成①和外转子总成②组成的传动机构由内含永磁体6的锥形的外转子5、固定于基座17的锥形的隔离套7、内嵌导体的锥形的内转子18构成，其目的在于能同时改变永磁体6与导体之间的正对面积和气隙大小，更好更快地控制输出转矩的大小；另外缩小了联轴器的径向尺寸，以满足某些空间受限的场合使用。

实施例3：如图5所示，调速装置类似于在实施例1，传动机构由内含永磁体6的圆筒形的外转子5、固定于基座17的圆筒形的隔离套7、圆筒形的内转子18构成，内转子18的结构包括内转子内层19和内转子外层20两层，内转子内层19为实心转子，材料为钢或铸铁，在其外表面镀上2-5 mm厚度的铜即内转子外层20，从而形成双层圆柱体结构。该结构的工作原理与实心转子式相同，但其具有传动性能较高，启动特性好，加工方便等优点。

实施例4：如图6所示，调速装置类似于在实施例1，传动机构由内含永磁体6的圆筒形的外转子5、固定于基座17的圆筒形的隔离套7、圆筒形的内转子18构成，内转子18由内转子基体21、导条22及端环23构成，内转子基体21安装于从动轴9上，在内转子基体21的外表面沿周向均匀分布深槽结构，槽内放置有导条22，在导条22的两侧固定端环23，以短接槽内导条22形成封闭环路。此结构由于内转子上不需永磁材料，同时隔离套密封了输送介质，尤其适用于高温场合下使用。

Claims (5)

1.一种可调式轴向异步磁力联轴器，包括内转子总成①、外转子总成②、调速装置③及隔离套（7），内转子总成①和外转子总成②组成传动机构，内转子总成①包括内转子（18）；外转子总成②包括外转子（5）、永磁体（6）及主动轴（1），其特征在于：调速装置③由套筒Ⅲ(2)、套筒Ⅰ(3)、套筒Ⅱ(4)、转动手轮(11)、摩擦轮主动轮(12)、摩擦轮从动轮(13)、固定套筒(14)和双列角接触球轴承(15)组成，套筒Ⅰ(3)的左端通过螺钉与外转子(5)固定在一起，以套筒Ⅰ(3)作为定位，在套筒Ⅰ(3)的外圈表面上置有一固定套筒(14)，两者通过销钉连接并一起运动，固定套筒(14)的另一端也通过均匀分布的销钉与套筒Ⅱ(4)安装于一体，双列角接触球轴承(15)的外圈与内圈分别与套筒Ⅱ(4)的内侧、套筒Ⅰ(3)的外表面进行配合安装，套筒Ⅱ(4)的下端与摩擦轮从动轮(13)连接，且两者之间的传动方式为齿轮齿条传动，摩擦轮从动轮(13)被固定安装于套筒Ⅲ(2)的内部，同时套筒Ⅲ(2)与摩擦轮主动轮(12)通过螺纹副进行连接，在摩擦轮主动轮(12)的端部安装有一转动手轮(11)，通过旋转转动手轮(11)实现摩擦轮主动轮(12)的移动。

2.如权利要求1所述的一种可调式轴向异步磁力联轴器，其特征在于：所述的转动手轮(11)顺时针旋转时，摩擦轮主动轮(12)转动的同时向前运动，在未到达摩擦轮从动轮(13)的中心前，摩擦轮从动轮(13)顺时针转动，套筒Ⅰ(3)此时不会沿轴向向左运动，以达到电机软启动的目的；转动手轮(11)继续顺时针转动时，即摩擦轮主动轮(12)向前运动的距离超过了摩擦轮从动轮(13)的半径，会使摩擦轮从动轮(13)做逆时针转动，此时套筒Ⅰ(3)沿轴向向左运动，继而推动外转子(5)的轴向移动，从而使永磁体(6)与铜条(10)之间的啮合面积发生改变，相应的改变了输出扭矩值大小。

3.如权利要求1所述的一种可调式轴向异步磁力联轴器，其特征在于：所述的外转子(5)与主动轴(1)之间的连接方式为型面连接，相配合的外转子(5)的内部开设有一个四分之三圆形截面的孔，孔的深度为10-15 mm；与之对应的主动轴(1)的外表面也需开同样尺寸的槽，以便两者实现相对轴向移动。

4.如权利要求1所述的一种可调式轴向异步磁力联轴器，其特征在于：所述的内转子总成①和外转子总成②组成的传动机构，它有四种供实施的结构，其一是由内含永磁体(6)的圆筒形的外转子(5)、固定于基座(17)的圆筒形的隔离套(7)、内嵌导体的圆筒形的内转子(18)构成；其二是由内含永磁体(6)的锥形的外转子(5)、固定于基座(17)的锥形的隔离套(7)、内嵌导体的锥形的内转子(18)构成；其三是由内含永磁体(6)的圆筒形的外转子(5)、固定于基座(17)的圆筒形的隔离套(7)、圆筒形的内转子(18)构成，内转子(18)的结构包括内转子内层(19)和内转子外层(20)两层，内转子内层(19)为实心转子，材料为钢或铸铁，在其外表面镀上2-5 mm厚度的铜即内转子外层(20)，从而形成双层圆柱体结构；其四是由内含永磁体(6)的圆筒形的外转子(5)、固定于基座(17)的圆筒形的隔离套(7)、圆筒形的内转子(18)构成，内转子(18)由内转子基体(21)、导条(22)及端环(23)构成，内转子基体(21)安装于从动轴(9)上，在内转子基体(21)的外表面沿周向均匀分布深槽结构，槽内放置有导条(22)，在导条(22)的两侧固定端环(23)，以短接槽内导条(22)形成封闭环路。

5.如权利要求1所述的一种可调式轴向异步磁力联轴器，其特征在于：所述的外转子(5)的端面需开槽，同时将永磁体(6)内嵌于其内，永磁体(6)采用钕铁硼材料，被粘结压制后通过径向多极充磁形成，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。

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