CN102629818A - 一种限矩型永磁耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种限矩型永磁耦合器，包括筒状外永磁转子、筒状内永磁转子和传动机构；其特征在于：所述的筒状外永磁转子和筒状内永磁转子的底部和筒壁上分别安装有永磁体按照磁极交错排列方式均匀排列；两转子可以在各自的轴上同步转动，传动机构上安装有限距装置；筒状外永磁转子或筒状内永磁转子可互为输出或输入机构，可在传动机构上滑动；两永磁转子之间无机械连接，通过磁场作用连接。本发明为可靠性要求高的电机拖动系统提供了一种全新的过载保护方案：该方案无发热、无机械联结、更安全，噪音更小，无滑差高效的过载保护方案，属于本案型，特别适用于煤炭行业井下输煤皮带的过载保护系统。

Description

一种限矩型永磁耦合器

技术领域

本发明涉及一种限矩型永磁耦合器，尤其涉及一种可自动脱开和自启动的限矩型永磁耦合器。

技术背景

目前为了保护电机系统的可靠运行，特别是对一些重负载、易燃、易爆等恶劣环境，容易过载的电机拖动系统，过载保护尤为重要，比如皮带输送机、链条输送机、磨煤机、破碎机等等。人们发明了很多办法去解决这个问题，其中包括液力耦合器、本公司先前提出专利号为CN201010109757.6中公开了一种涡流式永磁耦合器，包括：一个筒状导体转子和一个筒状永磁转子组成；其工作原理是：电机与筒状导体转子同步转动，筒状导体转子与筒状永磁转子产生相对运动，从而导体上产生涡流，形成感应磁场与用磁场相互作用，从而带动永磁转子沿与导体转子同方向转动结果是将电机轴的转矩传递到负载轴上。但是如果在负载发生堵转或者过载故障情况时，该永磁耦合器仅仅能够提供1-2分钟的过载保护，同时在耦合器上产生大量的热量，若应用在易燃、易爆的环境（煤矿井下环境）就存在很大的安全隐患，而且如果超过2分钟电机保护还不正常断电的话，将导致耦合器损坏，所带来的经济损失也是相当大的。因此当负载堵转或者过载时，该耦合器不能提供一种完全的过载保护。

本公司先前提出专利号为201020540495.4中公开了一种限矩型永磁耦合器，包括导体转子和永磁转子。其工作原理是当发生堵转的时侯会产生滑差，此时永磁体会产生磁场作用在导体环上产生涡流推力，将导体转子沿着轴向方向推离，使得永磁转子和导体转子之间的作用面积减到最小，转矩为零，使电机与负载完全脱开，然后在通过控制器将两转子重新组合，是啮合面积达到最大。但是这种限矩型永磁耦合器如果发生意外不能自动脱开也必将导致产生大量的热量，存在了一定的安全隐患，用于防爆要求严格的环境比如煤碳行业的井下设备，就存在很大的不足。而液力耦合器过载后，液压油温度升高使得易熔塞熔化，式液压油泄压从而保护系统，该产品在过载时危险，对周围的设备和人都会导致很大的威胁，同时系统恢复费事麻烦，况且液力耦合器复杂，容易漏油，寿命短，可靠性低等天生缺陷。而美国MagnaForce公司提出的限矩型永磁耦合器，在过载时可以脱开，但是该产品为涡流式永磁耦合器，在导体盘上有涡流，如果在过载时，不能顺利脱开，将会在导体盘上产生大量的热量，在煤炭井下长周期运行存在安全隐患，对系统有隐患。

发明内容

本发明为可靠性要求高的电机拖动系统提供了一种全新的过载保护方案：该方案无发热、无机械联结、 更安全，噪音更小，无滑差高效的过载保护方案，属于本案型，特别适用于煤炭行业井下输煤皮带的过载保护系统。在煤炭行业等高易燃易爆环境下，如果发生过载或堵转的情况，本发明的产品将完全脱开，并且脱开过程无发热，无机械连接，能够很好很快的恢复正常运转，同时也较好的保护了电机的拖动系统，完全排除了由于过载产生大量热量而带来的安全隐患。

本发明为一种限矩型永磁耦合器，包括筒状外永磁转子、筒状内永磁转子和传动机构；其特征在于：所述的筒状外永磁转子和筒状内永磁转子的底部和筒壁上分别安装有永磁体按照磁极交错排列方式均匀排列；两转子可以在各自的轴上同步转动，传动机构上安装有限距装置；筒状外永磁转子或筒状内永磁转子可互为输出或输入机构，可在传动机构上滑动；两永磁转子之间无机械连接，通过磁场作用连接。筒状外永磁转子由永磁体[3]、永磁托盘[4]、环形磁座[5]和圆盘形磁座[11]构成；筒状内永磁转子由永磁体[3’]、永磁托盘[4’]、环形磁座[5’]、圆盘形磁座[11’]、至少四个滑动销子[13]和销子挡板[15]构成。传动机构是用来传递扭矩的，可以由方轴组成也可以通过扭矩盘、圆形轴/方形轴和至少两个以上的销轴组成；筒状内永磁转子[2]和筒状外永磁转子[1]的各自的永磁托盘[3’3]上有螺纹装饰孔[12]，方便安装、调试和拆卸永磁体（如图4）；每个用于放置永磁体的对应位置的四个角都为圆形转角孔[14]，方便放置永磁体，因为永磁体的四个角有棱边，如果将永磁托盘放置永磁体的空槽设置成与永磁体一样的棱边，会导致永磁体难安装，容易卡住（如图5）。

筒状外永磁转子[1]筒壁上的永磁体是通过环形磁座[3]固定在永磁托盘[4]上，其中环形磁座[5]通过螺栓与永磁托盘[4]固定连接，同时永磁体也被更加牢固的固定于磁座内（如图6）；所述的筒状内永磁转子[2]底部的永磁体通过圆盘形磁座[11]固定在永磁托盘[4’]上，其中圆盘形磁座[11]通过螺栓与永磁托盘[4’]固定连接，永磁体通过一种强力胶与圆盘形磁座固定连接。

永磁托盘与方轴之间通过滑动销子连接，滑动销子做成半圆柱形，曲面部分现在永磁托盘内并固定在永磁托盘上，平面贴在方轴的轴面上，并且要使得方轴面与永磁托盘无接触，而滑动销子的材料可以采用聚四氟氯乙烯等高耐磨材料。

如果传动机构采用销轴传递方式，扭矩盘通过键与旋转轴固定连接，旋转轴可以使圆形轴也可以是方轴；采用两根以上的销轴固定在永磁转子的扭矩盘上，销轴的另一端与扭矩盘相连，并且销轴可以相对于扭矩盘轴向滑动。在方轴[6]或旋转轴[10]上有限距的侧板是传动机构的限距装置，来限制两个永磁转子间的最小间距。

实施原理

根据磁场间同极相斥，异极相吸的原理，该联轴器正常工作状态利用了异极相吸的特性，静止和自启动状态运用了在自然状态下磁极间自调整的特点，当遇到过载或堵转状态下则是受到异极相斥的启发，设计出相对磁块作为过载或堵转的自保护动力开关和动力的来源。在正常工作状态，筒状外永磁转子与筒状内永磁转子在磁场作用下处于啮合面积最大位置，且内外永磁转子同步运行；在传递扭矩超过设计值时，筒状内外永磁转子存在滑差，由筒状内外永磁转子底部的磁场提供瞬间排斥力，将内永磁转子推开，使得内外永磁转子的啮合面积为零，从而卸掉负载，电机空转保护电机；在电机停机状态，内外永磁转子在磁场的作用下，自动复位到最大啮合面状态。

附图说明

图1为本发明的限矩型永磁耦合器完全脱开时的剖视图。

图2为本发明的限矩型永磁耦合器的实施例2的示意图。

图3为本发明的限矩型永磁耦合器的限距装置示意图。

图4为本发明的限矩型永磁耦合器的两永磁转子正常工作时的正剖面图。

图5为本发明的永磁转子为放置永磁体所设置的转角孔的示意图。

图6为本发明的限矩型永磁耦合器的两永磁转子正常工作时的正剖面图。

具体实施方式

本发明共包括至少三种结构系列：1、外转子固定，内转子滑动；2、通过销子传递扭矩结构；3、内转子固定，外转子滑动。

实施例1：

如图所示，本实施例包括筒状外永磁转子[1]、筒状内永磁转子[2]、方轴[6]。

过程一 启动静止状态下的传动机构-方轴[6]在电机动力的带动下，筒状内永磁转子[2]缓慢向筒状外永磁转子[1]方向滑动，当两者相距一定范围内，根据磁极间的自调整特点，内外转子自调整至异极相吸状态，使产生自然啮合而同步实现了同步转动。

过程二  同步永磁转子的方轴[6]，在电机带动下将动力以最大限度的传动比将动力传递出来，内外磁转子异极相吸，内外永磁底盘内磁块异磁极相对，内外机构以共同转速旋转，从而实现可靠性的同步传动。 

过程三  筒状内永磁转子[2]和筒状外永磁转子[1]通过方轴[6]传递当载荷过大或堵转时产生的扭矩，致使内外转速不同，内外永磁转子产生滑差的同时，内部永磁转子底盘内的永磁磁块与外转子永磁底盘产生滑差使永磁传动部分出现同极相对的情况，内外磁块间产生较大斥力，内部永磁转子被相互间斥力自动推开，通过水平方轴[6]滑移，实现过载或堵转自保护。

过程四  筒状内永磁转子[2]受到斥力作用通过水平方轴[6]反向移动，在方轴上的限距装置[7]的限制下，筒状内永磁转子[2]在一定范围内沿方轴[6]滑动，筒状内永磁转子[2]与筒状外永磁转子[1]相距在两者磁感应范围内，磁场间的自调整使两者间产生一定的吸引力将内部磁转子向内吸引实现自启动。

实施例2：

过程一 由销轴[9]和扭矩盘[8]连接的耦合器结构，筒状内永磁转子[2] 、销轴[9]和扭矩盘[8]连接，扭矩盘[8]与旋转轴[10]固定连接，与销轴[9]滑动连接，筒状内永磁转子[2]可在销轴[9]的带动下在旋转轴[10]上滑动。 静止启动状态下的在电机动力的带动下，筒状内永磁转子[2]缓慢向筒状外永磁转子[1]方向滑动，当两者相距一定范围内，根据磁极间的自调整特点，内外转子自调整至异极相吸状态，使产生自然啮合而同步实现了同步转动。

过程二  同步永磁转子销轴[9]和扭矩盘[8]、旋转轴[10]是传动机构，在电机带动下将动力以最大限度的传动比将动力传递出来，内外磁转子异极相吸，内外永磁底盘内磁块异磁极相对，内外机构以共同转速旋转，从而实现可靠性的同步传动。

过程三  筒状内永磁转子[2]和筒状外永磁转子[1]通过销轴[9]传递当载荷过大或堵转时产生的扭矩，致使内外转速不同，内外永磁转子产生滑差的同时，内部永磁转子底盘内的永磁磁块与外转子永磁底盘产生滑差使永磁传动部分出现同极相对的情况，内外磁块间产生较大斥力，内部永磁转子被相互间斥力自动推开，通过水平旋转轴[10]滑移，实现过载或堵转自保护。

过程四  筒状内永磁转子[2]受到斥力作用通过水平转轴[10]反向移动，在转轴[10]上的限距装置[7’]的限制下，筒状内永磁转子[2]在一定范围内沿转轴[10]滑动，筒状内永磁转子[2]与筒状外永磁转子[1]相距在两者磁感应范围内，磁场间的自调整使两者间产生一定的吸引力将内部磁转子向内吸引实现自启动。

实施例3：

过程一  启动静止状态下的传动机构-方轴[6]在电机动力的带动下，筒状外永磁转子[1]缓慢向筒状内永磁转子[2]方向滑动，当两者相距一定范围内，根据磁极间的自调整特点，内外转子自调整至异极相吸状态，使产生自然啮合而同步实现了同步转动。

过程二 同步永磁转子的方轴[6]，在电机带动下将动力以最大限度的传动比将动力传递出来，内外磁转子异极相吸，内外永磁底盘内磁块异磁极相对，内外机构以共同转速旋转，从而实现可靠性的同步传动。 

过程三  内永磁转子结构（8）和外永磁转子（1）通过连接轴(4)当载荷过大或堵转时，致使内外转速不同，内外永磁转子产生滑差的同时，内部永磁转子底盘内的永磁磁块与外转子永磁底盘产生滑差使永磁传动部分出现同极相对的情况，内外磁块间产生较大斥力，内转子不动，外部永磁转子被相互间斥力自动推开，通过水平方轴（4）滑移，实现过载或堵转自保护。 

过程四 筒状外永磁转子[1]受到斥力作用通过水平方轴[6]反向移动，在方轴[6上的限距装置[7]的限制下，筒状外永磁转子[1]在一定范围内沿方轴[6]滑动，筒状内永磁转子[2]与筒状外永磁转子[1]相距在两者磁感应范围内，磁场间的自调整使两者间产生一定的吸引力将内部磁转子向内吸引实现自启动。

实施例4：

过程一 由销轴[9]和扭矩盘[8]连接的耦合器结构，筒状外永磁转子[1] 、销轴[9]和扭矩盘[8]连接，扭矩盘[8]与旋转轴[10]固定连接，与销轴[9]滑动连接，筒状外永磁转子[1]可在销轴[9]的带动下在旋转轴[10]上滑动。 静止启动状态下的在电机动力的带动下，筒状外永磁转子[1]缓慢向筒状外内磁转子[2]方向滑动，当两者相距一定范围内，根据磁极间的自调整特点，内外转子自调整至异极相吸状态，使产生自然啮合而同步实现了同步转动。

过程二  同步永磁转子销轴[9]和扭矩盘[8]、旋转轴[10]是传动机构，在电机带动下将动力以最大限度的传动比将动力传递出来，内外磁转子异极相吸，内外永磁底盘内磁块异磁极相对，内外机构以共同转速旋转，从而实现可靠性的同步传动。

过程三  筒状外永磁转子[1]和筒状内永磁转子[2]通过销轴[9]传递当载荷过大或堵转时产生的扭矩，致使内外转速不同，内外永磁转子产生滑差的同时，内部永磁转子底盘内的永磁磁块与外转子永磁底盘的磁块产生滑差使永磁传动部分出现同极相对的情况，内外磁块间产生较大斥力，外永磁转子被相互间斥力自动推开，通过水平旋转轴[10]滑移，实现过载或堵转自保护。    

过程四  筒状外永磁转子[1]受到斥力作用通过水平转轴[10]反向移动，在转轴[10]上的限距装置[7’]的限制下，筒状外永磁转子[1]在一定范围内沿转轴[10]滑动，筒状外永磁转子[1]与筒状内永磁转子[2]相距在两者磁感应范围内，磁场间的自调整使两者间产生一定的吸引力将内部磁转子向内吸引实现自启动。

优选一：结构简单，过载斥力反应迅速，使重启动时间缩短。

优选二：永磁之间无热量发生，安全性较高，产品使用寿命延长，保护电机寿命。

优选三：众多变频电机，同步电机等都通过数控技术实现过载保护，本发明利用机械结构实现控制，降低成本，维护简单。

Claims (10)

1.一种限矩型永磁耦合器，包括筒状外永磁转子[1]、筒状内永磁转子[2]和传动机构[6,11’]；其特征在于：所述的筒状外永磁转子[1]和筒状内永磁转子[2]的底部和筒壁上分别安装有永磁体[33’]按照磁极交错排列方式均匀排列；两转子可以在各自的轴上同步转动，传动机构上安装有限距装置[77’]；筒状外永磁转子[1]或筒状内永磁转子[2]可互为输出或输入机构，可在传动机构[6,11’]上滑动；两永磁转子之间无机械连接，通过磁场作用连接。

2.根据权利要求1所述的一种限矩型永磁耦合器，其特征在于所述的筒状外永磁转子[1]由永磁体[3]、永磁托盘[4]、环形磁座[5]和圆盘形磁座[11]构成。

3.根据权利要求1所述的一种限矩型永磁耦合器，其特征在于所述的筒状内永磁转子[2]由永磁体[3’]、永磁托盘[4’]、环形磁座[5’]、圆盘形磁座[11’]、至少四个滑动销子[13]和销子挡板[15]构成。

4.根据权利要求1所述的一种限矩型永磁耦合器，其特征在于所述的传动机构[6,11’]可以是方轴[6]或旋转轴[10]、扭矩盘[8]、至少两个以上的销轴[9]构成。

5.根据权利要求1所述的一种限矩型永磁耦合器，其特征在于所述的筒状内永磁转子[2]和筒状外永磁转子[1]的各自的永磁托盘[3’3]上有螺纹工艺孔[12]，每个用于放置永磁体的对应位置的四个角都为圆形转角孔[14]。

6.根据权利要求2所述的一种限矩型永磁耦合器，其特征在于所述的筒状外永磁转子[1]筒壁上的永磁体是通过环形磁座[3]固定在永磁托盘[4]上，其中环形磁座[]通过螺栓与永磁托盘[4]固定连接，同时永磁体也被更加牢固的固定于磁座内；所述的筒状内永磁转子[2]底部的永磁体通过圆盘形磁座[11]固定在永磁托盘[4’]上，其中圆盘形磁座[11]通过螺栓与永磁托盘[4’]固定连接，永磁体通过一种强力胶与圆盘形磁座固定连接。

7.据权利要求3所述的一种限矩型永磁耦合器，其特征在于所述的筒状内永磁转子[2]的滑动销子[13]与永磁托盘[4’]固定在一起，滑动销子[]的平面部分与方轴的平面无空隙贴合，使得永磁托盘[4’]与方轴[6]之间留有空隙；滑动销子的材料采用高耐磨材料。

8.根据权利要求4和权利要求5所述的一种限矩型永磁耦合器，其特征在于所述的旋转轴[10]可以是方形轴、圆轴。

9.根据权利要求4述的一种限矩型永磁耦合器的传动机构，其特征在于所述的销轴[9]与筒状外永磁转子[1]或筒状内永磁转子[2]相连；所述的方轴[6]或旋转轴[10]上有限距的侧板是传动机构的限距装置，来限制两个永磁转子间的最小间距。

10.根据权利要求4所述的一种限矩型永磁耦合器的传动机构，其特征在于所述的扭矩盘[8]与旋转轴[10]固定连接，与销轴[9]滑动连接。

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