CN103107678B - 可调式直翼悬浮磁涡流联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，包括与第一电机连接的输入轴、与负载连接的输出轴，所述输入轴上固定套装有左导体盘，所述联轴器还包括与左导体盘同步转动的右导体盘，所述左导体盘和右导体盘之间设置有左磁盘和右磁盘，左磁盘和右磁盘之间布置有与输出轴固定连接的中间盘，左导体盘、左磁盘、中间盘、右磁盘、右导体盘平行布置，所述左磁盘、中间盘、右磁盘同步转动，所述左导体盘和右导体盘之间还连接有由伺服电机驱动旋转的叶片，所述叶片模拟直翼推进器的叶片工作，所述联轴器还包括气隙间距调节机构。本发明提供一种利用自身转动产生的叶片升力平衡掉联轴器自身重力的磁涡流联轴器，适合于大型以及超大型磁涡流联轴器。

Description

可调式直翼悬浮磁涡流联轴器

技术领域

本发明涉及一种磁涡流联轴器。

背景技术

在现实生活中，使用联轴器联结的传动轴传动系统应用非常广泛，几乎工业场合及生活中涉及到电机动力传动的领域，都会使用到联轴器的传动轴传动技术。目前机械领域中使用的联轴器多为机械式联轴器和液力式联轴器。机械式联轴器是刚性联结，机械力传递转矩，在安装过程中，由于存在轴向偏移误差，会增加支撑原件的载荷，而径向偏移误差将产生突变载荷而引起设备的高频振动，另外，刚性联结在启动瞬间还会产生冲击性载荷。液力耦合器调速属于低效调速方式，调速范围有限，高速丢转约5％-10％，低速转差损耗大，最高可达额定功率的30％以上，精度低、线性度差、响应慢，启动电流大，装置大，不适合改造，而且，容易漏液、维护复杂、费用大，不能满足提高装置整体自动化水平的需要。

磁力耦合联轴器应用磁力耦合传动技术，也称磁涡流联轴器，相比较传动的联轴器，具有以下的优点：①节能效果：25％～66％；②维护工作量小，几乎是免维护产品，维护费用极低；③允许有较大的安装对中误差(最大可为5mm)，大大简化了安装调试过程；④具有过载保护功能，从而提高了整个系统的可靠性，完全消除了系统因过载而导致的损坏；⑤提高了电机的启动能力，减少冲击和振动，协调多机驱动的负荷分配；⑥调速型可在电机转速基本不变的情况下实现输出转速的无级；⑦使用寿命长，设计寿命为30年，并可延长系统中零部件的使用寿命；⑧易于实现遥控和自动控制，过程控制精确高；⑨结构简单，适应各种恶劣环境，对环境友好，不产生污染物，不产生谐波，体积小，安装方便。

目前市场上技术成熟的大型以及超大型磁力耦合联轴器产品，由于受产品本身结构和技术方案的局限，产品本身技术性能仍存在一些技术缺点和不足，主要有：①平行度问题，为了传递大转矩，导体盘与磁盘之间的间隙很多时候只有几个毫米，传递的转矩越大，间隙需要越小，对于大型和超大型磁涡流联轴器，由于导体盘和磁盘直径很大，此时稍有不平行，它们之间就会发生碰撞，从而造成损坏；②散热问题，钕铁硼永磁材料是永磁体的首选材料，但钕铁硼材料的工作能力对温度的要求很高，温度是影响钕铁硼材料工作效率的最主要因素之一，当温度在85度以上时甚至会完全丧失工作能力。

发明内容

为了解决现有的磁涡流联轴器存在的上述问题，本发明提供一种自带有气隙间距调节机构、结构简单、性能稳定可靠、可以方便实现工况过程中输出轴的增减速要求、调速精度高、可解决重力作用下的平行度欠缺问题的可调式直翼悬浮磁涡流联轴器。

本发明采用以下的技术方案：

可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，包括与第一电机连接的输入轴、与负载连接的输出轴，所述输入轴上固定套装有左导体盘，所述可调式直翼悬浮磁涡流联轴器还包括与左导体盘同步转动的右导体盘，所述左导体盘和右导体盘之间设置有左磁盘和右磁盘，左磁盘和右磁盘之间布置有与输出轴固定连接的中间盘，左导体盘、左磁盘、中间盘、右磁盘、右导体盘平行布置，所述左磁盘、中间盘、右磁盘同步转动，所述左导体盘和右导体盘之间还连接有由伺服电机驱动旋转的叶片，所述叶片模拟直翼推进器的叶片工作，所述可调式直翼悬浮磁涡流联轴器还包括可调节左导体盘与左磁盘之间气隙间距、以及右导体盘与右磁盘之间气隙间距的气隙间距调节机构。

进一步，所述气隙间距调节机构包括内套筒、外套筒，所述外套筒通过传递推力的第一轴承连接右磁盘，内套筒通过第二轴承可转动的套装在输出轴上，内套筒上设置有斜向滑槽，外套筒上设置有与斜向滑槽配合的第一滑块，外套筒上还设置有可使外套筒转动前进的手柄，所述气隙间距调节机构还包括限制内套筒移动的限位件，所述左磁盘和右磁盘之间设置有可使左磁盘和右磁盘同步开合的传动机构。优选的，所述第一轴承为双列圆锥滚子轴承，该双列圆锥滚子轴承可传递推力、不传递转动，因此，在外套筒旋转前进时，外套筒可拉动右磁盘轴向移动、不会带动右磁盘转动(外套筒和右磁盘之间由于双列圆锥滚子轴承的存在，二者之间不传递转矩)。所述第二轴承为圆柱滚子轴承，该圆柱滚子轴承不传递推力也不传递转动。

进一步，所述传动机构包括垂直固定在中间盘外缘的滑杆、可滑动的套装在滑杆上的第二滑块，所述第二滑块的左侧铰接左连杆，第二滑块的右侧铰接右连杆，所述左连杆与左磁盘铰接，右连杆与右磁盘铰接。

进一步，所述左磁盘与右磁盘之间设置有防止左磁盘和右磁盘的磁场相互干扰的隔磁件。

进一步，所述左导体盘远离左磁盘的一侧设置有散热器，所述右导体盘远离右磁盘的一侧设置有散热器。

进一步，所述左磁盘、中间盘、右磁盘之间通过连接杆连接，连接杆带动左磁盘、中间盘、右磁盘同步转动。

优选的，所述左磁盘与右磁盘之间设置有三组所述的传动机构，三组传动机构沿周向等间隔布置。

优选的，所述斜向滑槽为螺旋线。

本发明的技术构思在于：可调式直翼悬浮磁涡流联轴器的输入轴(高速端)连接第一电机，可调式直翼悬浮磁涡流联轴器的输出轴(低速端)连接负载。在第一电机启动后，通过气隙间距调节机构调节左磁盘与左导体盘之间气隙间距、以及右磁盘与右导体盘之间的气隙间距，进而可以调整该联轴器的传递功率，进而调整输出轴转速。

气隙间距调节机构的传动过程为：旋转外套筒上的手柄，外套筒上的第一滑块在内套筒的斜向滑槽上滑动，由于内套筒被限位件限制无法轴向移动，因此手柄带动外套筒做旋转运动以及轴向移动的复合运动，外套筒与右磁盘之间通过双列滚子轴承连接，该双列滚子轴承只传递推力不传递转动，因此在外套筒旋转前进时，外套筒可拉动右磁盘轴向移动、不会带动右磁盘转动(外套筒和右磁盘之间由于双列圆锥滚子轴承的存在，二者之间不传递转矩)。右磁盘通过右连杆带动第二滑块在滑杆上移动，第二滑块又通过左连杆带动左磁盘朝与右磁盘相对的方向移动。当左磁盘与右磁盘向外运动时，左磁盘与左导体盘之间的气隙间距减小，右磁盘与右导体盘之间的气隙间距减小，左导体盘对左磁盘的传递转矩增大，右导体盘对右磁盘的传递转矩增大，左、右磁盘转速提高，输出轴转速提高；当左磁盘与右磁盘向内运动时，左磁盘与左导体盘之间的气隙间距增大，右磁盘与右导体盘之间的气隙间距增大，左导体盘对左磁盘的传递转矩减小，右导体盘对右磁盘的传递转矩减小，左、右磁盘转速降低，输出轴转速降低。这样，由左磁盘与左导体盘之间的气隙间距、以及右磁盘与右导体盘之间的气隙间距，就可以调整输入轴与输出轴之间的转速差。

左、右导体盘之间的叶片模拟直翼推进器的叶片工作，伺服电机驱动叶片做俯仰转动，通过对伺服电机编程实现模拟直翼推进器的转动，从而使多个叶片产生大小可调，方向三百六十度可调的合力，在这里，合力方向向上，从而抵消所受到的重力，消除输入轴和输出轴上的弯矩，增加可调式直翼悬浮磁涡流联轴器的使用寿命。

叶片的运动会极大的改善内部流场的风速，明显改善散热能力，这对汝铁硼永磁材料的工作是非常有利的，因为汝铁硼材料的工作能力对温度的要求很高，温度是影响汝铁硼材料工作效率的最主要因素之一，当温度在85度以上时甚至会完全丧失工作能力。

左、右导体盘之间的叶片产生的浮力抵消了重力，输入轴和输出轴不再受到弯矩的影响，导体盘和磁盘之间也不再因为重力而相互倾斜甚至碰撞，从而可解决大型以及超大型磁涡流联轴器在重力作用下的磁盘平行度问题、轴的弯曲挠度问题，增加了联轴器使用寿命。

本发明的有益效果在于：(1)自带有气隙间距调节机构，结构简单，性能稳定可靠，可以方便实现工况过程中输出轴的增减速要求，调速精度高；(2)可解决大型以及超大型磁涡流联轴器在重力作用下的磁盘平行度问题、轴的弯曲挠度问题、永磁材料散热问题。

附图说明

图1是本发明实施例的立体结构示意图。

图2是本发明实施例的剖视图。

图3是本发明实施例通过手柄调节左磁盘和右磁盘间距的示意图。

图4是直翼推进器的原理图。

附图标号：1-输入轴；2-输出轴；31-左导体盘；32-右导体盘；33-连接件；34-左磁盘；35-右磁盘；36-中间盘；37-连接杆；38-永磁体；39-散热器；41-内套筒；42-外套筒；43-斜向滑槽；44-第一滑块；45-手柄；46-第一轴承；47-第二轴承；48-推力套筒；51-滑杆；52-第二滑块；53-左连杆；54-右连杆；61-伺服电机；62-叶片；63-叶片转轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1-4：可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，包括与第一电机连接的输入轴1、与负载连接的输出轴2，所述输入轴1上固定套装有左导体盘31，所述可调式直翼悬浮磁涡流联轴器还包括通过连接件33与左导体盘31同步转动的右导体盘32，本实施例中，该连接件33为多根钢板，所述左导体盘31和右导体盘32之间设置有左磁盘34和右磁盘35，左磁盘34和右磁盘35之间布置有与输出轴2固定连接的中间盘36，左导体盘31、左磁盘34、中间盘36、右磁盘35、右导体盘32平行布置，所述左磁盘34、中间盘36、右磁盘35同步转动，所述左导体盘31和右导体盘32之间还连接有由伺服电机61驱动旋转的叶片62，所述叶片62模拟直翼推进器的叶片工作，所述可调式直翼悬浮磁涡流联轴器还包括可调节左导体盘31与左磁盘34之间气隙间距、以及右导体盘32与右磁盘35之间气隙间距的气隙间距调节机构。

所述气隙间距调节机构包括内套筒41、外套筒42，所述外套筒42通过传递推力的第一轴承46连接推力套筒48，推力套筒48固定连接右磁盘35，内套筒41通过第二轴承47可转动的套装在输出轴2上，内套筒41上设置有斜向滑槽43，该斜向滑槽43为螺旋线的一部分，外套筒42上设置有与斜向滑槽43配合的第一滑块44，外套筒42上还设置有可使外套筒42转动前进的手柄45，所述气隙间距调节机构还包括限制内套筒41移动的限位件，本实施例中该限位件为卡环。所述左磁盘34和右磁盘35之间设置有可使左磁盘34和右磁盘35同步开合的传动机构。本实施例中，所述第一轴承46为双列圆锥滚子轴承，该双列圆锥滚子轴承可传递推力、不传递转动，因此，在外套筒42旋转前进(转动和轴向移动复合的螺旋运动)时，外套筒42可拉动右磁盘35轴向移动、不会带动右磁盘35转动(外套筒和右磁盘之间由于双列圆锥滚子轴承的存在，二者之间不传递转矩)。所述第二轴承47为圆柱滚子轴承，该圆柱滚子轴承不传递推力也不传递转动。

所述传动机构包括垂直固定在中间盘36外缘的滑杆51、可滑动的套装在滑杆51上的第二滑块52，所述第二滑块52的左侧铰接左连杆53，第二滑块52的右侧铰接右连杆54，所述左连杆53与左磁盘34铰接，右连杆54与右磁盘35铰接。所述左磁盘34与右磁盘35之间设置有三组所述的传动机构，三组传动机构沿周向等间隔布置。

所述左磁盘34、中间盘36、右磁盘35之间通过连接杆37连接，连接杆37带动左磁盘34、中间盘36、右磁盘35同步转动。本实施例中，所述连接杆37有三根，三根连接杆37沿周向等间隔布置，连接杆37与左磁盘34、中间盘36、右磁盘35垂直布置。

本实施例中，所述左磁盘34和右磁盘35包括金属盘，金属盘上环布有永磁体38。左磁盘34与右磁盘35之间设置有防止左磁盘和右磁盘的磁场相互干扰的隔磁件，本实施例中，该隔磁件为隔磁铜板。

所述左导体盘31远离左磁盘34的一侧设置有散热器39，所述右导体盘32远离右磁盘35的一侧设置有散热器39，该散热器为机械式散热器，散热器环设在左导体盘31和右导体盘32上。由于左磁盘34在左导体盘31上产生电涡流，右磁盘35在右导体盘32上产生电涡流，通过散热器39可以降低电涡流导致的高温，降低发热量。

本实施例的工作原理为：可调式直翼悬浮磁涡流联轴器的输入轴1(高速端)连接第一电机，可调式直翼悬浮磁涡流联轴器的输出轴2(低速端)连接负载。在第一电机启动后，通过气隙间距调节机构调节左磁盘34与左导体盘31之间气隙间距、以及右磁盘35与右导体盘32之间的气隙间距，进而可以调整该联轴器的传递功率，进而调整输出轴2的转速。具体如下：

启动第一电机，可调式直翼悬浮磁涡流联轴器的输入轴1与第一电机同速转动，输入轴1带动左导体盘31和右导体盘32同步转动；左导体盘31通过电涡流带动左磁盘34转动，右导体盘32通过电涡流带动右磁盘35转动，当左磁盘34与左导体盘31距离、右磁盘35与右导体盘32距离较远时，左磁盘34发出的磁感线在左导体盘31上产生的电涡流小，右磁盘35发出的磁感线在右导体盘32上产生的电涡流小，从而左导体盘31对左磁盘34的传递转矩小，右导体盘32对右磁盘35的传递转矩小，导致左磁盘34、右磁盘35转速较低。由于左、右磁盘与中间盘36同步转动，中间盘36又与输出轴2固定连接，左、右磁盘转速减小就相当于输出轴2转速减小。反之，当左磁盘34与左导体盘31之间的距离、右磁盘35与右导体盘32之间的距离减小后，左导体盘31对左磁盘34的传递转矩提高，右导体盘32对右磁盘35的传递转矩提高，左、右磁盘转速提高，输出轴2转速提高。

气隙间距调节机构的传动过程为：旋转外套筒42上的手柄45，外套筒42上的第一滑块44在内套筒41的斜向滑槽43上滑动，该斜向滑槽43为螺旋线的一部分，且内套筒41被限位件限制无法轴向移动，因此手柄45带动外套筒42做转动以及轴向移动复合的螺旋运动，外套筒42与右磁盘35之间通过双列滚子轴承连接，该双列滚子轴承只传递推力不传递转动，在外套筒42旋转前进(转动和轴向移动复合的螺旋运动)时，外套筒42可拉动右磁盘35轴向移动、不会带动右磁盘35转动(外套筒和右磁盘之间由于双列圆锥滚子轴承的存在，二者之间不传递转矩)。右磁盘35通过右连杆54带动第二滑块52在滑杆51上移动，第二滑块52又通过左连杆53带动左磁盘34朝与右磁盘35相对的方向移动。当左磁盘34与右磁盘35向外运动时，左磁盘34与左导体盘31之间的气隙间距减小，右磁盘35与右导体盘32之间的气隙间距减小，左导体盘31对左磁盘34的传递转矩增大，右导体盘32对右磁盘35的传递转矩增大，左、右磁盘转速提高，输出轴2转速提高；当左磁盘34与右磁盘35向内运动时，左磁盘34与左导体盘31之间的气隙间距增大，右磁盘35与右导体盘32之间的气隙间距增大，左导体盘31对左磁盘34的传递转矩减小，右导体盘32对右磁盘35的传递转矩减小，左、右磁盘转速降低，输出轴2转速降低。这样，由左磁盘34与左导体盘31之间的气隙间距、以及右磁盘35与右导体盘32之间的气隙间距，就可以调整输入轴1与输出轴2之间的转速差。

左、右导体盘之间的叶片模拟直翼推进器的叶片工作，伺服电机61通过叶片转轴63带动叶片62做俯仰转动，通过对伺服电机61编程实现对直翼推进器叶片运动规律的模仿，从而使多个叶片产生大小可调，方向三百六十度可调的合力，在这里，合力方向向上，从而抵消所受到的重力，消除输入轴1和输出轴2上的弯矩，增加可调式直翼悬浮磁涡流联轴器的使用寿命。本实施例中，叶片翼型为NACA翼型。

参照图4说明直翼推进器的原理：图4是单个叶片在不同位置时候的示意图，叶片随圆盘整体以角速度ω公转，控制点为P，P在距离O为一定偏心距的圆上，当叶片发生公转时，叶片的弦线与来流方向(圆盘的切向)的角度a(叫攻角)会发生变化，根据空气动力学原理，会产生垂直于转动轴的升力，这个升力的大小和方向与a的大小以及P的偏心距有关，根据这个理论，德国科学家voith Schneider发明了直翼推进器，圆盘上均布叶片，然后通过机械结构改变控制点P的位置，通过改变P的位置角φ来改变推力的方向，通过改变P的路径的圆心与O的距离，即改变偏心距来改变力的大小。这样就设计出了一种力的大小和方向都可以调的推进器。直翼推进器的控制本质只是通过机械机构改变叶片的攻角来调节力的大小和方向(叶片总是随圆盘公转，它在圆盘上的相对位置并没有变，只是叶片转轴在相对圆盘转动，因此本质只是叶片的攻角在发生变化，攻角的范围一般在-30至+30之间，并不是很大)，因此本实施例直接用伺服电机来控制叶片的攻角变化，这种变化规律由编程模仿直翼推进器叶片攻角变化规律来实现。

叶片的运动会极大的改善内部流场的风速，明显改善散热能力，这对汝铁硼永磁材料的工作是非常有利的，因为汝铁硼材料的工作能力对温度的要求很高，温度是影响汝铁硼材料工作效率的最主要因素之一，当温度在85度以上时甚至会完全丧失工作能力。

左、右导体盘之间的叶片产生的浮力抵消了重力，输入轴和输出轴不再受到弯矩的影响，导体盘和磁盘之间也不再因为重力而相互倾斜甚至碰撞，从而可解决大型以及超大型磁涡流联轴器在重力作用下的磁盘平行度问题、轴的弯曲挠度问题，增加了联轴器使用寿命。

上述实施例仅仅是本发明技术构思实现形式的列举，本发明的保护范围不仅限于上述实施例，本发明的保护范围可延伸至本领域技术人员根据本发明的技术构思所能想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，该磁涡流联轴器包括与第一电机连接的输入轴、与负载连接的输出轴，所述输入轴上固定套装有左导体盘，所述可调式直翼悬浮磁涡流联轴器还包括与左导体盘同步转动的右导体盘，所述左导体盘和右导体盘之间设置有左磁盘和右磁盘，左磁盘和右磁盘之间布置有与输出轴固定连接的中间盘，左导体盘、左磁盘、中间盘、右磁盘、右导体盘平行布置，所述左磁盘、中间盘、右磁盘同步转动，所述可调式直翼悬浮磁涡流联轴器还包括可调节左导体盘与左磁盘之间气隙间距以及右导体盘与右磁盘之间气隙间距的气隙间距调节机构，其特征在于，所述左导体盘和右导体盘之间还连接有由伺服电机驱动旋转的叶片，所述叶片具有航空叶片的NACA翼型，每个叶片具有独立的自转运动规律，整个叶片组协同运动产生散热流场以及升力合力，可编程的伺服电机控制升力合力的大小和方向。

2.如权利要求1所述的可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，其特征在于：所述气隙间距调节机构包括内套筒、外套筒，所述外套筒通过传递推力的第一轴承连接右磁盘，内套筒通过第二轴承可转动的套装在输出轴上，内套筒上设置有斜向滑槽，外套筒上设置有与斜向滑槽配合的第一滑块，外套筒上还设置有可使外套筒转动前进的手柄，所述气隙间距调节机构还包括限制内套筒移动的限位件，所述左磁盘和右磁盘之间设置有可使左磁盘和右磁盘同步开合的传动机构。

3.如权利要求2所述的可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，其特征在于：所述传动机构包括垂直固定在中间盘外缘的滑杆、可滑动的套装在滑杆上的第二滑块，所述第二滑块的左侧铰接左连杆，第二滑块的右侧铰接右连杆，所述左连杆与左磁盘铰接，右连杆与右磁盘铰接。

4.如权利要求1-3之一所述的可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，其特征在于：所述左磁盘与右磁盘之间设置有防止左磁盘和右磁盘的磁场相互干扰的隔磁件。

5.如权利要求4所述的可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，其特征在于：所述左导体盘远离左磁盘的一侧设置有散热器，所述右导体盘远离右磁盘的一侧设置有散热器。

6.如权利要求5所述的可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，其特征在于：所述左磁盘、中间盘、右磁盘之间通过连接杆连接，连接杆带动左磁盘、中间盘、右磁盘同步转动。

7.如权利要求3所述的可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，其特征在于：所述左磁盘与右磁盘之间设置有三组所述的传动机构，三组传动机构沿周向等间隔布置。

8.如权利要求2或3所述的可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，其特征在于：所述第一轴承为双列圆锥滚子轴承。

9.如权利要求8所述的可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，其特征在于：所述第二轴承为圆柱滚子轴承。

10.如权利要求9所述的可调式直翼悬浮磁涡流联轴器，其特征在于：所述斜向滑槽为螺旋线。