CN103414313A - 离心式磁传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种离心式磁传动装置。包括驱动转子和从动转子，从动转子中设有导体环，驱动转子中沿径向开设的空腔中设磁力驱动机构，磁力驱动机构包括磁体、螺旋线轴和磁体复位弹簧，磁体可沿该轨道绕螺旋线轴转动并沿螺旋线轴滑动；在磁体旋转和滑动过程中调整扭矩。非工作状态时，磁体N极和S极呈轴向排列，旋转90度或270度，从动转子导体环中所产生的涡流最大，传递扭矩最大，尤其是采用三面导体环结构时，充分利用了磁场，在同样扭矩同样重量情况下，传动效果提高数倍。本发明无需电气控制器件、自动调整扭矩、自动实现可调软启动，具有体积小、扭矩大、发热小、结构简单、外表整齐、结构紧凑的优点，设备使用寿命长。

Description

离心式磁传动装置

技术领域

本发明涉及一种传动装置，尤其涉及一种带有磁体驱动组件的的装置，具体地说涉及一种通过磁体转动和径向距离来调整传递扭矩大小的装置。属于机电制造技术领域。

背景技术

磁传动装置由于其结构简单、减震降噪、无接触传动等优点，近年来越来越广泛的被工业企业所选择。几乎所有生产和生活的动力拖动设备中都会运用到传动联轴设备。一般的永磁联轴器进行转矩传递时，由于永磁转子和导体转子事先已经固定好，故在起动瞬间，由于输入输出轴间转速差很大，而磁场强度相对不变，导体转子中所产生的瞬时涡流很大，发热严重，大功率的联轴器甚至还需要水冷等辅助降温设备，设备使用寿命相对较低。即使，永磁转子和导体转子间间距是可调的，但必须要有专用的执行机构和控制器来完成，机构复杂工艺要求高、设备使用寿命短。而且，磁传动装置体积大，动平衡调试难度大，产生的传递扭矩不稳定，使输出轴产生振动，对设备造成损坏，甚至，对生产和生活带来重大损失。

目前，采用磁体的传动装置，普遍选用永磁体，磁场强度固定，不能随着转速和扭矩的变化而作出调整。例如公开号CN103023272A的中国发明专利申请中公开了一种采用永磁体实现涡流柔性传动联轴器，虽然，磁体的作用力半径有所变化，但是磁场强度没有变化，初始传动时磁场就很强、作用半径又小，扭力不够带动负载迅速转动起来，所以就会较长时间地在此状态下工作，造成大量的发热，使永磁体退磁，存在传递扭矩降低的弱点，还因其结构决定了两极磁回路较远磁力自然减弱，导体转子中所产生的瞬时涡流减小，作用也减小，存在同体积传递扭矩小的缺点和不足，为此需将转子直径加大、磁体体积也较大，磁极间距也较大、磁路行程长，存在磁力自然减弱的缺点和不足，易造成空间和材料的浪费。尤其是在高转速运转时，离心力就会更大，造成潜在的破坏因素，也会使从动部件中的导体环瞬间产生大量热量，从而导致退磁报废。

因此，需要一种对驱动和从动部件之间作用力的调整，不用专用的执行机构和电气控制器来完成，能够用自身结构特点来有效的完成调整过程，包括：磁场强度和磁体的作用力半径。同时，要减少各种传动部件之间的磨损，使初始传动时磁力弱，随转速的提高输出功率的增加，磁力逐渐增强，作用力半径也能相应的加大，使动力的输入和输出趋于平衡状态，这样就减少了传动差速过大所产生大量的热量，使传动更平稳，并且不需要在输入输出转子之间精确地对准。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明公开一种离心式磁传动装置，旨在提供一种用磁体的空间位置变化来调节传递扭矩的传动装置，在驱动和从动部件之间，无需外加控制即能够自动调整磁场强度，实现柔性起动的同时，进一步提高差速起动数值。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种离心式磁传动装置，包括用于连接输入轴的驱动转子、用于连接输出轴的从动转子，驱动转子中有若干沿径向开设的空腔，这些空腔绕驱动转子轴心均匀分布，磁力驱动机构设在空腔中，从动转子中设有导体环；

其中，磁力驱动机构包括磁体、螺旋线轴和磁体复位弹簧，置于空腔中的螺旋线轴与驱动转子固定连接，螺旋线轴上设有螺旋式轨道，磁体可沿该轨道绕螺旋线轴转动并沿螺旋线轴作轴向滑动；驱动转子处于非工作状态时，磁体N极和S极按驱动转子的轴向排列。

在实施中，进一步可作如下改进：

磁体为径向磁化的磁体；

在空腔内，绕磁体两侧设有导磁极；

非工作状态时，从动转子的导体环沿径向与磁体错位布置，在初始状态时，二者间作用半径和作用面积最小；工作状态时，随着磁体在驱动转子中作径向滑动，二者间的作用半径和作用面积增大；

驱动转子上两个相邻的空腔间，驱动转子本体呈轴向凹陷或镂空结构；

从动转子采用包围驱动转子的笼式结构，且在靠近驱动转子的两侧均设导体环；更进一步地，在从动转子内，与磁体外端面对应的侧面还设有导体环；

在磁体内侧设有磁体复位弹簧的容纳腔；驱动转子旋转，在离心力作用下磁体滑动过程中，磁体复位弹簧被挤压并收纳于容纳腔内；

磁体材料可选用铁氧体或稀土永磁材料；导体环材料选用导电性能好的金属，如铜或铝。

离心式磁传动装置的工作过程如下：

当离心式磁传动装置处于非工作状态时，驱动转子不旋转，在磁体复位弹簧的作用下，空腔中的磁体处于靠近驱动转子轴心的初始位置，磁体N极和S极按驱动转子的轴向排列，磁力线经导磁极形成闭路磁力线，此时穿过从动转子中导体环磁力线最少，也即影响导体环的磁场最弱；当该离心式磁传动装置处于工作状态时，驱动转子启动，随着驱动转子转速逐渐提高，作用于磁体的离心力随之增大，磁体沿螺旋线轴滑动并绕螺旋线轴转动，一方面，磁体沿驱动转子的径向滑动过程中，磁体对导体环作用力半径增加，另一方面，磁体N极和S极旋转过程中使磁力线和磁场方向随之改变，当磁体旋转90度或270度时，此时，穿过从动转子中导体环磁力线最多，从动转子导体环中所产生的涡流最大，产生的传动扭矩最大。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实现了无需外部控制机构的情况下，自动调整扭矩，真正实现无电气控制器件、实现自动可调软启动的传动装置。其轴向安装距离短，不到现有可调扭矩磁传动装置的二分之一。与现有的装置相比，在同样扭矩情况下体积小，同样重量条件下扭矩大。在小扭矩传动时，比现有技术的小数倍，在大扭矩传动时，比现有的大数倍；尤其是在三个导体环同时产生涡流的情况下，实现了三维传动，效果更为明显。本发明具有体积小、扭矩大、发热小、结构简单紧凑、外表整齐、能自动调整扭矩的优点，且可密封安装，防尘减少运动部件的磨损，延长设备使用寿命。独特的外圆环导体和第三扭力作用面的结构，巧妙地利用了磁体离心径向外移后，磁场也同时旋转90度或270度，这样磁体的N和S极磁场得到外圆导体环的切割，外圆环产生涡流阻力，就产生了非一般的两面作用力，第三面外圆环作用力结构，保证了同样体积扭矩大，由于三面磁场的利用，节约了珍贵的磁材资源，利用三面磁场结构只要采用铁氧体磁材，就可以达到钕铁硼单面的传动扭矩。

附图说明

图1驱动转子结构剖视示意图

图2沿A-A驱动转子及从动转子结构剖视示意图

图3磁力驱动机构组件示意图

图4非工作状态时沿B-B驱动转子的剖视示意图

图5磁体旋转90度工作状态时沿B-B驱动转子的剖视示意图

图6第2实施例中驱动转子及从动转子结构剖视示意图

图7第2、3实施例中沿B-B驱动转子剖视示意图

图8第3实施例中从动转子三面均有导体环的示意图

图9有磁体复位弹簧容纳腔的磁体的示意图

图10从动转子示意图

图中：1-驱动转子，2-空腔，3-磁体，4-螺旋线轴，5-磁体复位弹簧，6-导磁极，7-丝堵轴支架，8-镂空处，9-磁体复位弹簧容纳腔，10-从动转子，11-导体环，12-外圆导体环。

具体实施方式

下面，对离心式磁传动装置的具体实施方式作进一步的说明。

离心式磁传动装置，包括用于连接输入轴的驱动转子、用于连接输出轴的从动转子，驱动转子中有若干沿径向开设的空腔，这些空腔绕驱动转子轴心均匀分布，磁力驱动机构设在空腔中，从动转子中设有导体环。

本离心式磁传动装置的关键部件是：设置在空腔中的磁力驱动机构。

磁力驱动机构包括磁体、螺旋线轴和磁体复位弹簧，置于空腔中的螺旋线轴与驱动转子固定连接，螺旋线轴上设有螺旋式轨道，磁体可沿该轨道绕螺旋线轴转动并沿螺旋线轴作轴向滑动；驱动转子处于非工作状态时，磁体N极和S极按驱动转子的轴向排列。

其工作原理及过程：参见附图2，当离心式磁传动装置处于非工作的初始状态时，驱动转子1不旋转，在磁体复位弹簧5的作用下，空腔2中的磁体3处于靠近驱动转子轴心初始位置；参见附图4，磁体3的N极和S极呈轴向排列，即按驱动转子的轴线方向排列，磁力线经导磁极6形成闭路磁力线，此时穿过从动转子10中导体环磁力线最少，即影响导体环11的磁场最弱。当该离心式磁传动装置进入工作状态时，驱动转子1启动，随着驱动转子1转速逐渐提高，作用于磁体3的离心力随之增大，复位弹簧5被压缩，磁体3沿螺旋线轨道轴4滑动并绕螺旋线轨道轴4转动，参见图5中磁体3磁极方向和位置，与此同时，磁体3沿驱动转子的径向滑动，磁体3与导体环11作用力半径增加，一方面，磁体N极和S极旋转过程中使磁力线和磁场方向随之改变，当磁体3旋转90度或270度时，此时，穿过从动转子10中导体环11磁力线最多，从动转子10中导体环11中所产生的涡流最大，产生的传动扭矩最大。达到了最小的传动扭矩比现有的磁传动装置小数倍，大的时候比现有的大数倍目的。三维传动时效果更明显。

现举出三种较佳的具体实施例，但不限于以下三种实施方式：

实施例1单面传动方式

参见图1、2、3、4、5和10中表示的结构。

一种离心式磁传动装置，包括用于连接输入轴的驱动转子1、用于连接输出轴的从动转子10，驱动转子图1中有若干沿径向开设的空腔2，这些空腔2绕驱动转子轴心均匀分布，磁力驱动机构组件设置在空腔2中，从动转子10中设有导体环11，导体环材料选用导电性能好的金属，如铜或铝。参见图3，其中，磁力驱动机构组件包括：磁体3、螺旋线轴4和磁体复位弹簧5，置于空腔2中的螺旋线轴4的一端采用螺纹方式与驱动转子1固定连接，螺旋线轴4的另一端通过丝堵轴支架7固定于驱动转子，磁体3为径向磁化的磁体，磁体材料选用铁氧体或稀土永磁材料。螺旋线轴4上设有螺旋式轨道，磁体3可沿该轨道绕螺旋线轴4转动并沿螺旋线轴作轴向滑动。

从动转子的导体环沿径向与磁体错位布置，在初始状态时，二者间作用半径和作用面积最小；工作状态时，随着磁体在驱动转子中作径向滑动，二者间的作用半径和作用面积增大。

为提高磁体3磁场的利用，在空腔内，绕磁体两侧设有导磁极6。

为减轻驱动转子本体的重量，在驱动转子上两个相邻的空腔间，驱动转子本体呈轴向凹陷或镂空结构，即镂空处8。

工作中，驱动转子1在动力源的带动下旋转，磁体3产生离心力外移，同时受4螺旋线轨道轴上的螺旋线轨道导向而旋转，参见图4、5，使磁体3旋转，使从动转子10中导体环11产生涡流阻力带动从动转子10转动，达到无接触柔性传动的目的，该装置结构最简单体积小、一般可用于小扭矩的传动设备中。

实施例2双面传动方式

参见图1、6和7中表示的结构。

在实施例1的基本结构的基础上，进一步地，从动转子10中设有双导体环11，即从动转子10采用包围驱动转子1的笼式结构，在从动转子10内，且在靠近驱动转子1的两个侧面均设导体环；参图6，且导磁极6是双向开放的，能使从动转子10两个侧面的导体环均产生涡流阻力，较第1实施例扭矩增加约一倍，并且达到无接触柔性传动的目的，该装置结构简单体积小、扭矩较大，一般可用于中扭矩的传动设备中。

实施例3三面传动方式

参见图1、7和8中表示的结构。

在实施例2的基础上，为了充分利用磁体3的磁场，本实施例针对沿驱动转子径向、磁体3外端面的磁场，更进一步地，从动转子10中除双面导体环11外，在从动转子内与磁体3外端面对应的侧面还设有导体环，即外圆导体环12；参见图9，在磁体3内侧设有磁体复位弹簧的容纳腔9；驱动转子1旋转，在离心力作用下磁体3滑动过程中，磁体复位弹簧5被挤压并收纳于容纳腔9内；使得磁体3外端可与外圆导体环12间距缩小，更有效地利用了磁场。

当磁体3在驱动盘10转动时产生离心力的作用下，径向向外移动到驱动盘10外边缘，使经向磁化的磁体3外端磁力线和外圆导体环12作用产生涡流阻力，加之从动转子10中双面面导体环11，三个方向面均能产生涡流阻力，较第1实施例扭矩约增加两倍，并且达到无接触柔性传动的目的，该装置结构也不复杂体积小、动平衡容易保证、扭矩最大，同样空间扭矩的加大，减小了安装空间，一般可用于大扭矩的传动设备中。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种离心式磁传动装置，包括用于连接输入轴的驱动转子、用于连接输出轴的从动转子，驱动转子中有若干沿径向开设的空腔，这些空腔绕驱动转子轴心均匀分布，磁力驱动机构设在空腔中，从动转子中设有导体环；其特征在于，磁力驱动机构包括磁体、螺旋线轴和磁体复位弹簧，置于空腔中的螺旋线轴与驱动转子固定连接，螺旋线轴上设有螺旋式轨道，磁体可沿该轨道绕螺旋线轴转动并沿螺旋线轴作轴向滑动；驱动转子处于非工作状态时，磁体N极和S极按驱动转子的轴向排列。

2.根据权利要求1所述的离心式磁传动装置，其特征在于，在空腔内，绕磁体两侧设有导磁极。

3.根据权利要求1所述的离心式磁传动装置，其特征在于，非工作状态时，从动转子的导体环沿径向与磁体错位布置。

4.根据权利要求1所述的离心式磁传动装置，其特征在于，磁体为径向磁化的磁体。

5.根据权利要求1所述的离心式磁传动装置，其特征在于，驱动转子上两个相邻的空腔间，驱动转子本体呈轴向凹陷或镂空结构。

6.根据权利要求1所述的离心式磁传动装置，其特征在于，从动转子采用包围驱动转子的笼式结构，且在靠近驱动转子的两侧均设导体环。

7.根据权利要求6所述的离心式磁传动装置，其特征在于，在从动转子内，与磁体外端面对应的侧面还设有导体环。

8.根据权利要求1所述的离心式磁传动装置，其特征在于，在磁体内侧设有磁体复位弹簧的容纳腔；驱动转子旋转，在离心力作用下磁体滑动过程中，磁体复位弹簧被挤压并收纳于容纳腔内。

9.根据权利要求1所述的离心式磁传动装置，其特征在于，磁体材料选用铁氧体或稀土永磁材料。

10.根据权利要求1所述的离心式磁传动装置，其特征在于，导体环材料选用铜或铝。

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