CN103490589B - 一种采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器 - Google Patents

Abstract

一种采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，属于永磁涡流传动技术领域。与现有的同轴套筒式永磁涡流联轴器相比，本发明使用的永磁材料更少，单位质量（体积）永磁材料所能产生的扭矩或传递的功率更大，整体结构尺寸更小，可以直接安装在电动机转轴上而无需其它支撑，工作中自身消耗的涡流损失更少，温度更低。本发明包括同轴设置的外转子、内转子和端盖轴；外转子为涡流环转子，由外转子体和设置在外转子体上的涡流环组成；外转子体由空芯轴、导磁筒体及底盘组成，内转子为永磁体转子，由内转子体和永久磁铁组组成；内转子的永久磁铁组与外转子的涡流环相对应，二者之间留有间隙；在内转子外端设置有端盖轴，端盖轴由端盖和从动轴组成。

Description

一种采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器

技术领域

本发明属于永磁涡流传动技术领域，特别是涉及一种采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器。

背景技术

永磁涡流传动技术的基本工作原理是：当永磁体转子与涡流环转子作相对旋转运动时，永磁体转子上磁极方向交替排布的永久磁铁会在由导电材料制成的涡流环内产生交变磁场，进而在其内感生出交变的涡流电流，该涡流电流又在涡流环中产生出感生磁场，感生磁场与永磁体转子上的恒定磁场相互作用，便在两个转子之间产生耦合力矩，从而达到传递运动和扭矩的作用。永磁涡流传动装置的结构形式目前主要有套筒型和平盘型两种，其应用领域主要包括永磁涡流联轴器（传动器）和永磁涡流调速器。其中套筒式永磁涡流联轴器，具有结构小巧、重量轻便、振动小、永磁材料能效高、涡流损耗小等结构特点，在要求柔性启动、防堵转、限转矩及减震隔振等工作场合得到成功应用。

但是，现有的永磁涡流传动技术和同轴套筒式永磁涡流联轴器产品，存在有如下不足之处：

1、现有产品的磁路采用的是分立式磁路结构

磁路结构设计是永磁涡流传动装置的技术关键，磁路性能的优劣会直接关系到永磁涡流传动装置使用材料的多少、外形体积的大小、制造成本的高低及工作性能的优劣。目前为止，套筒式永磁涡流联轴器的磁路结构设计大多采用分立式磁路结构，即在磁转子圆筒的内表面或外表面上，沿圆周均匀设置偶数块永久磁铁块，各块磁铁沿径向充磁，相邻两块磁铁磁性方向相反，并相隔较远的距离。近年来，随着高性能永磁材料的成本的降低和普及应用，以及现代充磁技术的发展，磁路结构优化设计理论也得以迅速的发展、提高及应用，新型的磁路结构大量涌现。将现代磁路结构设计理论与方法应用于永磁涡流传动技术的改造提升，开发适用于永磁涡流传动装置的新型磁路结构，以提高永磁涡流传动装置的工作性能，已势在必行。

2、现有产品的结构安装方式采用的是分离式结构

目前，绝大部分永磁涡流联轴器的主、从磁耦合转子，都是分别依靠主动轴和从动轴来支撑，主、从转子之间则没有直接的机械连接。这种现存结构形式特别适合于电动机与负载转轴直联对接的应用场合，并允许二轴之间存在较大的相对位置误差，有利于隔振减震。但对于主、从动轴不直接相对连接的工作情况，例如电动机转轴上直接安装皮带轮的情况，现存结构则不能直接使用，通常需要附加一套单独支撑从动转子的机构，使结构复杂庞大。因此，开发一种无需单独支撑机构或依赖负载转轴支撑、结构小巧紧凑的永磁涡流联轴器产品，具有明确的市场需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，与现有的同轴套筒式永磁涡流联轴器相比，本发明使用的永磁材料更少，单位质量（体积）永磁材料所能产生的扭矩或传递的功率更大，整体结构尺寸更小，重量更轻，可以直接安装在电动机转轴上而无需其它支撑，制造成本更低，工作中自身消耗的涡流损失更少，发热更少，温度更低。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，包括同轴设置的外转子、内转子和端盖轴；外转子为涡流环转子，由外转子体和设置在外转子体上的涡流环组成；外转子体由空芯轴、导磁筒体及底盘组成，空芯轴设置在外转子体中部，在空芯轴一端设置有底盘，底盘为圆盘形结构，导磁筒体设置在底盘上，且与空芯轴同轴；空芯轴和导磁筒体均为圆筒形结构；涡流环固定在外转子体的导磁筒体内表面上；内转子为永磁体转子，由内转子体和永久磁铁组组成；内转子体为圆筒形结构，在内转子体侧壁外表面上设置有偶数组永久磁铁组；偶数组永久磁铁组采用聚磁式磁路结构形式，沿圆周方向均匀分布在内转子体侧壁外表面上，各组永久磁铁组包含的磁铁数量相同；内转子的永久磁铁组与外转子的涡流环相对应，二者之间留有间隙；在内转子外端设置有端盖轴，端盖轴由端盖和从动轴组成，端盖为圆盘形结构，其与内转子体固定连接；内转子体与外转子体的空芯轴之间通过轴承相连接，端盖上设置有油杯，油杯通过设置在内转子体内的润滑油油路与轴承的间隙相连通，端盖的外侧与从动轴固定连接，从动轴与外转子体的空芯轴同轴设置；所述的聚磁式磁路结构，即每一组永久磁铁组均由二至五块紧密接触的磁铁组成，所述每一组永久磁铁组由两块磁铁组成时，所述两块磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；所述每一组永久磁铁组由三块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与内转子体径向方向相同，两侧磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤30°，且角度相同，两侧磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；所述每一组永久磁铁组由四块磁铁组成时，中间两块磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；外侧两块磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤40°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；所述每一组永久磁铁组由五块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与内转子体径向方向相同，与中间磁铁相邻的两侧磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤20°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；最外侧的两块磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤50°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；所述内转子体径向为穿过对应磁铁中心的内转子体的直径方向；同一组永久磁铁组内磁铁的充磁极性方向相同，相邻两组永久磁铁组的充磁极性方向相反；所述永久磁铁组形成的环形体的最大轴向长度小于涡流环的轴向长度。

所述轴承数目为两个。

所述永久磁铁组内磁铁的形状相同，且横截面为瓦块形、梯形或矩形。

所述相邻永久磁铁组之间紧密接触或留有间隙，若留有间隙，则在间隙内填充非导磁隔离垫，非导磁隔离垫采用非导磁材料制成。

所述永久磁铁组所形成的环形体的内径相同、外径相同、轴向长度相同且端面对齐，涡流环两端面超出永久磁铁组两端面，且超出两端面的长度相等。

在与所述永久磁铁组相对应的外转子体的底盘侧壁上设置有若干个冷却进气口，在外转子体底盘的外侧壁上设置有引流罩，引流罩与冷却进气口一一对应；引流罩的开口朝向外转子体旋转时的迎风方向。

在所述永久磁铁组外表面设置有磁铁包封，磁铁包封由耐腐蚀无磁金属材料制成；磁铁包封的最大外径小于外转子体的涡流环的内径。

本发明的有益效果：

本发明采用了聚磁式磁路结构，与采用普通分立式磁路结构的联轴器相比具有磁性材料利用率高、用量少、制造成本低、涡流环中无效电涡流小、能耗损失少、发热少温升低及功率传递效率高等特点。本发明直接安装于电动机转轴上，无需单独的支撑机构或依赖负载转轴支撑，结构小巧紧凑，便于使用。本发明的转矩特性适用于负载启动力矩和电动机启动电流大的工作条件，以及冲击负载频繁出现的工作场合，能够将电动机带动负载的直接硬性启动变为负载逐步加速的柔性启动，从而降低电动机的选用标准，既降低了设备初始建设的采购成本，又降低了电动机运行中的无功功耗。

附图说明

图1是本发明的采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器的一个实施例（每一组永久磁铁组均由三块磁铁组成）的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明的每一组永久磁铁组均由两块磁铁组成的聚磁式磁路结构的示意图；

图4是本发明的每一组永久磁铁组均由四块磁铁组成的聚磁式磁路结构的示意图；

图5是本发明的每一组永久磁铁组均由五块磁铁组成的聚磁式磁路结构的示意图；

图中，1--电动机，11--电动机转轴，12--主动轴键，13--定位螺钉，2--外转子，21--空芯轴，22--底盘，23--导磁筒体，24--引流罩，25--涡流环，26--固定螺钉，27--外转子体，28--冷却进气口，29--旋转方向指示箭头，3--内转子，31--内转子体，32--润滑油油路，33--永久磁铁组，34--磁铁包封，35--0°角永久磁铁，36--30°角永久磁铁，37--非导磁隔离垫，4--轴承，5--端盖轴，51--端盖，52--从动轴，53--油杯，54--螺钉，6--负载皮带轮，61--从动轴键，62--轴端档圈。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作详细说明。

如图1、图2所示，一种采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，包括同轴设置的外转子2、内转子3和端盖轴5；外转子2为涡流环转子，由外转子体27和设置在外转子体27上的涡流环25组成；外转子体27由空芯轴21、导磁筒体23及底盘22组成，空芯轴21、导磁筒体23及底盘22均由导磁的钢材制成，空芯轴21设置在外转子体27中部，在空芯轴21一端设置有底盘22，底盘22为圆盘形结构，导磁筒体23设置在底盘22上，且与空芯轴21同轴；空芯轴21为圆筒形结构，在空芯轴21内壁表面上设置有键槽，键槽与设置在电动机转轴11上的主动轴键12相配合，空芯轴21与电动机转轴11之间通过定位螺钉13相连接；导磁筒体23为薄壁圆筒形结构；涡流环25为薄壁圆环形状，由铜材料制成，通过固定螺钉26设置在外转子体27的导磁筒体23内表面上。

内转子3为永磁体转子，由内转子体31、永久磁铁组33和磁铁包封34组成；内转子体31为厚壁圆筒形结构，由导磁材料钢制成，在内转子体31侧壁外表面设置有十二组永久磁铁组33；永久磁铁组33与外转子2的涡流环25相对应；永久磁铁组33采用聚磁式磁路结构形式，利用导磁胶沿圆周方向均匀固定在内转子体31侧壁外表面上；在永久磁铁组33外表面设置有磁铁包封34，磁铁包封34将永久磁铁组33完全包覆加以保护，磁铁包封34由不锈钢材料制成；磁铁包封34的最大外径小于外转子体27上涡流环25的内径，二者之间留有间隙，作为运动间隙和冷却气体流通通道。在与永久磁铁组33相对应的外转子体27的底盘22侧壁上设置有若干个冷却进气口28，在外转子体27的底盘22外壁上设置有引流罩24，引流罩24与冷却进气口28一一对应；引流罩24的开口朝向外转子体27旋转时的迎风方向；在外转子体27的底盘22外壁上设置有旋转方向指示箭头29，标示出外转子体27的旋转方向，与电动机1的旋转方向相同。

在内转子3外端设置有端盖轴5，端盖轴5由端盖51和从动轴52组成，端盖51为圆盘形结构，其与内转子体31之间通过螺钉54相连接；内转子体31与外转子体27的空芯轴21之间通过两个轴承4相连接，轴承4内圈设置在外转子27的空芯轴21的外壁表面，轴承4外圈设置在内转子体31的内壁表面，从而将内转子3与外转子2相连接，且使内转子3与外转子2同轴布置；端盖51上设置有油杯53，油杯53通过设置在内转子体31内的润滑油油路32与轴承的间隙相连通，以便向轴承4提供润滑油；端盖51的外侧与从动轴52固定连接，从动轴52与外转子体27的空芯轴21同轴设置，负载皮带轮6通过从动轴键61和轴端档圈62固定在从动轴52上。

如图2所示，本实施例所述的聚磁式磁路结构，即每一组永久磁铁组33均由三块紧密接触的条形磁铁组成，所述永久磁铁组33内磁铁的形状相同，且横截面均为瓦块形；每一组永久磁铁组33的中间磁铁为0°角永久磁铁35，其充磁方向与内转子体31径向方向相同，所述内转子体31径向为穿过0°角永久磁铁35中心的内转子体31的直径方向；设置在0°角永久磁铁35左、右两侧的磁铁为30°角永久磁铁36，其充磁方向与内转子体31径向形成的锐角均为30°，所述内转子体31径向为穿过30°角永久磁铁36中心的内转子体31的直径方向；两侧磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组33外侧；同一组永久磁铁组33内磁铁的充磁极性方向相同，相邻两组永久磁铁组33的充磁极性方向相反；所述永久磁铁组33的轴向长度小于涡流环25的轴向长度；所述永久磁铁组33所形成的环形体的内径相同、外径相同、轴向长度相同且端面对齐，涡流环25两端面超出永久磁铁组33两端面的长度相等。所述相邻永久磁铁组33之间留有间隙，在间隙内填充非导磁隔离垫37，非导磁隔离垫37采用铝材料制成。

每一组永久磁铁组33均由两块、四块、五块磁铁组成的聚磁式磁路结构的示意图分别如图3、图4、图5所示。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

在工作时，电动机转轴11首先通过空芯轴21带动外转子2做旋转运动，而内转子3及与其连接的从动轴52此时尚未运动；由于内转子3上相邻两组永久磁铁组33的充磁极性方向均相反，因此当外转子2与内转子3作相对旋转运动时，内转子3的永久磁铁组33会在外转子2的涡流环25内形成交变磁场；由于涡流环25是由导电材料铜制成，永久磁铁组33产生的交变磁场会在其内感生出交变的涡流电流，进而该涡流电流又在涡流环25中产生出感生磁场；感生磁场与内转子3永久磁铁组33的恒定磁场相互作用，便在两个转子之间产生耦合力矩，从而带动内转子3及从动轴52做与外转子2方向相同的旋转运动；此后，在从动轴52输出力矩一定时，外转子2与内转子3之间保持一定的转速差，外转子2始终比内转子3转速快，二者间始终保持作相对旋转运动，从而始终维持着上述耦合作用过程，两转子间达到传递运动动力的目的。

Claims (7)

1.一种采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，其特征在于包括同轴设置的外转子、内转子和端盖轴；外转子为涡流环转子，由外转子体和设置在外转子体上的涡流环组成；外转子体由空芯轴、导磁筒体及底盘组成，空芯轴设置在外转子体中部，在空芯轴一端设置有底盘，底盘为圆盘形结构，导磁筒体设置在底盘上，且与空芯轴同轴；空芯轴和导磁筒体均为圆筒形结构；涡流环固定在外转子体的导磁筒体内表面上；内转子为永磁体转子，由内转子体和永久磁铁组组成；内转子体为圆筒形结构，在内转子体侧壁外表面上设置有偶数组永久磁铁组；偶数组永久磁铁组采用聚磁式磁路结构形式，沿圆周方向均匀分布在内转子体侧壁外表面上，各组永久磁铁组包含的磁铁数量相同；内转子的永久磁铁组与外转子的涡流环相对应，二者之间留有间隙；在内转子外端设置有端盖轴，端盖轴由端盖和从动轴组成，端盖为圆盘形结构，其与内转子体固定连接；内转子体与外转子体的空芯轴之间通过轴承相连接，端盖上设置有油杯，油杯通过设置在内转子体内的润滑油油路与轴承的间隙相连通，端盖的外侧与从动轴固定连接，从动轴与外转子体的空芯轴同轴设置；所述的聚磁式磁路结构，即每一组永久磁铁组均由二至五块紧密接触的磁铁组成，所述每一组永久磁铁组由两块磁铁组成时，所述两块磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；所述每一组永久磁铁组由三块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与内转子体径向方向相同，两侧磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤30°，且角度相同，两侧磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；所述每一组永久磁铁组由四块磁铁组成时，中间两块磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；外侧两块磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤40°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；所述每一组永久磁铁组由五块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与内转子体径向方向相同，与中间磁铁相邻的两侧磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤20°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；最外侧的两块磁铁的充磁方向与内转子体径向形成的锐角均≤50°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在永久磁铁组外侧；所述内转子体径向为穿过对应磁铁中心的内转子体的直径方向；同一组永久磁铁组内磁铁的充磁极性方向相同，相邻两组永久磁铁组的充磁极性方向相反；所述永久磁铁组形成的环形体的最大轴向长度小于涡流环的轴向长度。

2.根据权利要求1所述的采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，其特征在于所述轴承数目为两个。

3.根据权利要求1所述的采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，其特征在于所述永久磁铁组内磁铁的形状相同，且横截面为瓦块形、梯形或矩形。

4.根据权利要求1所述的采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，其特征在于所述相邻永久磁铁组之间紧密接触或留有间隙，若留有间隙，则在间隙内填充非导磁隔离垫，非导磁隔离垫采用非导磁材料制成。

5.根据权利要求1所述的采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，其特征在于所述永久磁铁组所形成的环形体的内径相同、外径相同、轴向长度相同且端面对齐，涡流环两端面超出永久磁铁组两端面，且超出两端面的长度相等。

6.根据权利要求1所述的采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，其特征在于在与所述永久磁铁组相对应的外转子体的底盘侧壁上设置有若干个冷却进气口，在外转子体底盘的外侧壁上设置有引流罩，引流罩与冷却进气口一一对应；引流罩的开口朝向外转子体旋转时的迎风方向。

7.根据权利要求1所述的采用聚磁式磁路结构的同轴套筒式永磁涡流联轴器，其特征在于在所述永久磁铁组外表面设置有磁铁包封，磁铁包封由耐腐蚀无磁金属材料制成；磁铁包封的最大外径小于外转子体的涡流环的内径。