CN103731006A - 吸盘式永磁联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种吸盘式永磁联轴器，属永磁应用新领域。该装置包括轴向或径向设置的永磁吸盘和与之对应的从动盘以及永磁吸盘和从动盘之间所夹持的气隙调节压力轴承，其中永磁吸盘盘面外环上对称设置独立磁极总成或偶数组合磁极总成，轴套本体上车开缝螺孔；从动盘本体上设置顶丝或车开缝螺孔。该装置与其它机械联轴器比较，具有无磁拆装方便快捷、磁路优化耗材少、磁场叠加传递扭矩大、减震降噪、过载保护等优点，适用于无泄漏输送的传动机械，尤其适用于频繁换向启停电机换向的立式抽油机。

Description

吸盘式永磁联轴器

技术领域：

本发明为一种吸盘式永磁联轴器，属永磁应用新领域。 

背景技术：

人类的生产活动大多依靠机泵，机泵的无故障连续运行决定了生产效率的高低。而各式各样的机泵都依靠不同类型的接触式刚性联轴器传递动力，实现人类物质文明和精神文明的增值需求。随着高磁能积、高矫顽力稀土永磁材料的发展，为实现永磁非接触传动奠定了物质基础。 

最早的永磁非接触传动始于有毒有害易污染流体的输送，因永磁体可以非接触传递扭矩，人们用非导磁材料将设置永磁联轴器的原动机输出轴和流体泵输入轴完全隔离，实现了全密闭输送，为人类探索永磁传动技术迈出了最成功的一步，并为后续发展树立了启示性典范。 

军工领域的大型远洋作战舰只，由于海浪剧烈起伏，船体会出现较大变形，导致机泵联轴器故障率高，直接影响作战效能，因此美国约翰斯克坦尼斯号和尼米兹号航空母舰上率先应用非接触传动的永磁联轴器，取得了良好的应用效果，炒起了永磁传动技术的应用热潮。 

在军工高科技和有毒有害及易污染介质输送广泛使用永磁联轴器的带动下，对可靠性和免污染要求较高的化工、医药卫生、食品、半导体、真空领域、石油、电力等行业各类传动机械，不断更新原有的刚性联接传动方式，代之以非接触传动的永磁联轴器，推动了永磁传动技术进步和效益的提高，被称为下一次工业革命的助推器。 

永磁联轴器按工作原理分同步式、涡流式、磁滞式、磁阻式四类。 

同步式永磁联轴器是在两半联轴器上按N、S极性对称交互排列永磁体，两者之间靠永磁体的推拉作用力以同步转速传递扭矩。优点是结构简单、可 靠耐用、传递扭矩大、传动效率高。缺点是超额定扭矩联轴器容易打滑，造成高温退磁。 

涡流式永磁联轴器将同步式内转子改为铜环，当外转子转动时产生旋转磁场，内转子上的铜环因切割磁力线产生感应电流，该感应电流的磁场和外转子永磁体磁场相互作用，使内转子随外转子转动而传递扭矩。优点是内转子无永磁材料，可在封闭的液体内转动，适应输送温度较高的介质。缺点是转子铜环必须切割磁力线才能转动，存在转差损失，常用于转速要求不严格的传动中。 

磁滞式永磁联轴器利用软磁材料在工作过程中处于交变磁化的特性，将其与永磁材料组合制成永磁-磁滞联轴器，二者间吸力较永磁体间的吸力明显减小，但容易改变二者之间的相对转角，常用于变扭矩之联接。 

磁阻式永磁联轴器外转子与同步径向式相同，内转子用软磁材料凸极，利用外转子磁体对内转子凸极吸力带动内转子旋转，传递扭矩明显不足，用于小型磁力传动装置。 

上述各类永磁联轴器虽然各有特点，但也存在共同弊端： 

一是工业型联轴器要求扭矩较大，永磁联轴器要满足扭矩设计必须使用较多价格昂贵的钕铁硼稀土永磁材料，成品永磁联轴器市场销售价大多为普通刚性联轴器的10-100倍，限制了永磁联轴器的推广应用； 

二是稀土永磁材料具有高磁能积的特性，现场拆装困难，工作费时费力； 

三是轴向力和径向力影响，对主、从动传动机械危害较大。上述三个弊端，影响了永磁联轴器的规模化推广，亟待开发一种全新结构的永磁联轴器，攻克上述三大难题，推动永磁传动技术的创新和规模化推广普及。 

为实现永磁传动技术的突破性创新，技术人员进行了不懈的努力，优化磁路，优选材料，改进结构，使永磁传动技术不断提高发展，但始终难于取得突破性创新。发明的探索过程和成功往往只有一步之遥，以往的永磁传动技术之所以难以突破性创新，关键是其技术思路着眼于“同步、涡流、磁滞、磁阻”的静态思维定式，如果技术路线立足于“叠加”、“释放”动态思维 模式，技术难题就会迎刃而解。 

发明内容：

本发明受永磁吸盘启示，利用磁通连续性原理及磁场叠加原理，将永磁联轴器磁路设计成多个磁系，通过磁系的相对运动，实现工作磁极面上磁场强度的叠加或抵消，从而达到大扭矩输出和无磁拆装的目的，并一举解决制造高成本、轴向力和径向力抑制的难题，开创永磁传动的里程碑，取得无磁拆装方便快捷、运行安全可靠、使用低耗高效、维护简便易行的规模经济效益和社会效益。 

本发明吸盘式永磁联轴器技术解决方案是： 

所述的吸盘式永磁联轴器包括轴向或径向设置的永磁吸盘(1)和与之对应的从动盘(11)以及永磁吸盘(1)和从动盘(11)之间所夹持的气隙调节压力轴承(13)，其中永磁吸盘(1)盘面外环上对称设置独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)，轴套本体上车开缝螺孔(10)；从动盘(11)轴套本体上设置顶丝(12)或车开缝螺孔。 

所述的独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)包括置于环形磁轭(8)中用隔板(6)隔开的固定强磁体(7)和活动强磁体(5)，其中固定强磁体(7)底部设置聚磁极头(9)；活动强磁体(5)顶部设置磁力线叠加或短路闭合的活动柱销(4)，其上部用非导磁材料压盖(3)和压盖螺钉(2)紧固。 

所述的永磁吸盘(1)独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)为轴向磁化或径向磁化；从动盘(11)为软磁材料圆盘或者为永磁吸盘；二者配合的结构形式为以下二种类型之一： 

第一种为磁极总成轴向磁化的盘式轴向非接触联接； 

第二种为磁极总成径向磁化的轴套式径向非接触联接。 

所述的轴向或径向设置的永磁吸盘(1)和与之对应的从动盘(11)其结构形式最少为以下五种类型之一： 

第一种为图1所示轴向设置的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为单向受力的平面圆盘，两盘用气隙调节压力轴承(13)间隔； 

第二种为图2所示轴向设置的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为双向受力中部凸起的凸面圆盘，从动盘(11)凸起部位伸入永磁吸盘(1)盘面中环凹槽内，两盘用气隙调节压力轴承(13)间隔； 

第三种为图3所示轴向设置的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为三向受力中环凸外环凹的凸凹面圆盘，从动盘(11)凸凹部位伸入永磁吸盘(1)盘面对应凹凸部位，两盘用气隙调节压力轴承(13)间隔； 

第四种为图4所示轴向设置的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为双向受力外缘凸中环凹的凹面圆盘，从动盘(11)凹槽部位伸入永磁吸盘(1)盘面内，两盘用气隙调节压力轴承(13)间隔； 

第五种为图5所示径向设置的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为单向受力直接伸入永磁吸盘(1)盘面中环凹槽内的柱面圆盘。 

本发明与其它机械联轴器比较，具有无磁拆装方便快捷、磁路优化耗材少、磁场叠加传递扭矩大、减震降噪、过载保护等优点。 

附图说明：

图1为吸盘式永磁联轴器轴向盘式单向受力结构示意图； 

图2为吸盘式永磁联轴器轴向盘式双向受力结构示意图； 

图3为吸盘式永磁联轴器轴向盘式三向受力结构示意图； 

图4为吸盘式永磁联轴器轴向盘式双向受力结构示意图； 

图5为吸盘式永磁联轴器径向轴套式单向受力结构示意图； 

图6为图1的强磁体排列剖面示意图。 

其中：1.永磁吸盘；2.压盖螺钉；3.压盖；4.活动柱销；5.活动强磁体；6.隔板；7.固定强磁体；8.磁轭；9.聚磁极头；10.开缝螺孔；11.从动盘；12.顶丝；13.压力轴承；14.磁极总成。 

具体实施方式：

实施方案1： 

如图1和图6所示，本发明吸盘式永磁联轴器包括轴向设置的永磁吸盘(1)和与之对应的从动盘(11)以及永磁吸盘(1)和从动盘(11)之间所夹持的气隙调 节压力轴承(13)，其中永磁吸盘(1)盘面外环上对称设置独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)，轴套本体上车开缝螺孔(10)；从动盘(11)轴套本体上设置顶丝(12)或车开缝螺孔。 

所述的独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)包括置于环形磁轭(8)中用隔板(6)隔开的固定强磁体(7)和活动强磁体(5)，其中固定强磁体(7)底部设置聚磁极头(9)；活动强磁体(5)顶部设置磁力线叠加或短路闭合的活动柱销(4)，其上部用非导磁材料压盖(3)和压盖螺钉(2)紧固。 

所述的永磁吸盘(1)独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)为轴向磁化，从动盘(11)为软磁材料圆盘，二者配合的结构形式为盘式轴向非接触联接。 

所述的轴向设置的永磁吸盘(1)和与之对应的从动盘(11)为图1所示的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为单向受力的平面圆盘，两盘用气隙调节压力轴承(13)间隔。 

设计技术参数如下： 

额定扭矩：300Nm 

额定转速：1000r/min 

适应轴径：电动机轴径∮48，减速机轴径∮35 

电动机功率：15kw 

实施方案2： 

如图5和图6所示，本发明吸盘式永磁联轴器包括径向设置的永磁吸盘(1)和与之对应的从动盘(11)，其中永磁吸盘(1)盘面外缘上对称设置独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)，轴套本体上车开缝螺孔(10)；从动盘(11)轴套本体上设置顶丝(12)或车开缝螺孔。 

所述的独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)包括置于环形磁轭(8)中用隔板(6)隔开的固定强磁体(7)和活动强磁体(5)，其中固定强磁体(7)底部设置聚磁极头(9)；活动强磁体(5)顶部设置磁力线叠加或短路闭合的活动柱销(4)，其上部用非导磁材料压盖(3)和压盖螺钉(2)紧固。 

所述的永磁吸盘(1)独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)为径向磁化，从 动盘(11)为软磁材料柱面圆盘，二者配合的结构形式为轴套式径向非接触联接。 

所述的径向设置的永磁吸盘(1)和与之对应的从动盘(11)为图5所示的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为单向受力直接伸入永磁吸盘(1)盘面中环凹槽内的柱面圆盘。 

设计技术参数如下： 

额定扭矩：800Nm 

额定转速：1000r/min 

适应轴径：电动机轴径∮60，减速机轴径∮45 

电动机功率：30kw 。

Claims (4)

1.一种吸盘式永磁联轴器，其特征在于：该装置包括轴向或径向设置的永磁吸盘(1)和与之对应的从动盘(11)以及永磁吸盘(1)和从动盘(11)之间所夹持的气隙调节压力轴承(13)，其中永磁吸盘(1)盘面外环上对称设置独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)，轴套本体上车开缝螺孔(10)；从动盘(11)轴套本体上设置顶丝(12)或车开缝螺孔。

2.根据权利要求1所述的吸盘式永磁联轴器，其特征在于：所述的独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)包括置于环形磁轭(8)中用隔板(6)隔开的固定强磁体(7)和活动强磁体(5)，其中固定强磁体(7)底部设置导磁极头(9)；活动强磁体(5)顶部设置磁力线叠加或短路闭合的活动柱销(4)，其上部用非导磁材料压盖(3)和压盖螺钉(2)紧固。

3.根据权利要求1所述的吸盘式永磁联轴器，其特征在于：所述的永磁吸盘(1)独立磁极总成或偶数组合磁极总成(14)为轴向磁化或径向磁化；从动盘(11)为软磁材料圆盘或者为永磁吸盘；二者配合的结构形式为以下二种类型之一：

第一种为磁极总成轴向磁化的盘式轴向非接触联接；

第二种为磁极总成径向磁化的轴套式径向非接触联接。

4.根据权利要求1所述的吸盘式永磁联轴器，其特征在于：所述的轴向或径向设置的永磁吸盘(1)和与之对应的从动盘(11)其结构形式最少为以下五种类型之一：

第一种为轴向设置的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为单向受力的平面圆盘，两盘用气隙调节压力轴承(13)间隔；

第二种为轴向设置的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为双向受力中部凸起的的凸面圆盘，从动盘(11)凸起部位伸入永磁吸盘(1)盘面中环凹槽内，两盘用气隙调节压力轴承(13)间隔；

第三种为轴向设置的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为三向受力中环凸外环凹的凸凹面圆盘，从动盘(11)凸凹部位伸入永磁吸盘(1)盘面对应凹凸部位，两盘用气隙调节压力轴承(13)间隔；

第四种为轴向设置的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为双向受力外缘凸中环凹的凹面圆盘，从动盘(11)凹槽部位伸入永磁吸盘(1)盘面内，两盘用气隙调节压力轴承(13)间隔；

第五种为径向设置的永磁吸盘(1)盘面中环为凹槽，从动盘(11)为单向受力直接伸入永磁吸盘(1)盘面中环凹槽内的柱面圆盘。

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