CN104660007A - 双支撑永磁涡流柔性变速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双支撑永磁涡流柔性变速器，包括与输入轴相连接的主动转子、与输出轴相连接的从动转子，所述主动转子与从动转子之间具有相对设置的永磁转盘和导体转盘，还包括用于调节所述从动转子转速的调速机构，所述输入轴支承在一输入轴承座内，所述输入轴承座固定在一输入支撑板上；所述输出轴支承在一输出轴承座内，所述输出轴承座固定在一输出支撑板上，所述输入支撑板和输出支撑板相平行且固定连接在同一底座上。本发明工作可靠，故障率低，散热效果好，安全性更高，可以传递大功率、大扭矩。

Description

双支撑永磁涡流柔性变速器

技术领域

本发明涉及一种调速装置，具体地说，是涉及一种利用永磁涡流传动技术来达到调速目的的柔性变速器。

背景技术

目前，大功率高压异步电动机的主要调速方式有以下几种：液力耦合器调速、变频调速和永磁涡流调速等。

液力耦合器调速：属低效调速方式，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，体积大，不适合改造；容易漏液、维护复杂、费用高，不能满足提高整体自动化水平的需要。

高压变频器调速：是目前应用比较普遍和相对先进的技术，采用电力电子技术对电机的速度进行调节，可以根据实际工况来自动控制，可以实现较高效率的节能效果，但是变频器在工作时会产生谐波，电子组件多且老化快，对环境要求高、而且高压环境下故障率高，安全性差，需要专业人员维护，维护费用高，设备使用年限短，现场需要有专门的空间来放置变频器的配电房。

永磁涡流调速：是专门针对风机、泵类等离心负载而适用的调速节能技术。它具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、极大减少系统整体的振动、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点。尤其是，永磁涡流调速器不产生高次谐波，且低速下不会造成电机发热，具有优良的调速特性，使其成为风机及泵类设备节能技术改造的首选。永磁涡流调速器具有调节范围广、响应速度快、结构简单、故障率低、后期维护成本低、可靠性高、使用寿命长、可在-10℃～﹢50℃环境温度条件下长期使用等优点。

永磁涡流柔性变速器是通过导体盘和永磁盘之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输。该技术的驱动(电动机)和被驱动(负载)之间无机械连接，其工作原理是通过改变导体盘和永磁盘之间的气隙大小，从而调节电动机与负载之间的转速差，最终达到调速的目的。

比如，中国实用新型专利CN203313032U公开了一种永磁调速器，包括与第一轴相连接的外转子、与第二轴相连接的内转子以及与内转子相连接的调速机构，所述外转子上设有第一转子盘和第二转子盘，所述内转子上设有第三转子盘和第四转子盘，第一转子盘与第三转子盘相对并保持有气隙，第二转子盘与第四转子盘相对并保持有气隙；所述内转子还包括一中间盘，所述中间盘与第二轴固定连接并位于第三转子盘和第四转子盘之间，第三转子盘可滑动地套接在第二轴上，第四转子盘则通过轴承与所述调速机构相连接，第三转子盘、中间盘和第四转子盘之间穿设多根与第二轴平行的传扭销，第三转子盘、第四转子盘和中间盘之间还设有气隙调节装置，所述气隙调节装置包括一个齿轮和两根平行的齿条，两根齿条分别位于所述齿轮的两侧并与齿轮啮合，所述齿轮可转动地安装在中间盘上，其中一根齿条固定连接在第三转子盘上，另一根齿条固定连接在第四转子盘上。所述调速机构包括一轴承座和一滑动外套，所述轴承座与第二轴之间设有轴承，所述轴承座的外圆柱面上设有螺旋槽，所述滑动外套的下端套在轴承座上，滑动外套上固定有滚子和摆臂，所述滚子插入轴承座的螺旋槽中，所述摆臂与一个电动执行器相连接，所述滑动外套的上端可滑动地套在第二轴上并通过轴承与第四转子盘相连接。

但是，现有的这些永磁调速器中输入轴的轴向位置是不固定的，只能通过电机轴的安装位置来保证输入轴与输出轴之间的轴向位置，而有些电机轴常常会有轴窜现象发生，导致连接在电机轴上的那个转盘会随电机轴在一定范围内作轴向移动，当内、外转盘在最小间隙下运转时，电机轴一旦发生轴窜，则内、外转盘之间就有可能产生擦盘，从而影响永磁调速器的正常使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以限制输入轴的轴向位置、避免因电机轴窜而发生擦盘的永磁涡流柔性变速器，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种双支撑永磁涡流柔性变速器，包括与输入轴相连接的主动转子、与输出轴相连接的从动转子，所述主动转子与从动转子之间具有相对设置的永磁转盘和导体转盘，还包括用于调节所述从动转子转速的调速机构，所述输入轴支承在一输入轴承座内，所述输入轴承座固定在一输入支撑板上；所述输出轴支承在一输出轴承座内，所述输出轴承座固定在一输出支撑板上，所述输入支撑板和输出支撑板相平行且固定连接在同一底座上。

优选地，所述输入支撑板的两侧面与底座顶面之间连接有支撑筋板。

优选地，所述输出支撑板的两侧面与底座顶面之间连接有支撑筋板。

优选地，所述调速机构与从动转子相连接，所述调速机构包括一滑动外套和设置在输出轴承座外圆柱面上的螺旋槽，所述滑动外套的一端套在输出轴承座上，滑动外套上固定有滑轮和摆臂，所述滑轮可在输出轴承座的螺旋槽中滑动，所述摆臂与一个电动执行器相连接。

优选地，所述主动转子由两个导体转盘构成，两个导体转盘之间通过多块气隙板连接成笼形结构，相邻两块气隙板之间设有沿圆周方向布置的涡流散热片；所述从动转子由两个永磁转盘和一个中间转盘构成。

更优地，每个导体转盘均由正面盘片、背面盘片和散热块构成，正面盘片由铜或铝材料制成，背面盘片由钢材料制成。

更优地，所述导体转盘的正面盘片和背面盘片采用爆炸焊接法紧密贴合在一起。

更优地，采用高温火焰将铜粉或铝粉均匀喷涂在导体转盘的背面盘片上，形成厚度均匀的正面盘片。

更优地，每个导体转盘的均由正面盘片、背面盘片和散热块构成，正面盘片由超导材料制成，背面盘片由钢材料制成。

与现有技术相比，本发明所采用的技术方案具有以下优点：

(1)由于输入轴的两端通过输入轴承座支承在一个固定的输入支撑板上，使输入轴的轴向位置是固定的，从而使安装在输入轴上的主动转子的轴向运动受到限制，防止因电机轴窜导致永磁转盘和导体转盘之间的气隙消失而引起擦盘，从而保证了永磁涡流柔性变速器的正常工作，降低了永磁变速器的故障发生率。

(2)本发明对导体转盘的结构也进行了改进，发热量更小，散热效果更佳，安全性更高。

(3)本发明在主动转子的外围沿圆周方向新增一圈涡流散热片，配合导体转盘背面的散热块，进一步提高散热效果。

(4)本发明的传动效率更高，传递扭矩可以达到4000kw/1000rpm。

附图说明

图1是本发明双支撑永磁涡流柔性变速器的结构剖视图。

图2是本发明中主动转子的结构分解示意图。

图3是本发明中从动转子的结构分解示意图。

图4是本发明中输出轴承座和调速机构的结构示意图。

图5是本发明中输入轴承座的示意图。

图中：

1、底座         2、输入轴     3、输入轴承座   4、输入支撑板

5、主动转子     6、从动转子   7、调速机构     8、输出轴承座

9、输出支撑板   10、输出轴    11、支撑筋板    12、支撑筋板

13、支撑筋板    14、支撑筋板  21、轴肩        31、端盖

32、端盖        33、轴承      34、隔套        35、轴承

36、挡圈        51、导体转盘  52、涡流散热片  53、气隙板

61、永磁转盘    62、中间转盘  63、小齿轮      64、齿条

65、传扭柱      71、滑动外套  72、轴承        73、滑动内套

74、摆臂        81、轴承

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，本领域技术人员由此可以更清楚地了解本发明的其他优点及功效。

需要说明的是，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，仅用以配合具体实施方式，供本领域技术人员更清楚地了解本发明的构思，并非用以限制本发明的保护范围。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明的功效及目的达成的情况下，均应仍落在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明一种双支撑永磁涡流柔性变速器，包括一主动转子5和一从动转子6，主动转子5与从动转子6上分别设有永磁转盘和导体转盘，且永磁转盘和导体转盘相对设置并由气隙分隔，即永磁转盘和导体转盘在正常状态下并无接触，它们之间通过永磁磁场与感应涡流磁场的相互作用而传递扭矩，或者说，主动转子5与从动转子6之间是一种无形的柔性连接。

在本实施例中，如图2所示，主动转子5由两个导体转盘51构成，两个导体转盘51之间通过多块气隙板53连接成笼形结构，相邻两块气隙板53之间设有沿圆周方向布置的涡流散热片52，进一步提高散热效果；如图3所示，从动转子6由两个永磁转盘61和一个中间转盘62构成，这两个永磁转盘61分别与主动转子5上的两个导体转盘相对，以便在主动转子5和从动转子6之间传递扭矩。显然，如果两个永磁转盘位于主动转子5上，而两个导体转盘位于从动转子6上；或者在主动转子5上设置一个永磁转盘和一个导体转盘，对应地在从动转子6上设置一个导体转盘和一个永磁转盘，也可以实现扭矩的传递。

继续参照图1，主动转子5与输入轴2相连接，输入轴2可以与电机轴相连接，输入轴2支承在一输入轴承座3内，输入轴承座3固定在一输入支撑板4上。从动转子6与输出轴10相连接，输出轴10用于与负载设备相连接，从动转子6可以在输出轴10上轴向滑动，但从动转子6又能带动输出轴10一起转动。所述输出轴10支承在一输出轴承座8内，输出轴承座8固定在一输出支撑板9上，输出轴承座8内设有多个轴承81(见图4)，用于可转动地支承输出轴10，所述输入支撑板4和输出支撑板9相平行且固定连接在同一底座1上，底座1是固定安装的。

输入支撑板4连同输入轴承座3对输入轴2形成轴向限位，可以阻止输入轴2的轴向窜动，在输入支撑板4的两侧面与底座1的顶面之间连接有支撑筋板13、14，在输入支撑板4受到来自输入轴2的轴向力时，支撑筋板13、14可以防止输入支撑板4发生弯曲变形，从而更加可靠地阻止输入轴2的轴向窜动。

同理，输出支撑板9连同输出轴承座8对输出轴10形成轴向限位，输出支撑板9的两侧面与底座1的顶面之间连接有支撑筋板11、12，从而更加可靠地阻止输出轴10的轴向窜动。

本发明柔性变速器还包括一个用于调节所述从动转子转速的调速机构7，如图4所示，该调速机构包括一滑动外套71和设置在输出轴承座8外圆柱面上的螺旋槽(图中未示出)，滑动外套71的一端套在输出轴承座8的外圆柱面上，滑动外套71上固定有滑轮(图中未示出)和摆臂74，所述滑轮可在输出轴承座8的螺旋槽中滑动，而摆臂74与一个电动执行器(图中未示出)相连接，在滑动外套71的内部还设有一个滑动内套73，滑动内套73可轴向滑动地套在输出轴10上，滑动内套73的一端与从动转子6相连接，滑动外套71和滑动内套73之间设有轴承72，因此，当滑动内套73和输出轴10随从动转子6一起转动时，滑动外套71可以保持不转。但是，当电动执行器通过摆臂74带动滑动外套71转动时，由于螺旋槽的作用，滑动外套71会产生轴向位移，带动滑动内套73、从动转子6一起相对于输出轴10产生轴向位移，从而永磁转盘和导体转盘之间的气隙大小会发生改变，并导致从动转子6的转速发生改变，达到调节输出轴10转速的目的。

如图3所示，永磁转盘61由正面盘片611、永磁体612和压板613构成，永磁体612镶嵌在正面盘片611内，压板613从背面将永磁体612固定在正面盘片611上。构成从动转子6的两个永磁转盘61位于中间转盘62的两侧，两个永磁转盘61和中间转盘62之间通过传扭柱65相连接，使从动转子6可以作为一个整体传递扭矩。在中间转盘62上的通孔内设有小齿轮63，两个永磁转盘61上各固定有齿条64，两个永磁转盘61上的齿条64分别位于小齿轮63的两侧并与小齿轮63啮合，齿条64和小齿轮63构成气隙调节装置，当其中一个永磁转盘61靠近或远离中间转盘62时，会带动另一个永磁转盘61同步地靠近或远离中间转盘62，这样就可以使两个永磁转盘61与两个导体转盘之间的气隙保持一致。

如图2所示，每个导体转盘51均由正面盘片511、背面盘片512和散热块513构成，正面盘片511与永磁转盘相对，用于产生涡流，因此正面盘片511可以由铜或铝材料制成，而背面盘片512则由钢材料制成。

本发明的优选实施例对导体转盘51的结构也作出改进，本发明将导体转盘的正面盘片511和背面盘片512采用爆炸焊接法紧密贴合在一起，可以很好地保证正面盘片511和背面盘片512的连接可靠性，使用更安全；并能消除它们之间的间隙，大大提高散热效果。

对于更大功率的永磁涡流柔性变速器，可采用火焰喷涂工艺，采用高温火焰将铜粉或铝粉均匀喷涂在导体转盘的背面盘片512上，熔化后的铜粉或铝粉形成厚度均匀的正面盘片511。这种方式不仅结合得更紧密，而且厚度更加均匀，可以显著地提高散热效果并降低发热量。

进一步地，可采用超导材料制作正面盘片511，从而彻底解决导体转盘的发热问题。

综上所述，通过上述改进措施，可以提高导体转盘的散热效果或降低发热量，使本发明永磁涡流柔性变速器的传动效率更高，可以传递大功率，传递扭矩可以达到4000kw/1000rpm。

如图5所示，输入轴承座3的内部设有两个轴承33、35，用于可转动地支承输入轴2。输入轴承座3的两端分别设有端盖31、32，用于固定轴承33、35的外圈。输入轴2的一端设有轴肩21，其中一个轴承33的内圈顶在轴肩21上，两个轴承33、35的内圈之间设有隔套34，在输入轴2上还固定有挡圈36，用于固定另一个轴承35的内圈。这样，输入轴2在轴向上就被双向限位在输入轴承座3内，当与其相连的电机轴发生轴窜时，输入轴2不会发生轴向移位，从而避免永磁转盘和导体转盘之间的气隙发生不期望的改变，甚至导致擦盘的发生。因此，本发明双支撑永磁涡流柔性变速器工作更可靠，降低了故障发生率。

当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种双支撑永磁涡流柔性变速器，包括与输入轴相连接的主动转子、与输出轴相连接的从动转子，所述主动转子与从动转子之间具有相对设置的永磁转盘和导体转盘，还包括用于调节所述从动转子转速的调速机构，其特征是，所述输入轴支承在一输入轴承座内，所述输入轴承座固定在一输入支撑板上；所述输出轴支承在一输出轴承座内，所述输出轴承座固定在一输出支撑板上，所述输入支撑板和输出支撑板相平行且固定连接在同一底座上。

2.根据权利要求1所述的双支撑永磁涡流柔性变速器，其特征是，所述输入支撑板的两侧面与底座顶面之间连接有支撑筋板。

3.根据权利要求1所述的双支撑永磁涡流柔性变速器，其特征是，所述输出支撑板的两侧面与底座顶面之间连接有支撑筋板。

4.根据权利要求1所述的双支撑永磁涡流柔性变速器，其特征是，所述调速机构与从动转子相连接，所述调速机构包括一滑动外套和设置在输出轴承座外圆柱面上的螺旋槽，所述滑动外套的一端套在输出轴承座上，滑动外套上固定有滑轮和摆臂，所述滑轮可在输出轴承座的螺旋槽中滑动，所述摆臂与一个电动执行器相连接。

5.根据权利要求1所述的双支撑永磁涡流柔性变速器，其特征是，所述主动转子由两个导体转盘构成，两个导体转盘之间通过多块气隙板连接成笼形结构，相邻两块气隙板之间设有沿圆周方向布置的涡流散热片；所述从动转子由两个永磁转盘和一个中间转盘构成。

6.根据权利要求5所述的双支撑永磁涡流柔性变速器，其特征是，每个导体转盘均由正面盘片、背面盘片和散热块构成，正面盘片由铜或铝材料制成，背面盘片由钢材料制成。

7.根据权利要求6所述的双支撑永磁涡流柔性变速器，其特征是，所述导体转盘的正面盘片和背面盘片采用爆炸焊接法紧密贴合在一起。

8.根据权利要求6所述的双支撑永磁涡流柔性变速器，其特征是，采用高温火焰将铜粉或铝粉均匀喷涂在导体转盘的背面盘片上，形成厚度均匀的正面盘片。

9.根据权利要求5所述的双支撑永磁涡流柔性变速器，其特征是，每个导体转盘的均由正面盘片、背面盘片和散热块构成，正面盘片由超导材料制成，背面盘片由钢材料制成。