CN105896892A - U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器 - Google Patents

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Abstract

U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器可划归动力传动、节能减排、动设备、磁力驱动领域，其利用内转子电机沟槽凸轮调速机构和高速回转导电接头组成的调速系统，分为四大系列：风冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(FTU)、液冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(YTU)、串联风冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(CFTU)、串联液冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(CYTU)。本发明为动设备的调速节能找到了一种经济可行的方法。

Description

U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器
技术领域
动力传动、节能减排、动设备、磁力驱动。
背景技术
从人类利用地磁驱动发明罗盘开始，磁场能量的利用研究便一直没有停止过。伴随着现代磁学理论的发展，磁力驱动产品在工业中的应用便层出不穷，磁力泵、磁力轴承、磁力耦合器、磁力齿轮等等。限于磁性材料的制约，磁力驱动技术发展缓慢，直到1983年，中国发明了高性能永磁材料钕铁硼，磁力驱动产品才得到快速发展应用。
磁力耦合器从磁力泵等磁力驱动产品中独立出来作为单独的分支发展以来，出现了形形色色的产品，但都局限于结构方面的原因，只能局限于中小功率、中小扭矩区间的动设备动力传动应用中，而且价格昂贵。像火电厂的一次风机(6000KW，1496r/min)、二次风机(4550KW，1495r/min)、碎煤机(1200KW，490r/min)和钢厂、矿场的大型风机等动设备，现有技术和产品都无法满足实际应用需求。
节能减排是目前迫切需求。动设备节能，目前比较高效的有变频调速节能和沟槽凸轮机构调速磁力耦合器调速节能。变频器使用寿命较短，环境适应能力差，占地空间大，维护需求高，高压变频器故障率则更高，可靠性差。目前已进行应用的沟槽凸轮机构调速磁耦(筒式和盘式)因结构原因应用范围有限，且价格昂贵。液冷沟槽凸轮机构调速盘式磁耦只能勉强应用到2500KW以下中等转速的动设备中，风冷沟槽凸轮机构调速盘式磁耦只能勉强应用到350KW以下中等转速的动设备中。筒式磁耦则更差，液冷调速产品只能勉强应用到800KW以下中等转速的动设备中，且安全可靠性不高。
发明内容
本发明重在找到一种解决大功率、高扭矩动设备调速节能的技术方法，伴随着这种技术方法而引伸出四大系列U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器——风冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(FTU系列)、液冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(YTU系列)、串联风冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(CFTU系列)、串联液冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(CYTU系列)。
附图说明
图1为风冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(FTU系列)，液冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(YTU系列)加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷，高速回转导电接头置于外壳外部。
图2为串联风冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(CFTU系列)，串联液冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(CYTU系列)加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷，高速回转导电接头置于外壳外部。
四大系列U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器，都包含如下几个部分：图中标号1和5为感应盘，2和4为磁块固定盘，3和9为内转子电机沟槽凸轮调速机构，6为高速回转导电接头。
对于串联U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(CFTU系列、CYTU系列)，理论上可串联任意组，可根据需要决定，图2所示为3组串联，图中标号8为中间串联的感应盘和磁块固定盘。
四大系列U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器中，所有的感应盘由限位螺栓联结组成外转子，所有的磁块固定盘串联在中心传动轴上，和内转子电机沟槽凸轮调速机构一起组成内转子，中心传动轴中有电线连接电机(电机定子、磁块固定盘和中心转动轴同步转动)和高速回转导电接头的碳刷(和中心传动轴相对静止)，高速回转导电接头的滑环连接外部电源。双向开关控制进入电机的电流方向，从而改变电机转向。电机内转子转动将驱动滚子3-18沿沟槽凸轮3-19的曲线沟槽运动，由于电机内转子轴向无位移，所以沟槽凸轮将沿轴向发生位移，从而改变磁块固定盘和感应盘之间的距离(磁场耦合间隙)，以达到调速节能的目的(磁场耦合间隙的变化，将导致磁耦内外转子转差的变化，也就是输入输出转速的变化)。
图3所示为磁块的分布情况，图中标号1为内转子电机的三根同步杆，保证电机定子与磁块固定盘同步转动。
图4为内转子电机沟槽凸轮调速机构，3-4、3-22为螺纹密封堵头，3-3为同步杆，3-2为限位挡圈，3-12为电接触材料，3-11采用电绝缘材料镶嵌电接触材料的组合结构，3-8、3-10、3-13、3-14、3-15、3-16采用电绝缘材料，3-27为定子绕组，3-28为转子绕组，3-18为滚子，3-19为沟槽凸轮(和电机中心轴同体)，电机由专业厂家批量生产。
图5为串联U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器用内转子电机沟槽凸轮调速机构，9-1为衬套。
图6、图7所示为高速回转导电接头，采用模块化结构，滑环的数量根据需要确定，图中所示为三个滑环(可为六个或任意个)，连通三根导线，中间环6-3、防护层6-4采用电绝缘材料，6-5为碳刷，6-6为滑环(镶嵌于中间环6-3内)，6-7为微调弹簧(用来平衡接触压力)，6-8为导线，6-9为右端盖，6-1为左端盖，6-11为轴承，6-15为支架。滑环内接碳刷，外接外部电源。碳刷装配于中心传动轴6-14上，与中心传动轴同步旋转。滑环6-6镶嵌在中间环6-3内部形成静止部件，固定在支架6-15上，依靠轴承6-11隔离中心传动轴高速旋转的影响。高速回转导电接头以碳刷和滑环作为动态接触，也可以将碳刷和滑环反装，由碳刷内接滑环，外接外部电源。图7中将防护层6-4扩大到圆周面，增强绝缘防护。
图8、图9为感应盘，盘面上分布有凸起叶片，已助散热。未知设备旋向时，可选用图8所示形状，如已知设备旋向，可选用图9所示的流线形状，以增加散热量并减小扰流噪声。在散热量足够的情况下，感应盘使用平盘即可，可不要凸起叶片，以简化制造工艺。
图10所示为中心传动轴中细长孔的制造工艺(可直接进行细长孔加工)——采用铝挤型成型，然后与中心传动轴进行嵌套，以简化加工工艺，降低制造成本。
图11为串联U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(CFTU系列、CYTU系列)中间串联的感应盘和磁块固定盘，定位套8-1、8-2将感应盘定位于磁耦外转子的联结螺杆上，限位套8-8对磁块固定盘在中心传动轴上滑动起限位作用。
图12所示为FTU系列磁耦取下内部两端支承轴承的结构示意，传动轴之间联接采用胀套，其它系列也可这样做，但这种方案仅可用在低载情况和轴窜很微小的情况，原因如下：感应盘1和5由螺栓联结组成外转子，磁块固定盘2和4与内转子电机沟槽凸轮调速机构3由中心传动轴连接组成内转子，内外转子互不接触，但由于装配时很难保证感应盘与磁块固定盘的平行度，所以会对电机中心轴轴承支承处和负载传动轴轴承支承处造成交变应力(磁场耦合附加弯矩的作用)，以致于轴过度磨损失效。此外，轴窜的影响会造成不稳定运转，严重时会造成事故。总的来说，此种方案要慎用。
具体实施方式
U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器所包含的各组成零部件，现代工业制造技术均可加工制造。电机、磁块、轴承均可由专业厂商配套生产，其它零部件机加工、模具成形、焊接即可。
U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器作为一种动设备，其成品要想成功应用，必须具备以下两个条件：(1)功率标定——建立完备的测试台架(各功率扭矩区间)，以完成系列化产品的标定。(2)动平衡检测——旋转设备必须达到相关标准规定的动平衡要求，以达到必要的安全可靠性。

Claims (7)

1.风冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(FTU系列)的结构方案——其特征是内转子电机沟槽凸轮调速机构、高速回转导电接头。
2.液冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(YTU系列)的结构方案——其特征是内转子电机沟槽凸轮调速机构、高速回转导电接头，加装外壳，强制液冷。
3.串联风冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(CFTU系列)的结构方案——其特征是内转子电机沟槽凸轮调速机构、高速回转导电接头、串联结构(说明书中所示为三组串联，可串联两组或多组，结构一样)。
4.串联液冷U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器(CYTU系列)的结构方案——其特征是内转子电机沟槽凸轮调速机构、高速回转导电接头、串联结构(说明书中所示为三组串联，可串联两组或多组，结构一样)，加装外壳，强制液冷。
5.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所述的U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器，其特征是使用内转子电机沟槽凸轮调速机构调速的技术方法——内转子电机和沟槽凸轮组合应用，未接通电源时，内转子电机定子、转子、沟槽凸轮组件与中心传动轴同步旋转，相对静止，接通电源开关后，内转子电机转子与定子之间便相对转动(电机定子与中心传动轴同步转动)，电机内转子转动将驱动滚子沿沟槽凸轮的曲线沟槽运动，由于电机内转子轴向无位移，所以沟槽凸轮将沿轴向发生位移，从而改变磁块固定盘与感应盘之间的距离(磁场耦合间隙)，达到调速节能的目的。
6.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所述的U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器，其特征是使用高速回转导电接头的技术方法——以碳刷和滑环作为动态接触，滑环内接碳刷，外接外部电源，碳刷装配于中心传动轴上，与中心传动轴同步旋转，滑环镶嵌在绝缘材料内部形成静止部件，固定在支架上，依靠轴承隔离中心传动轴高速旋转的影响，也可以将碳刷和滑环反装，由碳刷内接滑环，外接外部电源。
7.根据权利要求3、权利要求4所述的串联U型沟槽凸轮电动调速盘式磁力耦合器，其特征是使用磁耦串联内转子电机沟槽凸轮电动调速的技术方法——通过中心传动轴中的主电缆控制几组内转子电机沟槽凸轮电动调速机构同时运动，此法用以解决大功率、高扭矩动设备的调速节能。
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