CN106329881A - 滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器 - Google Patents

Abstract

滑动丝杠电动调速筒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，其利用电机、滑动丝杠和高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)等组成的调速系统，分为以下几种类型：风冷滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器(A型、B型、C型和D型)、液冷滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器(A型、B型、C型和D型)、串联风冷滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器(A型、B型、C型和D型)、串联液冷滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器(A型、B型、C型和D型)。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

滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器

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。筒式磁力耦合器作为磁耦家族中的一种类型，因其结构方面的原因，在使用安全性、可靠性等方面稍逊一筹，但在一些局部领域中，筒式磁力耦合器也是一种不错的传动装置，有其独到之处。

节能减排是目前迫切需求，目前普遍应用液力偶合器进行动力传动，传动效率相对磁耦较低。变频调速在调速效率上虽然和磁耦相差不多，但变频器的使用寿命和维护性与磁耦相比相去甚远。

发明内容

本发明重在找到一种筒式磁力耦合器调速的技术方法，伴随着这种技术方法而引伸出四种类型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器——A型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器、B型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器、C型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器、D型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器。

四种类型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器的区别在于驱动滑动丝杠的电机转子是内转子还是外转子，以及滑动丝杠采用的数量有所不同，从而导致磁力耦合器结构有所差异。

附图说明

图1所示为风冷A型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，液冷A型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。

图3所示为风冷B型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，液冷B型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。

图5所示为风冷C型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，液冷C型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。

图6所示为风冷D型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，液冷D型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。

几种类型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，都包含如下几个部分：感应筒组件(固定筒1和感应筒2等组成)、磁块固定筒组件(固定筒3、挡板5和磁块4等组成)、滑动丝杠组件(丝杠20、螺母21组成)、高速回转导电接头或电动调速专用高速回转接头(图中标号6)、电机定子7、电机转子8、中心传动轴11、法兰轴套25等。

A型、B型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器采用内转子电机驱动滑动丝杠组件，其电机外转子利用同步盘9和胀套10保持与中心传动轴11同步转动，相对静止。

C型、D型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器采用外转子电机驱动滑动丝杠组件，其电机内转子直接固定在中心传动轴11上，或采用电机中心轴与中心传动轴11同体，合二为一。

对于A型、B型、C型、D型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，磁块固定筒组件、滑动丝杠组件、驱动电机和中心传动轴等组成内转子，感应筒组件和法兰轴套等组成外转子。内、外转子依靠磁块产生的永磁磁场和感应筒上产生的感应磁场两者之间的相互作用来传递运动。调速时，通过控制进入电机的电流的方向来控制电机转子与定子的相对转向，由电机驱动滑动丝杠组件，使旋转运动变成直线运动，带动磁块固定筒组件沿中心传动轴滑动，从而调整感应筒上产生的感应磁场的大小(内外转子之间的磁场耦合面积)，来改变传递功率的大小，达到调速节能的目的。

调速时，裸露于磁耦外部的磁块将会造成电磁危害，并存在安全隐患。在加装防护罩后，应控制好防护罩与内转子的距离，距离过近，则相当于加装了一个强制制动器，造成能量损失。此外，磁块脆性大，易碎，所以防护工作须做好。

滑动丝杠组件在调速时调节的是感应筒和磁块固定筒之间的相对耦合面积，所以也可以将滑动丝杠组件与感应筒联结，驱动感应筒沿轴向运动来达到调速的目的。

图2所示为A-A剖视图，明确表达了磁块固定的方式，斜楔夹紧。此外，图2明确表达了内转子通风散热的流道情况，可根据转子旋向在外转子上加装导流叶片，造成强力强制通风散热。

图4所示为B-B剖视图。

图7所示为A型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器加装同步屏蔽筒的结构方案，图中标号30为同步屏蔽筒，可有效防止漏磁危害，并增加设备的安全性。B型、C型、D型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器加装同步屏蔽筒的结构方案与A型相同。

图8所示为A型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器取下内部定位支承轴承的结构示意，传动轴之间联接采用胀套，B型、C型、D型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器也可这样做，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：内外转子互不接触，但由于装配时很难保证感应筒与磁块固定筒的同轴度，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。

图9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6-2、防护层6-7、防护层6-1采用电绝缘材料，6-5为电刷，6-4为滑环(镶嵌于防护层6-1内)，6-8为微调弹簧(用来平衡接触压力)，6-3为导线，6-9为轴承。滑环6-4镶嵌在防护层6-1内部，固定在电机转子7上。电刷6-5装配在绝缘材料内部与支架保持相对静止，电刷内接滑环，外接外部电源。高速回转导电接头以电刷和滑环作为动态接触，也可以将电刷和滑环反装，由滑环内接电刷，外接外部电源。

图19、图20、图21、图22所示为电动调速专用高速回转接头，采用模块化串联结构，可串联任意通道，图19、图20中所示为三通道，其内转子由螺栓6-29联结各部分，然后和回转接头的外转子装配组成一个整体，其内转子高速转动，其外转子静止不动，以连接外部电源。两端密封环6-20、6-21可采用碳化钨、石墨等材料，中间有电线进出部分的6-5、6-7、6-8、6-24、6-25可采用电绝缘材料，6-22采用电接触材料，6-23采用电绝缘材料镶嵌电接触材料的组合结构，6-14为弹簧，用来平衡接触压力，弹簧处的导向销6-15对弹簧起导向限位作用，防止高速回转时弹簧在离心力作用下失效。

电动调速专用高速回转接头可用来取代高速回转导电接头，电动调速专用高速回转接头比高速回转导电接头具有更好的防水、防尘和防爆性能，但其结构复杂，制造困难，经济性差。

图10、图11、图12所示为C型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器串联结构形式中的三种结构图，高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)可以固定在电机上，以缩短轴向长度。

图15、图16、图17所示为D型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器串联结构形式中的三种结构图，高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)可以固定在电机上，以缩短轴向长度。

A型、B型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器串联结构形式与C型、D型类似。滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器采用串联结构的目的在于解决其磁块过长时，筒内散热不良的问题，但串联结构造成筒式磁力耦合器长径比过大，产生一些隐患，所以不建议大力发展串联型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，大功率动设备节能调速问题可直接采用盘式磁力耦合器。

此外，筒式磁力耦合器的串联结构除附图中所示的轴向串联结构外，也可采用径向串联结构(或称之为并联)，本人不建议发展此类结构的磁耦，得不偿失。

图13所示为C-C剖视图。

图14所示为D-D剖视图。

图18所示为E-E剖视图。

具体实施方式

滑动丝杠电动调速筒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、齿轮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。

滑动丝杠电动调速筒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 (9)

1.A型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器的结构方案——其特征是电机内转子驱动滑动丝杠组件使旋转运动转化为直线运动，以实现调速目的，电机中心线与中心传动轴中心线平行且重合，滑动丝杠中心线与中心传动轴中心线也平行且重合，使用高速回转导电接头或电动调速专用高速回转接头连接外部电源给电机供电。

2.B型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器的结构方案——其特征是电机内转子经齿轮传动驱动滑动丝杠组件使旋转运动转化为直线运动，以实现调速目的，电机中心线与中心传动轴中心线平行且重合，滑动丝杠中心线与中心传动轴中心线平行但不重合，使用高速回转导电接头或电动调速专用高速回转接头连接外部电源给电机供电。

3.C型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器的结构方案——其特征是电机外转子驱动滑动丝杠组件使旋转运动转化为直线运动，以实现调速目的，电机中心线与中心传动轴中心线平行且重合，滑动丝杠中心线与中心传动轴中心线也平行且重合，使用高速回转导电接头或电动调速专用高速回转接头连接外部电源给电机供电。

4.D型滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器的结构方案——其特征是电机外转子经齿轮传动驱动滑动丝杠组件使旋转运动转化为直线运动，以实现调速目的，电机中心线与中心传动轴中心线平行且重合，滑动丝杠中心线与中心传动轴中心线平行但不重合，使用高速回转导电接头或电动调速专用高速回转接头连接外部电源给电机供电。

5.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所述的滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，其特征是可以选用加装同步屏蔽筒的结构方案，以防止漏磁危害，并增加设备的安全性。

6.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所述的滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，其特征是可以选用去除磁力耦合器内转子与外转子之间定位支承轴承的结构方案，内外转子互不接触，磁力耦合器与其它设备传动轴之间联接采用胀套。

7.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所述的滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，其特征是使用高速回转导电接头的技术方法——以电刷和滑环作为动态接触，滑环内接电刷，外接外部电源，电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，也可以将电刷和滑环反装，由电刷内接滑环，外接外部电源。

8.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所述的滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，其特征是使用电动调速专用高速回转接头的技术方法——电动调速专用高速回转接头由内转子和外转子两大部分组成，外转子静止不动，用以连接外部电源，内转子高速转动，外转子通过轴承隔离内转子高速旋转的影响，内外转子的电流通路按电接触理论的原理，通过摩擦接触。

9.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所述的滑动丝杠电动调速筒式磁力耦合器，其特征是可以选用轴向串联或径向串联的结构方案，以避免磁块过大时，筒式磁力耦合器散热不良的问题。