CN106655706A - 一种复合调速型轴式磁力联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合调速型轴式磁力联轴器，包括主动轴、与主动轴传动连接且用于调节联轴器气隙厚度的内转子机构、与内转子机构相对设置且用于调节联轴器气隙长度的外转子机构以及与外转子机构传动连接的从动轴，所述的内转子机构的轴线与外转子机构的轴线互相重合。与现有技术相比，本发明整体结构简单、紧凑，安全稳定，可实现对输出转速进行可控调节，传递转矩效率高，用以解决普通轴式磁力联轴器传递功率不高、转速不可调，现有可调轴式磁力联轴器转速可调范围小、调速精度低的技术问题，具有很好的应用前景。

Description

一种复合调速型轴式磁力联轴器

技术领域

本发明属于机械传动磁力调速技术领域，涉及一种磁力联轴器，尤其是涉及一种复合调速型轴式磁力联轴器。

背景技术

调速型磁力联轴器，为永磁调速技术的一种典型装置，通过调节永磁体产生的气隙磁场，实现两对永磁体之间的无接触可变力矩传递，从而实现可调的输出转速，避免了传统联轴器对中性要求高、振动传递、不可调速、轴承磨损等问题，具有非接触、无噪声、无需润滑和清洁等内在特点，并兼具软启动、自动过载保护的优势，在石油、化工、矿业、煤炭、钢铁、机器人、仪器仪表、食品加工等领域具有良好的应用前景。此外，无接触传动也使得密封条件下的传动成为可能，因此，在动密封零泄漏场合、腐蚀性物质传输以及人工心脏等尖端领域前景广泛。

根据机构形式的不同，调速型磁力联轴器可以分为盘式和轴式两种结构。目前，关于调速型盘式磁力联轴器的应用较多，而轴式较少，究其原因是由于轴式结构不如盘式结构易实现气隙变化来调节输出转矩。但是，盘式联轴器自身也存在一些不可避免的缺陷，例如，磁力方向沿联轴器轴向，受力无法完全平衡，径向受力不均而容易产生振动，影响输出转矩和转速精度。而轴式联轴器的磁力方向为径向，圆周对称受力可避免振动，保证传递转矩的稳定性，更易于控制输出转速精度，且在体积、重量和效率上更有优势，发展前景更为广阔。

授权公告号为CN102324829B的中国专利公布了一种可调式轴向异步磁力联轴器，包括内转子总成①、外转子总成②、调速装置③及隔离套(7)，其中调速装置③由套筒Ⅲ(2)、套筒Ⅰ(3)、套筒Ⅱ(4)、转动手轮(11)、摩擦轮主动轮(12)、摩擦轮从动轮(13)、固定套筒(14)、双列角接触球轴承(15)构成。该专利的调速装置③通过摩擦轮主从动轮之间的运动传递，使永磁体(6)与铜条(10)之间的啮合面积发生改变，以此实现输出转矩的线性而平稳变化，同时实现了电机的软启动功能，扩展了磁力联轴器的应用范围。上述专利公开的联轴器虽可实现调速目的，却仅能通过单向调节联轴器内、外转子轴向啮合长度来改变气隙啮合面积，从而实现可变的输出转矩，这种单向调节方式限制了联轴器输出转速的可调范围且可调精度较低；此外，该联轴器外转子内表面布置永磁体，内转子为铜条，通过电磁感应原理传递力矩，该方式会在铜条内产生涡流损耗，影响转矩的传递效率；另外，上述专利采用齿轮齿条传动将转动变为轴向移动，定位精度较低，很难实现输出转速的精确控制。本发明磁力联轴器为复合调速型轴式磁力联轴器，可轴向、径向双向同时调节内、外转子间的气隙长度和厚度，实现输出转速在更大变化范围内的可控调节；联轴器内、外转子均镶嵌永磁体，通过磁力耦合方式传递转矩，可避免产生感应涡流损耗，转矩传递效率高；本发明调速装置采用滚珠丝杠传动方式，较齿轮齿条定位精度高，可精确调节气隙的轴向、径向长度，从而精确控制联轴器的输出转速。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、紧凑，安全稳定，能实现输出转速可控调节，传递转矩效率高的复合调速型轴式磁力联轴器，用以解决普通轴式磁力联轴器转速不可调，现有可调轴式磁力联轴器传递效率不高、转速可调范围小、精度低的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种复合调速型轴式磁力联轴器，包括主动轴、与主动轴传动连接且用于调节联轴器气隙厚度的内转子机构、与内转子机构相对设置且用于调节联轴器气隙长度的外转子机构以及与外转子机构传动连接的从动轴，所述的内转子机构的轴线与外转子机构的轴线互相重合。

所述的内转子机构包括与主动轴的输出端固定连接的内转子、均匀镶嵌在内转子外表面上的N、S极交替排列的内磁钢以及与内磁钢传动连接的径向位移调节单元，所述的内磁钢通过径向位移调节单元沿联轴器的径向往复移动。

所述的径向位移调节单元包括第一滚珠丝杠、与第一滚珠丝杠传动连接的第一空心滑块、与第一空心滑块相对设置的第二空心滑块以及将第二空心滑块与内磁钢传动连接的连杆组件，所述的第一空心滑块与第二空心滑块之间设有支撑杆，通过支撑杆与第二空心滑块固定连接，所述的主动轴的输出端依次穿过第一空心滑块、第二空心滑块与内转子固定连接，在工作状态下，所述的第一滚珠丝杠带动第一空心滑块及第二空心滑块沿主动轴往复移动。

所述的连杆组件包括沿径向设置且与内磁钢相连接的滑柱以及一端与第二空心滑块铰接，另一端与滑柱底部铰接的连杆。

所述的内转子上开设有与滑柱相适配的滑槽，所述的滑柱插设在滑槽中并与内磁钢连接，在工作状态下，所述的滑柱带动内磁钢沿径向往复移动。

所述的外转子机构包括与内转子相对设置的外转子、均匀镶嵌在外转子内表面上的N、S极交替排列且与内磁钢配合使用的外磁钢以及用于带动外转子沿从动轴轴向往复移动的轴向位移调节单元。

所述的轴向位移调节单元包括第二滚珠丝杠、与第二滚珠丝杠传动连接的轴承座以及设置在轴承座上的滚动轴承，所述的从动轴一端与外转子固定连接，另一端穿过滚动轴承与外部负载相连接。

所述的从动轴上还套设有连接套筒，所述的外转子通过螺栓与连接套筒固定连接。

所述的连接套筒与从动轴之间采用键连接。

所述的滚动轴承的轴承内圈与连接套筒采用过盈配合。

所述的主动轴的输出端加工有外螺纹，与内转子通过螺母固定连接，带动内转子同步旋转。

所述的内磁钢的长度等于内转子的轴向长度或略小于内转子的轴向长度，并与内转子的外端面齐平。

所述的外磁钢的长度等于外转子的轴向长度或略小于外转子的轴向长度，并与外转子的内端面齐平。

本发明复合调速型轴式磁力联轴器的工作原理为：静止时，联轴器内、外转子上内、外磁钢的相异磁极因相互吸引而对齐，内、外转子间没有切向磁力，不存在转矩；当内转子被外部驱动器(如电机等)带动旋转时，外转子由于摩擦力及负载阻力的限制仍然处于静止状态，当内转子相对外转子偏移一定的角度时，内、外磁钢间的磁力同样也会发生偏移而产生切向分量，致使外磁钢磁极对内磁钢的相异磁极产生拉力，同时对内磁钢相应的上一个相同磁极产生推力，在推拉合力作用下，带动外转子开始旋转，与此同时，外转子带动从动轴旋转，实现转矩的无接触传递。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

(1)通过调节磁力联轴器气隙大小的调速方式，保证在输入转速不变的情况下实现输出转速的可控调节，能够克服普通变频调速装置系统复杂、易受外界干扰等缺陷；

(2)通过丝杠传动控制滑动装置，分别调节内、外转子上永磁体磁钢之间径向、轴向位移，精确调节气隙的长度、厚度，从而连续控制输出端的变化载荷，提高变载荷设备的能源利用率，实现耗能负载的经济运行；

(3)通过内外磁转子之间的无接触联接，实现主动侧和从动侧之间的柔性传动，避免传统联轴器对中性要求高、振动传递、轴承磨损等问题；

(4)与单一的轴向调节或径向调节永磁体间气隙大小的方式相比，本发明可同时改变内外磁转子径向间隙大小、轴向啮合长度，完成磁力联轴器气隙长度、厚度的双向调节，使联轴器在转矩高效传递条件下实现输出转速在更大变化范围的可控调节；

(5)具有非接触、无噪声、无需润滑和清洁等特点，并兼具软启动、自动过载保护、零泄漏等优势，在机器人、仪器仪表、食品加工设备、腐蚀介质传输、人工心脏等领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明整体装配结构示意图；

图2为本发明内转子机构装配结构示意图；

图3为本发明外转子机构装配结构示意图；

图4为本发明内磁钢与外磁钢静止状态下的磁极位置结构示意图；

图中标记说明：

1-主动轴，2-径向位移调节单元，21-第一滚珠丝杠，22-第一空心滑块，23-第二空心滑块，24-支撑杆，25-滑柱，26-连杆，3-内转子，4-内磁钢，5-外转子，6-外磁钢，7-第二滚珠丝杠，8-轴承座，9-滚动轴承，10-连接套筒，11-从动轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1-3所示，一种复合调速型轴式磁力联轴器，包括主动轴1、与主动轴1传动连接且用于调节联轴器气隙厚度的内转子3机构、与内转子3机构相对设置且用于调节联轴器气隙长度的外转子5机构以及与外转子5机构传动连接的从动轴11，内转子3机构的轴线与外转子5机构的轴线互相重合。

其中，内转子3机构包括与主动轴1的输出端固定连接的内转子3、均匀镶嵌在内转子3外表面上的N、S极交替排列的内磁钢4以及与内磁钢4传动连接的径向位移调节单元2，内磁钢4通过径向位移调节单元2沿联轴器的径向往复移动。径向位移调节单元2包括第一滚珠丝杠21、与第一滚珠丝杠21传动连接的第一空心滑块22、与第一空心滑块22相对设置的第二空心滑块23以及将第二空心滑块23与内磁钢4传动连接的连杆组件，第一空心滑块22与第二空心滑块23之间设有支撑杆24，通过支撑杆24与第二空心滑块23固定连接，主动轴1的输出端依次穿过第一空心滑块22、第二空心滑块23与内转子3固定连接，在工作状态下，第一滚珠丝杠21带动第一空心滑块22及第二空心滑块23沿主动轴1往复移动。连杆组件包括沿径向设置且与内磁钢4相连接的滑柱25以及一端与第二空心滑块23铰接，另一端与滑柱25底部铰接的连杆26。内转子3上开设有与滑柱25相适配的滑槽，滑柱25插设在滑槽中并与内磁钢4连接，在工作状态下，滑柱25带动内磁钢4沿径向往复移动。

外转子5机构包括与内转子3相对设置的外转子5、均匀镶嵌在外转子5内表面上的N、S极交替排列且与内磁钢4配合使用的外磁钢6以及用于带动外转子5沿从动轴11轴向往复移动的轴向位移调节单元。轴向位移调节单元包括第二滚珠丝杠7、与第二滚珠丝杠7传动连接的轴承座8以及设置在轴承座8上的滚动轴承9，从动轴11一端与外转子5固定连接，另一端穿过滚动轴承9与外部负载相连接。从动轴11上还套设有连接套筒10，外转子5通过螺栓与连接套筒10固定连接。连接套筒10与从动轴11之间采用键连接。滚动轴承9的轴承内圈与连接套筒10采用过盈配合。

本实施例复合调速型轴式磁力联轴器的工作原理为：静止时，联轴器内转子3、外转子5上的内磁钢4、外磁钢6的相异磁极因相互吸引而对齐，如图4所示，内转子3、外转子5间没有切向磁力，不存在转矩；当内转子3被外部驱动器(如电机等)带动旋转时，外转子5由于摩擦力及负载阻力的限制仍然处于静止状态，当内转子3相对外转子5偏移一定的角度时，内磁钢4与外磁钢6之间的磁力同样也会发生偏移而产生切向分量，致使外磁钢6磁极对内磁钢4的相异磁极产生拉力，同时对内磁钢4相应的上一个相同磁极产生推力，在推拉合力作用下，带动外转子5开始旋转，与此同时，外转子5带动从动轴11旋转，实现转矩的无接触传递。

在实际使用时，首先由外部驱动器(电机等)驱动主动轴1旋转，主动轴1带动整个内转子机构旋转，内磁钢4相对外磁钢6产生超前角，内转子3、外转子5间作用力发生偏移，产生切向分力并对轴心形成传动力矩，驱动外转子5与内转子3同步转动，从而带动从动轴11旋转。当联轴器传递转矩过小时，可调节第一滚珠丝杠21使第一空心滑块22、第二空心滑块23右移，经连杆26推动滑柱25沿径向往外推移内磁钢4，从而减小内磁钢4与外磁钢6间的气隙厚度；同时可调节第二滚珠丝杠7使轴承座8带动整个外转子机构左移，增加内磁钢4与外磁钢6间的气隙长度，以得到合适的传递转矩。而当联轴器传递转矩过大时，可调节第一滚珠丝杠21使第一空心滑块22、第二空心滑块23左移，经连杆26拉动滑柱25沿径向往里拉内磁钢4，从而增加内磁钢4与外磁钢6间的气隙厚度；同时可调节第二滚珠丝杠7使轴承座8带动整个外转子机构右移，减小内磁钢4与外磁钢6间的气隙长度，以得到合适的传递转矩。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合调速型轴式磁力联轴器，其特征在于，包括主动轴(1)、与主动轴(1)传动连接且用于调节联轴器气隙厚度的内转子(3)机构、与内转子(3)机构相对设置且用于调节联轴器气隙长度的外转子(5)机构以及与外转子(5)机构传动连接的从动轴(11)，所述的内转子(3)机构的轴线与外转子(5)机构的轴线互相重合。

2.根据权利要求1所述的一种复合调速型轴式磁力联轴器，其特征在于，所述的内转子(3)机构包括与主动轴(1)的输出端固定连接的内转子(3)、均匀镶嵌在内转子(3)外表面上的N、S极交替排列的内磁钢(4)以及与内磁钢(4)传动连接的径向位移调节单元(2)，所述的内磁钢(4)通过径向位移调节单元(2)沿联轴器的径向往复移动。

3.根据权利要求2所述的一种复合调速型轴式磁力联轴器，其特征在于，所述的径向位移调节单元(2)包括第一滚珠丝杠(21)、与第一滚珠丝杠(21)传动连接的第一空心滑块(22)、与第一空心滑块(22)相对设置的第二空心滑块(23)以及将第二空心滑块(23)与内磁钢(4)传动连接的连杆组件，所述的第一空心滑块(22)与第二空心滑块(23)之间设有支撑杆(24)，通过支撑杆(24)与第二空心滑块(23)固定连接，所述的主动轴(1)的输出端依次穿过第一空心滑块(22)、第二空心滑块(23)与内转子(3)固定连接，在工作状态下，所述的第一滚珠丝杠(21)带动第一空心滑块(22)及第二空心滑块(23)沿主动轴(1)往复移动。

4.根据权利要求3所述的一种复合调速型轴式磁力联轴器，其特征在于，所述的连杆组件包括沿径向设置且与内磁钢(4)相连接的滑柱(25)以及一端与第二空心滑块(23)铰接，另一端与滑柱(25)底部铰接的连杆(26)。

5.根据权利要求4所述的一种复合调速型轴式磁力联轴器，其特征在于，所述的内转子(3)上开设有与滑柱(25)相适配的滑槽，所述的滑柱(25)插设在滑槽中并与内磁钢(4)连接，在工作状态下，所述的滑柱(25)带动内磁钢(4)沿径向往复移动。

6.根据权利要求2至5任一项所述的一种复合调速型轴式磁力联轴器，其特征在于，所述的外转子(5)机构包括与内转子(3)相对设置的外转子(5)、均匀镶嵌在外转子(5)内表面上的N、S极交替排列且与内磁钢(4)配合使用的外磁钢(6)以及用于带动外转子(5)沿从动轴(11)轴向往复移动的轴向位移调节单元。

7.根据权利要求6所述的一种复合调速型轴式磁力联轴器，其特征在于，所述的轴向位移调节单元包括第二滚珠丝杠(7)、与第二滚珠丝杠(7)传动连接的轴承座(8)以及设置在轴承座(8)上的滚动轴承(9)，所述的从动轴(11)一端与外转子(5)固定连接，另一端穿过滚动轴承(9)与外部负载相连接。

8.根据权利要求7所述的一种复合调速型轴式磁力联轴器，其特征在于，所述的从动轴(11)上还套设有连接套筒(10)，所述的外转子(5)通过螺栓与连接套筒(10)固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种复合调速型轴式磁力联轴器，其特征在于，所述的连接套筒(10)与从动轴(11)之间采用键连接。

10.根据权利要求8所述的一种复合调速型轴式磁力联轴器，其特征在于，所述的滚动轴承(9)的轴承内圈与连接套筒(10)采用过盈配合。