CN107222082A - 一种基于滑块摇杆机构的锥面智能可调速磁力耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械工程中的传动技术领域，尤其是涉及一种基于滑块摇杆机构的锥面智能可调速磁力耦合器。它由主动盘总成与从动盘总成组成，其特征在于：调速机构安装在主动盘总成上，主动盘总成由主动轴、套筒、永磁基体、永磁体、连杆、连杆滑块、轴承、滚珠滑块、滚珠丝杠和伺服电机构成，其中永磁体以N、S极交替排布的方式安装在永磁体基体外端面的槽内，滚珠滑块装置由滚珠丝杠、滚珠滑块组成；伺服电机控制滚珠滑块运动，从而带动由连杆滑块、连杆、永磁基体所组成的滑块摇杆机构运动以实现永磁基体的摆动，改变永磁体与导体环之间的平均气隙间距与正对面积，进而调节气隙中的磁场密度以实现电磁转矩的变化并改变输出转速，最终实现了调速作用。

Description

一种基于滑块摇杆机构的锥面智能可调速磁力耦合器

技术领域

本发明涉及机械工程中的传动技术领域，尤其是涉及一种基于滑块摇杆机构的锥面智能可调速磁力耦合器，它可广泛应用于发电、冶金、石化、采矿等行业的动力传递系统中。

背景技术

由于钕铁硼永磁材料的出现，磁力传动技术得以迅速发展。调速型异步磁力耦合器作为一种新的调速方式进入人们的视野。磁力耦合器的突出优点在于：(1)电机与负载实现无接触式传动，不会对机构带来机械磨损，使用寿命长；(2)结构简单，稳定性、可靠性高，且对中性要求较低，可应用于对中性无法保证的工作场合；(3)实现电机的轻载启动与过载保护，提高了电机的使用寿命。(4)可实现动力的零泄漏传递，节能环保，净化环境。按照结构形式不同，调速型异步磁力耦合器可分为筒式调速异步磁力耦合器与盘式调速异步磁力耦合器。两种磁力耦合器的工作原理相似，具体为：永磁转子与导体转子之间存在气隙，可自由旋转，当电机带动永磁转子开始转动时，由于永磁转子与导体转子之间存在转速差，因此导体会切割永磁体产生的磁力线，进而产生感应电流，感应电流又会产生感应磁场，感应磁场与永磁磁场耦合实现力矩的无接触式传递，使得导体转子做旋转运动，从而带动负载旋转。两种磁力耦合器实现调速功能的方式不同，筒式调速异步磁力耦合器是通过改变永磁转子与导体转子的啮合面积来进行调速，而盘式调速异步磁力耦合器是通过改变永磁转子与导体转子之间的气隙厚度来实现调速功能。从对中性要求、过载保护、轴向载荷以及可允许的轴向窜动量等特性上看，两种磁力耦合器各有优缺点，且两者都是单一的调节一个参数来改变负载转矩的，不利于气隙磁场磁通密度的迅速调整，具有一定的滞后性。

专利201010228656.0公开了一种远程自动控制可调速式盘式磁力联轴器，微型电机工作带动减速机构，从而控制双头螺纹丝杠旋转，进而调节驱动盘与从动盘之间的气隙距离，完成调速，该发明的微型电机是安装在从动轴上，在该装置工作过程中，电机随着从动轴的旋转而旋转，这会严重影响该发明的实际应用，本发明的调速装置是由滚珠滑块装置与滑块摇杆机构组成，主动轴与滚珠滑块装置之间用轴承连接，因此伺服电机不会随着主动轴的旋转而运动。专利201110219054.3公开了一种可调式轴向异步磁力联轴器，转动手轮带动摩擦主动轮移动，摩擦主动轮移动带动摩擦从动轮转动，从而实现齿轮齿条的相对运动，齿轮齿条的相对运动推动外转子轴向运动，从而改变永磁体与铜条的啮合面积，达到调速目的，该发明是通过转动手轮来实现调速，无法实现精确的调速，本发明是通过PLC控制伺服电机实现调速，可根据需要来进行精确的调速，还可以实现远程控制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于滑块摇杆机构的智能可调速磁力耦合器，它由主动盘总成和从动盘总成组成，其中调速装置安装在主动盘总成上。从动盘总成包括从动轴、从动盘和导体环，从动轴右端通过键与从动盘连接，并在从动盘右侧锥形端面上安装有导体环。

主动盘总成包括主动轴、套筒、永磁基体、永磁体、连杆、连杆滑块、轴承、滚珠滑块、滚珠丝杠和伺服电机，主动轴左侧通过键连接有套筒，并在套筒的左侧外端面设有铰接接口，同时永磁基体的左右两侧也分别设有铰接接口，通过永磁基体与套筒的铰接连接，永磁基体以接口为中心旋转，永磁基体外端面上又安装有N、S极交替排布的永磁体，同时永磁基体右端与连杆铰接，连杆另一端又与连杆滑块铰接相连，通过PLC控制伺服电机，从而控制由滚珠丝杠、滚珠滑块组成的滚珠滑块装置使与其通过轴承连接的连杆滑块轴向移动，进而控制由连杆滑块、连杆、永磁基体所组成的滑块摇杆机构以实现永磁基体以铰接接口为中心摆动，改变永磁体与导体环之间的平均气隙间距与正对面积，从而改变气隙中的磁场密度以实现电磁转矩的变化并改变输出转速，最终实现调速作用。

相对于已有的盘式与筒式智能可调速磁力耦合器，本发明可以解决筒式磁力耦合器的对中性较高的问题，又可以解决盘式磁力耦合器轴向载荷较大的问题；本发明的调速原理是通过改变永磁体与导体环之间的平均气隙间距与正对面积，较筒式磁力耦合器只单一的改变永磁体与导体环之间的正对面积，盘式磁力耦合器只单一的改变永磁体与导体环之间的气隙间距，其调速的范围更大，调速的平稳性更高。

本发明的优点

(1)本发明是通过磁场的耦合作用实现转矩转速的传递，借助外置的调速机构可实现电机的轻载启动、过载保护与无级调速等功能，延长了电机的使用寿命。

(2)本发明实现了输入输出装置之间的无接触传递，减少了设备间的摩擦磨损，具有隔振等优点，有效地延长了设备与零部件的使用寿命。

(3)本发明综合了筒式与盘式两种传统结构的共同优点，相比于筒式结构降低了装置的对中性要求、提高了转矩传递能力；相比于盘式结构减小了轴向载荷、增大了调速范围和可允许的轴向窜动量；相比于普通联轴器省却了同心对中的麻烦，使得设备的安装、调试与拆卸更为方便。

(4)本发明不同于筒式与盘式两种传统结构的调速方式，通过同时改变永磁体与导体环之间的平均气隙间距与正对面积，从而改变气隙中的磁场密度以实现电磁转矩的变化并改变输出转速，最终实现了调速作用。

附图说明

以下结合附图及实施例对发明作进一步说明

图1为实施例的一种基于滑块摇杆机构的锥面智能可调速磁力耦合器的结构剖切示意图

图2为实施例的单个永磁基体的三维结构示意图

图3为实施例的连杆滑块15处于右极限位置时的永磁基体的三维结构示意图图4为实施例的连杆滑块15处于左极限位置时的永磁基体的三维结构示意图图5为实施例的永磁体在永磁体基体槽内的排布结构示意图

图6为实施例的磁力耦合器的各部件运动示意图

具体实施方式

如图1所示，一种基于滑块摇杆机构的智能可调速磁力耦合器是由主动盘总成I与从动盘总成II组成，其中，调速机构安装在主动盘总成I上。如图1所示，从动盘总成II包括从动盘1、从动轴2、键3和导体环4，所述从动轴2右端通过键3连接从动盘1，所述从动盘1为锥形机构，且从动盘1的右侧锥形面上安装有导体环4；如图1所示，主动盘总成I包括套筒5、键6、永磁体7、永磁基体8、连杆9、轴承10、滚珠滑块11、滚珠丝杆12、伺服电机13、主动轴14和连杆滑块15，所述主动轴14左端通过键6连接有套筒5，在所述套筒5左侧上设有与永磁体极数相同的铰链接头，所述永磁基体8左侧下端及右侧都布有铰链接头且外端面加工有槽，如图2所示。永磁基体8通过左下端的接头与套筒5铰接，从而永磁体基体8可以以铰接接口A或A＇为中心旋转，同时所述永磁体7安装在永磁基体8外端面的槽内且各永磁基体8槽内的永磁体沿周向呈N、S极交替排布，形成若干对磁极数，所述永磁基体8又通过右侧的铰接接口与连杆9铰接相连，所述连杆滑块15左端同样布有与永磁体极数相同的铰链接口，且连杆滑块15通过铰接接口与连杆9铰接相连，连杆滑块15上端面又固定连接有轴承10，所述轴承10上端安装有滚珠滑块11，并通过伺服电机13控制滚珠滑块装置来控制滚珠滑块11。

调速原理：当主动轴总成I相对从动轴总成II旋转时，主动轴总成I上N、S极排布的永磁体7与导体环4发生相对转动，通过电磁感应，导体环4中产生感应涡流并与永磁体7产生的原磁场相互作用产生电磁转矩，带动从动轴总成旋转，通过PLC输入电信号控制伺服电机13，由PLC控制伺服电机13的转动来控制滚珠丝杆12，带动滚珠滑块11轴向运动，进而驱动与轴承10连接的连杆滑块15沿轴向运动，通过与连杆9、永磁基体8共同组成的滑块摇杆机构将连杆滑块的轴向运动转变为永磁基体8以铰链接口A或A＇为中心的旋转摆动，从而改变永磁体7与导体环4的平均气隙间距与正对面积，如图6所示，由此改变气隙中的磁场密度以实现电磁转矩的变化并改变输出转速，最终实现调速作用。

Claims (4)

1.一种基于滑块摇杆机构的锥面智能可调速磁力耦合器，由主动盘总成和从动盘总成组成，其中调速装置安装在主动盘总成上，从动盘总成包括从动轴、从动盘和导体环，从动轴右端与从动盘通过键连接，导体环安装在从动盘的右侧锥形端面上，其特征在于：主动盘总成包括主动轴、套筒、永磁基体、永磁体、连杆、连杆滑块、轴承、滚珠滑块、滚珠丝杠和伺服电机，主动轴左侧通过键连接有套筒，在套筒的左侧外端面设有铰接接口，同时永磁基体的左右两侧也分别设有铰接接口，通过永磁基体与套筒的铰接连接，永磁基体以铰接接口为中心旋转，永磁基体外端面上又安装有N、S极交替排布的永磁体，同时永磁基体右端与连杆铰接，连杆另一端又与连杆滑块铰接相连，连杆滑块与滚珠滑块通过轴承连接，轴承的内圈与连杆滑块焊接在一起，轴承的外圈与滚珠滑块焊接在一起，伺服电机与滚珠丝杠通过弹性联轴器连接，通过PLC控制伺服电机，进而控制由滚珠滑块、滚珠丝杠所组成的滚珠滑块装置使与其通过轴承连接的连杆滑块轴向移动，进而控制由连杆滑块、连杆、永磁基体所组成的滑块摇杆机构以实现永磁基体以铰接接口为中心摆动，改变永磁体与导体环之间的平均气隙间距与正对面积，从而改变气隙中的磁场密度以实现电磁转矩的变化并改变输出转速，最终实现调速作用。

2.如权利要求1所述的一种基于滑块摇杆机构的锥面智能可调速磁力耦合器，其特征在于：所述永磁基体为一弧形机构，在其左侧下端面和右端面上分别设有铰接接口，且在其外端面上加工有与永磁体大小匹配的槽，同时装配的永磁基体之间留有间隙以保证永磁基体在摆动过程中不会发生干涉。

3.如权利要求1所述的一种基于滑块摇杆机构的锥面智能可调速磁力耦合器，其特征在于：所述套筒左侧外端面与连杆滑块的左侧端面上分别设有若干个铰接接口，且接口的数量与永磁体极数相等。

4.如权利要求1所述的一种基于滑块摇杆机构的锥面智能可调速磁力耦合器，其特征在于：当主动轴总成相对从动轴总成旋转时，主动轴总成上N、S极排布的永磁体与导体环发生相对转动，通过电磁感应，导体环中产生感应涡流并与永磁体产生的原磁场相互作用产生电磁转矩，带动从动轴总成旋转，通过PLC输入电信号控制伺服电机，由PLC控制伺服电机的转动来控制滚珠滑块装置，进而驱动连杆滑块沿轴向运动，通过滑块摇杆机构将连杆滑块的轴向运动转变为以永磁基体与套筒的铰链接口为中心的旋转摆动，从而改变永磁体与导体环的平均气隙间距与正对面积，由此改变气隙中的磁场密度以实现电磁转矩的变化并改变输出转速，最终实现调速作用。