CN107276368B - 一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械工程中的传动技术领域，具体是一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器。由从动转子总成、驱动转子总成和调速装置总成组成，永磁体沿周向紧密粘装在从动转子内基体外表面和外基体内表面上，两相邻永磁体组成一个磁极，其中一个磁体为径向充磁，另一个磁体为切向充磁，不同充磁方向永磁体的相邻面倾斜α角度；铜环上沿周向相隔一定弧度加工有扇形通透槽，槽内嵌有与扇形通透槽形状相同的铸铁块，铜环和铸铁块侧面均加工有螺纹孔，铸铁块通过沉头螺钉与铜环固定连接；伺服电机工作带动双头圆柱凸轮旋转，圆柱凸轮通过滑杆带动左、右从动转子沿连杆同向或反向移动，从而改变永磁体与铜环的相对啮合面积，实现了磁力耦合器的调速功能。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程中的传动技术领域，是一种非接触式连接的磁感应耦合器，具体是种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器。它可应用于大振动的电机和负载之间，作为动力传递和调速的传动系统。
背景技术
在机械工程领域，传动技术是最基本也是最重要的部分之一，涉及机械行业的各个领域，广泛用于矿山、冶金、航空、兵器、水电、化工、轻纺以及交通运输部门，传统传动技术由于采用刚性联结，运行时会产生摩擦磨损，影响动力的传递效率，造成能源浪费，此外，在安装时容易产生径向和角向偏移，将产生交变载荷而引起振动，轻则降低耦合器寿命，重则影响到设备的正常运转，而磁力耦合器作为新型传动的一种形式，应用永磁材料所产生的磁力作用，来实现转矩的非接触传递，减小了传动部件的损耗，延长了相关部件的使用寿命，基于上述优点，磁力耦合器在一些领域已逐步取代机械式联轴器来传递扭矩和动力。但是，相比传统耦合器，磁力耦合器的带载能力不强，因此，实现磁力耦合器大功率、高转矩输出，是扩大其应用范围的一个重要研究方向。
在中国专利CN201520148142.2中公开了一种三筒式永磁调速器，该发明采用三筒式结构，通过在永磁体的上下两端设置铜导体，将永磁体包围其中，磁体双面发生作用，使铜导体产生涡流，实现转矩的传递，但该发明采用单边结构且永磁体形状、充磁和排布方式均采用传统方法，在某些场合会存在带载能力不足的状况，而本发明的磁力耦合器采用双边结构，两相邻永磁体为一极且充磁方向相互垂直，使磁场强度大幅提升，不同充磁方向永磁体的相邻面倾斜一定角度增强了耦合器的自屏蔽效应，因此，可实现大功率、大转矩输出。
在中国专利CN201210434324.7中公开了一种可自动变速的磁力调速器及其调速方法，通过齿轮传动和螺纹传动，使得两从动盘基体分别沿轴向作相向或相背移动，从而改变从动盘与主动盘之间的气隙厚度实现调速，但该发明调速过程中调速装置会受到从动盘和主动盘之间巨大的轴向力影响，对伺服电机的输出功率要求较高，同时，伺服电机设置在旋转轴上，工作时伺服电机会随之旋转，将对实际的调速过程产生影响，而本发明调速装置在调速过程中，磁力耦合器轴向力的影响很小，对伺服电机的输出扭矩要求低，此外，由于本发明中的调速装置不随驱动轴和从动轴的旋转而旋转，因此可实现伺服电机的固定安装，因此，调速更加实用且容易实现。
发明内容
一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器主要包括：从动转子总成、驱动转子总成和调速装置总成；所述从动转子总成主要包括从动花键轴、左从动转子基体、永磁体、右从动转子基体，从动花键轴右端设置有左从动转子基体，其中，左从动转子基体包括内基体和外基体，左从动转子基体通过连杆与右从动转子基体连接，永磁体沿周向紧密粘装在从动转子内基体外表面和外基体内表面上；所述两相邻永磁体组成一个磁极，其中一个磁体为径向充磁，另一个磁体为切向充磁，不同充磁方向永磁体的相邻面倾斜α角度，范围为5°～10°。
驱动转子总成主要包括驱动转子基体、铜环和驱动轴，驱动轴左端设置有驱动转子基体，驱动转子基体通过沉头螺钉与铜环连接；所述铜环上沿周向相隔一定弧度加工有扇形通透槽，槽内嵌有与扇形通透槽形状相同的铸铁块，铜环和铸铁块侧面均加工有螺纹孔，铸铁块通过安装在驱动转子基体上的沉头螺钉实现与铜环的固定连接。
所述调速装置总成主要包括支撑盘、移动盘、滑杆、双头圆柱凸轮、伺服电机和减速机构，支撑盘通过滚动轴承连接在从动花键轴和驱动轴上，移动盘安装在支撑盘内侧的从动转子基体上，其中，安装所用轴承为双列角接触球轴承，支撑盘下端设置有双头圆柱凸轮，圆柱凸轮上设置有滑杆，滑杆通过螺钉与移动盘连接，双头圆柱凸轮下方设置有伺服电机，伺服电机输出轴连接有减速机构，减速机构采用蜗轮蜗杆传动，其中，蜗轮通过平键与双头圆柱凸轮连接。
相对于已有的调速型磁力耦合器，本发明中的磁力耦合器采用筒式双边结构，此种结构在提高传递转矩的同时，最大限度的削弱了轴向力对耦合器的影响，提高了耦合器的运行稳定性和带载能力；本发明中从动转子总成中的永磁体采用聚磁式方式充磁，不同充磁方向永磁体的相邻面倾斜一定角度，永磁体呈类梯形形状，这种结构可大幅提高工作侧的磁场强度，并增强了耦合器的自屏蔽效应，扩大了转子基体材料的选择范围，便于实现耦合器的轻型化。
本发明的优点
(1)在本发明中，驱动转子与从动转子非接触传递转矩，避免了机械式联轴器传动时摩擦、磨损以及振动等问题，降低了传动部件的损耗；实现了负载与电机分离，通过调节永磁体与铜环的相对啮合面积，实现了电机的轻载启动、过载保护与无级变速等功能。
(2)本发明磁力耦合器采用双边结构，相比普通结构的筒式磁力耦合器，其增大了永磁体和铜环的相对啮合面积，大大提高了带载能力，相比普通结构的盘式磁力耦合器，在相同带载能力下，本发明中的磁力耦合器中的轴向力大幅减小，提高了耦合器在小气隙厚度、高转速工况下的运行稳定性。
(3)从动转子中两相邻永磁体组成一个磁极，其中一个磁体为径向充磁，另一个磁体为切向充磁，不同充磁方向永磁体的相邻面倾斜一定角度，相比普通形状N、S极交替排列的永磁体，该型永磁体所提供的磁场强度大幅提升，从而提高了磁力耦合器输出转矩，此外，由于不同充磁方向永磁体的相邻面倾斜一定角度，因此增强了耦合器的自屏蔽效应，扩大了永磁体盘基体材料的选择范围。
(4)驱动转子铜环采用扇形通透槽嵌入铸铁式结构，利用深槽减弱趋肤效应，提高了磁力耦合器传动效率，同时提高了铜环在从动转子基体上的安装可靠性。
(5)调速装置调节永磁体与铜环相对啮合面积时，所产生的轴向力很小，降低了对调速装置中伺服电机输出扭矩的要求，同时，调速装置不随驱动轴和从动轴的旋转而旋转，使结构更加可靠实用。
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为本发明实施例1的可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器结构示意图。
图2为永磁体在从动转子基体端面分布示意图。
图3为永磁体在从动转子基体端面分布A-A剖视图。
图4为磁力耦合器展开图。
图5为双头圆柱凸轮示意图。
图6为本发明实施例2的可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器结构示意图。
图7为本发明实施例2主动转子结构示意图。
图8为本发明实施例2主动转子结构B-B剖视图。
具体实施方式
如图1所示，一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器主要包括：从动转子总成、驱动转子总成和调速装置总成；所述从动转子总成主要包括从动花键轴1、左从动转子基体2、永磁体3、连杆6和右从动转子基体9，从动花键轴1右端设置有左从动转子基体2，其中，左从动转子基体2包括内基体4和外基体5，左从动转子基体2通过连杆6与右从动转子基体9连接，永磁体3沿周向紧密粘装在从动转子内基体外表面和外基体内表面上，连杆6两端设置有销轴；如图2所示，所述两相邻永磁体组成一个磁极，其中一个磁体为径向充磁，另一个磁体为切向(垂直于前一磁体充磁方向)充磁，不同充磁方向永磁体的相邻面倾斜α角度，范围为5°～10°；
所述驱动转子总成主要包括驱动转子基体7、铜环8和驱动轴10，驱动轴10左端设置有驱动转子基体7，驱动转子基体7通过沉头螺钉与铜环8连接；如图3所示，所述铜环上沿周向相隔一定弧度加工有扇形通透槽，槽内嵌有与扇形通透槽形状相同的铸铁块，铜环8和铸铁块侧面均加工有螺纹孔，铸铁块通过安装在驱动转子基体上的沉头螺钉实现与铜环的固定连接；
所述调速装置总成主要包括支撑盘11、移动盘12、滑杆13、双头圆柱凸轮14、伺服电机15和减速机构16，支撑盘11通过滚动轴承与从动花键轴1和驱动轴10连接，移动盘12安装在支撑盘11内侧的左、右从动转子基体上，其中，安装所用轴承为双列角接触球轴承，支撑盘11下端设置有双头圆柱凸轮14，圆柱凸轮上设置有滑杆13，滑杆13通过螺钉与移动盘连接，双头圆柱凸轮14下方设置有电机15，伺服电机15输出轴连接有减速机构16，减速机构16采用蜗轮蜗杆传动，其中，蜗轮通过平键与双头圆柱凸轮14连接。
工作原理：从动转子中两相邻永磁体组成一个磁极，其中一个磁体为径向充磁，另一个磁体为切向充磁，一个磁极中两磁体产生的径向磁场和平行磁场相互叠加，使工作侧的磁场大幅提升，不同充磁方向永磁体的相邻面倾斜一定角度增强了耦合器的自屏蔽效应；驱动转子中铜环8上沿周向相隔一定弧度加工有扇形通透槽，槽内嵌有与扇形通透槽形状相同的铸铁块，利用这种结构减弱铜环中的趋肤效应，减小了涡流损耗，提高了磁力耦合器传动效率；驱动转子总成相对从动转子总成旋转时，驱动转子上的铜环8与从动转子上的永磁体3相对转动，根据电磁感应原理，铜环8中产生感应磁场并与永磁体3产生的恒定磁场相耦合，从而带动从动转子总成同向转动，从动转子的转速与永磁体和铜环的啮合面积有关，加大啮合面积，从动转子转速升高，反之减小啮合面积，从动转子转速降低，因此调节啮合面积即能实现磁力耦合器调速功能，当伺服电机15旋转时，其可通过减速机构16驱动双头圆柱凸轮14正转或反转，由于双头圆柱凸轮14的凹槽旋向相反，因此其可通过滑杆13带动左从动转子基体2和右从动转子基体9沿连杆6同向或反向移动，从而改变永磁体3与铜环8的相对啮合面积，如图5所示，实现了磁力耦合器的调速功能。
实施例2：在实施例1的基础上，可在左从动转子基体2和右从动转子基体9上设置滚道17，滚道17中匹配有滚轮18，滚轮18与滑杆13连接，该结构可实现耦合器整体尺寸的缩小，以满足某些空间受限的场合使用；另外驱动转子基体7采用一体式结构，驱动转子基体7上端面和下端面均布置有扇形齿，驱动转子基体7上端面和下端面粘装有铜环8，铜环8上设置有与扇形齿形状相同的槽，扇形齿与槽为过盈配合。该结构的工作原理与分体式相同，但其可进一步减弱趋肤效应，且具有传动性能高，加工方便等优点。
Claims (7)
1.一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器，所述耦合器包括从动转子总成、调速装置总成和驱动转子总成；从动转子总成包括从动花键轴、左从动转子基体、永磁体和右从动转子基体，从动花键轴右端设置有左从动转子基体，其中，左从动转子基体包括内基体和外基体，左从动转子基体通过连杆与右从动转子基体连接，永磁体沿周向紧密粘装在从动转子内基体外表面和外基体内表面上；驱动转子总成包括驱动转子基体、铜环和驱动轴，驱动轴左端设置有驱动转子基体，驱动转子基体通过沉头螺钉与铜环连接；其特征在于：调速装置总成包括支撑盘、移动盘、滑杆、双头圆柱凸轮、伺服电机和减速机构，支撑盘通过滚动轴承连接在从动花键轴和驱动轴上，移动盘安装在支撑盘内侧的从动转子基体上，支撑盘下端设置有双头圆柱凸轮，圆柱凸轮上设置有滑杆，滑杆通过螺钉与移动盘连接，双头圆柱凸轮下方设置有伺服电机，伺服电机输出轴连接有减速机构，通过伺服电机控制双头圆柱凸轮旋转，实现从动转子总成和驱动转子总成的相对旋转，改变了永磁体与铜环的相对啮合面积，进而实现调速功能。
2.如权利要求1所述的一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器，其特征在于：相邻的两个永磁体组成一个磁极，其中一个磁体为径向充磁，另一个磁体沿切向充磁，不同充磁方向永磁体的相邻面倾斜α角度，范围为5°～10°；一个磁极中两磁体产生的径向磁场和平行磁场相互叠加，使工作侧的磁场大幅提升，不同充磁方向永磁体的相邻面倾斜一定角度增强了耦合器的自屏蔽效应。
3.如权利要求1所述的一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器，其特征在于：所述驱动转子基体采用一体式结构和分层式结构，采用分层式结构时，所述铜环上沿周向相隔一定弧度加工有扇形通透槽，槽内嵌有与扇形通透槽形状相同的铸铁块，铜环和铸铁块侧面均加工有螺纹孔，铸铁块通过安装在驱动转子基体上的沉头螺钉实现与铜环的固定连接，采用一体式结构时，驱动转子基体上端面和下端面均布置有扇形齿，驱动转子基体上端面和下端面粘装有铜环，铜环上设置有与扇形齿形状相同的槽，扇形齿与槽为过盈配合。
4.如权利要求1所述的一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器，其特征在于：所述移动盘安装在从动转子基体上，安装所用轴承为双列角接触球轴承。
5.如权利要求1所述的一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器，其特征在于：所述减速机构采用蜗轮蜗杆传动，其中的蜗轮通过平键与双头圆柱凸轮固定连接。
6.如权利要求1所述的一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器，其特征在于：在左从动转子基体和右从动转子基体上设置滚道，滚道中匹配有滚轮，滚轮与滑杆连接。
7.如权利要求1所述的一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器，其特征在于，所述通过伺服电机控制双头圆柱凸轮旋转，实现从动转子总成和驱动转子总成的相对旋转，改变了永磁体与铜环的相对啮合面积，进而实现调速功能指：当伺服电机旋转时，其可通过减速机构驱动双头圆柱凸轮正转或反转，由于双头圆柱凸轮的凹槽旋向相反，因此其可通过滑杆带动左从动转子基体和右从动转子基体沿连杆同向或反向移动，从而改变永磁体与铜环的相对啮合面积，实现了磁力耦合器的调速功能。
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