CN108683320A - 一种异步与同步混合切换式磁力传动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异步与同步混合切换式磁力传动器，包括有主动转子组件、从动转子组件、输入轴、输出轴；主动转子组件包括有铜盘、铁磁性输入端盖、第二永磁盘、非铁磁性输入端盖、连接板，铜盘固定在铁磁性输入端盖内侧壁上，所述第二永磁盘固定在非铁磁性输入端盖内侧壁上，铜盘与第二永磁盘之间形成有气隙空间；从动转子组件置于气隙空间内；还包括有一用于驱动从动转子组件和输出轴在气隙空间内做横向往复直线运动的气隙调节组件。本发明提供的磁力传动器将“异步式”功能与“同步式”功能集为一体，并利用气隙调节组件驱动从动转子组件在气隙空间内左右移动，进而实现传动系统中异步式与同步式功能的切换。

Description

一种异步与同步混合切换式磁力传动器

技术领域

本发明涉及机械工程设备技术领域，具体是涉及一种异步与同步混合切换式磁力传动器。

背景技术

磁力耦合传动技术主要应用在两大类，一类是永磁涡流调速器(异步式)，另一类是磁力联轴器(同步式)。由于磁力传动器的技术优势，目前在机械工程装备领域中，应用磁力耦合传动系统的领域已非常广泛；磁力耦合传动技术主要特点可概括为：柔性传动，启动电流与电流冲击时间明显降低；具有超载脱耦过载保护的特性；振动噪声小，可延长相关零部件的使用寿命；可容忍较大的安装对中误差，简化安装过程；可实现输出转速的无级变速功能，可控性强；绿色环保，高效节能，能适应各类环境，协调多机平衡，无谐波污染等。

目前，市场上技术成熟的磁力传动器的产品可分为两大类，一类是可以实现调速功能的磁力耦合调速器，通常采用调节气隙或者磁力耦合面积的变化来实现输出转矩和转速的调节，结构一般为装有永磁体的永磁转子和安装有高电导率导体材料的导体转子，其基本原理为永磁体产生的旋转磁场与导体作用产生的涡流感应磁场之间的耦合效应，在工作时，永磁转子与导体转子之间存在转速差，因而常被称为“异步式”。第二类是只能做为类似于联轴器作用的磁力联轴器，是不能通过外部装置来实现输出转矩和转速的调节，输入与输转子均为装有永磁体的永磁转子，其基本原理为永磁体与永磁体之间的“磁场推拉”效应，在工作时，永磁转子与永磁转子之间只存在转角差，因而常被称为“同步式”。

异步式磁力调速器低转速范围内，其运行效率较低，调速性能差,能量损耗较大，运行不经济,会导致产生大量的涡流热，不能平滑而快速地调节转速。同步式磁力传动器仅能实现力矩的传递，基本上没有涡流热产生，但不能实现调速功能。受产品本身结构特点和技术方案的局限性，目前市场上尚未出现可以同时实现异步与同步式功能切换的磁力传动器，

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种异步与同步混合切换式磁力传动器，可以实现异步式与同步式的功能切换。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：一种异步与同步混合切换式磁力传动器，包括有主动转子组件、从动转子组件、与外界动力源连接且用于驱动主动转子组件旋转的输入轴、一端固定连接于从动转子组件且另一端固定连接于外界负载的输出轴；

所述主动转子组件包括有铜盘、铁磁性输入端盖、第二永磁盘、非铁磁性输入端盖、连接板，所述铜盘固定在铁磁性输入端盖内侧壁上，所述第二永磁盘固定在非铁磁性输入端盖内侧壁上，所述铁磁性输入端盖与非铁磁性输入端盖之间通过均匀分布的若干个连接板实现固定连接，且铜盘与第二永磁盘之间形成有气隙空间；

所述从动转子组件包括有一位于左侧的铝盘、及一位于右侧的第一永磁盘，从动转子组件置于气隙空间内且铝盘与铜盘之间气隙距离为h、第一永磁盘与第二永磁盘之间气隙距离为g，所述铝盘与第一永磁盘固定在一起，第一永磁盘固定在输出轴左端，所述输出轴的右端可旋转地依次穿过第二永磁盘、非铁磁性输入端盖后置于主动转子组件外部，且铜盘、铝盘、第一永磁盘、第二永磁盘相平行地同轴分布；

还包括有一用于驱动从动转子组件和输出轴在气隙空间内做横向往复直线运动的气隙调节组件；当气隙调节组件驱动从动转子组件靠近铜盘、h＝2-20mm时，磁力传动器切换成异步式的磁力耦合调速器模式，当气隙调节组件驱动从动转子组件靠近第二永磁盘、g＝2-10mm时，磁力传动器切换成同步式的磁力联轴器模式。

在上述技术方案基础上，所述第二永磁盘包括有一第二永磁体安装盘、及若干个第二永磁体，所述第二永磁体安装盘右侧面上开设有若干个环绕中心轴线均匀分布、且与第二永磁体相对应的第二安装槽，各第二安装槽均固定有一第二永磁体且相邻的两个第二永磁体呈轴向N与S极性交错地布置；所述第一永磁盘包括有一第一永磁体安装盘、及若干个第一永磁体，所述第一永磁体安装盘左侧面上开设有若干个环绕中心轴线均匀分布、且与第一永磁体相对应的第一安装槽，各第一安装槽均固定有一第一永磁体且相邻的两个第一永磁体呈轴向N与S极性交错地布置。

在上述技术方案基础上，所述气隙调节组件包括有一调节盒、一支承座、一与输出轴平行分布的丝杆、一通过联轴器固定连接于丝杆且用于驱动丝杆正反转的驱动电机，所述调节盒固定在输出轴上且输出轴可旋转地贯穿调节盒两侧，所述调节盒固定在支承座上，所述支承座的两侧分别固定有一限位螺母，两个限位螺母螺纹连接在丝杆上且支承座可横向往复移动地套接在丝杆上。

在上述技术方案基础上，所述调节盒包括有一调节外壳、一调节端盖、一轴承，所述调节外壳包括位于左端且开设有与轴承相对应的安装腔的左端部、及位于右端的右端部，所述调节端盖及调节外壳的右端部上均开设有与输出轴相对应的轴孔，所述调节端盖固定在调节外壳左端端面上，所述输出轴的右端依次穿过调节端盖的轴孔、安装腔、调节外壳右端部的轴孔后置于调节外壳外部，所述轴承固定在安装腔内且通过基孔制配合方式安装在输出轴上。

在上述技术方案基础上，所述轴承的左端面与输出轴置于安装腔内的轴肩端面相贴合、右端面贴合安装有止动螺母；且所述调节端盖的右端面上朝向安装腔一侧延伸有一环形的凸肩部，所述轴承的外圈左端面与凸肩部相贴合。

在上述技术方案基础上，所述气隙调节组件还包括有一与丝杆平行分布的滑轨，所述支承座可横向往复移动地滑动连接在滑轨上。

在上述技术方案基础上，所述输入轴上固定有输入法兰盘，所述输入法兰盘与铁磁性输入端盖固定连接，所述主动转子组件通过铁磁性输入端盖、输入法兰盘固定连接于输入轴并在输入轴驱动作用下实现旋转运动。

在上述技术方案基础上，所述连接板为工字型结构，且连接板的腰部上均匀开设有若干个通孔；所述通孔形状为圆形或跑道形。

在上述技术方案基础上，所述铁磁性输入端盖和非铁磁性输入端盖的外侧壁上均沿周向均匀固定有若干个散热片模块。

在上述技术方案基础上，所述第一永磁体安装盘和铝盘上均沿周向均匀开设有若干个通风孔，该通风孔的截面形状为圆形、椭圆形、方形中的一种。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明提供的磁力传动器将“异步式”功能与“同步式”功能集为一体，并利用气隙调节组件驱动从动转子组件在气隙空间内左右移动，进而实现传动系统中异步式与同步式功能的切换；当切换成异步式功能时，该磁力传动器可作为一种磁力耦合调速器来使用，当切换成同步式功能时，该磁力传动器可作为一种非机械连接下的磁力联轴器来使用。本发明具有柔性传动、非接触连接、运行效率高、切换灵活、结构简易、使用经济等特点，开发与应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明磁力传动器切换成异步式功能模式时的结构示意图；

图2为本发明磁力传动器切换成同步式功能模式时的结构示意图；

图3为本发明第二永磁体安装盘的结构示意图；

图4为本发明第一永磁体安装盘中的通风孔为圆形时的一种结构图；

图5为本发明第一永磁体安装盘中的通风孔为椭圆形时的一种结构图；

图6为本发明第一永磁体安装盘中的通风孔为方形时的一种结构图；

图7为本发明调节端盖结构示意图；

图8为本发明调节外壳结构示意图；

图9为本发明散热片模块结构示意图；

图10为本发明连接板的通孔为圆形的一种结构图；

图11为本发明连接板的通孔为跑道形的一种结构图；

图12为本发明图1中的A处放大图；

图中标号为：

10-输入轴，101-铜盘，102-铁磁性输入端盖，103-第二永磁盘，1031-第二永磁体安装盘，1032-第二永磁体，1033-第二安装槽，104-非铁磁性输入端盖，105-连接板，1051-腰部，1052-通孔，106-输入法兰盘；

20-输出轴，201-铝盘，202-第一永磁盘，2021-第一永磁体安装盘，2022-第一永磁体，2023-第一安装槽，203-通风孔，204-轴肩；

30-调节盘，301-调节外壳，302-调节端盖，303-轴承，304-左端部，305-右端部，306-安装腔，307-止动螺母，308-凸肩部；

40-支承座，401-限位螺母；50-丝杆；60-驱动电机；70-滑轨；80-散热片模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1至图12可知，一种异步与同步混合切换式磁力传动器，包括有主动转子组件、从动转子组件、与外界动力源连接且用于驱动主动转子组件旋转的输入轴10、一端固定连接于从动转子组件且另一端固定连接于外界负载的输出轴20。

所述主动转子组件包括有铁磁性输入端盖102、铜盘101、第二永磁盘103、非铁磁性输入端盖104、连接板105，所述输入轴10上通过螺钉固定有输入法兰盘106，所述输入法兰盘106与铁磁性输入端盖102通过螺钉固定连接，所述铜盘101通过螺钉固定在铁磁性输入端盖102内侧壁上，所述第二永磁盘103通过螺钉固定在非铁磁性输入端盖104内侧壁上，所述铁磁性输入端盖102与非铁磁性输入端盖104之间通过均匀分布的若干个连接板105实现固定连接，且铜盘101与第二永磁盘103之间形成有气隙空间；所述主动转子组件通过铁磁性输入端盖102、输入法兰盘106固定连接于输入轴10并在输入轴10驱动作用下实现旋转运动。

其中，所述第二永磁盘103包括有一第二永磁体安装盘1031、及若干个第二永磁体1032，所述第二永磁体安装盘1031右侧面上开设有若干个环绕中心轴线均匀分布、且与第二永磁体1032相对应的第二安装槽1033，各第二安装槽1033均固定有一第二永磁体1032且相邻的两个第二永磁体呈轴向N与S极性交错地布置。

其中，所述连接板105为工字型结构，且连接板105的腰部1051上均匀开设有若干个通孔1052；所述通孔1052形状为圆形(如图10所示)或跑道形(如图11所示)。且连接板105的两端分别开设有一对螺纹孔，通过固定螺栓与螺纹孔的装配连接实现利用连接板105将铁磁性输入端盖102与非铁磁性输入端盖104固定连接在一起。

其中，所述铁磁性输入端盖102和非铁磁性输入端盖104的外侧壁上均沿周向均匀固定有若干个散热片模块80。

所述从动转子组件包括有一位于左侧的铝盘201、及一位于右侧的第一永磁盘202，从动转子组件置于气隙空间内且铝盘201与铜盘101之间气隙距离为h、第一永磁盘202与第二永磁盘103之间气隙距离为g，所述铝盘201与第一永磁盘202通过螺钉固定在一起，第一永磁盘202通过螺钉固定在输出轴20左端，所述输出轴20的右端可旋转地依次穿过第二永磁盘103、非铁磁性输入端盖104后置于主动转子组件外部，且铜盘101、铝盘201、第一永磁盘202、第二永磁盘103相平行地同轴分布。

其中，所述第一永磁盘202包括有一第一永磁体安装盘2021、及若干个第一永磁体2022，所述第一永磁体安装盘2021左侧面上开设有若干个环绕中心轴线均匀分布、且与第一永磁体2022相对应的第一安装槽2023，各第一安装槽2023均固定有一第一永磁体2022且相邻的两个第一永磁体呈轴向N与S极性交错地布置。

而且，所述第一永磁体安装盘2021和铝盘201上均沿周向均匀开设有若干个通风孔203，该通风孔203的截面形状为圆形(如图4所示)、椭圆形(如图5所示)、方形(如图6所示)中的一种。

本发明还包括有一用于驱动从动转子组件和输出轴在气隙空间内做横向往复直线运动的气隙调节组件。当气隙调节组件驱动从动转子组件靠近铜盘、h＝2-20mm时，磁力传动器切换成异步式的磁力耦合调速器模式，当气隙调节组件驱动从动转子组件靠近第二永磁盘、g＝2-10mm时，磁力传动器切换成同步式的磁力联轴器模式。

所述气隙调节组件包括有一调节盒30、一支承座40、一与输出轴20平行分布的丝杆50、一通过联轴器固定连接于丝杆50且用于驱动丝杆50正反转的驱动电机60，所述调节盒30固定在输出轴20上且输出轴20可旋转地贯穿调节盒30两侧，所述调节盒30固定在支承座40上，所述支承座40的两侧分别固定有一限位螺母401，两个限位螺母401螺纹连接在丝杆50上且支承座40可横向往复移动地套接在丝杆50上。同时，所述气隙调节组件还包括有一与丝杆50平行分布的滑轨70，所述支承座40可横向往复移动地滑动连接在滑轨70上。利用驱动电机60驱动丝杆50正反转，带动限位螺母401移动，进而驱使支承座40沿着滑轨70进行滑移，实现调节盒30和输出轴20横移运动，进而完成对从动转子组件在气隙空间内横向位置的调节，驱动从动转子组件在气隙空间内做横向往复直线运动。

其中，所述调节盒30包括有一调节外壳301、一调节端盖302、一轴承303，所述调节外壳301包括位于左端且开设有与轴承303相对应的安装腔306的左端部304、及位于右端的右端部305，所述调节端盖302及调节外壳301的右端部305上均开设有与输出轴20相对应的轴孔，所述调节端盖302固定在调节外壳301左端端面上，所述输出轴20的右端依次穿过调节端盖302的轴孔、安装腔306、调节外壳301右端部的轴孔后置于调节外壳301外部，所述轴承303固定在安装腔306内且通过基孔制配合方式安装在输出轴20上。而且，所述轴承303的左端面与输出轴20置于安装腔306内的轴肩204端面相贴合、右端面贴合安装有止动螺母307；且所述调节端盖302的右端面上朝向安装腔306一侧延伸有一环形的凸肩部308，所述轴承303的外圈左端面与凸肩部308相贴合。

本发明提供的磁力传动器在异步式功能与同步式功能之间进行切换的工作原理为：

(1)如图1，切换成异步式的磁力耦合调速器模式：从动转子组件的铝盘201在气隙调节组件的驱动下向左移动靠近铜盘101时，磁力传动器将切换成“异步式”的磁力调速的功能。其基本原理为：铜盘101在输入轴10的带动下做旋转运动，第一永磁盘202与铜盘101之间产生相对旋转运动，铜盘101将切割永磁体产生的空间磁场，根据法拉弟基本理论，铜盘101上将感应出涡电流，涡电流感应的磁场与第一永磁体2022产生的磁场相互作用，进而通过磁力涡流耦合原理来实现转矩与转速传递；工作时，第一永磁盘202将与铜盘101之间存在转速差，调节铝盘201与铜盘101之间气隙距离h可以改变磁场的磁密大小，气隙距离h值范围2-20mm，进而影响磁耦合传递的能力，实现转矩与转速的调节，如图1所示；当整机装置执行异步式的磁力耦合调速功能时，调节气隙距离g保持适当，可以足够避开第二永磁体产生强烈的永磁干扰，防止影响整机系统异步式传递效果。

(2)如图2，切换成同步式的磁力联轴器模式：从动转子组件的第一永磁盘202在气隙调节组件的驱动下向右移动靠近第二永磁盘103，气隙距离g在永磁体与永磁体之间的“磁场推拉”耦合效应的有效范围内时，气隙距离g值范围2-10mm，磁力传动器将切换成“同步式”的磁力联轴器的功能。其基本原理为：第二永磁盘103在输入轴10的带动下做旋转运动，第一永磁盘202与第二永磁盘103之间由于各自内嵌的永磁体的作用，将产生“磁场推拉”效应，进而通过永磁耦合原理来实现转矩与转速传递；工作时，第一永磁盘202将与第二永磁盘103之间只存在转角差，实现输入轴10与输出轴20的同步转速的传递，如图2所示；当整机装置执行同步式磁力耦合调速的功能时，气隙距离h保持适当，可以足够避开第一永磁体与铜盘之间所产生的永磁涡流感应的干扰，防止影响整机系统同步式传递效果。优选的，气隙距离g＝2mm，整机系统处在“同步式”下的功能作用，能够获得较高的能量传递效率。

Claims (10)

1.一种异步与同步混合切换式磁力传动器，包括有主动转子组件、从动转子组件、与外界动力源连接且用于驱动主动转子组件旋转的输入轴、一端固定连接于从动转子组件且另一端固定连接于外界负载的输出轴，其特征在于：

所述主动转子组件包括有铜盘、铁磁性输入端盖、第二永磁盘、非铁磁性输入端盖、连接板，所述铜盘固定在铁磁性输入端盖内侧壁上，所述第二永磁盘固定在非铁磁性输入端盖内侧壁上，所述铁磁性输入端盖与非铁磁性输入端盖之间通过均匀分布的若干个连接板实现固定连接，且铜盘与第二永磁盘之间形成有气隙空间；

所述从动转子组件包括有一位于左侧的铝盘、及一位于右侧的第一永磁盘，从动转子组件置于气隙空间内且铝盘与铜盘之间气隙距离为h、第一永磁盘与第二永磁盘之间气隙距离为g，所述铝盘与第一永磁盘固定在一起，第一永磁盘固定在输出轴左端，所述输出轴的右端可旋转地依次穿过第二永磁盘、非铁磁性输入端盖后置于主动转子组件外部，且铜盘、铝盘、第一永磁盘、第二永磁盘相平行地同轴分布；

还包括有一用于驱动从动转子组件和输出轴在气隙空间内做横向往复直线运动的气隙调节组件；当气隙调节组件驱动从动转子组件靠近铜盘、h＝2-20mm时，磁力传动器切换成异步式的磁力耦合调速器模式，当气隙调节组件驱动从动转子组件靠近第二永磁盘、g＝2-10mm时，磁力传动器切换成同步式的磁力联轴器模式。

2.根据权利要求1所述的异步与同步混合切换式磁力传动器，其特征在于：所述第二永磁盘包括有一第二永磁体安装盘、及若干个第二永磁体，所述第二永磁体安装盘右侧面上开设有若干个环绕中心轴线均匀分布、且与第二永磁体相对应的第二安装槽，各第二安装槽均固定有一第二永磁体且相邻的两个第二永磁体呈轴向N与S极性交错地布置；所述第一永磁盘包括有一第一永磁体安装盘、及若干个第一永磁体，所述第一永磁体安装盘左侧面上开设有若干个环绕中心轴线均匀分布、且与第一永磁体相对应的第一安装槽，各第一安装槽均固定有一第一永磁体且相邻的两个第一永磁体呈轴向N与S极性交错地布置。

3.根据权利要求1所述的异步与同步混合切换式磁力传动器，其特征在于：所述气隙调节组件包括有一调节盒、一支承座、一与输出轴平行分布的丝杆、一通过联轴器固定连接于丝杆且用于驱动丝杆正反转的驱动电机，所述调节盒固定在输出轴上且输出轴可旋转地贯穿调节盒两侧，所述调节盒固定在支承座上，所述支承座的两侧分别固定有一限位螺母，两个限位螺母螺纹连接在丝杆上且支承座可横向往复移动地套接在丝杆上。

4.根据权利要求3所述的异步与同步混合切换式磁力传动器，其特征在于：所述调节盒包括有一调节外壳、一调节端盖、一轴承，所述调节外壳包括位于左端且开设有与轴承相对应的安装腔的左端部、及位于右端的右端部，所述调节端盖及调节外壳的右端部上均开设有与输出轴相对应的轴孔，所述调节端盖固定在调节外壳左端端面上，所述输出轴的右端依次穿过调节端盖的轴孔、安装腔、调节外壳右端部的轴孔后置于调节外壳外部，所述轴承固定在安装腔内且通过基孔制配合方式安装在输出轴上。

5.根据权利要求4所述的异步与同步混合切换式磁力传动器，其特征在于：所述轴承的左端面与输出轴置于安装腔内的轴肩端面相贴合、右端面贴合安装有止动螺母；且所述调节端盖的右端面上朝向安装腔一侧延伸有一环形的凸肩部，所述轴承的外圈左端面与凸肩部相贴合。

6.根据权利要求3所述的异步与同步混合切换式磁力传动器，其特征在于：所述气隙调节组件还包括有一与丝杆平行分布的滑轨，所述支承座可横向往复移动地滑动连接在滑轨上。

7.根据权利要求1所述的异步与同步混合切换式磁力传动器，其特征在于：所述输入轴上固定有输入法兰盘，所述输入法兰盘与铁磁性输入端盖固定连接，所述主动转子组件通过铁磁性输入端盖、输入法兰盘固定连接于输入轴并在输入轴驱动作用下实现旋转运动。

8.根据权利要求1所述的异步与同步混合切换式磁力传动器，其特征在于：所述连接板为工字型结构，且连接板的腰部上均匀开设有若干个通孔；所述通孔形状为圆形或跑道形。

9.根据权利要求1所述的异步与同步混合切换式磁力传动器，其特征在于：所述铁磁性输入端盖和非铁磁性输入端盖的外侧壁上均沿周向均匀固定有若干个散热片模块。

10.根据权利要求2所述的异步与同步混合切换式磁力传动器，其特征在于：所述第一永磁体安装盘和铝盘上均沿周向均匀开设有若干个通风孔，该通风孔的截面形状为圆形、椭圆形、方形中的一种。