CN108696096B - 一种永磁耦合器 - Google Patents

Abstract

本专利涉及一种新型永磁耦合器，主要由主动转子轴套、主动转子载体、主动转子载体联接件、主动转子磁钢、散热器、从动转子花键轴、从动转子载体、从动转子磁钢、从动转子轴套、挡板、形状记忆合金弹簧、普通弹簧、定位销轴及定位螺钉组成。本专利的永磁耦合器结构中融入了形状记忆合金，在负载过载时，主动转子与从动转子之间的转速差急剧增大，进而导致涡流发热温升，当形状记忆合金达到一定的温度时，形状记忆合金形状发生变化，对外产生一定的作用力，利用该作用力使得永磁耦合器的主动转子与从动转子分离，从而起到过载打滑保护作用。本专利的结构精炼，体积小，重量轻，安全可靠，使用寿命长，经济效益好。

Description

一种永磁耦合器

技术领域

本专利涉及机械传动技术领域，具体地，涉及一种永磁耦合器。

背景技术

永磁耦合器因其节能效果好、后期维护工作量小、结构简单、适于各种恶劣工况等特性，正越来越多地得到应用。但现有的同步或异步传动永磁耦合器普通存在无过载保护或保护不可靠的问题，耦合器系统易因过载导致损坏，从而降低了整个系统的可靠性。

中国实用新型专利（授权公告号：CN205453456U）公开了一种抽油机用永磁涡流耦合器，包括永磁转子、导体转子和皮带轮，其导体转子连接于驱动轮毂上，驱动轮毂与电机轴相连接；皮带轮连接于从动轮毂上，从动轮毂与永磁转子相连接，导体转子与永磁转子以气隙耦合连接，皮带轮位于驱动轮毂的外周，驱动轮毂与皮带轮之间直接由轴承组连接，皮带轮经皮带和减速带轮连接到抽油机减速机的输入轴上。该结构具有一定的软启动特性，但不具有过载打滑保护作用。

另一篇中国实用新型专利（授权公告号：CN204156709U）公开了一种复合式永磁涡流耦合器，包括导体转子和永磁转子，导体转子包括固定套和第一支撑盘，固定套的内表面固定连接有径向导体套，第一支撑盘的内表面固定连接有第一端面导体，永磁转子包括永磁体安装盘，永磁体安装盘设有与径向导体套相对应的径向永磁体和与第一端面导体相对应的端面永磁体。该复合式永磁涡流耦合器将筒式结构和盘式结构相结合，永磁体在径向和轴向同时充磁，铜导体在径向和端面同时切割磁力线，增加电磁阻尼，实现在同等体积或尺寸的情况下提高传动功率；或在传递功率一定的情况下，缩小耦合器体积和尺寸，减少占用空间。但该结构也不具有过载打滑保护作用。

发明内容

本专利所要解决的技术问题是克服现有技术中同步或异步传动永磁耦合器存在的无过载保护或保护不可靠的问题。

为此，本专利提供方案1、一种永磁耦合器，包括主动转子、从动转子，所述主动转子包括主动转子载体和主动转子磁钢，所述从动转子包括从动转子花键轴、从动转子载体和从动转子磁钢；

其中，主动转子载体和从动转子载体均呈盘状法兰结构，主动转子磁钢在主动转子载体的内侧面沿圆周方向设置，从动转子磁钢在从动转子载体的外侧面沿圆周方向设置，主动转子磁钢与从动转子磁钢之间具有耦合间隙，进行磁耦合传动；

其中，从动转子花键轴的一侧具有法兰凸缘，该法兰凸缘与从动转子载体间在轴向上设置有形状记忆合金弹簧，从动转子载体的内孔为内花键孔，设置有内花键，从动转子花键轴的另一侧外圆周面设置有外花键，所述内花键和外花键之间形成花键联接，从动转子载体可沿从动转子花键轴作轴向自由滑移。

方案2、如方案1所述的一种永磁耦合器，所述呈盘状法兰结构主动转子载体由两组构成，两组主动转子载体间通过主动转子载体联接件刚性联接，两组主动转子载体内侧面均安装有主动转子磁钢；所述从动转子载体同样由两组构成，两组从动转子载体外侧面均安装有从动转子磁钢；

所述从动转子花键轴的一端面安装有挡板，所述从动转子花键轴的径向外侧安装有三组弹簧，包括一组普通弹簧和两组形状记忆合金弹簧；其中，普通弹簧设置于两组从动转子载体之间，所述挡板与一从动转子载体之间设置有一组形状记忆合金弹簧，从动转子花键轴法兰凸缘与另一从动转子载体之间设置有另一组形状记忆合金弹簧，两组形状记忆合金弹簧的刚度相同；

从动转子花键轴的法兰凸缘在主动转子与从动转子之间预留有径向间隙与轴向间隙，从动转子花键轴的法兰凸缘与一主动转子载体之间形成L形密封。

方案3、如方案2所述的一种永磁耦合器，初始时，三组弹簧均处于轴向预压缩状态，三组弹簧处于受力平衡状态时，主动转子与从动转子满足正常磁耦合气隙要求。

方案4、如方案2所述的一种永磁耦合器，从动转子花键轴的法兰凸缘与远离主动端的主动转子载体在安装时通过定位元件进行定位联接。

方案5、如方案2所述的一种永磁耦合器，主动转子载体具有轴向凸缘，轴向凸缘位于两组主动转子载体的内侧面。

方案6、如方案2所述的一种永磁耦合器，从动转子花键轴与从动转子载体之间采用渐开线花键联接。

方案7、如方案2-6之任一项所述的一种永磁耦合器，从动转子花键轴的法兰凸缘与远离主动端的主动转子载体间的定位元件包括轴向设置的定位锥销和/或定位螺钉。

方案8、如方案2-6之任一项所述的一种永磁耦合器，主动转子载体与从动转子花键轴的法兰凸缘的轴向间隙小于主动转子磁钢与从动转子磁钢的耦合气隙；主动转子载体与从动转子花键轴的法兰凸缘的径向间隙小于主动转子载体联接件与从动转子载体之间的径向间隙。

方案9、如方案2-6之任一项所述的一种永磁耦合器，主动转子磁钢和从动转子磁钢为永磁磁钢。

方案10、如方案2-6之任一项所述的一种永磁耦合器，主动转子磁钢替换为铜盘。

方案11、如方案1-6之任一项所述的一种永磁耦合器，所述形状记忆合金弹簧的材料为双程记忆合金。

方案12、如方案1-6之任一项所述的一种永磁耦合器，主动转子载体外侧面沿圆周方向还设置有散热器。

通过上述技术方案，本专利具有如下的技术效果：

1、本永磁耦合器通过设置形状记忆合金弹簧感应温度信号进而做出响应，使得从动转子推离主动转子，最终实现脱离磁耦合。因此本永磁耦合器无论是采用同步永磁传动还是异步永磁传动，都具备过载自动保护功能。

2、本永磁耦合器的从动转子载体通过花键与从动转子花键轴进行联接，同时在挡板、从动转子载体及花键轴法兰凸缘之间设置三组弹簧，使得左右两组从动转子载体可沿轴向自由滑移，自动寻找轴向受力平衡位置，保证与永磁耦合器相联接的负载轴不受任何附加轴向力。同时，也保证了与永磁耦合器相联接的驱动轴不受任何附加轴向力。

3、本永磁耦合器的主动转子与从动转子采用定位锥销及定位螺钉进行联接定位，保证主动转子与从动转子的同轴定位准确可靠，气隙均匀，节省了安装时间，降低了安装难度。待安装完成后，将定位锥销及定位螺钉进行拆卸，这样，从动转子花键轴的法兰凸缘与主动转子载体之间预留一定的径向间隙和轴向间隙，既保证了主动转子与从动转子的非接触传动，又使得两者之间形成L形密封，有效地防止了铁磁性物质及粉尘等进入耦合区域。

4、本永磁耦合器充分利用了形状记忆合金的良好性能，使得过载自动保护结构精炼，体积小，重量轻，安全可靠，使用寿命长，经济效益好。

5、本永磁耦合器的主动转子载体具有轴向凸缘，可以避免主动转子与从动转子的磁钢发生滑擦碰撞，以保护磁钢，增大耦合器的安全冗余。

本专利的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本专利的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利，但并不构成对本专利的限制。在附图中：

图1是本专利的永磁耦合器的一种优选地实施例示意图。

图2是本专利的永磁耦合器的另一种优选地实施例示意图。

图3是本专利的永磁耦合器的部分剖面示意图。

附图标记说明

1、主动转子轴套；2、散热器；3，8、主动转子载体；4、主动转子载体联接件；5、从动转子载体；6、从动转子磁钢；7、主动转子磁钢（铜导体盘）；9、定位销轴；10、从动转子轴套；11、定位螺钉；12、从动转子花键轴；121、从动转子花键轴的另一侧；122、从动转子花键轴的一侧；123、法兰凸缘；13，15、形状记忆合金弹簧；14、普通弹簧；16、挡板；31、轴向凸缘。

具体实施方式

以下结合附图对本专利的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利，并不用于限制本专利。

在本专利中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“外侧”通常是指如图1所示的沿轴向远离磁耦合面的方向，使用的方位词如“内侧”通常是指如图1所示的沿轴向接近磁耦合面的方向。

实施例一

如图1所示，该永磁耦合器为同步永磁耦合器，主要由主动转子轴套1、主动转子载体3、主动转子载体联接件4、主动转子永磁磁钢7、散热器2、从动转子花键轴12、从动转子载体5、从动转子永磁磁钢6、从动转子轴套10、挡板16、形状记忆合金弹簧13与15、普通弹簧14、定位销轴9及定位螺钉11组成。

主动转子载体3呈盘状法兰结构，由两组构成，并通过主动转子载体联接件5进行刚性联接；在两组主动转子载体3的内侧面沿圆周方向安装有永磁磁钢7，其外侧面沿圆周方向安装有散热器2。从动转子载体5同样呈盘状法兰结构，由两组构成，其外侧面沿圆周方向安装有永磁磁钢。从动转子载体5内孔加工有花键，为内花键孔。主动转子载体磁钢与从动转子载体磁钢之间具有气隙以形成磁耦合。

从动转子花键轴的一侧122具有法兰凸缘123，从动转子花键轴的另一侧121的外圆周面加工有外花键，与从动转子载体的内花键孔构成花键联接，且从动转子载体5可沿从动转子花键轴12作轴向自由滑移。该法兰凸缘与远离主动端的主动转子载体通过定位元件（如定位锥销、定位螺钉11）进行定位联接，并在主动转子与从动转子之间预留一定的径向间隙与轴向间隙，花键轴的法兰凸缘与主动转子载体之间形成L形密封。待安装完成后，将定位锥销及定位螺钉进行拆卸。

从动转子花键轴12的两端面安装有挡板16和从动转子轴套10，分别用于限制弹簧的轴向位置和与负载轴进行联接。

从动转子花键轴12外安装有三组弹簧，其中从动转子载体5之间装有普通弹簧14，挡板16与一组从动转子载体之间装有形状记忆合金弹簧15，从动转子花键轴法兰凸缘123与另一组从动转子载体之间装有形状记忆合金弹簧13，两侧形状记忆合金弹簧的刚度相同，且材料选取双程记忆合金。初始时，三组弹簧均处于轴向预压缩状态，三组弹簧处于受力平衡状态，主动永磁转子与从动永磁转子能够满足正常磁耦合气隙的要求。

通过定位元件使得主动转子载体与从动转子花键轴法兰凸缘123的轴向间隙小于主动转子磁钢（或导体盘）7与从动转子磁钢6的耦合气隙；主动转子载体与从动转子花键轴法兰凸缘的根部（即与主动转子载体8内孔所包围的面）的径向间隙小于主动转子载体联接件4与从动转子载体5之间的径向间隙，即保证主动转子与从动转子始终处于非接触传动状态。

作为优选地实施方案，如图3所示，从动转子花键轴12与从动转子载体5之间采用渐开线花键联接，从动转子磁钢6呈辐射状N-S交替排列。

对于同步永磁耦合器而言，主动转子载体上可不安装散热器，因为永磁耦合器在正常工作过程中，主动转子与从动转子处于同步运行状态，内部无热量产生；当负载遇到堵转或过载工况时，主动转子与从动转子磁钢处于相互切割磁力线“打滑”状态，会有一定的热量产生，此时两组刚度相同的形状记忆合金弹簧会受热，当温度达到形状记忆合金的“变态”温度时，记忆合金内部晶格结构发生变化，该记忆合金弹簧伸长产生轴向推力，从动转子载体在从动转子花键轴上作轴向滑移，使得两组从动转子载体远离主动转子载体，最终主动转子与从动转子完全脱离磁耦合状态，无力矩传递，达到过载自保护要求。当温度恢复至形状记忆合金的“变态”温度以下时，记忆合金内部晶格结构再次变成原晶格结构，即形状记忆合金弹簧回缩至初始位置，同步永磁耦合器可继续同步传递扭矩和转速。

实施例二

本专利具有另一优选的永磁耦合器，如图2所示，其结构上与实施例一的区别在于主动转子载体3具有轴向凸缘31，轴向凸缘31位于两组主动转子载体3的内侧面，永磁磁钢远离传动轴的一端抵靠轴向凸缘31。

通过设置轴向凸缘，可进一步增大安全冗余，应对一般工况时不会出现、仅极端情况下才有可能发生的不利工况。例如，可防止因两侧的形状记忆合金弹簧受热温度不同时而产生的轴向推力不同，进而导致主动转子与从动转子两耦合盘的一侧发生滑擦碰撞的情形。通过设置轴向凸缘，可避免主动转子与从动转子的磁钢发生滑擦碰撞，以保护磁钢。即使两侧形状记忆合金弹簧受热不均，主动转子与从动转子仅会发生短时间的滑擦，这是因为发生滑擦侧耦合盘的气隙小，一旦主动转子与从动转子出现大的滑差时，根据李氏推拉理论，两转子在轴线方向产生较大的排斥力，又会使得主动转子与从动转子分离，自动寻找轴向受力平衡位置。因此，主动转子与从动转子之间设置轴向凸缘，主要防止在短时间内两者发生的滑擦碰撞，永远不会发生长时间的滑擦（也不会产生高温）。

实施例三

本专利再一优选的永磁耦合器为异步永磁耦合器。其结构上与实施例一的区别在于异步永磁耦合器的主动转子载体内侧面上不设置永磁磁钢，而是安装有铜导体盘，外侧面上安装有散热器。

启动初始时刻，主动转子导体盘切割从动转子磁力线，导体盘感应产生涡流，进而产生感应磁场与从动转子永磁磁钢耦合，主动转子与从动转子异步传递扭矩与转速，此工况下，因主动转子与从动转子转速差值小，涡流发热通过散热器散发出去，形状记忆合金弹簧未达到“变态”温度。同样，当负载遇到堵转或过载工况时，主动转子与从动转子之间的转速差很大，主动转子急剧切割磁力线，会有大量的热量产生，此时两组刚度相同的形状记忆合金弹簧会受热，当温度达到形状记忆合金的“变态”温度时，记忆合金内部晶格结构发生变化，该记忆合金弹簧伸长产生轴向推力，从动转子载体在从动转子花键轴上作轴向滑移，使得两组从动转子载体远离主动转子载体，最终主动转子与从动转子完全脱离磁耦合状态，无力矩传递，达到过载自保护要求。当温度恢复至形状记忆合金的“变态”温度以下时，记忆合金内部晶格结构再次变成原晶格结构，即形状记忆合金弹簧回缩至初始位置，异步永磁耦合器可继续异步传递扭矩和转速。

本专利通过融入了形状记忆合金（SMA），当负载过载时，主动转子与从动转子之间的转速差急剧增大，进而导致涡流发热温升，当形状记忆合金达到一定的“变态”温度时，从微观上看，内部晶格结构发生变化，从宏观上，形状记忆合金（SMA）形状发生变化，对外产生一定的作用力，利用该作用力使得永磁耦合器（无论异步传动或同步传动）的主动转子与从动转子分离，从而起到过载打滑保护作用。

以上结合附图详细描述了本专利的优选实施方式，但是，本专利并不限于上述实施方式中的具体细节，在本专利的技术构思范围内，可以对本专利的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本专利的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本专利对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (11)

1.一种永磁耦合器，包括主动转子、从动转子，其特征在于：所述主动转子包括主动转子轴套、和与主动转子轴套连接的主动转子载体，主动转子载体上设有主动转子磁钢，所述从动转子包括、从动转子花键轴、从动转子载体和从动转子磁钢；

其中，主动转子载体和从动转子载体均呈盘状法兰结构，主动转子磁钢在主动转子载体的内侧面沿圆周方向设置，从动转子磁钢在从动转子载体的外侧面沿圆周方向设置，主动转子磁钢与从动转子磁钢之间具有耦合间隙，进行磁耦合传动；

其中，从动转子花键轴远离主动转子轴套一侧径向向外凸出有法兰凸缘，该法兰凸缘与从动转子载体间在轴向上设置有形状记忆合金弹簧，从动转子载体的内孔为内花键孔，设置有内花键，从动转子花键轴的另一侧外圆周面设置有外花键，所述内花键和外花键之间形成花键联接，从动转子载体可沿从动转子花键轴作轴向自由滑移；所述呈盘状法兰结构主动转子载体由两组构成，两组主动转子载体间通过主动转子载体联接件刚性联接，两组主动转子载体内侧面均安装有主动转子磁钢；所述从动转子载体同样由两组构成，两组从动转子载体外侧面均安装有从动转子磁钢；

所述从动转子花键轴靠近主动转子轴套的一端面安装有挡板，所述从动转子花键轴的径向外侧安装有三组弹簧，包括一组普通弹簧和两组形状记忆合金弹簧；其中，普通弹簧设置于两组从动转子载体之间，所述挡板与一从动转子载体之间设置有一组形状记忆合金弹簧，从动转子花键轴法兰凸缘与另一从动转子载体之间设置有另一组形状记忆合金弹簧，两组形状记忆合金弹簧的刚度相同；

从动转子花键轴的法兰凸缘在主动转子与从动转子之间预留有径向间隙与轴向间隙，从动转子花键轴的法兰凸缘与一主动转子载体之间形成L形密封。

2.如权利要求1所述的一种 永磁耦合器，其特征在于：初始时，三组弹簧均处于轴向预压缩状态，三组弹簧处于受力平衡状态时，主动转子与从动转子满足正常磁耦合气隙要求。

3.如权利要求1所述的一种 永磁耦合器，其特征在于：从动转子花键轴的法兰凸缘与远离主动端的主动转子载体在安装时通过定位元件进行定位联接。

4.如权利要求1所述的一种 永磁耦合器，其特征在于：主动转子载体具有轴向凸缘，轴向凸缘位于两组主动转子载体的内侧面。

5.如权利要求1所述的一种 永磁耦合器，其特征在于：从动转子花键轴与从动转子载体之间采用渐开线花键联接。

6.如权利要求1-5之任一项所述的一种 永磁耦合器，其特征在于：从动转子花键轴的法兰凸缘与远离主动端的主动转子载体间的定位元件包括轴向设置的定位锥销和/或定位螺钉。

7.如权利要求1-5之任一项所述的一种 永磁耦合器，其特征在于：主动转子载体与从动转子花键轴的法兰凸缘的轴向间隙小于主动转子磁钢与从动转子磁钢的耦合气隙；主动转子载体与从动转子花键轴的法兰凸缘的径向间隙小于主动转子载体联接件与从动转子载体之间的径向间隙。

8.如权利要求1-5之任一项所述的一种 永磁耦合器，其特征在于：主动转子磁钢和从动转子磁钢为永磁磁钢。

9.如权利要求1-5之任一项所述的一种 永磁耦合器，其特征在于：主动转子磁钢替换为铜盘。

10.如权利要求1-5之任一项所述的一种 永磁耦合器，其特征在于：所述形状记忆合金弹簧的材料为双程记忆合金。

11.如权利要求1-5之任一项所述的一种 永磁耦合器，其特征在于：主动转子载体外侧面沿圆周方向还设置有散热器。

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