CN110649784A - 一种盘式永磁涡流联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及永磁涡流传动技术领域，公开了一种盘式永磁涡流联轴器。盘式永磁涡流联轴器包括呈一定间距且同轴设置的磁圈一、磁圈二。每个磁圈包括等间距环形排列的多个钕磁铁块一。在同一磁圈上，相邻的两个钕磁铁块一之间依次拼接有铝材块、磁性铁氧体块，且在铝材块上叠置有钕磁铁块二。本发明的盘式永磁涡流联轴器，在磁圈普遍用钕铁硼材料的基础上，在钕铁硼材料的两边分别增设两部分，一边是铁氧体磁性材料，另一边是的填充铝材料和钕铁硼材料，这两部分起到聚磁的作用，并且通过整体的结构设计以及充磁设计，让聚磁的能力更加的明显，最终达到减少扭矩波动，减少轴向力，增加钕铁硼材料的效率的作用。

Description

一种盘式永磁涡流联轴器

技术领域

本发明涉及永磁涡流传动技术领域，尤其涉及一种盘式永磁涡流联轴器。

背景技术

永磁涡流传动技术的基本原理是：当永磁体转子与涡流环转子作相对旋转运动时，永磁体转子上磁极方向交替排布的永久磁铁会在由导电材料制成的涡流环内产生交变磁场，进而在其内感生出交变的涡流电流，该涡流电流又在涡流环中产生出感生磁场，感生磁场与永磁体转子上的恒走磁场相互作用，便在两个转子之间产生耦合力矩，从而达到传递运动和扭矩的作用。永磁涡流传动装置的结构形式目前主要有套筒型和平盘型两种，其应用领域主要包括永磁涡流联轴器(传动器)和永磁涡流调速器。

其中，盘式永磁涡流联轴器，具有结构小巧、重量轻便、振动小、永磁材料能效高、涡流损耗小等结构特点，在要求柔性启动、防堵转、限转矩及减震隔振等工作场合得到成功应用，是本科研组研究的重点。如公开号为CN109586548A、公开日为2019年4月19日、专利名称为混合式永磁联轴器的专利申请，其具有呈一定间距且同轴设置的两个磁圈即两个调磁环，每个磁圈包括等间距环形排列的多个钕磁铁块一，磁圈一上的钕磁铁块一与磁圈二上的钕磁铁块一一一相对排布。然而，此结构聚磁效果不是很理想，存在比较大的扭矩波动。

发明内容

为解决现有联轴器聚磁效果不佳、扭矩波动较大的技术问题，本发明提供一种盘式永磁涡流联轴器。

本发明采用以下技术方案实现：一种盘式永磁涡流联轴器，其包括呈一定间距且同轴设置的磁圈一、磁圈二；每个磁圈包括等间距环形排列的多个钕磁铁块一，磁圈一上的钕磁铁块一与磁圈二上的钕磁铁块一一一相对排布；

在同一磁圈上，相邻的两个钕磁铁块一之间依次拼接有铝材块、磁性铁氧体块，且在铝材块上叠置有钕磁铁块二；在轴向上，叠置后的铝材块和钕磁铁块二的总厚度与钕磁铁块一的厚度、磁性铁氧体块的厚度均相同；在径向上，铝材块、钕磁铁块二、磁性铁氧体块、钕磁铁块一具有相同的长度；

在同一磁圈上，钕磁铁块一轴向充磁，且相邻两块钕磁铁块一充磁方向相反，与钕磁铁块一相邻一侧的磁性铁氧体块的充磁方向位于对应磁圈的切向平面，且和相邻钕磁铁块一的充磁方向之间的夹角在30到60度之间；钕磁铁块一与相邻一侧的钕磁铁块二之间的充磁方向的夹角角度在30度～60度范围内，而与相邻另一侧的钕磁铁块二之间的充磁方向的夹角角度在120度～150度范围内，相邻两块钕磁铁块二的充磁方向相反，位于同一钕磁铁块一两侧上的磁性铁氧体块、钕磁铁块二，其充磁方向以相应钕磁铁块一的充磁方向为中心轴呈对称设置；

两个磁圈呈对称设置，两个磁圈上相应的两块钕磁铁块二面面相对且充磁方向呈轴对称设置。

本发明通过两个磁圈的上述设计，在钕磁铁块一的两边分别再加两部分：一边是普通的铁氧体磁性材料(即磁性铁氧体块)，另外一边是填充铝材料(铝材块)和钕铁硼材料(即钕磁铁块二)。这两部分起到聚磁的作用，并且通过整体的结构设计以及充磁设计，让聚磁的能力更加的明显，最终达到减少扭矩波动，减少轴向力，增加钕铁硼材料的效率的作用。

进一步地，在同一磁圈上，钕磁铁块一与相邻一侧的磁性铁氧体块之间的充磁方向的夹角角度为45度，而与相邻另一侧的磁性铁氧体块之间的充磁方向的夹角角度为135度。

进一步地，铝材块和钕磁铁块二在轴向上具有相同的厚度。

进一步地，磁圈一与磁圈二之间的距离处于12mm-16mm范围内。

进一步地，所述盘式永磁涡流联轴器包括主动机构；所述主动机构包括主动盘和固定在所述主动盘上的主动轴，所述主动盘依次包括同轴设置的背铁盘一、磁圈一、磁圈二、背铁盘二；磁圈一和磁圈二呈一定间距分别固定在背铁盘一与背铁盘二之间相对的表面上。

更进一步地，相同磁圈上的钕磁铁块一和钕磁铁块二的横截面总面积占对应背铁盘的横截面积的60％至90％。

更进一步地，磁圈通过卡接方式或者粘接方式固定在相应的背铁盘上。

更进一步地，所述盘式永磁涡流联轴器还包括与所述主动机构传动连接的从动机构，所述从动机构包括从动盘和从动轴；从动盘为涡流盘且定位在磁圈一和磁圈二之间，且与磁圈一和磁圈二分别呈一定间距；从动轴的固定端穿过背铁盘二、磁圈二后固定在从动盘上。

更进一步地，从动盘为铜盘。

更进一步地，从动盘与磁圈一之间的间距、从动盘与磁圈二之间的间距，两个间距相等。

本发明的有益效果为：

1.本发明的盘式永磁涡流联轴器，通过两个磁圈的上述设计，在磁圈普遍用钕铁硼材料(即钕磁铁块一)的基础上，在钕铁硼材料的两边分别增设两部分，一边是铁氧体磁性材料(即磁性铁氧体块)，另一边是的填充铝材料(即铝材块)和钕铁硼材料(即钕磁铁块二)，这两部分起到聚磁的作用，并且通过整体的结构设计以及充磁设计，让聚磁的能力更加的明显，最终达到减少扭矩波动，减少轴向力，起到增加钕铁硼材料的效率的作用。

2.本发明的盘式永磁涡流联轴器，由于在相邻的轴向永磁体之间设置了斜向充磁的磁铁，提高了气隙磁密，且同样可提高转矩输出，有效提高了永磁体的利用率，提高了联轴器的转矩密度和性价比。

3.本发明的盘式永磁涡流联轴器，并且噪音较低。由于主动轴与从动轴之间无直接的接触，所以从动轴基本不受主动轴的振动影响，使得主动轴和从动轴之间的振动被相互隔开，以减少相应的噪音的产生。

4.本发明的盘式永磁涡流联轴器，无摩擦，无需润滑，也无泄漏。由于主动轴和从动轴无之间无接触，因此无需进行润滑，也就免去了润滑油泄漏的所造成的麻烦。

5.本发明的盘式永磁涡流联轴器可以提升现有联轴器的稳定性。由于联轴器具有扭矩的自适应补偿功能，使得联轴器工作时趋于稳定。

附图说明

图1为本发明实施例提供的盘式永磁涡流联轴器的总装结构示意图；

图2为图1中的盘式永磁涡流联轴器的分拆结构立体图；

图3为图2中的磁圈一的立体结构示意图；

图4为图2中的磁圈二的立体结构示意图；

图5为图1中的局部俯视视角的磁场分布原理图。

主要符号说明：

1、主动盘；2、从动盘；3、磁圈一；4、磁圈二；5、背铁盘一；6、背铁盘二；7、主动轴；8、从动轴；9、连接柱一；10、连接柱二；11、连接柱三；12、铝材块；13、钕磁铁块二；14、磁性铁氧体块；15、钕磁铁块一。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请结合图1，盘式永磁涡流联轴器包括主动机构和与主动机构传动连接的从动机构。

请结合图2，主动机构包括主动盘1和固定在主动盘1上的主动轴7。主动盘1包括依次包括同轴设置的磁圈一3、磁圈二4、背铁盘一5、背铁盘二6。

请结合图2至图4，磁圈一3和磁圈二4均是整体呈环形的环体。磁圈一3与磁圈二4之间呈一定间距且同轴设置，磁圈一3与磁圈二4之间的距离处于12mm-16mm范围内。每个磁圈包括等间距环形排列的多个钕磁铁块一15，磁圈一3上的钕磁铁块一15与磁圈二4上的钕磁铁块一15一一相对排布。由于两个磁圈呈对称设置，使得两个磁圈上相应的两块钕磁铁块二13可以面面相对，以保证磁路的稳定。由于磁圈一3和磁圈二4相对设置，可以减少轴向力，既提高了输出转矩又降低了转矩波动，又提高联轴器的转矩密度和稳定性、达到转矩波动最小的效果。

钕磁铁块一15整体呈扇形。在同一磁圈上，相邻的两个钕磁铁块一15之间依次拼接有铝材块12、磁性铁氧体块14，且在铝材块12上叠置有钕磁铁块二13。

铝材块12是整体呈扇形的铝质块体，铝材块12在轴向上的厚度等于钕磁铁块一15厚度的二分之一。磁性铁氧体块14整体呈扇形，磁性铁氧体块14在轴向上的厚度与钕磁铁块一15的厚度相等。钕磁铁块二13是整体呈扇形的块体，钕磁铁块二13在轴向上的厚度等于钕磁铁块一15厚度的二分之一。

在轴向上，铝材块12与钕磁铁块二13叠置后的总厚度之和与钕磁铁块一15和磁性铁氧体块14的厚度均相同。在径向上，铝材块12、钕磁铁块二13、磁性铁氧体块14、钕磁铁块一15具有相同的长度，使得磁圈一3和磁圈二4的整体形状相对匀称，使得两个磁圈在使用时的相对平稳。

请结合图5，接下来描述磁圈一3和磁圈二4上各部件的充磁方向。

在同一磁圈上，钕磁铁块一15轴向充磁且相邻两块钕磁铁块一15的充磁方向相反以形成磁场回路。两个磁圈上相应的两块钕磁铁块二13面面相对且充磁方向呈轴对称设置，同时钕磁铁块一15在轴向上采用斜向充磁，提高了气隙磁密，且同样可提高转矩输出，有效提高了永磁体的利用率，提高了联轴器的转矩密度和性价比。

钕磁铁块一15与相邻一侧的磁性铁氧体块14之间的充磁方向位于对应磁圈的切向平面，且和相邻钕磁铁块一(15)的充磁方向之间的夹角在30到60度之间。

钕磁铁块一(15)与相邻一侧的钕磁铁块二(13)之间的充磁方向的夹角角度在30度～60度范围内，而与相邻另一侧的磁性铁氧体块14之间的充磁方向的夹角角度在120度～150度范围内，相邻两块磁性铁氧体块14的充磁方向相反。如果钕磁铁块一15相邻两侧的磁性铁氧体块14的充磁方向均不在对应的范围内，则会影响磁性铁氧体块14聚磁效果。

故，钕磁铁块一15轴向充磁，且相邻两块钕磁铁块一15充磁方向相反，与钕磁铁块一15相邻一侧的磁性铁氧体块14的充磁方向位于对应磁圈的切向平面，且和相邻钕磁铁块一15的充磁方向之间的夹角在30到60度之间

在本实施例中的同一磁圈上，钕磁铁块一15与相邻一侧的磁性铁氧体块14之间的充磁方向的夹角角度优选为45度，而与相邻另一侧的磁性铁氧体块14之间的充磁方向的夹角角度优选为135度。这使得同一个钕磁铁块一15相邻两侧的两个磁性铁氧体块14的充磁方向斜向完全相反，可以提高相邻的两个磁性铁氧体块14之间的气隙磁密。

钕磁铁块一15与相邻一侧的钕磁铁块二13之间的充磁方向的夹角角度在30度～60度范围内，而与相邻另一侧的钕磁铁块二13之间的充磁方向的夹角角度在120度～150度范围内。这使得同一个钕磁铁块一15相邻两侧的两个钕磁铁块二13的充磁方向斜向相反，可以提高相邻的两个磁性铁氧体块14之间的气隙磁密。

相邻两块钕磁铁块二13的充磁方向相反，位于同一钕磁铁块一15两侧上的磁性铁氧体块14、钕磁铁块二13，其充磁方向以相应钕磁铁块一15的充磁方向为中心轴呈对称设置，以提高两个磁圈的聚磁效果。

本实施例的磁圈上各部件的排布，可以让磁圈聚磁的能力更加的明显，最终达到减少扭矩波动，减少轴向力，增加钕铁硼材料的效率的作用。

磁圈一3和磁圈二4呈一定间距分别固定在背铁盘一5与背铁盘二6之间相对的表面上。在本实施例中磁圈通过卡接方式或者粘接方式固定在相应的背铁盘上，以形成整体，只要不影响磁圈一3和磁圈二4在对应背铁盘上连接的稳定性，还可以是其他的连接方式。如此，可以减少盘式永磁涡流联轴器的制造材料，同时减少盘式永磁涡流联轴器的整体重量，提高盘式永磁涡流联轴器的工作效率。磁圈一3与磁圈二4之间的距离处于12mm-16mm范围内，从动盘2与磁圈一3之间的间距、从动盘2与磁圈二4之间的间距，两个间距相等。

相同磁圈上的钕磁铁块一15和钕磁铁块二13的横截面总面积占对应背铁盘的横截面积的60％至90％。当相同磁圈上的钕磁铁块一15和钕磁铁块二13的横截面总面积占对应背铁盘的横截面积太小所占比例低于60％，会导致整体磁场强度不够。而相同磁圈上的钕磁铁块一15和钕磁铁块二13的横截面总面积占对应背铁盘的横截面积太高所占比例高于90％，间隙太小不利于联轴器工作时的散热，高温可能会导致永磁体磁性消退。这里需要说明的是，钕磁铁块一15和钕磁铁块二13的具体占用百分比可以各自不同，具体的设置可以根据需要进行设定。

背铁盘一5是整体呈圆形且中心具有圆孔一未标示的盘体，在其他实施例中背铁盘一5还可以是整体呈圆形且中心不具有圆孔一的盘体，只要不影响背铁盘一5整体结构的稳定性，还可以是其他盘体结构。

背铁盘二6是整体呈圆形且中心具有圆孔二未标示的盘体。背铁盘二6与背铁盘一5的大小相同，并且两者在轴向上相对设置。

背铁盘一5与背铁盘二6之间通过多个连接柱三11相对固定。在背铁盘二6的盘体上间隔环绕开设多个定位孔未标示，背铁盘一5的盘面上对应定位孔插接有多个可活动的连接柱三11，通过连接柱三11插入定位孔，从而实现背铁盘一5与背铁盘二6之间的连接定位。当背铁盘一5与背铁盘二6之间连接完成时，背铁盘一5与背铁盘二6相向内侧之间具有一定间隔距离。

主动轴7是截面呈圆形的实心轴体，主动轴7固定在主动盘1上。主动盘1的一侧与主动轴7连接，在本实施例中背铁盘一5与主动轴7之间通过多个连接柱一9相对固定，即在背铁盘一5靠近主动轴7一侧的中心处等间距环绕主动轴7开设若干个连接孔未标示，主动轴7上对应连接孔插接有多个可活动的连接柱一9，通过连接柱一9插入连接孔，从而实现主动盘1与主动轴7之间的连接定位，方便工作人员对主动盘1与主动轴7之间的安装和拆卸。

从动机构包括从动盘2和从动轴8。从动盘2为涡流盘且定位在磁圈一3和磁圈二4之间，且与磁圈一3和磁圈二4分别呈一定间距，使得从动盘2可以在磁圈一3与磁圈二4之间相对转动。本实施例中从动盘2与磁圈一3之间的间距、从动盘2与磁圈二4之间的间距，两个间距相等。

从动轴8是截面呈圆形的实心轴体。从动轴8的固定端穿过背铁盘二6、磁圈二4后固定在从动盘2上。本实施例中背铁盘二6中心的圆孔二可以供从动轴8穿过，并且从动轴8与背铁盘二6中心的圆孔二之间为间隙配合，则从动轴8可在该圆孔二内相对转动。从动盘2与从动轴8之间通过多个连接柱二10相对固定，即从动盘2的盘体上环绕开设多个固定孔未标示，从动轴8上插接有多个与固定孔对应且可活动的连接柱二10。通过连接柱二10插入固定孔，从而完成从动盘2与从动轴8之间的连接固定，同时也方便工作人员对从动盘2与从动轴8之间的安装接拆卸。

由此，盘式永磁涡流联轴器的组装方式为：先将从动盘2放在磁圈一3与磁圈二4之间，通过连接柱二10将从动轴8与从动盘2进行连接，将磁圈一3与磁圈二4调整到相对位置后，利用连接柱三11连接背铁盘一5和背铁盘二6，最后利用连接柱一9实现主动盘1上背铁盘一5与主动轴7之间的连接，组装完成。

通过主动轴7驱动主动盘1中的磁圈一3和磁圈二4相对从动盘2转动，以使从动盘2内产生交变磁场，则该种盘式永磁涡流联轴器的工作方式为：

当主动轴7相对从动轴8转动时，主动轴7带动主动盘1转动，且驱使背铁盘一5和背铁盘二6上的磁圈一3和磁圈二4相对于从动盘2转动，所以使得从动盘2内产生交变磁场，进而在从动盘2内感生出交变的涡流电流，该涡流电流又在涡流环中产生出感生磁场，感生磁场与永磁体转子上的恒走磁场相互作用，便在两个转子之间产生耦合力矩，从而带动从动盘2和从动轴8转动。

综上所述，相较于现有的联轴器，本实施例的盘式永磁涡流联轴器具有以下优点：

1.本实施例的盘式永磁涡流联轴器，本实施例的盘式永磁涡流联轴器，通过两个磁圈的上述设计，在磁圈普遍用钕铁硼材料(即钕磁铁块一)的基础上，在钕铁硼材料的两边分别增设两部分，一边是铁氧体磁性材料(即磁性铁氧体块)，另一边是叠置的填充铝材料(即铝材块)和钕铁硼材料(即钕磁铁块二)，这两部分起到聚磁的作用，并且通过整体的结构设计以及充磁设计，让聚磁的能力更加的明显，最终达到减少扭矩波动，减少轴向力，增加钕铁硼材料的效率的作用。

2.本实施例的盘式永磁涡流联轴器，由于在相邻的轴向永磁体之间设置了斜向充磁的磁铁，提高了气隙磁密，且同样可提高转矩输出，有效提高了永磁体的利用率，提高了联轴器的转矩密度和性价比。

3.本实施例的盘式永磁涡流联轴器，无振动传递，并且噪音较低。由于主动轴与从动轴之间无直接的接触，所以从动轴基本不受主动轴的振动影响，使得主动轴和从动轴之间的振动被相互隔开，以减少相应的噪音的产生。

4.本实施例的盘式永磁涡流联轴器无摩擦，无需润滑，也无泄漏。由于主动轴和从动轴无之间无接触，因此无需进行润滑，也就免去了润滑油泄漏的所造成的麻烦。

5.本实施例的盘式永磁涡流联轴器可以提升现有联轴器的稳定性。由于联轴器具有扭矩的自适应补偿功能，使得联轴器工作时趋于稳定。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盘式永磁涡流联轴器，其包括呈一定间距且同轴设置的磁圈一(3)、磁圈二(4)；每个磁圈包括等间距环形排列的多个钕磁铁块一(15)，磁圈一(3)上的钕磁铁块一(15)与磁圈二(4)上的钕磁铁块一(15)一一相对排布；其特征在于，

在同一磁圈上，相邻的两个钕磁铁块一(15)之间依次拼接有铝材块(12)、磁性铁氧体块(14)，且在铝材块(12)上叠置有钕磁铁块二(13)；在轴向上，叠置后的铝材块(12)和钕磁铁块二(13)的总厚度与钕磁铁块一(15)的厚度、磁性铁氧体块(14)的厚度均相同；在径向上，铝材块(12)、钕磁铁块二(13)、磁性铁氧体块(14)、钕磁铁块一(15)具有相同的长度；

在同一磁圈上，钕磁铁块一(15)轴向充磁，且相邻两块钕磁铁块一(15)充磁方向相反，与钕磁铁块一(15)相邻一侧的磁性铁氧体块(14)的充磁方向位于对应磁圈的切向平面，且和相邻钕磁铁块一(15)的充磁方向之间的夹角在30到60度之间；钕磁铁块一(15)与相邻一侧的钕磁铁块二(13)之间的充磁方向的夹角角度在30度～60度范围内，而与相邻另一侧的钕磁铁块二(13)之间的充磁方向的夹角角度在120度～150度范围内，相邻两块钕磁铁块二(13)的充磁方向相反，位于同一钕磁铁块一(15)两侧上的磁性铁氧体块(14)、钕磁铁块二(13)，其充磁方向以相应钕磁铁块一(15)的充磁方向为中心轴呈对称设置；

两个磁圈呈对称设置，两个磁圈上相应的两块钕磁铁块二(13)面面相对且充磁方向呈轴对称设置。

2.如权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征在于，在同一磁圈上，钕磁铁块一(15)与相邻一侧的磁性铁氧体块(14)之间的充磁方向的夹角角度为45度，而与相邻另一侧的磁性铁氧体块(14)之间的充磁方向的夹角角度为135度。

3.如权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征在于，铝材块(12)和钕磁铁块二(13)在轴向上具有相同的厚度。

4.如权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征在于，磁圈一(3)与磁圈二(4)之间的距离处于12mm-16mm范围内。

5.如权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征在于，所述盘式永磁涡流联轴器包括主动机构；所述主动机构包括主动盘(1)和固定在所述主动盘(1)上的主动轴(7)，所述主动盘(1)依次包括同轴设置的背铁盘一(5)、磁圈一(3)、磁圈二(4)、背铁盘二(6)；磁圈一(3)和磁圈二(4)呈一定间距分别固定在背铁盘一(5)与背铁盘二(6)之间相对的表面上。

6.如权利要求5所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征在于，相同磁圈上的钕磁铁块一(15)和钕磁铁块二(13)的横截面总面积占对应背铁盘的横截面积的60％至90％。

7.如权利要求5所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征在于，磁圈通过卡接方式或者粘接方式固定在相应的背铁盘上。

8.如权利要求5所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征在于，所述盘式永磁涡流联轴器还包括与所述主动机构传动连接的从动机构，所述从动机构包括从动盘(2)和从动轴(8)；从动盘(2)为涡流盘且定位在磁圈一(3)和磁圈二(4)之间，且与磁圈一(3)和磁圈二(4)分别呈一定间距；从动轴(8)的固定端穿过背铁盘二(6)、磁圈二(4)后固定在从动盘(2)上。

9.如权利要求8所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征在于，从动盘(2)为铜盘。

10.如权利要求8所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征在于，从动盘(2)与磁圈一(3)之间的间距、从动盘(2)与磁圈二(4)之间的间距，两个间距相等。

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