CN110707900A - 一种扭矩波动小的盘式永磁涡流联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭矩波动小的盘式永磁涡流联轴器，它包括主动轴、主动盘、从动轴、从动盘；主动盘包括背铁盘Ⅰ、若干块磁铁、具有铁块的引磁盘，背铁盘Ⅰ与引磁盘同轴设置且通过连接柱Ⅲ连接，背铁盘Ⅰ为圆环形，磁铁为扇环形、其固定在背铁盘Ⅰ与引磁盘相对的内表面上，背铁盘Ⅰ与主动轴之间通过连接柱Ⅰ连接；从动盘位于背铁盘Ⅰ和引磁盘的中间，与两者同轴设置，从动盘包括涡流盘、背铁盘Ⅱ，涡流盘、背铁盘Ⅱ紧贴在一起，从动轴从引磁盘中穿过，涡流盘的内孔、背铁盘Ⅱ的内孔与从动轴的轴段配合，且通过连接柱Ⅱ与从动轴的法兰部固定连接。本发明的传动盘与从动盘之间传递的扭矩增加，扭矩的波动减小。

Description

一种扭矩波动小的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，具体涉及一种永磁涡流联轴器。

背景技术

永磁涡流传动技术已经在工业生产中取得了广泛的应用，主要应用在钢铁、煤炭、石油、冶金等领域的大功率风机泵类等负载的传动领域，具有节能、寿命长、维护简单等优点。利用高性能的钕铁硼永磁体可以提高轴向气隙磁密，使装置的体积减小，节约占用空间。由于在传递转矩的过程之中没有轴间的刚性耦合，使得装置具有吸收震动、缓冲起动、过载保护、容忍对中偏差等特点，大大提高了装置运行的适用性及可靠性。

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。

现有的盘式永磁涡流联轴器由主动盘和从动盘组成，主动盘由背铁盘和磁铁组成，从动盘由涡流盘和背铁盘组成。此种结构方案有以下缺点：一、气隙磁通密度分布曲线不够趋向于正弦分布，进而存在不少扭矩波动，因此在实际应用，尤其是要求限定扭矩波动的精确场合下不能满足要求；二、漏磁量较大，因此磁性材料的利用效率低；三、导体区内对产生扭力无贡献的无效涡流比重较大，涡流聚集程度不够，从而增加了多余的涡流损耗，由于涡流损耗是永磁涡流传动装置主要的功率损耗，因此降低了磁性材料的利用效率。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种盘式永磁涡流联轴器，传动盘与从动盘之间传递的扭矩增加，扭矩的波动减小。同时，传动盘与从动盘之间的漏磁量减少，磁性材料的利用效率提高。另外，联轴器工作时趋于稳定。

本发明一种扭矩波动小的盘式永磁涡流联轴器，它包括主动轴、主动盘、从动轴、从动盘，主动轴与主动盘同轴设置且两者相连接，从动轴、从动盘同轴设置且两者相连接，主动盘与从动盘同轴设置；主动盘包括背铁盘Ⅰ、若干块磁铁、具有铁块的引磁盘，背铁盘Ⅰ与引磁盘同轴设置且通过连接柱Ⅲ连接，背铁盘Ⅰ为圆环形，磁铁为扇环形、其固定在背铁盘Ⅰ与引磁盘相对的内表面上，背铁盘Ⅰ与主动轴之间通过连接柱Ⅰ连接；从动盘位于背铁盘Ⅰ和引磁盘的中间，与两者同轴设置，从动盘包括涡流盘、背铁盘Ⅱ，涡流盘、背铁盘Ⅱ紧贴在一起，涡流盘与背铁盘Ⅰ相对、背铁盘Ⅱ与引磁盘相对，从动轴从引磁盘中穿过，涡流盘的内孔、背铁盘Ⅱ的内孔与从动轴的轴段配合，且通过连接柱Ⅱ与从动轴的法兰部固定连接。

进一步地，引磁盘包括固定盘、若干块铁块Ⅰ、若干块铁块Ⅱ，固定盘为圆环形，在其环形面上设置有若干个扇环形槽，铁块Ⅰ、铁块Ⅱ均为扇环形，分别设置在扇环形槽内。

进一步地，磁铁均布在背铁盘Ⅰ上形成环形阵列；固定盘上的扇环形槽形成环形阵列，铁块Ⅰ和铁块Ⅱ也形成环形阵列；铁块Ⅰ和铁块Ⅱ的位置与磁铁的位置相对应。

进一步地，当铁块Ⅰ的尺寸大于铁块Ⅱ的尺寸时，固定盘上的扇环形槽为阶梯槽，铁块Ⅰ、铁块Ⅱ分别设置在扇环形阶梯槽内。

进一步地，背铁盘Ⅰ是整体呈圆形且中心具有圆孔的盘体，也可以是整体呈圆形且中心不具有圆孔的盘体。

进一步地，磁铁6材料为钕铁硼，沿轴向充磁，磁铁由偶数对磁极的永磁体构成，永磁体阵列采用N、S极交替分布磁极阵列或halbach永磁阵列。

进一步地，涡流盘的材料为导电材料，优选为铜盘；固定盘11的材料采用非磁性材料，优选为铝材。

进一步地，磁铁的横截面总面积为背铁盘Ⅰ横截面积的60％-90％，磁铁粘结在背铁盘Ⅰ上。

进一步地，铁块Ⅰ和铁块Ⅱ的横截面总面积为背铁盘Ⅱ横截面积的60％-90％，铁块Ⅰ和铁块Ⅱ通过粘接或卡接在固定盘上。

进一步地，固定盘11与背铁盘Ⅱ9之间的距离为3mm-5mm。

本发明盘式永磁涡流联轴器的优点是：由于磁铁的位置与引磁盘上的铁块的位置相对应，且两者同步运转，因此铁块改变了局部磁场，使得磁铁对应的磁感线向其正对方聚集，气隙磁通密度趋向于正弦分布，同时又因为背铁盘厚度足够，使得磁感线不会溢出，或者溢出很少，所以主动盘与从动盘之间传递的扭矩增加，扭矩的波动减小。同时，铁块改变了局部磁场，使得磁铁对应的磁感线向其正对方聚集，导致主动盘与从动盘之间的漏磁量减少，从而提高了磁性材料的利用效率。

附图说明

图1是本发明盘式永磁涡流联轴器的爆炸图；

图2是本发明中引磁盘的示意图；

图3是本发明盘式永磁涡流联轴器的剖视图；

图4是本发明盘式永磁涡流联轴器的磁场分布原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

从图1、图2可知，本发明盘式永磁涡流联轴器，它包括主动轴3、主动盘1、从动轴4、从动盘2，主动轴3与主动盘1同轴设置且两者相连接，从动轴4、从动盘2同轴设置且两者相连接，主动盘1与从动盘2同轴设置；主动盘1包括背铁盘Ⅰ5、若干块磁铁6、具有铁块的引磁盘7，背铁盘Ⅰ5与引磁盘7同轴设置且通过连接柱Ⅲ15连接，背铁盘Ⅰ5为圆环形，磁铁6为扇环形、其固定在背铁盘Ⅰ5与引磁盘7相对的内表面上，背铁盘Ⅰ5与主动轴3之间通过连接柱Ⅰ13连接；从动盘2位于背铁盘Ⅰ5和引磁盘7的中间，与两者同轴设置，从动盘2包括涡流盘8、背铁盘Ⅱ9，涡流盘8、背铁盘Ⅱ9紧贴在一起，涡流盘8与背铁盘Ⅰ5相对、背铁盘Ⅱ9与引磁盘7相对，从动轴4从引磁盘7中穿过，涡流盘8的内孔、背铁盘Ⅱ9的内孔与从动轴4的轴段配合，且通过连接柱Ⅱ14与从动轴4的法兰部固定连接。

当主动轴3相对从动轴4转动时，主动轴3带动主动盘1转动，且带有磁铁6的背铁盘Ⅰ5相对于从动盘2转动，所以使得涡流盘8内产生交变磁场，进而在其内感生出交变的涡流电流，该涡流电流又产生出感生磁场，感生磁场与永磁体转子即磁铁6上的磁场相互作用，便在两个转子之间产生耦合力矩，从而带动从动盘2转动；在背铁盘Ⅰ5相对于从动盘2转动的同时，引磁盘7同步于背铁盘Ⅰ5相对于从动盘2转动。

由于铁块本身有吸引磁场的作用，在本结构中，磁铁的位置与引磁盘上的铁块的位置相对应，且两者同步运转，铁块改变了局部磁场，使得磁铁对应的磁感线向其正对方聚集，气隙磁通密度趋向于正弦分布，同时又因为背铁盘厚度足够，使得磁感线不会溢出，或者溢出很少，所以使得主动盘与从动盘之间传递的扭矩增加，扭矩的波动减小；铁块改变了局部磁场使得主动盘与从动盘之间的漏磁量减少，从而提高了磁性材料的利用效率。

实施例2

从图3可知，本发明盘式永磁涡流联轴器，引磁盘7包括固定盘11、若干块铁块Ⅰ10、若干块铁块Ⅱ12，固定盘11为圆环形，在其环形面上设置有若干个扇环形槽，铁块Ⅰ10、铁块Ⅱ12均为扇环形，分别设置在扇环形槽内。磁铁6均布在背铁盘Ⅰ5上形成环形阵列；固定盘11上的扇环形槽形成环形阵列，铁块Ⅰ10和铁块Ⅱ12也形成环形阵列；铁块Ⅰ10和铁块Ⅱ12的位置与磁铁6的位置相对应。

在背铁盘Ⅰ5相对于从动盘2转动的同时，引磁盘7同步于背铁盘Ⅰ5相对于从动盘2转动，即设置有铁块Ⅰ10和铁块Ⅱ12的固定盘11相对于从动盘2转动。

从图4可知，由于铁块本身有吸引磁场的作用，在本结构中，磁铁6的位置与铁块Ⅰ10和铁块Ⅱ12的位置相对应，磁铁6和铁块Ⅰ10、铁块Ⅱ12同步运转，铁块Ⅰ10、铁块Ⅱ12改变了局部磁场，使得磁铁对应的磁感线向其正对方聚集，气隙磁通密度趋向于正弦分布，传动盘与从动盘之间传递的扭矩增加，扭矩的波动减小。同时，引磁盘7上的铁块Ⅰ10和铁块Ⅱ12改变了局部磁场，使得使得主动盘与从动盘之间的漏磁量减少，从而提高了磁性材料的利用效率。

实施例3

本发明盘式永磁涡流联轴器：当铁块Ⅰ10的尺寸大于铁块Ⅱ12的尺寸时，固定盘11上的扇环形槽为阶梯槽，铁块Ⅰ10、铁块Ⅱ12分别设置在扇环形阶梯槽内。

本发明中，铁块Ⅰ10和铁块Ⅱ12的尺寸可以一样大小，铁块Ⅰ10的尺寸也可以大于铁块Ⅱ12的尺寸。

其中，做为一种优选方式，当铁块Ⅰ10的尺寸大于铁块Ⅱ12的尺寸，改变局部磁场的效果更明显，会使漏磁量会更少，进一步提高了磁性材料的利用效率；同时，也使得气隙磁通密度更加趋向于正弦分布，传动盘与从动盘之间之间传递的扭矩进一步增加，扭矩的波动更小。

实施例4

本发明盘式永磁涡流联轴器：背铁盘Ⅰ5是整体呈圆形且中心具有圆孔的盘体，也可以是整体呈圆形且中心不具有圆孔的盘体。

在不影响背铁盘Ⅰ5整体结构的稳定性前提下，背铁盘Ⅰ5还可以是其他盘体结构。

实施例5

本发明盘式永磁涡流联轴器中：磁铁材料是钕铁硼，磁铁沿轴向充磁，磁铁由偶数对磁极的永磁体构成，永磁体阵列采用N、S极交替分布磁极阵列或halbach永磁阵列。

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。

实施例6

涡流盘8的材料为导电材料，优选为铜盘；固定盘11的材料采用非磁性材料，优选为铝材。

磁铁6的横截面总面积为背铁盘Ⅰ5横截面积的60％-90％，磁铁6粘结在背铁盘Ⅰ5上。

铁块Ⅰ10和铁块Ⅱ12的横截面总面积为背铁盘Ⅱ9横截面积的60％-90％，铁块Ⅰ10和铁块Ⅱ12通过粘接或卡接在固定盘11上。

实施例7

固定盘11与背铁盘Ⅱ9之间的距离为3mm-5mm。

当固定盘与背铁盘Ⅱ的距离在此范围内，其上铁块使得磁铁对应的磁感线向其正对方聚集效果明显，气隙磁通密度进一步趋向于正弦分布，所以使得主动盘与从动盘之间传递的扭矩进一步增加，扭矩的波动进一步减小；同时，使得主动盘与从动盘之间的漏磁量进一步减少，从而更加提高了磁性材料的利用效率。

本发明盘式永磁涡流联轴器的优点是：一、通过配置同步旋转的引磁盘，提高了气隙磁密，使得气隙磁通密度趋向于正弦分布，传动盘与从动盘之间传递的扭矩增加，扭矩的波动减小；二、通过配置同步旋转的引磁盘，改变了局部磁场，漏磁量减少，提高了磁性材料的利用效率；三、通过配置同步旋转的引磁盘，增加涡流聚集程度，提高了磁性材料的利用效率；四、联轴器既可以提升输出扭矩，又可以降低扭矩波动，具有扭矩的自适应补偿功能，使得联轴器工作时趋于稳定；五、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；六、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。

Claims (10)

1.一种扭矩波动小的盘式永磁涡流联轴器，它包括主动轴(3)、主动盘(1)、从动轴(4)、从动盘(2)，主动轴(3)与主动盘(1)同轴设置且两者相连接，从动轴(4)与从动盘(2)同轴设置且两者相连接，主动盘(1)与从动盘(2)同轴设置，其特征是：主动盘(1)包括背铁盘Ⅰ(5)、若干块磁铁(6)、具有铁块的引磁盘(7)，背铁盘Ⅰ(5)与引磁盘(7)同轴设置且通过连接柱Ⅲ(15)连接，背铁盘Ⅰ(5)为圆环形，磁铁(6)为扇环形、其固定在背铁盘Ⅰ(5)与引磁盘(7)相对的内表面上，背铁盘Ⅰ(5)与主动轴(3)之间通过连接柱Ⅰ(13)连接；从动盘(2)位于背铁盘Ⅰ(5)和引磁盘(7)的中间，与两者同轴设置，从动盘(2)包括涡流盘(8)、背铁盘Ⅱ(9)，涡流盘(8)、背铁盘Ⅱ(9)紧贴在一起，涡流盘(8)与背铁盘Ⅰ(5)相对、背铁盘Ⅱ(9)与引磁盘(7)相对，从动轴(4)从引磁盘(7)中穿过，涡流盘(8)的内孔、背铁盘Ⅱ(9)的内孔与从动轴(4)的轴段配合，且通过连接柱Ⅱ(14)与从动轴(4)的法兰部固定连接。

2.根据权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征是：引磁盘(7)包括固定盘(11)、若干块铁块Ⅰ(10)、若干块铁块Ⅱ(12)，固定盘(11)为圆环形，在其环形面上设置有若干个扇环形槽，铁块Ⅰ(10)、铁块Ⅱ(12)均为扇环形，分别设置在扇环形槽内。

3.根据权利要求2所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征是：磁铁(6)均布在背铁盘Ⅰ(5)上形成环形阵列；固定盘(11)上的扇环形槽形成环形阵列，铁块Ⅰ(10)和铁块Ⅱ(12)也形成环形阵列；铁块Ⅰ(10)和铁块Ⅱ(12)的位置与磁铁(6)的位置相对应。

4.根据权利要求2所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征是：当铁块Ⅰ(10)的尺寸大于铁块Ⅱ(12)的尺寸时，固定盘(11)上的扇环形槽为阶梯槽，铁块Ⅰ(10)、铁块Ⅱ(12)分别设置在扇环形阶梯槽内。

5.根据权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征是：背铁盘Ⅰ(5)是整体呈圆形且中心具有圆孔的盘体，也可以是整体呈圆形且中心不具有圆孔的盘体。

6.根据权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征是：磁铁(6)材料为钕铁硼，沿轴向充磁，磁铁由偶数对磁极的永磁体构成，永磁体阵列采用N、S极交替分布磁极阵列或halbach永磁阵列。

7.根据权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征是：涡流盘(8)的材料为导电材料，优选为铜盘；固定盘(11)的材料采用非磁性材料，优选为铝材。

8.根据权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征是：磁铁(6)的横截面总面积为背铁盘Ⅰ(5)横截面积的60％-90％，磁铁(6)粘结在背铁盘Ⅰ(5)上。

9.根据权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征是：铁块Ⅰ(10)和铁块Ⅱ(12)的横截面总面积为背铁盘Ⅱ(9)横截面积的60％-90％，铁块Ⅰ(10)和铁块Ⅱ(12)通过粘接或卡接在固定盘(11)上。

10.根据权利要求1所述的盘式永磁涡流联轴器，其特征是：固定盘(11)与背铁盘Ⅱ(9)之间的距离为3mm-5mm。

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