CN110855123B - 磁性联轴器及其使用调节方法 - Google Patents
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Abstract
磁性联轴器，包括套装在主动轴上的主动转子、套装在从动轴上的从动转子、装在主动转子上的外磁体和装在从动转子上且位于外磁体内侧的内磁体，内磁体的数量为多个且沿从动转子周向均匀分布，外磁体与内磁体沿径向一一对齐，内磁体和外磁体均沿径向充磁，相邻的内磁体充磁方向相反，相邻的外磁体充磁方向相反，且内磁体的磁极与对应的外磁体的磁极相反，主动转子和从动转子通过外磁体产生的磁场和内磁体产生的磁场组成工作磁路，至少所述的外磁体为通过供电产生工作磁场的励磁线圈。本发明提高了联轴器的通用性，实现过载保护，达到更优的缓冲减振效果，安装方便可靠，拓宽了磁性联轴器的应用范围。本发明还提供一种磁性联轴器的使用调节方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性联轴器及其使用调节方法，属于磁性联轴器技术领域。
背景技术
联轴器广泛应用在各种通用机械上，是用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。传统联轴器皆为接触式联轴器,都必须通过主动轴与从动轴的相互联结来传递扭矩，其结构复杂，制造精度高，超载时容易导致部件的破坏。特别是主动轴与从动轴工作在需要相互隔离的两种不同介质中时，必须使用密封元件进行动密封，这样就存在要么加大旋转阻力来保证密封可靠，要么密封不严产生泄漏的问题。另外，随着密封元件的磨损、老化，会加剧泄漏，尤其是在有害气体(有害液体)存在的系统中，一旦泄漏就会污染环境，危及生命。
为了克服传统联轴器的上述缺陷，现有技术出现了磁性联轴器。磁性联轴器属非接触式联轴器, 其最大的特点在于它打破传统联轴器的结构形式，采用全新的磁耦合原理，实现主动轴与从动轴之间不通过直接接触便能进行力与力矩的传递，并可将动密封化为静密封，实现零泄漏，因此它广泛应用于对泄漏有特殊要求的场合。
现有技术中的磁性联轴器一般主要有2种结构：平面磁性联轴器和同轴磁性联轴器。而与本技术方案最接近的是如图1所示的磁性联轴器。其由外磁体、内磁体和隔离罩组成。内、外磁体均由沿径向磁化且充磁方向相反的永磁体组成,永磁体以不同极性沿圆周方向交替排列,并固定在低碳钢钢圈上,形成磁断路连体。隔离罩采用非铁素体(因而是非磁性)的高电阻材料制造。在静止状态时,外磁体的N极(S极)与内磁体的S极(N极)相互吸引并成直线,此时转矩为零,如图2所示。当外磁体在动力机的带动下旋转时,刚开始内磁体由于摩擦力及被传动件阻力的作用,仍处于静止状态,这时外磁体相对内磁体开始偏移一定的角度,由于这个角度的存在,外磁体的N极(S极)对内磁体的S极(N极)有一个拉动作用,同时外磁体的N极(S极)对内磁体的前一个N极(S极)有一个推动作用,从而带动内磁体旋转，如图3所示。在传动过程中,隔离罩将外磁体和内磁体隔开,磁力线是穿过隔离罩将外磁体的动力和运动传给内磁体的,从而实现了无接触的静密封传动。
另外，与本技术方案最接近的现有技术还有中国专利CN104242599A中公开的一种磁性联轴器，包括主动轴1、从动轴2、外转子3和内转子4。主动轴1与外转子3固定连接，从动轴2与内转子4固定连接，所述外转子3与内转子4之间设有隔离套。所述内转子4的外表面固定有四块从动永磁体6，外转子3内侧沿轴向同样设有相应的永磁体7。
由此可见，上述现有技术中内、外转子均通过布置永磁体来提供磁力，并且在内、外转子之间安装了隔离罩用来密封。
现有技术存在的问题：现有技术中内、外转子均采用具有很强磁性的永磁体，在安装过程中稍有不慎就会使得内、外转子的永磁体吸在一起难以分开，并且巨大的吸力甚至会造成永磁体的破损，增加了安装难度；永磁体一旦充磁后，磁力特性就确定了，联轴器的传递扭矩也无法调整了，所以需根据不同负载定制不同的联轴器，产品通用性差；并且在发生过载时，会出现打滑失效；为了尽可能的提高通用范围，通常一般会采用永磁体的最大磁力特性来提高联轴器的最大传递扭矩，从而造成资源的浪费；并且在提高扭矩的同时会增大内、外转子间电磁刚度，从而造成联轴器的缓存减振效果差；另外，由于隔离罩的存在，会加大内、外转子之间磁路的工作气隙，从而影响工作磁场强度，使磁性联轴器因传递扭矩过小，而受到应用限制。
综上，现有技术存在的问题是传递扭矩过小且不可调，通用性差，安装困难且易损坏，缓冲减振效果差。
针对以上现有技术存在的问题，本发明专利技术方案拟打破现有技术的结构形式，设计一种大扭矩且扭矩可变、安装方便可靠、缓冲减振效果更优、通用性更强，应用范围更广的新型磁性联轴器。
发明内容
本发明提供的磁性联轴器及其使用调节方法，实现磁性联轴器传递扭矩可变，通过改变传递扭矩的大小可使得联轴器能适用于不同传递扭矩要求的工况及场合，提高了联轴器的通用性，实现过载保护，达到更优的缓冲减振效果；安装方便可靠，拓宽了磁性联轴器的应用范围，实现整体的密封，省去磁性联轴器中的隔离罩，减小工作气隙，增大传递扭矩。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
磁性联轴器，连接主动机体的主动轴和从动机体的从动轴，包括套装在主动轴上的主动转子、套装在从动轴上的从动转子、装在主动转子上的外磁体和装在从动转子上且位于外磁体内侧的内磁体，内磁体的数量为多个且沿从动转子周向均匀分布，外磁体与内磁体沿径向一一对齐，内磁体和外磁体均沿径向充磁，相邻的内磁体充磁方向相反，相邻的外磁体充磁方向相反，且内磁体的磁极与对应的外磁体的磁极相反，主动转子和从动转子通过外磁体产生的磁场和内磁体产生的磁场组成工作磁路，其特征在于至少所述的外磁体为通过供电产生工作磁场的励磁线圈。
优选的，所述的内磁体为永磁体，外磁体为通过供电产生工作磁场的励磁线圈，主动转子管状结构，内端套装在主动轴上，内磁体沿周向均匀表贴在从动转子的外周面，且沿轴向伸入至主动转子内腔中，外磁体装在主动转子的内壁上，与内磁体沿径向一一对齐且不接触，主动转子上装有与对外磁体进行供电的导电滑环装置，导电滑环装置分别与外磁体和外部电源电连接。
优选的，所述的主动转子的内壁上具有沿轴向设置且与内磁体一一对应的缠绕凸缘，缠绕凸缘从主动转子的内壁上沿径向向内凸起，励磁线圈沿轴向缠绕在缠绕凸缘上形成外磁体。
优选的，所述的主动转子的内壁上具有沿径向设置的环形平面，环形平面与缠绕凸缘沿轴向隔开，励磁线圈沿轴向缠绕在缠绕凸缘上且轴向内端与环形平面接触，轴向外端与主动转子的外端齐平。
优选的，所述的导电滑环装置包括套装在主动转子上的空心轴、紧套在空心轴上的滑环、装在空心轴外且与滑环弹性接触的电刷，滑环的数量为多个且沿空心轴轴向均匀分布，滑环通过导线与外磁体电连接，电刷一端与滑环弹性接触，另一端可与外部电源连接，电刷随滑环的转动在滑环上刷动传导电流。
优选的，所述的空心轴上套装有绝缘套，滑环紧套在绝缘套上，且相邻的滑环沿轴向隔开不接触。
优选的，所述的绝缘套上开有与滑环相对应的环形凹槽，滑环嵌入环形凹槽中，电刷一端伸入环形凹槽中与滑环弹性接触。
优选的，所述的导电滑环装置还包括装在空心轴外的刷架，电刷远离滑环的一端连接在刷架上，且刷架上具有与电刷相对应的弹簧，电刷通过弹簧的压紧力与滑环弹性接触，刷架上具有可与外部电源连接的接线端子，接线端子与电刷电连接。
优选的，所述的导电滑环装置还包括定子，刷架通过定子安装在空心轴外，定子同轴设置在空心轴外周，且两端分别与主动机体和从动机体密封配合连接，刷架固定在定子上。
以上所述的磁性联轴器的使用调节方法，根据使用工况中的传递扭矩要求，调节外磁体的电流大小，以调节磁性联轴器的传递扭矩及电磁刚度，实现对磁性联轴器的过载保护和缓冲减振。
发明的有益效果是：
1.本发明中至少外磁体为通过供电产生工作磁场的励磁线圈，在静止状态时,励磁线圈通以直流电形成电磁场，磁力线方向沿径向分布，内磁体的磁极与对应的外磁体的磁极相反相互吸引并成直线,此时转矩为零。当外磁体在主动轴的带动下旋转时,刚开始从动转子仍处于静止状态,这时相对应的外磁体与内磁体之间开始偏移一定的角度,由于这个角度的存在, 外磁体的N极(S极)对内磁体的S极(N极)有一个拉动作用,同时外磁体的N极(S极)对内磁体的前一个N极(S极)有一个推动作用,从而带动装有内磁体的从动转子旋转，从而实现动力和运动的传递。至少外磁体采用励磁线圈来提供磁力，励磁线圈通过改变电流来控制磁场变化，从而实现磁性联轴器传递扭矩可变，通过改变传递扭矩的大小可使得联轴器能适用于不同传递扭矩要求的工况及场合，提高了联轴器的通用性。
2.在机器过载时，可通过改变电流大小来提高扭矩，避免联轴器失效或打滑现象，实现过载保护，更加可靠；磁性联轴器在保证传递扭矩的同时，可根据实际应用工况下的振动冲击特性，通过控制励磁线圈电流大小来匹配设计出最优的电磁刚度参数，从而达到更优的缓冲减振效果。
3.由于励磁线圈通电前无磁性，所以在无通电情况下主动转子可轻松与从动转子进行对中安装，放置好位置后再进行通电，安装方便可靠，而且省去了内、外磁体之间的隔离罩，通过导电滑环装置的定子来实现磁性联轴器的静密封，尽可能地减小了两个转子之间磁路的工作气隙，从而增强了工作磁场，增大传递扭矩，拓宽了磁性联轴器的应用范围。
4.为了给外转子的励磁线圈供电，本发明中采用了导电滑环装置装置，该装置采用分离式安装，结构简单，安装方便。并且定子部分分别与主、从动侧的机体相连，实现整体的密封，省去磁性联轴器中的隔离罩，减小工作气隙，增大传递扭矩。
附图说明
图1为现有技术中的磁性联轴器的结构示意图。
图2为图1中的磁性联轴器静止状态时的磁路分布图。
图3为图1中的磁性联轴器旋转时的磁路分布图。。
图4为本发明的磁性联轴器的结构示意图。
图5为导电滑环装置的结构示意图。
图6为不带定子时导电滑环装置的立体图。
具体实施方式
下面结合图4至图6对本发明的实施例做详细说明。
磁性联轴器，连接主动机体1的主动轴3和从动机体2的从动轴4，包括套装在主动轴3上的主动转子5、套装在从动轴4上的从动转子6、装在主动转子5上的外磁体7和装在从动转子6上且位于外磁体7内侧的内磁体8，内磁体8的数量为多个且沿从动转子6周向均匀分布，外磁体7与内磁体8沿径向一一对齐，内磁体8和外磁体7均沿径向充磁，相邻的内磁体8充磁方向相反，相邻的外磁体7充磁方向相反，且内磁体8的磁极与对应的外磁体7的磁极相反，主动转子5和从动转子6通过外磁体7产生的磁场和内磁体8产生的磁场组成工作磁路，其特征在于至少所述的外磁体7为通过供电产生工作磁场的励磁线圈。
以上所述的磁性联轴器中至少所述的外磁体7为通过供电产生工作磁场的励磁线圈，在静止状态时,励磁线圈通以直流电形成电磁场，磁力线方向沿径向分布，内磁体8的磁极与对应的外磁体7的磁极相反相互吸引并成直线,此时转矩为零。当外磁体7在主动轴1的带动下旋转时,刚开始从动转子2仍处于静止状态,这时相对应的外磁体7与内磁体8之间开始偏移一定的角度,由于这个角度的存在, 外磁体的N极(S极)对内磁体的S极(N极)有一个拉动作用,同时外磁体的N极(S极)对内磁体的前一个N极(S极)有一个推动作用,从而带动装有内磁体8的从动转子6旋转，从而实现动力和运动的传递。至少外磁体7采用励磁线圈来提供磁力，励磁线圈可以通过改变电流来控制磁场变化，从而实现磁性联轴器传递扭矩可变，通过改变传递扭矩的大小可使得联轴器能适用于不同传递扭矩要求的工况及场合，提高了联轴器的通用性。 在机器过载时，可通过改变电流大小来提高扭矩，避免联轴器失效或打滑现象，实现过载保护，更加可靠；磁性联轴器在保证传递扭矩的同时，可根据实际应用工况下的振动冲击特性，通过控制励磁线圈电流大小来匹配设计出最优的电磁刚度参数，从而达到更优的缓冲减振效果。由于励磁线圈通电前无磁性，所以在无通电情况下外转子可轻松与内转子进行对中安装，放置好位置后再进行通电，安装方便可靠，而且省去了内、外磁体之间的隔离罩，尽可能地减小了两个转子之间磁路的工作气隙，从而增强了工作磁场，增大传递扭矩，拓宽了磁性联轴器的应用范围。
其中，所述的内磁体8为永磁体，外磁体7为通过供电产生工作磁场的励磁线圈，主动转子5管状结构，内端套装在主动轴3上，内磁体8沿周向均匀表贴在从动转子6的外周面，且沿轴向伸入至主动转子5内腔中，外磁体7装在主动转子5的内壁上，与内磁体8沿径向一一对齐且不接触，主动转子5上装有与对外磁体7进行供电的导电滑环装置9，导电滑环装置9分别与外磁体7和外部电源电连接，实现外部电源-导电滑环装置-励磁线圈的电路连通。
其中，所述的主动转子5的内壁上具有沿轴向设置且与内磁体8一一对应的缠绕凸缘51，缠绕凸缘51从主动转子5的内壁上沿径向向内凸起，励磁线圈沿轴向缠绕在缠绕凸缘51上形成外磁体7。缠绕凸缘51用于励磁线圈的缠绕，缠绕凸缘51为径向凸起，且沿轴向设置，便于励磁线圈沿轴向缠绕，缠绕凸缘51的数量与内磁体8数量相等，且一一对应，以便形成与内磁体8一一对应的外磁体7。
其中，所述的主动转子5的内壁上具有沿径向设置的环形平面52，环形平面52与缠绕凸缘51沿轴向隔开，励磁线圈沿轴向缠绕在缠绕凸缘51上且轴向内端与环形平面52接触，轴向外端与主动转子5的外端齐平。环形平面52用于确定励磁线圈的轴向厚度，励磁线圈缠绕至与环形平面52接触时，将停止轴向继续加厚，而在励磁线圈的轴向内端与环形平面52接触时，其轴向外端正好与主动转子5的端部齐平，保证励磁线圈的缠绕不会超限，外磁体7的缠绕形成操作性更强，所形成的多个外磁体7的尺寸一致，提高内、外磁体的磁路周向均匀性。
其中，所述的导电滑环装置9包括套装在主动转子5上的空心轴91、紧套在空心轴91上的滑环92、装在空心轴91外且与滑环92弹性接触的电刷93，滑环92的数量为多个且沿空心轴91轴向均匀分布，滑环92通过导线与外磁体7电连接，电刷93一端与滑环92弹性接触，另一端可与外部电源连接，电刷93随滑环92的转动在滑环92上刷动传导电流。当主动轴3转动时带动主动转子5转动，空心轴91随主动转子5转动，电刷22的一端在滑环92上接触刷过，形成外部电源、电刷、滑环和励磁线圈的电导通路径，对励磁线圈进行供电，通过调节外部电源的传导电流量，即可调节励磁线圈的电流，从而改变励磁线圈产生的磁场强度，控制外磁体7的磁场变化，从而改变内、外磁体间的传递转矩，以适应不同传递扭矩要求的工况及场合。
其中，所述的空心轴91上套装有绝缘套94，滑环92紧套在绝缘套94上，且相邻的滑环92沿轴向隔开不接触。绝缘套94对相邻的滑环92进行绝缘隔离，并且对滑环92与空心轴91之间进行绝缘隔离，提高导电安全性。
具体的，所述的绝缘套94上开有与滑环92相对应的环形凹槽94.1，滑环92嵌入环形凹槽94.1中，电刷93一端伸入环形凹槽94.1中与滑环92弹性接触。在绝缘套94上开设环形凹槽94.1，不仅使相邻的滑环92完全绝缘隔离，而且对滑环92的套紧位置进行有效定位，保证滑环92在使用过程中不会偏移，同时电刷93伸入环形凹槽94.1中与滑环92接触，也通过环形凹槽94.1对电刷93的接触端部进行限位，保证电刷93与滑环92一一对应接触，且刷动过程中电刷93的位置被环形凹槽94.1定位，不会与相对应滑环92发生偏移或脱离，导电滑环装置9的结构可靠性更高，导电的有效性、可靠性更高，电刷93与滑环92的一一对应的配装结构更易实现。
其中，所述的导电滑环装置9还包括装在空心轴91外的刷架95，电刷93远离滑环92的一端连接在刷架95上，且刷架95上具有与电刷93相对应的弹簧 ，电刷93通过弹簧的压紧力与滑环92弹性接触，刷架95上具有可与外部电源连接的接线端子96，接线端子96与电刷93电连接。刷架95上的弹簧将电刷93压紧，使电刷93始终保持与滑环92弹性接触，而且在刷架95上安装接线端子96，易于实现外部电源与电刷93的连接，使导电滑环装置9的结构更简单，安装和接线都易于实现。
其中，所述的导电滑环装置9还包括定子97，刷架95通过定子97安装在空心轴91外，定子91同轴设置在空心轴91外周，且两端分别与主动机体1和从动机体2密封配合连接，刷架95固定在定子97上。定子97的设置实现磁性联轴器的静密封，省去了内、外磁体之间的隔离罩，尽可能地减小了内、外转子之间磁路的工作气隙，从而增强了工作磁场，增大传递扭矩，拓宽了磁性联轴器的应用范围。而且刷架95固定在定子97上，可保证刷架95不会被空心轴91的转动而转动，导电滑环装置9的结构可靠性更高，且仅通过空心轴91与主动转子5的分离式安装，即可实现导电滑环装置9的安装，其结构简单，安装方便，定子97分别与主、从动侧的机体相连，实现整体的密封，省去磁性联轴器中的隔离罩，减小工作气隙，增大传递扭矩。
以上所述的磁性联轴器的使用调节方法，根据使用工况中的传递扭矩要求，调节外磁体7的电流大小，以调节磁性联轴器的传递扭矩及电磁刚度，实现对磁性联轴器的过载保护和缓冲减振。
以上所述的调节方法中外磁体7励磁线圈通过改变电流来控制磁场变化，从而实现磁性联轴器传递扭矩可变，通过改变传递扭矩的大小可使得联轴器能适用于不同传递扭矩要求的工况及场合，提高了联轴器的通用性。 在机器过载时，通过改变电流大小来提高扭矩，避免联轴器失效或打滑现象，实现过载保护，更加可靠；磁性联轴器在保证传递扭矩的同时，可根据实际应用工况下的振动冲击特性，通过控制励磁线圈电流大小来匹配设计出最优的电磁刚度参数，从而达到更优的缓冲减振效果。
以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.磁性联轴器，连接主动机体（1）的主动轴（3）和从动机体（2）的从动轴（4），包括套装在主动轴（3）上的主动转子（5）、套装在从动轴（4）上的从动转子（6）、装在主动转子（5）上的外磁体（7）和装在从动转子（6）上且位于外磁体（7）内侧的内磁体（8），内磁体（8）的数量为多个且沿从动转子（6）周向均匀分布，外磁体（7）与内磁体（8）沿径向一一对齐，内磁体（8）和外磁体（7）均沿径向充磁，相邻的内磁体（8）充磁方向相反，相邻的外磁体（7）充磁方向相反，且内磁体（8）的磁极与对应的外磁体（7）的磁极相反，主动转子（5）和从动转子（6）通过外磁体（7）产生的磁场和内磁体（8）产生的磁场组成工作磁路，其特征在于至少所述的外磁体（7）为通过供电产生工作磁场的励磁线圈；
所述的内磁体（8）为永磁体，外磁体（7）为通过供电产生工作磁场的励磁线圈，主动转子（5）管状结构，内端套装在主动轴（3）上，内磁体（8）沿周向均匀表贴在从动转子（6）的外周面，且沿轴向伸入至主动转子（5）内腔中，外磁体（7）装在主动转子（5）的内壁上，与内磁体（8）沿径向一一对齐且不接触，主动转子（5）上装有与对外磁体（7）进行供电的导电滑环装置（9），导电滑环装置（9）分别与外磁体（7）和外部电源电连接；
所述的主动转子（5）的内壁上具有沿轴向设置且与内磁体（8）一一对应的缠绕凸缘（51），缠绕凸缘（51）从主动转子（5）的内壁上沿径向向内凸起，励磁线圈沿轴向缠绕在缠绕凸缘（51）上形成外磁体（7）；
所述的主动转子（5）的内壁上具有沿径向设置的环形平面（52），环形平面（52）与缠绕凸缘（51）沿轴向隔开，励磁线圈沿轴向缠绕在缠绕凸缘（51）上且轴向内端与环形平面（52）接触，轴向外端与主动转子（5）的外端齐平；
所述的导电滑环装置（9）包括套装在主动转子（5）上的空心轴（91）、紧套在空心轴（91）上的滑环（92）、装在空心轴（91）外且与滑环（92）弹性接触的电刷（93），滑环（92）的数量为多个且沿空心轴（91）轴向均匀分布，滑环（92）通过导线与外磁体（7）电连接，电刷（93）一端与滑环（92）弹性接触，另一端可与外部电源连接，电刷（93）随滑环（92）的转动在滑环（92）上刷动传导电流；
所述的空心轴（91）上套装有绝缘套（94），滑环（92）紧套在绝缘套（94）上，且相邻的滑环（92）沿轴向隔开不接触；
所述的绝缘套（94）上开有与滑环（92）相对应的环形凹槽（94.1），滑环（92）嵌入环形凹槽（94.1）中，电刷（93）一端伸入环形凹槽（94.1）中与滑环（92）弹性接触；
所述的导电滑环装置（9）还包括装在空心轴（91）外的刷架（95），电刷（93）远离滑环（92）的一端连接在刷架（95）上，且刷架（95）上具有与电刷（93）相对应的弹簧 ，电刷（93）通过弹簧的压紧力与滑环（92）弹性接触，刷架（95）上具有可与外部电源连接的接线端子（96），接线端子（96）与电刷（93）电连接；
所述的导电滑环装置（9）还包括定子（97），刷架（95）通过定子（97）安装在空心轴（91）外，定子（97 ）同轴设置在空心轴（91）外周，且两端分别与主动机体（1）和从动机体（2）密封配合连接，刷架（95）固定在定子（97）上。
2.权利要求1所述的磁性联轴器的使用调节方法，根据使用工况中的传递扭矩要求，调节外磁体（7）的电流大小，以调节磁性联轴器的传递扭矩及电磁刚度，实现对磁性联轴器的过载保护和缓冲减振。
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