CN111106735A - 一种单永磁转子的同步型永磁偶合器 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿行业传动设备，一种单永磁转子的同步型永磁偶合器，包括输入端连轴节、输出端连轴节、永磁转子和磁阻转子，其中永磁转子和磁阻转子，其中磁阻转子连接输入端连轴节或输出端连轴节之一，永磁转子连接输入端连轴节或输出端连轴节之另一；所述磁阻转子为由硅钢片叠压而成的凸极式转子，所述永磁转子容置槽，且所述磁阻转子的齿数与所述容置槽的数量一致且为偶数个，所述容置槽内安装有永磁体，相邻所述永磁体的磁极交错设置。本永磁偶合器在的优点下，克服了双永磁转子同步型永磁偶合器因负载卡死导致磁钢温升过高而退磁的难题，同时简化了永磁偶合器的结构，减小了永磁偶合器对磁钢的需求，降低了永磁偶合器的生产成本。

Description

一种单永磁转子的同步型永磁偶合器

技术领域

本发明属于传动连接设备，特别是永磁偶合器设备。

背景技术

传动设备负责将电机等动力设备的输出能量传递到工作机上，其效率直 接影响了生产成本。目前我国的传动设备大部分为液力偶合器，以及涡流式 永磁偶合器，这两种传动设备均需要依靠转差转速的存在来实现能量的传递， 存在效率上的损耗，且会引起传动部件温度的升高，过载时，传动部件的温 度会进一步升高，影响设备的正常运行，存在隐患。

同步型永磁偶合器在内外转子上均安置磁钢，在设备运行时依靠内外转 子磁钢之间的吸力实现转矩传递，具有无损传动、无谐波干扰、纯机械结构、 无接触传动等优点。但是同步型永磁偶合器本体并不具备过载保护功能，在 负载过载时，同步型永磁偶合器内外转子之间发生相对位移，磁钢切割气隙 磁场时在磁钢内部产生涡流，引起磁钢温度的升高，当温度高于磁钢最高允 许温升时，磁钢将会彻底损坏，导致生产停止。

当前，有的生产厂家将内外转子共同安置在丝杠上，当设备正常运行时， 内外转子同步运行，内转子不会在丝杠上发生轴向位移，当负载卡死时，内 外转子失步运行，内转子在丝杠的作用下发生轴向移动，内外转子啮合面降 为0，永磁偶合器不再传递转矩，电机空载运行。但是这种永磁偶合器舍弃 了无接触传动的优势，负载的振动将通过丝杠传递到电机上，影响电机正常 运行。

也有生产厂家在永磁偶合器外侧安置两只温度传感器检测永磁偶合器的 外表面温度及环境温度。永磁偶合器正常运行时设备温度与环境温度相同， 当负载卡死时，偶合器出现温升，两温度传感器返回电流值出现差异，当电 流差值大于预设值时，发出报警信号，将电机停机。但这种结构需要额外配 置电控系统，增加了同步型永磁偶合器的复杂程度。

目前设计的同步型永磁偶合器内外转子均安置磁钢，致使偶合器在负载 卡死时容易出现以下问题：

1)磁钢切割气隙磁场，在内部产生涡流损耗导致磁钢温度升高，长时间 运行会使磁钢发生不可逆损坏；2)偶合器内外转子失步运行，其传递转矩呈 正弦变化，作用到电机上表现为电机一直在过载、制动等状态切换，易造成 电机损坏；3)丝杠结构能解决过载保护问题，但是负载振动会传递到电机上， 使电机不能平稳运行；4)温度传感器需要额外接线，过载停机的控制策略增 加了电机的起停次数，容易造成电机温度升高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出的一种单永磁转子的同步型永磁偶合器， 在保留永磁偶合器隔振、无接触传动、高效的优点下，克服了双永磁转子同 步型永磁偶合器因负载卡死导致磁钢温升过高而退磁的难题，同时简化了永 磁偶合器的结构，减小了永磁偶合器对磁钢的需求，降低了永磁偶合器的生 产成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种单永磁转子的同步型永磁偶合器，包括输入端连轴节、输出端连轴 节、永磁转子和磁阻转子，其中永磁转子和磁阻转子，其中磁阻转子连接输 入端连轴节或输出端连轴节之一，永磁转子连接输入端连轴节或输出端连轴 节之另一；所述磁阻转子为由硅钢片叠压而成的凸极式转子，所述永磁转子 容置槽，且所述磁阻转子的齿数与所述容置槽的数量一致且为偶数个，所述 容置槽内安装有永磁体，相邻所述永磁体的磁极交错设置，所述永磁转子和 磁阻转子的齿与所述永磁转子的永磁体对应配合，以使输入端连轴节和输出端连轴节偶合。

作为优选的，所述单永磁转子的同步型永磁偶合器为单筒式结构，所述 永磁转子和磁阻转子均为筒式结构，且永磁转子同轴心套装磁阻转子的外侧， 永磁转子的永磁体设置在永磁转子内侧面，磁阻转子的齿位于磁阻转子的外 环面。

作为优选的，所述单永磁转子的同步型永磁偶合器为双筒式结构，所述 磁阻转子包括磁阻内转子和磁阻外转子，所述磁阻内转子和磁阻外转子同轴 设置，磁阻内转子和磁阻外转子之间形成环形的容纳腔，所述永磁转子装配 在容纳腔中，所述磁阻内转子的齿位于磁阻内转子的外环面，所述磁阻外转 子的齿位于磁阻外转子的内环面，所述永磁转子中的永磁体径向贯穿永磁转 子。

作为优选的，所述单永磁转子的同步型永磁偶合器为双盘式结构，所述 永磁转子有两个且为盘状结构，两个永磁转子同轴心间隔设置，两个永磁转 子向对端面设有磁体盖，使两个永磁转子得背向的外侧端面为磁场作用面， 所述磁阻转子有两个且为盘式结构，两个磁阻转子与所述永磁转子同轴心， 磁阻转子的一端面具有齿，磁阻转子的该端面与永磁转子磁场作用面之间形 成气隙。

作为优选的，两个所述磁阻转子连接，使得两个磁阻转子同步转动。

作为优选的，所述单永磁转子的同步型永磁偶合器为单盘式结构，所述 永磁转子为盘状结构，且永磁转子的永磁体贯穿永磁转子的两端，所述磁阻 转子有两个且为盘状结构，磁阻转子与永磁转子同心设置，两个磁阻转子分 别临近永磁转子两侧端面设置，磁阻转子朝向永磁转子的端面上设有齿，永 磁转子的两侧端面与所述磁阻转子的齿所在面之间形成气隙。

作为优选的，两个所述磁阻转子连接，使得两个磁阻转子同步转动。

作为优选的，所述单永磁转子的同步型永磁偶合器还包括套筒，所述套 筒套装在两个所述磁阻转子的外环面上，套筒的两端部分别和两个所述磁阻 转子的外环处固定连接。

作为优选的，所述套筒上对应气隙位置具有可拆卸的气隙观察孔螺栓。

作为优选的，所述套筒上设有安装定位螺栓，该安装定位螺栓可通过和 套筒齿啮合使安装定位螺栓的杆部向永磁转子的径向方向移动，该安装定位 螺栓用于临时定位永磁转子的轴向位置，避免在运输过程中两个永磁转子碰 撞。

使用本发明的有益效果是：

本永磁偶合器在保留传统磁力偶合器的优点之外，当负载卡死时，由硅 钢片叠压而成的凸级转子切割气隙磁场，转子上产生的涡流小，温升低，不 会使永磁转子上的磁钢发生损坏。

附图说明

图1为本发明单永磁转子的同步型永磁偶合器实施例1中应用在单筒式 结构永磁偶合器的结构示意图。

图2为图1中沿A-A向的剖视图。

图3为本发明单永磁转子的同步型永磁偶合器实施例2中应用在双筒式 结构永磁偶合器的结构示意图。

图4为图3中沿B-B向的剖视图。

图5为本发明单永磁转子的同步型永磁偶合器实施例3中应用在双盘式 结构永磁偶合器的结构示意图。

图6为图5中沿I部的局部放大图。

图7为本发明单永磁转子的同步型永磁偶合器实施例3中磁阻转子示意 图。

图8为图7中沿C-C向的剖视图。

图9为本发明单永磁转子的同步型永磁偶合器实施例3中应用在单盘式 结构永磁偶合器的结构示意图。

附图标记包括：

1-输入端连轴节，2-输入端转接盘，3-磁阻内转子，4-永磁体，5-永磁转 子，6-磁阻外转子，7-输出端转接盘，8-输出端连轴节，9-输入侧磁阻转子， 10-永磁转子固定盘，11-磁体安装盘，12-套筒，13-磁体盖，14-永磁转子连 接盘，15-输出轴，16-安装定位螺栓，17-气隙观察孔螺栓，18-永磁体安装盘， 19-输出侧磁阻转子。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体 实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性 的，而不是要限制本技术方案的范围。

一种单永磁转子5的同步型永磁偶合器，包括输入端连轴节1、输出端 连轴节8、永磁转子5和磁阻转子，其中永磁转子5和磁阻转子，其中磁阻 转子连接输入端连轴节1或输出端连轴节8之一，永磁转子5连接输入端连 轴节1或输出端连轴节8之另一；磁阻转子为由硅钢片叠压而成的凸极式转 子，永磁转子5容置槽，且磁阻转子的齿数与容置槽的数量一致且为偶数个， 容置槽内安装有永磁体4，相邻永磁体4的磁极交错设置，永磁转子5和磁阻转子的齿与永磁转子5的永磁体4对应配合，以使输入端连轴节1和输出 端连轴节8偶合。

单永磁转子5的同步型永磁偶合器为单筒式结构，永磁转子5和磁阻转 子均为筒式结构，且永磁转子5同轴心套装磁阻转子的外侧，永磁转子5的 永磁体4设置在永磁转子5内侧面，磁阻转子的齿位于磁阻转子的外环面。

单永磁转子5的同步型永磁偶合器为双筒式结构，磁阻转子包括磁阻内 转子3和磁阻外转子6，磁阻内转子3和磁阻外转子6同轴设置，磁阻内转 子3和磁阻外转子6之间形成环形的容纳腔，永磁转子5装配在容纳腔中， 磁阻内转子3的齿位于磁阻内转子3的外环面，磁阻外转子6的齿位于磁阻 外转子6的内环面，永磁转子5中的永磁体4径向贯穿永磁转子5。

单永磁转子5的同步型永磁偶合器为双盘式结构，永磁转子5有两个且 为盘状结构，两个永磁转子5同轴心间隔设置，两个永磁转子5向对端面设 有磁体盖13，使两个永磁转子5得背向的外侧端面为磁场作用面，磁阻转子 有两个且为盘式结构，两个磁阻转子与永磁转子5同轴心，磁阻转子的一端 面具有齿，磁阻转子的该端面与永磁转子5磁场作用面之间形成气隙。

单永磁转子5的同步型永磁偶合器为单盘式结构，永磁转子5为盘状结 构，且永磁转子5的永磁体4贯穿永磁转子5的两端，磁阻转子有两个且为 盘状结构，磁阻转子与永磁转子5同心设置，两个磁阻转子分别临近永磁转 子5两侧端面设置，磁阻转子朝向永磁转子5的端面上设有齿，永磁转子5 的两侧端面与磁阻转子的齿所在面之间形成气隙。

单永磁转子5的同步型永磁偶合器为单盘式结构和，单永磁转子5的同 步型永磁偶合器为双盘式结构两种情况下，两个磁阻转子连接，使得两个磁 阻转子同步转动。

单永磁转子5的同步型永磁偶合器还包括套筒12，套筒12套装在两个 磁阻转子的外环面上，套筒12的两端部分别和两个磁阻转子的外环处固定连 接。

套筒12上对应气隙位置具有可拆卸的气隙观察孔螺栓17。套筒12上设 有安装定位螺栓16，该安装定位螺栓16可通过和套筒12齿啮合使安装定位 螺栓16的杆部向永磁转子5的径向方向移动，该安装定位螺栓16用于临时 定位永磁转子5的轴向位置，避免在运输过程中两个永磁转子5碰撞。

本永磁偶合器的原理如下：

单永磁转子5的同步型永磁偶合器由永磁转子5和磁阻转子组成。其中 永磁转子5上均匀开有偶数个槽，槽内安置永磁体4，永磁体4呈NS级交错 放置；凸级转子由硅钢片叠压而成，硅钢片有与永磁体4个数相同的齿。此 种结构下，永磁偶合器气隙磁场完全由永磁转子5提供，磁阻转子只起磁场 回路作用。若永磁体4级对数为p，则同步型永磁偶合器每级角度α＝2π/2p。 当单永磁转子5的同步型永磁偶合器静止时，永磁体4中心线与硅钢片上齿的中心线重合，两转子夹角θ为0度；当单永磁转子5的同步型永磁偶合器 运行时，永磁体4中心线与硅钢片上齿的中心线不再重合，两转子的夹角与 负载大小呈正相关，运行时最大夹角为α/4，如图2所示；当单永磁转子5 的同步型永磁偶合器有一个转子卡死时，另一转子继续旋转，只有凸级转子 切割气隙磁场，在凸级转子的齿上产生涡流，硅钢片阻断了涡流通路，涡流 强度降低，凸级转子温升远低于双永磁转子5的同步型永磁偶合器，保护永 磁体4不会损坏。

以下通过实施例详细说明本永磁偶合器的实施方式。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例中，输入端连轴节1和输出端连轴节8用 于将永磁偶合器的转子与驱动系统及负载连接，两者可以相互调换，不影响 设备正常使用。输入端转接盘2和输出端转接盘7为内外转子和连轴节之间 的连接盘；磁阻内转子3上并未安放永磁体4，只有一定数量的凸级，使设 备的磁路发生改变，其个数与磁阻内转子3上凸级的个数相同。本设备中， 磁阻内转子3和永磁转子5可以相互调换，不影响设备正常使用

实施例2

本实施例中的永磁偶合器与实施例1中的永磁偶合器类似，区别在于磁 阻转子的结构。如图3、图4所示，输入端连轴节1和输出端连轴节8用于 将永磁偶合器的转子与驱动系统及负载连接，两者可以相互调换，不影响设 备正常使用。磁阻内转子3和磁阻外转子6均设置在输入端转接盘2右侧端 面，永磁转子5设置在输出端转接盘7左侧端面，磁阻内转子3和磁阻外转 子6上并未安放永磁体4，只有相同数量的凸级，且磁阻内外转子的凸级一一相对，凸级轴向重合，使设备的磁路发生改变；永磁体4安置在永磁转子 5上其个数与磁阻内转子3和磁阻外转子6上的凸极(齿)个数相同。本设 备中，磁阻内转子3和磁阻外转子6和永磁转子5可以相互调换，不影响其 正常使用。

实施例3

如图5所示，输入端连轴节1和输出端连轴节8用于将永磁偶合器的转 子与驱动系统及负载连接，两者可以相互调换，不影响设备正常使用。输入 侧磁阻转子9为磁阻转子其为盘式凸级结构，凸级尺寸与永磁体4的大小及 传递转矩有关。永磁转子固定盘10中，磁体安装盘11使用非导磁材料制成， 磁体安装盘11单侧开槽，槽内安放永磁体4，磁体安装盘11与磁体盖13一 同将永磁体4封闭。套筒12用来连接双盘磁阻转子，使两个转子可以同步运行。永磁转子固定盘10与永磁转子连接盘14一同用于固定永磁转子5在输 出轴15上的位置。

如图6所示，安装定位螺栓16用于使永磁偶合器的两个转子相对固定， 避免在运输过程中转子出现相互碰撞的现象。气隙观察孔螺栓17用于填充气 隙观察孔，避免粉尘进入到永磁偶合器内部。

本实施例中，磁阻转子即输入侧磁阻转子9和输出侧磁阻转子19的结 构如图7、图8结合所示。磁阻转子两侧朝向磁体转子一侧端面具有齿。

实施例4

本实施例中的永磁偶合器与实施例3中的永磁偶合器类似，区别在于永 磁转子5的结构。

输入端连轴节1和输出端连轴节8用于将永磁偶合器的转子与驱动系统 及负载连接，两者可以相互调换，不影响设备正常使用。输入侧磁阻转子9 和输出侧磁阻转子19其为盘式凸级结构，凸级尺寸与永磁体4的大小及传递 转矩有关；永磁体安装盘18，由两块非导磁材料拼接制成，其两端开槽，槽 内安放永磁体4。

通过上述实施例的说明，本单永磁转子5的同步型永磁偶合器取消了丝 杠结构，使两转子之间不存在机械连接，保留了永磁传动隔振的优点，同时 在运行过程中不需外接温度传感器，整套设备完全为机械部件，降低运行维 护成本。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据 本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要 这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种单永磁转子的同步型永磁偶合器，其特征在于：包括输入端连轴节、输出端连轴节、永磁转子和磁阻转子，其中永磁转子和磁阻转子，其中磁阻转子连接输入端连轴节或输出端连轴节之一，永磁转子连接输入端连轴节或输出端连轴节之另一；所述磁阻转子为由硅钢片叠压而成的凸极式转子，所述永磁转子容置槽，且所述磁阻转子的齿数与所述容置槽的数量一致且为偶数个，所述容置槽内安装有永磁体，相邻所述永磁体的磁极交错设置，所述永磁转子和磁阻转子的齿与所述永磁转子的永磁体对应配合，以使输入端连轴节和输出端连轴节偶合。

2.根据权利要求1所述的单永磁转子的同步型永磁偶合器，其特征在于：所述单永磁转子的同步型永磁偶合器为单筒式结构，所述永磁转子和磁阻转子均为筒式结构，且永磁转子同轴心套装磁阻转子的外侧，永磁转子的永磁体设置在永磁转子内侧面，磁阻转子的齿位于磁阻转子的外环面。

3.根据权利要求1所述的单永磁转子的同步型永磁偶合器，其特征在于：所述单永磁转子的同步型永磁偶合器为双筒式结构，所述磁阻转子包括磁阻内转子和磁阻外转子，所述磁阻内转子和磁阻外转子同轴设置，磁阻内转子和磁阻外转子之间形成环形的容纳腔，所述永磁转子装配在容纳腔中，所述磁阻内转子的齿位于磁阻内转子的外环面，所述磁阻外转子的齿位于磁阻外转子的内环面，所述永磁转子中的永磁体径向贯穿永磁转子。

4.根据权利要求1所述的单永磁转子的同步型永磁偶合器，其特征在于：所述单永磁转子的同步型永磁偶合器为双盘式结构，所述永磁转子有两个且为盘状结构，两个永磁转子同轴心间隔设置，两个永磁转子向对端面设有磁体盖，使两个永磁转子得背向的外侧端面为磁场作用面，所述磁阻转子有两个且为盘式结构，两个磁阻转子与所述永磁转子同轴心，磁阻转子的一端面具有齿，磁阻转子的该端面与永磁转子磁场作用面之间形成气隙。

5.根据权利要求4所述的单永磁转子的同步型永磁偶合器，其特征在于：两个所述磁阻转子连接，使得两个磁阻转子同步转动。

6.根据权利要求1所述的单永磁转子的同步型永磁偶合器，其特征在于：所述单永磁转子的同步型永磁偶合器为单盘式结构，所述永磁转子为盘状结构，且永磁转子的永磁体贯穿永磁转子的两端，所述磁阻转子有两个且为盘状结构，磁阻转子与永磁转子同心设置，两个磁阻转子分别临近永磁转子两侧端面设置，磁阻转子朝向永磁转子的端面上设有齿，永磁转子的两侧端面与所述磁阻转子的齿所在面之间形成气隙。

7.根据权利要求6所述的单永磁转子的同步型永磁偶合器，其特征在于：两个所述磁阻转子连接，使得两个磁阻转子同步转动。

8.根据权利要求4或6任一项所述的单永磁转子的同步型永磁偶合器，其特征在于：所述单永磁转子的同步型永磁偶合器还包括套筒，所述套筒套装在两个所述磁阻转子的外环面上，套筒的两端部分别和两个所述磁阻转子的外环处固定连接。

9.根据权利要求8所述的单永磁转子的同步型永磁偶合器，其特征在于：所述套筒上对应气隙位置具有可拆卸的气隙观察孔螺栓。

10.根据权利要求4或5所述的单永磁转子的同步型永磁偶合器，其特征在于：所述套筒上设有安装定位螺栓，该安装定位螺栓可通过和套筒齿啮合使安装定位螺栓的杆部向永磁转子的径向方向移动，该安装定位螺栓用于临时定位永磁转子的轴向位置，避免在运输过程中两个永磁转子碰撞。

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