CN111130306B - 一种磁力偶合器用双连杆调速机构及调速方法 - Google Patents
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Abstract
一种磁力偶合器用双连杆调速机构及调速方法。本发明涉及磁力偶合器控制器技术领域，一种新型的调速传动系统，以磁场为媒介采用非接触式机械结构进行传动，通过双连杆调速机构同步调节铜导体和永磁体之间的气隙，无需齿轮齿条等辅助同步机构，可以精确控制从电动机到负载传递的转矩，从而实现负载速度的调节。具有实现无级调速，节能效果好，结构简单，零部件少，加工方便，传动更加平稳的特点。调速机构调速时同步性更好，输入及输出侧调速机构皆独立移动，互不干扰，无齿轮齿条等零部件间的摩擦阻力，受力均匀，轴向力小，可精确控制铜盘与永磁体盘之间气隙，调速效果及可靠性大大提高，提高了调速型磁力偶合器的应用性能。另外，本发明还提出一种一种磁力偶合器用双连杆调速方法。
Description
技术领域
本发明涉及磁力偶合器控制器技术领域，特别是一种磁力偶合器用双连杆调速机构。
背景技术
磁力偶合器是一种通过磁场非接触式传递扭矩的传动装置，其可以实现无级调速，达到显著的节能效果；减少冲击和振动，协调多机驱动的负荷分配；实现电机平稳渐进的柔性启动/停止；降低系统整体运行成本；保护电机，延长系统使用寿命；稳定性和可靠性大幅提高，负载转速高、功率大时优势明显；不对电网产生谐波干扰，不受电压降低的影响；可消除电机与负载间的振动传递，延长系统使用寿命；维护和保养费用低。而调速型磁力偶合器则是通过调节气隙的大小，从而改变输出转矩的大小，其主要作用是提高电机启动性能、保护电机、过载保护、减少冲击和振动、协调多机驱动的负载合理分配，同时，在电机转速基本不变的情况下实现输出转速的无级调速。因而其在皮带输送机、风机、水泵等需要调节的系统中有着极其广泛的应用。
目前调速型磁力偶合器的调速机构调节气隙大小主要是通过执行器推动单个连杆带动两个永磁转子轴向移动，并通过设于两个永磁转子间的连接体及齿轮齿条式机构实现同步相向移动，其零部件复杂，数量较多，加工精度要求高，装配困难，零部件易磨损，传动同步性误差大，轴向移动阻力较大，所需传动扭矩大，易卡滞，对轴承冲击较大，降低了调速系统精度，影响了调速型磁力偶合器的应用性能及运转稳定性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出的双连杆机构调速的磁力偶合器是一种新型的调速传动系统，以磁场为媒介采用非接触式机械结构进行传动，通过双连杆调速机构同步调节铜导体和永磁体之间的气隙，无需齿轮齿条等辅助同步机构，可以精确控制从电动机到负载传递的转矩，从而实现负载速度的调节。具体技术优势如下：(1)实现无级调速，节能效果好。(2)结构简单，零部件少，加工方便，传动更加平稳。(3)调速机构调速时同步性更好，输入及输出侧调速机构皆独立移动，互不干扰，无齿轮齿条等零部件间的摩擦阻力，受力均匀，轴向力小，可精确控制铜盘与永磁体盘之间气隙，调速效果及可靠性大大提高，提高了调速型磁力偶合器的应用性能。另外，本发明还提出一种一种磁力偶合器用双连杆调速方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
在第一个技术方案中，一种磁力偶合器用双连杆调速机构，包括
负载轴；
调速内套，其套置在负载轴的外侧，且调速内套上具有镂空的弧形槽I 和镂空的弧形槽II，其中弧形槽I靠近输入端，弧形槽II靠近输出端，所述弧形槽I和弧形槽II第一端轴向平齐且第二端轴向平齐，所述弧形槽I和弧形槽II形成径向对称；
输入侧永磁体盘，其固定在负载轴的磁力偶合端，并可随负载轴转动；
输入侧调速组件，包括轴承I和输入侧连接组件，所述轴承I包括轴承内套I和轴承外套I，轴承内套I固定在套装在负载轴上，输入侧连接组件连接轴承外套I且穿过弧形槽II；
输出侧调速组件，包括轴承II和输出侧连接组件，所述轴承II包括轴承内套II和轴承外套II，轴承内套II可轴向滑动的的连接在负载轴上并可随负载轴转动，所述输出侧连接组件连接轴承外套II且穿过弧形槽I，所述轴承内套II连接输出侧永磁体盘；
输出侧永磁体盘，其固定连接在轴承内套II上并可随轴承内套II轴向滑动，输出侧永磁体盘可随负载轴以及轴承内套II转动；
所述输入侧连接组件和输出侧连接组件可分别在弧形槽I和弧形槽II 内同步圆周向移动，通过调速内套与输入侧调速组件、输出侧调速组件的配合，驱动输入侧永磁体盘和输出侧永磁体盘同步且等距的靠近或远离。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述所述弧形槽I和弧形槽II形成径向对称的“八”字形。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述负载轴为输出花键轴，所述输出侧永磁体盘以及轴承内套II连接在输出花键轴花键上。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述磁力偶合器用双连杆调速机构还包括的执行机构，该执行机构用于驱动输入侧连接组件和输出侧连接组件同步在调速内套的弧形槽I和弧形槽II内移动。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述执行机构与所述输入侧连接组件和输出侧连接组件通过关节轴承实现万向连接。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述输入侧连接组件和输出侧连接组件分别与弧形槽I和弧形槽II紧密配合，使所述输入侧连接组件与弧形槽 I配合无晃动，且使所述输出侧连接组件与弧形槽II配合无晃动。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述轴承内套II与所述负载轴通过轴肩定位。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述磁力偶合器用双连杆调速机构与动力输入组件配合，所述动力输入组件包括输入轴和导体结构，所述导体结构为具有内部空腔的柱状体，所述内部空腔也为柱状且与导体结构同轴，所述导体结构朝向内部空腔的两端面为导体铜盘，所述输入轴连接在导体结构的一侧端面中心处，所述负载轴穿过导体结构的另一侧端面中心处，所述输入侧永磁体盘和输出侧永磁体盘置于内部空腔中，且输入侧永磁体盘和输出侧永磁体与导体结构两内端的导体铜盘等间距设置并形成等间距的气隙。
在第二个技术方案中，一种磁力偶合器用双连杆调速方法，使用第一个技术方案中任一项所述的磁力偶合器用双连杆调速机构，当磁力偶合器需要调速时，外部的执行机构驱动输入侧连接组件和输出侧连接组件分别在弧形槽I和弧形槽II内同步圆周向移动，通过调速内套与输入侧调速组件、输出侧调速组件的配合，进而带动输入侧永磁体盘及输出侧永磁体盘同步向相反的方向移动，以起到调节气隙大小，最终改变输出转速及扭矩的作用。
使用本发明的有益效果是：
双连杆机构调速的磁力偶合器解决了机械传动调速领域存在的技术问题，具体效果如下所述：
(1)合理的调速结构，可精确控制铜盘与永磁体盘之间气隙，实现无级调速功能。
(2)解决了偶合器在传统机械传动领域恶劣环境适应性差，易损坏的问题。
(3)调速机构结构简单，加工精度及配合精度要求不高，双连杆同步驱动，解决了轴向移动同步性差、轴向阻力大的问题。
(4)提出了一种新型的磁力偶合器调速机构。
附图说明
图1为本发明磁力偶合器用双连杆调速机构的应用在磁力偶合器中气隙最大状态的示意图。
图2为本发明磁力偶合器用双连杆调速机构中执行机构的结构示意图。
图3为本发明磁力偶合器用双连杆调速机构中输入侧调速机构结构示意图。
图4为本发明磁力偶合器用双连杆调速机构中输出侧调速机构结构示意图。
图5为本发明磁力偶合器用双连杆调速机构中输入侧调速组件结构示意图。
图6为本发明磁力偶合器用双连杆调速机构中输出侧调速组件结构示意图。
图7为本发明磁力偶合器用双连杆调速机构中调速内套结构示意图。
图8为本发明磁力偶合器用双连杆调速机构的应用在磁力偶合器中气隙最小状态的示意图。
附图标记包括：
1-输入轴承座，2-输入轴，3-输入侧铜盘，4-输入侧永磁体盘，5-输出侧永磁体盘，6-输出侧铜盘，7-输出花键轴，8-输出侧调速组件，9-调速内套，10-输入侧调速组件，11-输出轴承座，12-底座，13-执行机构，14-连杆， 15-关节轴承，16-连接销，17-操纵柄，18-调速外套，19-自润滑轴套，20- 凸轮销轴，21-轴套，22-轴承外套I，23-轴承压板，24-轴承内套I，25- 压盖I，26-输出端盖，27-压盖II，28-轴承内套II，29-压盖III，30-轴承外套II，31-弧形槽I，32-弧形槽II。
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。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
如图1-图8所示，本实施例提出的磁力偶合器用双连杆14调速机构，包括
负载轴；
调速内套9，其套置在负载轴的外侧，且调速内套9上具有镂空的弧形槽I31和镂空的弧形槽II32，其中弧形槽I31靠近输入端，弧形槽II32靠近输出端，弧形槽I31和弧形槽II32第一端轴向平齐且第二端轴向平齐，弧形槽I31和弧形槽II32形成径向对称；
输入侧永磁体盘4，其固定在负载轴的磁力偶合端，并可随负载轴转动；
输入侧调速组件10，包括轴承I和输入侧连接组件，轴承I包括轴承内套I24和轴承外套I22，轴承内套I24固定在套装在负载轴上，输入侧连接组件连接轴承外套I22且穿过弧形槽II32；
输出侧调速组件8，包括轴承II和输出侧连接组件，轴承II包括轴承内套II28和轴承外套II30，轴承内套II28可轴向滑动的的连接在负载轴上并可随负载轴转动，输出侧连接组件连接轴承外套II30且穿过弧形槽I31，轴承内套II28连接输出侧永磁体盘5；
输出侧永磁体盘5，其固定连接在轴承内套II28上并可随轴承内套II28 轴向滑动，输出侧永磁体盘5可随负载轴以及轴承内套II28转动；
输入侧连接组件和输出侧连接组件可分别在弧形槽I31和弧形槽II32 内同步圆周向移动，通过调速内套9与输入侧调速组件10、输出侧调速组件 8的配合，驱动输入侧永磁体盘4和输出侧永磁体盘5同步且等距的靠近或远离。
弧形槽I31和弧形槽II32形成径向对称的“八”字形。
负载轴为输出花键轴7，输出侧永磁体盘5以及轴承内套II28连接在输出花键轴7花键上。
磁力偶合器用双连杆14调速机构还包括的执行机构13，该执行机构13 用于驱动输入侧连接组件和输出侧连接组件同步在调速内套9的弧形槽I31 和弧形槽II32内移动。
执行机构13与输入侧连接组件和输出侧连接组件通过关节轴承15实现万向连接。
输入侧连接组件和输出侧连接组件分别与弧形槽I31和弧形槽II32紧密配合，使输入侧连接组件与弧形槽I31配合无晃动，且使输出侧连接组件与弧形槽II32配合无晃动。
轴承内套II28与负载轴通过轴肩定位。
磁力偶合器用双连杆14调速机构与动力输入组件配合，动力输入组件包括输入轴2和导体结构，导体结构为具有内部空腔的柱状体，内部空腔也为柱状且与导体结构同轴，导体结构朝向内部空腔的两端面为导体铜盘，输入轴2连接在导体结构的一侧端面中心处，负载轴穿过导体结构的另一侧端面中心处，输入侧永磁体盘4和输出侧永磁体盘5置于内部空腔中，且输入侧永磁体盘4和输出侧永磁体与导体结构两内端的导体铜盘等间距设置并形成等间距的气隙。
实施例2
一种磁力偶合器用双连杆14调速方法，使用实施例1中提出的磁力偶合器用双连杆14调速机构，当磁力偶合器需要调速时，外部的执行机构13 驱动输入侧连接组件和输出侧连接组件分别在弧形槽I31和弧形槽II32内同步圆周向移动，通过调速内套9与输入侧调速组件10、输出侧调速组件8 的配合，进而带动输入侧永磁体盘4及输出侧永磁体盘5同步向相反的方向移动，以起到调节气隙大小，最终改变输出转速及扭矩的作用。
实施例3
结合实施例1的磁力偶合器用双连杆14调速机构、以及实施例2中的磁力偶合器用双连杆14调速方法，本调速机构及调速方法的具体方法如下。
如图1及图2所示，双连杆14机构调速的磁力偶合器主要由输入轴2 承座1、输入轴2、输入侧铜盘3、输入侧永磁体盘4、输出侧永磁体盘5、输出侧铜盘6、输出花键轴7、输出侧调速组件8、调速内套9、输入侧调速组件10、输出轴承座11、底座12、执行机构13组成。
输入轴2与输入侧铜盘3、输出侧铜盘6相连并通过相应轴承安装于输入轴2承座1内，并可共同旋转，其共同组成输入组件，提供来自电机端的输入转矩。输入侧永磁体盘4、输出侧永磁体盘5、输出侧调速组件8、输入侧调速组件10轴连接于输出花键轴7上，并通过调速内套9、相应轴承、螺栓及与输出花键轴7上花键相配对的花键套连接于输出轴承座11上，并可共同旋转，其共同组成输出组件，向负载输出转矩。输入组件、输出组件及执行机构13一同安装于底座12上，组成双连杆14机构调速的磁力偶合器。
输入侧永磁体盘4通过键与输出花键轴7一端相连，输入侧调速组件10 与调速内套9一端相连，并通过输出花键轴7上的台肩及圆螺母固定于输出轴另一端，共同组成输入侧调速机构，如图3所示。出侧调速组件与调速内套9另一端相连，输出侧永磁体盘5与输出侧调速组件8通过轴承及螺栓连为一体，通过花键与输出花键轴7相连，共同组成输出侧调速机构，如图4 所示。
如图5所示，连杆14一端通过关节轴承15及连接销16与操纵柄17相连，另一端通过另一关节轴承15与执行机构13相连，其整体通过螺栓连接于调速外套18上，调速外套18、自润滑轴套19通过凸轮销轴20利用调速内套9上的弧形槽与轴承外套I22相连，调速内套9与凸轮销轴20之间装有轴套21，轴承外套I22、轴承I、轴承压板23、轴承内套I24、压盖I25 通过输出花键轴7上的台肩及圆螺母固定于输出花键轴7，其共同组成输入侧调速组件10。
如图6所示，另一连杆14一端通过另一关节轴承15及另一连接销16 与另一操纵柄17相连，另一端通过另一关节轴承15与执行机构13相连，其整体通过螺栓连接于另一调速外套18上，调速外套18、自润滑轴套19通过凸轮销轴20利用调速内套9上的另一弧形槽与轴承外套II30相连，调速内套9II与凸轮销轴20之间装有轴套21，轴承外套II30、轴承、调速内套9II、输出端盖26、压盖II27、压盖III29通过输出花键轴7上的花键与输出花键轴 77连接，其共同组成输出侧调速组件8。
当磁力偶合器需要调速时，执行机构13通过连杆14带动输入侧调速机构及输出侧调速机构同步沿着调速内套9上的方向相反的两个弧形槽I31及弧形槽II32(如图7)旋转，并沿着输出花键轴7上花键做轴向移动，进而带动输入侧永磁体盘4及输出侧永磁体盘5同步向相反的方向移动，进而起到调节气隙(即输入侧铜盘3与输入侧永磁体盘4之间间隙，输出侧永磁体盘5及输出侧铜盘6之间间隙)大小，改变输出转速及扭矩的作用。
如果输入侧永磁体盘4及输出侧永磁体盘5分别向远离输入侧铜盘3及输出侧铜盘6的位置移动，直至图1位置，则为调节至最大气隙的磁力偶合器结构，此时输出扭矩最小；如果输入侧永磁体盘4及输出侧永磁体盘5分别向靠近输入侧铜盘3及输出侧铜盘6的位置移动，直至图8位置，则为调节至最小气隙的磁力偶合器结构，此时输出扭矩最大。
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 (9)
1.一种磁力偶合器用双连杆调速机构，其特征在于：包括
负载轴；
调速内套，其套置在负载轴的外侧，且调速内套上具有镂空的弧形槽Ⅰ和镂空的弧形槽Ⅱ，其中弧形槽Ⅰ靠近输入端，弧形槽Ⅱ靠近输出端，所述弧形槽Ⅰ和弧形槽Ⅱ第一端轴向平齐且第二端轴向平齐，所述弧形槽Ⅰ和弧形槽Ⅱ形成径向对称；
输入侧永磁体盘，其固定在负载轴的磁力偶合端，并可随负载轴转动；
输入侧调速组件，包括轴承Ⅰ和输入侧连接组件，所述轴承Ⅰ包括轴承内套Ⅰ和轴承外套Ⅰ，轴承内套Ⅰ固定在套装在负载轴上，输入侧连接组件连接轴承外套Ⅰ且穿过弧形槽Ⅱ；
输出侧调速组件，包括轴承Ⅱ和输出侧连接组件，所述轴承Ⅱ包括轴承内套Ⅱ和轴承外套Ⅱ，轴承内套Ⅱ可轴向滑动的连接在负载轴上并可随负载轴转动，所述输出侧连接组件连接轴承外套Ⅱ且穿过弧形槽Ⅰ，所述轴承内套Ⅱ连接输出侧永磁体盘；
输出侧永磁体盘，其固定连接在轴承内套Ⅱ上并可随轴承内套Ⅱ轴向滑动，输出侧永磁体盘可随负载轴以及轴承内套Ⅱ转动；
所述输入侧连接组件和输出侧连接组件可分别在弧形槽Ⅰ和弧形槽Ⅱ内同步圆周向移动，通过调速内套与输入侧调速组件、输出侧调速组件的配合，驱动输入侧永磁体盘和输出侧永磁体盘同步且等距的靠近或远离。
2.根据权利要求1所述的磁力偶合器用双连杆调速机构，其特征在于：所述弧形槽Ⅰ和弧形槽Ⅱ形成径向对称的“八”字形。
3.根据权利要求1所述的磁力偶合器用双连杆调速机构，其特征在于：所述负载轴为输出花键轴，所述输出侧永磁体盘以及轴承内套Ⅱ连接在输出花键轴花键上。
4.根据权利要求1所述的磁力偶合器用双连杆调速机构，其特征在于：所述磁力偶合器用双连杆调速机构还包括的执行机构，该执行机构用于驱动输入侧连接组件和输出侧连接组件同步在调速内套的弧形槽Ⅰ和弧形槽Ⅱ内移动。
5.根据权利要求4所述的磁力偶合器用双连杆调速机构，其特征在于：所述执行机构与所述输入侧连接组件和输出侧连接组件通过关节轴承，以实现万向连接。
6.根据权利要求1所述的磁力偶合器用双连杆调速机构，其特征在于：所述输入侧连接组件和输出侧连接组件分别与弧形槽Ⅰ和弧形槽Ⅱ紧密配合，使所述输入侧连接组件与弧形槽Ⅰ配合无晃动，且使所述输出侧连接组件与弧形槽Ⅱ配合无晃动。
7.根据权利要求1所述的磁力偶合器用双连杆调速机构，其特征在于：所述轴承内套Ⅱ与所述负载轴通过轴肩定位。
8.根据权利要求1所述的磁力偶合器用双连杆调速机构，其特征在于：所述磁力偶合器用双连杆调速机构与动力输入组件配合，所述动力输入组件包括输入轴和导体结构，所述导体结构为具有内部空腔的柱状体，所述内部空腔也为柱状且与导体结构同轴，所述导体结构朝向内部空腔的两端面为导体铜盘，所述输入轴连接在导体结构的一侧端面中心处，所述负载轴穿过导体结构的另一侧端面中心处，所述输入侧永磁体盘和输出侧永磁体盘置于内部空腔中，且输入侧永磁体盘和输出侧永磁体与导体结构两内端的导体铜盘等间距设置并形成等间距的气隙。
9.一种磁力偶合器用双连杆调速方法，使用权利如权利要求1-8任一项所述的磁力偶合器用双连杆调速机构，其特征在于：当磁力偶合器需要调速时，外部的执行机构驱动输入侧连接组件和输出侧连接组件分别在弧形槽Ⅰ和弧形槽Ⅱ内同步圆周向移动，通过调速内套与输入侧调速组件、输出侧调速组件的配合，进而带动输入侧永磁体盘及输出侧永磁体盘同步向相反的方向移动，以起到调节气隙大小，最终改变输出转速及扭矩的作用。
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