CN113972810A - 一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及永磁传动领域，具体是一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器。本发明所提出的耦合器可通过单独改变某一极永磁体与导体盘之间的轴向距离，或者同时改变所有永磁体与导体盘之间的轴向距离进行转速调节。在导体盘轴向位置不变的情况下，通过转动永磁转子的螺纹套筒，可以改变单极永磁体与导体之间的轴向距离，来对耦合器进行速度调节。在永磁体轴向位置不变的情况下，可以通过旋转导体转子中的螺纹杆，来对导体的轴向位置进行调节，从而同时改变所有永磁体与导体之间的轴向距离，实现耦合器的调速。通过这两种调速方式的组合，本发明可以实现三种形式的调速方式。

Description

一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器
技术领域
本发明涉及机械传动领域，是一种通过磁场与感应电流之间的相互作用从而实现非接触传递扭矩的装置，具体是一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器，可以通过调节永磁转子中的单极永磁体的位置实现单极永磁体气隙厚度的调节，也可以通过调节导体转子中导体的位置实现整体气隙厚度的调节。
背景技术
耦合器是机械传动的重要组成部分，传统的机械耦合器在传递扭矩的过程中由于机械件之间的相互接触容易产生较大的磨损，并发出较大的噪声。此外，对于一些需要在密闭场合下进行扭矩传递的情况，机械耦合器的使用将会造成一定污染物的泄露。而磁力耦合器通过磁场与感应电流之间的相互作用，能够实现非接触式的扭矩传递，使得其能够应用到需要密闭传递扭矩的场合。此外其还具有柔性启动，过载保护，无噪声等诸多优点。磁力耦合器已被广泛的应用到了化工、冶金、轻纺、矿工、以及交通运输等行业之中。
在中国专利201210434324.7中，公开了一种可自动变速的磁力调速器，该磁力调速器由电机控制齿轮转动，再经由齿轮传动带动与锥齿轮相连的单头螺纹丝杠转动，在螺纹连接的作用下带动导体做轴向移动。虽然该专利可以通过调节导体的轴向位置进行转速调节，但是其转速调节方式过于单一，在进行微小转速调节时精度较低，难以控制。
发明内容
本发明提出了一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器，它可以通过调节永磁转子中的单极永磁体的位置实现单极永磁体气隙厚度的调节，也可以通过调节导体转子中导体的位置实现整体气隙厚度的调节，同时也可以两种调节方式结合使用，达到更好的调速效果。
一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器，由永磁转子和导体转子组成。永磁转子的永磁体盘由固定永磁转子和活动永磁转子组成，固定永磁转子的轴向位置固定，活动永磁转子的轴向位置能够发生改变；S极永磁体作为固定永磁体，N极永磁体作为活动永磁体，或者N极永磁体作为固定永磁体，S极永磁体作为活动永磁体；固定永磁体与活动永磁体之间为N、S极交替排布的形式。通过单独改变活动永磁转子的轴向位置，实现对单极永磁体与导体转子之间气隙厚度的调节。导体转子的导体盘由一个轭铁盘和一个导体环组成，导体环与轭铁盘之间通过焊接的形式实现紧密连接。根据电磁感应原理，永磁转子可作为主动端带动导体转子旋转，反之，导体转子亦可作为主动端带动永磁转子旋转。
它有三种调速方式，第一种是改变永磁转子中单极永磁体与导体转子中的导体环之间的气隙厚度，使得该单极永磁体正对面积下的导体环中的磁感应强度发生改变，从而进行调速，当气隙越小时，该单极永磁体所正对面积下的导体环的磁感应强度越大，可传递的扭矩越大；第二种是改变导体转子中导体的轴向位置，从而改变导体转子中的导体环与永磁转子中的所有永磁体之间的气隙厚度，使得导体环中的整体磁感应强度发生改变来进行调速，当气隙越小时，导体环中的磁感应强度越大，可传递的扭矩就越大；第三种在改变所有永磁体与导体环之间气隙厚度的基础上再改变单极永磁体与导体环之间的气隙厚度。
能够使单极永磁体轴向位置发生改变的机构如下：固定永磁转子通过键与主动轴相连，通过主动轴轴肩以及螺钉与垫圈的组合对固定永磁转子在主动轴上的位置进行固定。活动永磁转子与固定永磁转子相互配合，形成N、S极永磁体交替排布的分布形式，活动永磁转子与位于主动轴上的螺纹套筒通过螺纹相连，螺纹套筒能够在主动轴上进行转动，螺纹套筒的轴向位置由主动轴轴肩以及被螺钉固定在主动轴上的主动轴套筒限制，使得螺纹套筒的轴向位置固定。转动螺纹套筒，在螺纹链接的作用下将螺纹套筒的转动，转化为活动永磁转子的轴向移动，从而改变单极永磁体与导体转子之间的气隙厚度。通过主动轴的轴肩以及螺纹套筒的凸台对活动永磁转子的最大轴向位移进行限制。
能够使导体轴向位置发生改变的机构如下：导体转子的轭铁盘与从动轴之间设有连接件，通过轭铁盘轮毂内部左右两侧的凸台与连接件的凹槽相互配合来传递扭矩，并对轴向最大位移进行限制，轭铁盘与连接件之间设有滚珠，降低两者发生相对位移时的摩擦力。连接件通过键与从动轴相连，通过从动轴的轴肩以及螺钉与挡板的组合对连接件在从动轴上的位置进行固定。轭铁盘通过螺纹与螺纹杆相连，螺纹杆与被螺钉固定在从动轴上的从动轴套筒相连，螺纹杆与从动轴套筒两者之间通过轴承进行连接，通过螺纹杆的轴肩与卡簧的相互作用防止螺纹杆发生轴向窜动。转动螺纹杆，在螺纹连接的作用下，将使得导体盘发生轴向移动，从而改变导体与所有永磁体之间的气隙厚度。
为保证导体盘与连接件之间的顺利安装，轭铁盘轮毂内部右侧的凸台为与连接件配合后将小铁块焊接到轭铁盘上所得，轭铁盘轮毂内部左侧的凸台始终与轭铁盘为一个整体。
本发明的优点：本发明可以对单极永磁体的气隙厚度进行调节，增加了转速调节的方式，通过对单极永磁体气隙厚度的调节，使得转速调节的精度获得提升。在轭铁盘与连接件之间设有滚珠，有效降低了调节导体盘轴向位置过程中的摩擦力，减少了能源损耗。
附图说明
以下结合附图及实施例对发明作进一步说明
图1(a)为实施例的一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器结构剖视图。
图1(b)为实施例结构剖视图的局部放大图。
图2(a)为实施例的永磁转子的三维爆炸图。
图2(b)为实施例的导体转子的三维爆炸图。
图3(a)为实施例的单极永磁体轴向移动前三维图。
图3(b)为实施例的单极永磁体轴向移动后三维图
图4(a)为实施例的导体转子轴向移动前三维图。
图4(b)为实施例的导体转子轴向移动后三维图
图5(a)为实施例的固定永磁转子三维图。
图5(b)为实施例的活动永磁转子三维图。
图5(c)为实施例的固定永磁转子与活动永磁转子配合示意图。
图6为实施例的活动永磁转子、螺纹套筒、主动轴套筒与主动轴的配合示意图。
图7为轭铁盘未与连接件装配前的轭铁盘三维图。
图8为轭铁盘与连接件装配后的1/4剖视图。
1-S极永磁体2-N极永磁体3-固定永磁体框架4-活动永磁体框架5-螺纹套筒
6-圆锥销7-M3螺钉8-主动轴套筒9-主动轴10-键11-垫圈一12-垫圈二
13-M8螺钉14-轭铁盘15-导体环16-挡板17-连接件18-滚珠19-卡簧20-M3螺母21-M3垫圈22-从动轴套筒23-轴承24-从动轴25-螺纹杆26-M3螺栓27-轴承端盖
具体实施方式
如图1、图2所示，永磁转子包括S极永磁体1、N极永磁体2、固定永磁体框架3、活动永磁体框架4、螺纹套筒5、圆锥销6、M3螺钉7、主动轴套筒8、主动轴9、键10、垫圈一11、垫圈二12、M8螺钉13。S极永磁体1嵌入固定永磁体框架3形成固定永磁转子，N极永磁体2嵌入活动永磁体框架4形成活动永磁转子，固定永磁转子与活动永磁转子相互配合形成永磁体盘。活动永磁转子与位于主动轴上的螺纹套筒5通过螺纹相连，螺纹套筒5能够在主动轴9上进行转动，螺纹套筒5的轴向位置由主动轴9的轴肩以及被M3螺钉7固定在主动轴9上的主动轴套筒8限制，使得螺纹套筒5的轴向位置固定；工作时，圆锥销6插入位于同一中心线上的螺纹套筒5以及主动轴9的圆锥孔内，圆锥销6与螺纹套筒5的圆锥孔以及主动轴9的圆锥孔之间形成过盈配合，通过圆锥销6的限制使得螺纹套筒8能够跟随主动轴9进行同步转动。固定永磁转子的轴向位置由主动轴9的轴肩以及M8螺钉13与垫圈一11、垫圈二12之间的组合共同限制。主动轴9的轴肩限制固定永磁转子向右的移动，由于垫圈一11的直径大于主动轴9的直径，且垫圈一11以及垫圈二12被M8螺钉13紧钉在主动轴9左侧的轴端，将会对固定永磁转子的向左位移产生限制。导体转子包括键10、M8螺钉13、轭铁盘14、导体环15、挡板16、连接件17、滚珠18、卡簧19、M3螺母20、M3垫圈21、从动轴套筒22、轴承23、从动轴24、螺纹杆25、M3螺栓26、轴承端盖27。将导体环15焊接到轭铁盘14中形成导体盘，导体转子的轭铁盘14与从动轴24之间设有连接件17，通过轭铁盘14轮毂内部的凸台与连接件17的凹槽相互配合来传递扭矩，并对轭铁盘14的轴向最大位移进行限制，轭铁盘14与连接件17之间设有滚珠18，降低两者发生相对位移时的摩擦力。连接件17通过键10与从动轴24相连，通过从动轴24的轴肩以及M8螺钉13与挡板16的组合对连接件17在从动轴24上的位置进行固定，从动轴的轴肩限制连接件向左的移动，挡板16被M8螺钉13紧钉在从动轴24的右端，而由于挡板16的长度大于从动轴24的直径，将对连接件17向右的移动进行限制。导体盘通过螺纹与螺纹杆25相连，螺纹杆25与被M3螺钉7固定在从动轴24上的从动轴套筒22相连，螺纹杆25与从动轴套筒22两者之间通过轴承23进行连接，通过螺纹杆25的轴肩与卡簧19的相互作用防止螺纹杆25发生轴向窜动，卡簧19位于右侧轴承端盖27的右侧，并紧贴右侧轴承端盖27，卡簧19位于螺纹杆25杆上的凹槽之中，使得螺纹杆无法进行向右的移动。轴承23两侧均存在轴承端盖27，轴承端盖27通过M3螺栓26，M3垫圈21以及M3螺母20进行固定。
本发明有三种调速方式，第一种调速方式如图3所示，图3(a)为活动永磁转子位于最右侧时的情况，通过转动螺纹套筒5，在螺纹的作用下将会使得活动永磁转子的轴向位置向左移动，直至移动到如图3(b)所示的活动永磁转子处于最左侧的情况，通过改变单极永磁体与导体环15之间的气隙厚度，完成转速调节；第二种调速方式如图4所示，图4(a)为导体盘位于最左侧时的情况，通过转动螺纹杆25，在螺纹连接的作用下，将使得导体盘向右发生轴向移动，直至移动到如图4(b)所示的导体盘处于最右侧的情况，通过改变导体环15与所有永磁体之间的气隙厚度，完成转速调节；第三种是在改变导体环15与所有永磁体之间整体气隙的基础上，再改变单极永磁体与导体环15之间的气隙厚度进行调速。
如图5(a)所示，S极永磁体嵌入固定永磁体框架中，形成固定永磁转子；如图5(b)所示，N极永磁体嵌入活动永磁体框架中，形成活动永磁转子；反之亦可。如图5(c)所示，固定永磁转子与活动永磁转子相互配合形成S极永磁体、N极永磁体间列排布的分布形式。
如图6所示，活动永磁转子与螺纹套筒5相连，螺纹套筒5的位置由主动轴9的轴肩以及主动轴套筒8共同限制，使得螺纹套筒5的轴向位置固定。活动永磁转子的最大轴向位移将由主动轴9的轴肩和螺纹套筒5的凸台共同进行限制。
如图7所示，轭铁盘的2n个凸台在本实施例中为8，轭铁盘14未与连接件17装配前右端不存在凸台，其为4个独立的小铁块。如图8所示，轭铁盘与连接件17装配后，4个小铁块焊接到轭铁盘14的右端形成右端凸台，其与左端凸台共同作用，将轭铁盘的扭矩传递到连接件之上并对轭铁盘的轴向移动距离进行限制。

Claims (6)

1.一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器，其特征在于，所述可调速磁力耦合器由永磁转子和导体转子组成，永磁转子中的永磁体盘由固定永磁转子和活动永磁转子组成，在耦合器工作过程中固定永磁转子的轴向位置始终保持不变，活动永磁转子能够发生轴向位移，从而改变单极永磁体与导体转子之间的轴向距离；导体转子的导体盘由一个轭铁盘和一个导体环组成，导体环与轭铁盘之间通过焊接的形式实现紧密连接，在工作过程中导体盘能够进行轴向位移，从而改变导体盘与永磁转子之间的轴向距离；永磁转子作为主动端带动导体转子旋转，或导体转子作为主动端带动永磁转子旋转。
2.如权利要求1所述的一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器，其特征在于，永磁体盘的固定永磁转子和活动永磁转子是两个相互独立的部分，固定永磁转子由固定永磁体框架和固定永磁体组成，活动永磁转子由活动永磁体框架和活动永磁体组成；S极永磁体作为固定永磁体，N极永磁体作为活动永磁体，或者N极永磁体作为固定永磁体，S极永磁体作为活动永磁体；固定永磁转子与活动永磁转子之间相互配合，形成S极永磁体与N极永磁体交替排布的分布形式。
3.如权利要求1所述的一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器，其特征在于，可调速磁力耦合器有三种调速方式，第一种是改变永磁转子中单极永磁体与导体转子中的导体环之间的气隙厚度，使得该单极永磁体正对面积下的导体环中的磁感应强度发生改变，从而进行调速，当气隙越小时，该单极永磁体所正对面积下的导体环的磁感应强度越大，可传递的扭矩越大；第二种是改变导体转子中导体的轴向位置，从而改变导体转子中的导体环与永磁转子中的所有永磁体之间的气隙厚度，使得导体环中的整体磁感应强度发生改变来进行调速，当气隙越小时，导体环中的磁感应强度越大，可传递的扭矩就越大；第三种在改变所有永磁体与导体环之间气隙厚度的基础上再改变单极永磁体与导体环之间的气隙厚度。
4.如权利要求1所述的一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器，其特征在于，能够使单极永磁体轴向位置发生改变的机构如下：固定永磁转子通过键与主动轴相连，通过主动轴轴肩以及螺钉与垫圈的组合对固定永磁转子在主动轴上的位置进行固定；活动永磁转子与固定永磁转子相互配合，形成N、S极永磁体交替排布的分布形式，活动永磁转子与位于主动轴上的螺纹套筒通过螺纹相连，螺纹套筒能够在主动轴上进行转动，螺纹套筒的轴向位置由主动轴轴肩以及被螺钉固定在主动轴上的主动轴套筒限制，使得螺纹套筒的轴向位置固定；转动螺纹套筒，在螺纹链接的作用下将螺纹套筒的转动，转化为活动永磁转子的轴向移动，从而改变单极永磁体与导体转子之间的气隙厚度，通过主动轴的轴肩以及螺纹套筒的凸台对活动永磁转子的最大轴向位移进行限制。
5.如权利要求1所述的一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器，其特征在于，能够使导体轴向位置发生改变的机构如下：导体转子的轭铁盘与从动轴之间设有连接件，通过轭铁盘轮毂内部左右两侧的凸台与连接件的凹槽相互配合来传递扭矩，并对轴向最大位移进行限制，轭铁盘与连接件之间设有滚珠，降低两者发生相对位移时的摩擦力；连接件通过键与从动轴相连，通过从动轴的轴肩以及螺钉与挡板的组合对连接件在从动轴上的位置进行固定；轭铁盘通过螺纹与螺纹杆相连，螺纹杆与被螺钉固定在从动轴上的从动轴套筒相连，螺纹杆与从动轴套筒两者之间通过轴承进行连接，通过螺纹杆的轴肩与卡簧的相互作用防止螺纹杆发生轴向窜动；转动螺纹杆，在螺纹连接的作用下，将使得导体盘发生轴向移动，从而改变导体与所有永磁体之间的气隙厚度。
6.如权利要求1所述的一种单极永磁体可单独移动的可调速磁力耦合器，其特征在于，为保证导体盘与连接件之间的顺利安装，轭铁盘轮毂内部右侧的凸台为与连接件配合后将小铁块焊接到轭铁盘上所得，轭铁盘轮毂内部左侧的凸台始终与轭铁盘为一个整体。
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