CN114039472A - 并列式涡流同步复合型偶合器 - Google Patents

Abstract

一种并列式涡流同步复合型偶合器，包括外转子部件和内转子部件。外转子部件包括：外转子轴套、外转子支撑盘、外转子导磁筒；内转子部件包括：内转子轴套、内转子支撑盘、内转子导磁筒；同步组包括外转子永磁体和内转子永磁体；外转子永磁体设于外转子导磁筒上，内转子永磁体设于内转子导磁筒上；涡流组包括涡流感应环和涡流永磁体；涡流感应环设于外转子导磁筒上且涡流永磁体设于内转子导磁筒上，或者涡流感应环设于内转子导磁筒上且涡流永磁体设于外转子导磁筒上。本发明提供一种既能确保负载与电动机同步运转，又兼具较强的启动过载能力的偶合器，并能保持磁力传动减振、抗振、低对中要求、抗过载的优点。

Description

并列式涡流同步复合型偶合器

技术领域

本发明涉及永磁偶合器技术领域，特别是涉及一种可重载异步启动同步运行的多磁路并列式涡流同步复合型偶合器。

背景技术

永磁偶合器，作为非机械联接传动装置，由于其减振、低对中要求、抗过载特性，近几年来已经得到了广泛的应用。借助于永磁体与涡流环、永磁体与永磁体的磁感应原理，可以实现原动机与工作机的力矩传递。

目前市场上比较广泛应用的是永磁同步偶合器和永磁涡流偶合器，均具有上述优点，但同时由于其各自的传动特性，在重载或带载启动负载均有较大的限制。具体表现在：永磁同步偶合器能强制负载转速与电动机同步，功率和转矩传递效率高，传递效率为100％，但启动能力较差，且过载时易失步，进而导致偶合器永磁体失磁而引起偶合器损坏。如需要带载启动或启动较大转动惯量负载，或负载波动较大时，为保证可靠运转，需要大幅度强加偶合器的功率余量，技术人员曾经做过试验，在空压机负载时，设计功率余量放大到额定负载功率的3倍时，仍未能保证运转正常，在球磨机等重载大转动惯量设备上应用，甚至需要增加到5倍时，启动还十分勉强，需要增加到8至10倍，方可有效启动；永磁涡流偶合器，在产品定型的情况下，负载与电动机的转速差越大，所传递的转矩越大，所以具有较好的带载启动能力，但同时由于其传递转矩取决于转速差，当转差越小，传递转矩就越小，理论上就不可能实现负载与电动机同步运转，设计到极限，其转速差仍需保持在2％-3％的水平，也就是说，永磁涡流偶合器不能带动负载达到与电动机同步转动，使用过程中，具有2％以上的功率损耗。

发明内容

本发明的目的是克服现有永磁同步偶合器和永磁涡流偶合器各自的劣势，提供一种既能确保负载与电动机同步运转，又兼具较强的启动过载能力的偶合器，并能保持磁力传动减振、抗振、低对中要求、抗过载的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种并列式涡流同步复合型偶合器，包括轴线重合的外转子部件和内转子部件；

所述外转子部件包括：外转子轴套、外转子支撑盘、外转子导磁筒；所述外转子支撑盘安装于所述外转子轴套上，所述外转子导磁筒设于所述外转子支撑盘上；

所述内转子部件包括：内转子轴套、内转子支撑盘、内转子导磁筒；所述内转子支撑盘安装于所述内转子轴套上，所述内转子导磁筒设于所述内转子支撑盘上；

所述并列式涡流同步复合型偶合器还包括同步组；所述同步组包括外转子永磁体和内转子永磁体；所述外转子永磁体设于所述外转子导磁筒上，所述内转子永磁体设于所述内转子导磁筒上；

所述并列式涡流同步复合型偶合器还包括涡流组；所述涡流组包括涡流感应环和涡流永磁体；所述涡流感应环设于所述外转子导磁筒上且所述涡流永磁体设于所述内转子导磁筒上，或者所述涡流感应环设于所述内转子导磁筒上且所述涡流永磁体设于所述外转子导磁筒上。

在其中一个实施例中，所述同步组和所述涡流组的数量至少各一组。

在其中一个实施例中，所述外转子部件及所述内转子部件均为径向筒式结构。

在其中一个实施例中，所述内转子支撑盘和所述内转子导磁筒为一体结构或分体结构。

在其中一个实施例中，所述涡流感应环为铜环结构。

在其中一个实施例中，所述外转子导磁筒上装有外转子散热片。

在其中一个实施例中，所述内转子导磁筒上装有内转子散热片。

在其中一个实施例中，所述涡流永磁体的轴向长度比所述涡流感应环的轴向长度短10mm，或者所述涡流永磁体的轴向长度与所述涡流感应环的轴向长度相等。

在其中一个实施例中，所述外转子支撑盘和所述内转子支撑盘上均开设有通风孔。

在其中一个实施例中，同步组永磁体和涡流组永磁体均为径向N、S极相间排列，其磁隙面为N、S相间隔排列，构成磁极的永磁体可以采用单体结构，也可以采用海尔贝克阵列结构。

本发明的目的是克服现有永磁同步偶合器和永磁涡流偶合器各自的劣势，提供一种既能确保负载与电动机同步运转，又兼具较强的启动过载能力的偶合器，并能保持磁力传动减振、抗振、低对中要求、抗过载的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例的并列式涡流同步复合型偶合器的结构图；

图2为图1所示的并列式涡流同步复合型偶合器的分解图；

图3为图1所示的并列式涡流同步复合型偶合器的立体剖视图；

图4为图1所示的并列式涡流同步复合型偶合器的实施例一；

图5为图1所示的并列式涡流同步复合型偶合器的实施例二；

图6为图1所示的并列式涡流同步复合型偶合器的实施例三；

图7为图1所示的并列式涡流同步复合型偶合器的实施例四；

图8为图1所示的并列式涡流同步复合型偶合器的实施例五；

图9为图1所示的并列式涡流同步复合型偶合器的实施例六；

图10为图1所示的并列式涡流同步复合型偶合器的实施例七；

图11为图1所示的并列式涡流同步复合型偶合器的实施例八；

图12为本发明一实施例的执行机构的结构示意图。

具体实施方式

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较佳实施方式。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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1及图2所示，本发明公开了一种并列式涡流同步复合型偶合器10，其包括轴线重合的外转子部件100和内转子部件200，外转子部件100及内转子部件200均为径向筒式结构。

如图3所示，外转子部件100包括：外转子轴套110、外转子支撑盘120、外转子导磁筒130。外转子支撑盘120安装于外转子轴套110上，外转子导磁筒130设于外转子支撑盘120上。

如图3所示，内转子部件200包括：内转子轴套210、内转子支撑盘220、内转子导磁筒230。内转子支撑盘220安装于内转子轴套210上，内转子导磁筒230设于内转子支撑盘220上。其中，内转子支撑盘220和内转子导磁筒230为一体结构或分体结构。

如图2及图3所示，并列式涡流同步复合型偶合器10还包括同步组300。同步组300包括外转子永磁体310和内转子永磁体320；外转子永磁体310设于外转子导磁筒130上，内转子永磁体320设于内转子导磁筒230上。

如图2及图3所示，并列式涡流同步复合型偶合器10还包括涡流组400。涡流组400包括涡流感应环410和涡流永磁体420；涡流感应环410设于外转子导磁筒130上且涡流永磁体420设于内转子导磁筒230上，或者涡流感应环410设于内转子导磁筒230上且涡流永磁体420设于外转子导磁筒130上。其中，涡流感应环410为铜环结构，感应环优先采用但不限于紫铜等高导电系数材料。

同步组永磁体(外转子永磁体310、内转子永磁体320)和涡流组永磁体(涡流永磁体420)均为径向N、S极相间排列，其磁隙面为N、S相间隔排列，构成磁极的永磁体可以采用单体结构，也可以采用Halbach(海尔贝克)阵列等结构。

另外，同步组300和涡流组400的数量至少各一组。例如，在一个偶合器中，同步组300的数量可以为两组，而涡流组400的数量则为一组；又如，在一个偶合器中，涡流组400的数量可以为两组，而同步组300的数量则为一组。当然，根据实际情况，在一个偶合器中，同步组300和涡流组400的数量可以为多组，并进行各种形式的排列组合。

关于涡流感应环410和涡流永磁体420的安装位置选择，以及同步组300和涡流组400的数量选择，可以有如下具体的实施方式：

实施例一，如图4所示，同步组300和涡流组400的数量各一组；沿轴线方向，同步组300设置在靠近外转子支撑盘120的位置，涡流组400设置在远离外转子支撑盘120的位置；涡流感应环410设于外转子导磁筒130上，涡流永磁体420设于内转子导磁筒230上；

实施例二，如图5所示，同步组300和涡流组400的数量各一组；沿轴线方向，同步组300设置在远离外转子支撑盘120的位置，涡流组400设置在靠近外转子支撑盘120的位置；涡流感应环410设于外转子导磁筒130上，涡流永磁体420设于内转子导磁筒230上；

实施例三，如图6所示，同步组300的数量为两组，涡流组400的数量为一组；沿轴线方向，一组涡流组400位于两组同步组300之间；涡流感应环410设于外转子导磁筒130上，涡流永磁体420设于内转子导磁筒230上；

实施例四，如图7所示，同步组300的数量为一组，涡流组400的数量为两组；沿轴线方向，一组同步组300位于两组涡流组400之间；涡流感应环410设于外转子导磁筒130上，涡流永磁体420设于内转子导磁筒230上；

实施例五，如图8所示，同步组300和涡流组400的数量各一组；沿轴线方向，同步组300设置在靠近外转子支撑盘120的位置，涡流组400设置在远离外转子支撑盘120的位置；涡流感应环410设于内转子导磁筒230上，涡流永磁体420设于外转子导磁筒130上；

实施例六，如图9所示，同步组300和涡流组400的数量各一组；沿轴线方向，同步组300设置在远离外转子支撑盘120的位置，涡流组400设置在靠近外转子支撑盘120的位置；涡流感应环410设于内转子导磁筒230上，涡流永磁体420设于外转子导磁筒130上；

实施例七，如图10所示，同步组300的数量为两组，涡流组400的数量为一组；沿轴线方向，一组涡流组400位于两组同步组300之间；涡流感应环410设于内转子导磁筒230上，涡流永磁体420设于外转子导磁筒130上；

实施例八，如图11所示，同步组300的数量为一组，涡流组400的数量为两组；沿轴线方向，一组同步组300位于两组涡流组400之间；涡流感应环410设于内转子导磁筒230上，涡流永磁体420设于外转子导磁筒130上；

当然，除了上述所列举的八种实施例，还可以根据实际情况，在一个偶合器中，同步组300和涡流组400的数量可以为多组，同步组300和涡流组400轴向排列次序不限，可以进行各种形式的排列组合。

为了更好地进行散热处理，外转子导磁筒130上装有外转子散热片，内转子导磁筒230上装有内转子散热片。具体地，涡流感应环410所在转子的导磁筒背面装有散热片，散热片位置对应于感应环位置，但长度所覆盖区域不限于感应环区域。进一步地，外转子支撑盘120和内转子支撑盘220上均开设有通风孔，可以更好地实现散热处理。

在本实施例中，涡流永磁体420的轴向长度比涡流感应环410的轴向长度短10mm，或者涡流永磁体420的轴向长度与涡流感应环410的轴向长度相等。

本发明公开的并列式涡流同步复合型偶合器10，其主体选用径向结构，内外转子同轴，轴向设置一个(或一个以上)同步偶合器结构的同步组和一个(或一个以上)永磁涡流偶合器结构的涡流组，从而构成涡流同步复合型偶合器。同步组和涡流组在轴向并列。启动时，由于负载转速为零，转差最大，涡流组由于高转差而提供较大的启动转矩，随着负载转速提升，转差逐渐减小，直至逼近到同步组切入转速，随后同步组逐渐切入，进入同步运转状态。正常运转时负载与电动机转速相同，负载发生波动时，同步组具有一定范围的过载能力，未超过设计的同步组最大转矩时，仍由同步组带动作同步运转，负载波动超过同步组最大转矩时，产生转差，涡流组继续提供由差速而产生的转矩，直至回复到同步组的切入转速并由同步组起作用重新进入同步运转。

本发明的并列式涡流同步复合型偶合器，启动时由涡流组起作用，具有较大启动转矩，进入同步状态后，涡流组由于转速差为零，不起作用，同时也不产生功率损耗，所以正常同步运转时，传递效率仍可达100％。

本发明的目的是克服现有永磁同步偶合器和永磁涡流偶合器各自的劣势，提供一种既能确保负载与电动机同步运转，又兼具较强的启动过载能力的偶合器，并能保持磁力传动减振、抗振、低对中要求、抗过载的优点。

现有技术(CN110120735A)，公开了一种永磁软启动器，为了实现异步软启动、同步运行、软停车各个不同运行状态之间的调节，其设置了“执行机构”，该“执行机构”包括伺服电机13、减速机构14、丝杆副15、拨叉16。而由图中明显可以看出，该“执行机构”结构过于简单，丝杆副15在驱动拨叉16往复运行的过程中，拨叉16会由于受力不平衡而出现抖动现象，这终究会影响整个启动器运行的稳定性和精准性。为此，有必要对该“执行机构”做进一步改进。

如图12所示，本发明的并列式涡流同步复合型偶合器10还包括执行机构500，执行机构500用于驱动内转子部件200沿轴线方向往复移动。执行机构500包括：双轴输出电机510、座体520、传动丝杆530、左侧往复移动套筒540、右侧往复移动套筒550、拨叉结构560。

传动丝杆530转动设于座体520上，双轴输出电机510的两端分别通过左侧减速齿轮组511和右侧减速齿轮组512与传动丝杆530的两端驱动连接。

左侧往复移动套筒540和右侧往复移动套筒550的内圈螺合于传动丝杆530的杆体上，左侧往复移动套筒540和右侧往复移动套筒550间隔设置，左侧往复移动套筒540和右侧往复移动套筒550上均设有引导凸块501，座体520上开设有与引导凸块501配合的引导凹槽521。

拨叉结构560具有套接部561和连接部562，套接部561的两端分别与左侧往复移动套筒540和右侧往复移动套筒550的外圈螺合，连接部562与内转子部件200连接。

执行机构500还包括两个稳定加强结构570。两个稳定加强结构570安装于座体520上并分别与传动丝杆530的两端连接。

稳定加强结构570包括：壳体571、轴向支撑轴承572、径向支撑轴承573。轴向支撑轴承572和径向支撑轴承573收容于壳体571内，传动丝杆530的端部与轴向支撑轴承572和径向支撑轴承573连接。

下面，对上述执行机构500的工作原理进行说明：

双轴输出电机510的两端分别通过左侧减速齿轮组511和右侧减速齿轮组512驱动传动丝杆530转动；

转动中的传动丝杆530进而带动螺合于其杆体上的左侧往复移动套筒540和右侧往复移动套筒550沿着座体520移动；要说明的是，通过适应性调整左侧往复移动套筒540和右侧往复移动套筒550的内圈螺纹线，即可以使得左侧往复移动套筒540和右侧往复移动套筒550沿着同一方向同步移动；

双轴输出电机510正转或反转，即可以使得左侧往复移动套筒540和右侧往复移动套筒550沿着座体520往复移动；

拨叉结构560的套接部561的两端分别与左侧往复移动套筒540和右侧往复移动套筒550的外圈螺合，这样，左侧往复移动套筒540和右侧往复移动套筒550便可以带动套接部561往复移动，套接部561进而通过连接部562带动内转子部件200往复移动。

在双轴输出电机510突然启动的过程中，传动丝杆530也会伴随着突然启动，突然启动的传动丝杆530会出现巨大的冲击惯量，该冲击惯量会导致传动丝杆530发生抖动，严重时会造成传动丝杆530断裂以及与传动丝杆530连接的其他部件发生损坏。为了减少这一冲击惯量所带来的影响，本发明中的执行机构500还包括两个稳定加强结构570，两个稳定加强结构570安装于座体520上并分别与传动丝杆530的两端连接。

在传动丝杆530突然启动的瞬间，轴向支撑轴承572和径向支撑轴承573分别承担了传动丝杆530在轴线方向和径线方向的冲击力，轴向支撑轴承572和径向支撑轴承573将传动丝杆530的端部牢牢抱紧。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种并列式涡流同步复合型偶合器，其特征在于，包括轴线重合的外转子部件和内转子部件；

所述外转子部件包括：外转子轴套、外转子支撑盘、外转子导磁筒；所述外转子支撑盘安装于所述外转子轴套上，所述外转子导磁筒设于所述外转子支撑盘上；

所述内转子部件包括：内转子轴套、内转子支撑盘、内转子导磁筒；所述内转子支撑盘安装于所述内转子轴套上，所述内转子导磁筒设于所述内转子支撑盘上；

所述并列式涡流同步复合型偶合器还包括同步组；所述同步组包括外转子永磁体和内转子永磁体；所述外转子永磁体设于所述外转子导磁筒上，所述内转子永磁体设于所述内转子导磁筒上；

所述并列式涡流同步复合型偶合器还包括涡流组；所述涡流组包括涡流感应环和涡流永磁体；所述涡流感应环设于所述外转子导磁筒上且所述涡流永磁体设于所述内转子导磁筒上，或者所述涡流感应环设于所述内转子导磁筒上且所述涡流永磁体设于所述外转子导磁筒上。

2.根据权利要求1所述的并列式涡流同步复合型偶合器，其特征在于，所述同步组和所述涡流组的数量至少各一组。

3.根据权利要求1所述的并列式涡流同步复合型偶合器，其特征在于，所述外转子部件及所述内转子部件均为径向筒式结构。

4.根据权利要求1所述的并列式涡流同步复合型偶合器，其特征在于，所述内转子支撑盘和所述内转子导磁筒为一体结构或分体结构。

5.根据权利要求1所述的并列式涡流同步复合型偶合器，其特征在于，所述涡流感应环为铜环结构。

6.根据权利要求1所述的并列式涡流同步复合型偶合器，其特征在于，所述外转子导磁筒上装有外转子散热片。

7.根据权利要求1所述的并列式涡流同步复合型偶合器，其特征在于，所述内转子导磁筒上装有内转子散热片。

8.根据权利要求1所述的并列式涡流同步复合型偶合器，其特征在于，所述涡流永磁体的轴向长度比所述涡流感应环的轴向长度短10mm，或者所述涡流永磁体的轴向长度与所述涡流感应环的轴向长度相等。

9.根据权利要求1所述的并列式涡流同步复合型偶合器，其特征在于，所述外转子支撑盘和所述内转子支撑盘上均开设有通风孔。

10.根据权利要求1所述的并列式涡流同步复合型偶合器，其特征在于，同步组永磁体和涡流组永磁体均为径向N、S极相间排列，其磁隙面为N、S相间隔排列，构成磁极的永磁体可以采用单体结构，也可以采用海尔贝克阵列结构。

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