CN114337188A - 一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器 - Google Patents

一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器 Download PDF

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本发明涉及一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器。在该磁力耦合器的从动端设有离心调速装置，当从动端负载减小时，从动端的转速将会增大，离心调速装置的两个飞球之间的距离将随之增大，从而增大从动端与主动端之间的气隙，在一定程度上减小转速的增加幅度；当从动端负载增大时，从动端的转速将会减小，离心调速装置的两个飞球之间的距离将随之减小，从而减小从动端与主动端之间的气隙，在一定程度上减小转速的减小幅度。此外，该磁力耦合器导体转子的导体环采用的是由碳纳米管和铜复合而成的鼠笼式结构，碳纳米管的良好导电性及导热性将使得磁力耦合器具有良好的转矩传递能力，并避免了温度过高引起的永磁体退磁。

Description

一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器
技术领域
本发明涉及机械工程中的传动技术领域，是一种通过非接触性连接实现力矩传递的传动装置，具体是一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器，通过离心调速装置可以显著降低磁力耦合器的转速变化幅度，使得磁力耦合器的运行更加的平稳。
背景技术
机械耦合器是机械传动系统的重要组成部分。它广泛用于采矿，冶金，航空和化学工业。然而，安装过程中的轴向偏差将引起弹性跳动，径向和周向偏差往往会引起振动和噪声。磁力耦合器具有非接触连接的特性，可以有效解决此问题。因此，在某些扭矩较大且对振动要求较高的情况下，机械联接已逐渐被磁联接所取代。但是，传统的磁力耦合器中存在着发热的问题，这容易造成永磁体的退磁，使用新材料可以有效减少永磁体因高温而发生退磁。
在中国专利201910635231.2中公开了一种单极磁体旋转式可调速笼型磁力耦合器，在该发明中导体环采用的是铜为基体材料，铁为调制槽材料的鼠笼式结构，该结构能够有效提升永磁体的利用率，使得磁力耦合器的转矩传递能力获得提升，但是由于两种材料的导热性不是十分优异，使得其在运行过程中将会产生过高的温度而导致永磁体退磁。此外，该发明通过旋转单极永磁体及改变导体与永磁体之间的轴向距离进行调速，在调速过程中将会产生较大的能量损耗。
发明内容
本发明提出了一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器，它可以显著降低磁力耦合器的转速变化幅度，使得磁力耦合器的运行更加的平稳。当磁力耦合器从动端的转速发生变化时，通过离心调速装置带动从动转子进行轴向移动，改变导体与永磁体之间的气隙厚度，从而使得转速变化幅度变小。
一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器，由永磁转子、导体转子和离心调速装置组成。
永磁转子由永磁体及永磁体轭铁组成，永磁体的排布方式为N、S极交替排布，嵌于永磁体轭铁之中。
导体转子由导体环和导体轭铁组成，导体环采用的是鼠笼式结构，由具有良好导电性的碳纳米管线圈作为基体材料，金属铜作为调制槽嵌入碳纳米管线圈之中形成铜芯，碳纳米管线圈将铜芯包裹，形成鼠笼结构的导体环，导体环整体嵌入导体轭铁之中形成导体转子。由于碳纳米管的良好导电性及导热性将使得磁力耦合器具有良好的转矩传递能力，并避免了温度过高引起的永磁体退磁。根据电磁感应原理，永磁体转子可以作为主动端带动导体转子转动，反之亦可。
导体环的碳纳米线圈的碳纳米管所使用的是双壁纳米管(DWNT)，双壁碳纳米管的直径为2—3nm且均匀排布。所述的双壁碳纳米管中掺杂有碘，其是将原始DWNT管在2000℃的碘蒸气中放置12个小时所得。
在磁力耦合器的从动端设有离心调速装置，当从动端负载减小时，从动端的转速将会增大，离心调速装置的两个飞球之间的距离将随之增大，从而增大导体与永磁体之间的气隙，在一定程度上减小转速的增加幅度；当从动端负载增大时，从动端的转速将会减小，离心调速装置的两个飞球之间的距离将随之减小，从而减小导体与永磁体之间的气隙，在一定程度上减小转速的减小幅度。
离心调速装置安装在永磁转子或导体转子上作为从动端。
离心调速装置由离心装置和调速装置两部分组成。离心装置包括飞球和固定套筒，飞球的一端与固定在从动轴上的固定套筒相连，使得飞球能够跟随从动轴同步旋转。调速装置包括连接套筒和连杆，连接套筒通过连杆连接于飞球之上并通过螺钉与转子相连，转子为导体转子或永磁转子，工作时通过连杆带动转子跟随连接套筒共同进行轴向移动。从动端转子向下的最大位移由从动轴轴肩与连接套筒内部设有的凸台配合进行限制，从动端转子向上的最大位移由固定在从动轴上的固定套筒进行限制。连接套筒内部设有的凸台上设有凹槽，凹槽与从动轴上的竖直方向上的条装凸台配合进行扭矩的传递，为了保证连接套筒与从动轴之间的轴向移动不受影响，两者之间采用间隙配合。
本发明的优点：用碳纳米管作为导体材料，利用其良好的导电性及导热性，使得磁力耦合器具有良好的扭矩传递能力，并避免了永磁体因为过热而产生退磁。通过离心调速装置可以显著降低磁力耦合器的转速变化幅度，使得磁力耦合器的运行更加的平稳，利用离心力进行调速，使得调速过程中的能量损耗获得极大地降低。
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为实施例的一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器的三维结构示意图。
图2为实施例的磁力耦合器结构示意图。
图3为实施例永磁体排布示意图。
图4为实施例导体转子示意图。
图5为磁力耦合器的工作状态示意图；(a)为实施例减小负载前的工作状态示意图；(b)为实施例减小负载后的工作状态示意图。
图6为连接套筒、固定套筒与从动轴配合的三维示意图。
图7为连接套筒三维结构图。
1-主动轴，2-永磁体轭铁，3-永磁体，4-碳纳米管线圈，5-铜芯，6-导体轭铁，7-连接套筒，8-连杆，9-飞球，10-固定套筒，11-从动轴12-螺钉；16-为与从动轴11上的条状凸台；7’—连接套筒凸台端面；10'—固定套筒的端面；11’—从动轴轴肩端面；17—连接套筒内部槽端面
具体实施方式
如图1、2所示，在本实施例中，永磁转子作为主动端I，导体转子作为从动端II，离心调速装置安装在从动端II上。主动端I由永磁转子及主动轴1组成，永磁转子安装在主动轴1上，永磁转子包括永磁体轭铁2以及永磁体3，永磁体3嵌于永磁体轭铁2之中，并形成如图3所示的N、S极交替排布的分布形式。从动端II包括导体转子、离心调速装置以及从动轴11，导体转子安装在从动轴11上，导体转子由碳纳米管线圈4、铜芯5以及导体轭铁6组成；离心调速装置由两部分组成，分别是与导体转子相连的调速装置，以及固定在从动轴上的离心装置。调速装置包括连接套筒7以及连杆8，连接套筒7通过螺钉12固定于导体转子之上，连杆8的一端与离心装置的飞球9相连，另一端固定在连接套筒7外壁上，飞球9的末端固定在固定套筒10两侧；离心装置包括飞球9以及固定套筒10，固定套筒10通过螺钉固定于从动轴11之上。
如图4所示，为导体转子的结构图。碳纳米管线圈4将铜芯5包裹，形成鼠笼结构的导体环，导体环整体嵌入导体轭铁之中形成导体转子。由于碳纳米管具有良好的导电性及导热性，使得磁力耦合器具有良好的转矩传递能力，并避免了温度过高引起的永磁体退磁。
如图5(a)所示，为负载减小前的磁力耦合器三维图，此时导体转子与永磁转子之间的气隙厚度为g1，当负载减小时，从动端的转速将会增加，转速越快飞球9所受的离心力越大，这将使得两个飞球之间的距离增大，α角增大，飞球与固定套筒10之间的连杆8将带动连接套筒7移动，从而带动导体转子向上移动，使得导体与永磁体之间的气隙厚度增大，如图5(b)所示，此时导体转子与永磁转子之间的气隙厚度为g2。随着气隙厚度的增加，将会使得从动端的转速有所降低，从而降低磁力耦合器从动端II的转速增加幅度。
如图6所示，为连接套筒7、固定套筒10以及从动轴11三者之间的配合图。固定套筒10通过螺钉固定在从动轴11上，限制连接套筒7向上的最大位移。如图7所示，活动套筒7的内部设有凸台，其与从动轴11的轴肩共同作用，限制活动套筒7向下的最大位移。在活动套筒7内部的凸台上开有凹槽，其与从动轴11上的条状凸台相互配合来进行扭矩的传递，凹槽与凸台之间采用间隙配合，保证活动转子的轴向移动不受影响。

Claims (5)

1.一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器，由永磁转子、导体转子和离心调速装置组成，其特征在于，导体转子由导体环和导体轭铁组成，导体环采用的是鼠笼式结构，由具有良好导电性的碳纳米管线圈作为基体材料，金属铜作为调制槽嵌入碳纳米管线圈之中形成铜芯，碳纳米管线圈将铜芯包裹，形成鼠笼结构的导体环，导体环整体嵌入导体轭铁之中形成导体转子；离心调速装置安装在永磁转子或导体转子上作为从动端；离心调速装置由离心装置和调速装置两部分组成；离心装置包括飞球和固定套筒，飞球的一端与固定在从动轴上的固定套筒相连，使得飞球能够跟随从动轴同步旋转；调速装置包括连接套筒和连杆，连接套筒通过连杆连接于飞球之上并通过螺钉与转子相连，转子为导体转子或永磁转子，工作时通过连杆带动转子跟随连接套筒共同进行轴向移动；当从动端负载减小时，从动端的转速将会增大，离心调速装置的两个飞球之间的距离将随之增大，从而增大导体与永磁体之间的气隙，减小转速的增加幅度；当从动端负载增大时，从动端的转速将会减小，离心调速装置的两个飞球之间的距离将随之减小，从而减小导体与永磁体之间的气隙，减小转速的减小幅度。
2.如权利要求1所述的一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器，其特征在于，永磁转子由永磁体及永磁体轭铁组成，永磁体的排布方式为N、S极交替排布，嵌于永磁体轭铁之中。
3.如权利要求1所述的一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器，其特征在于，导体环的碳纳米线圈的碳纳米管所使用的是双壁纳米管，双壁碳纳米管的直径为2—3nm且均匀排布；所述的双壁碳纳米管中掺杂有碘，其是将原始双壁碳纳米管在2000℃的碘蒸气中放置12个小时所得。
4.如权利要求1所述的一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器，其特征在于，为了保证连接套筒与从动轴之间的轴向移动不受影响，连接套筒与从动轴之间采用间隙配合。
5.如权利要求1所述的一种具有离心调速装置的碳纳米管鼠笼盘式磁力耦合器，其特征在于，从动端转子向下的最大位移由从动轴轴肩与连接套筒内部设有的凸台配合进行限制，从动端转子向上的最大位移由固定在从动轴上的固定套筒进行限制；连接套筒内部设有的凸台上设有凹槽，凹槽与从动轴上的竖直方向上的条装凸台配合进行扭矩的传递。
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