CN115549431A - 一种磁力调矩式永磁同步联轴器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁力调矩式永磁同步联轴器，包括主动转子部分、从动转子部分、支撑机构、磁力调节机构、调节执行机构。主动转子部分与驱动系统相连，从动转子部分与负载系统相连，主动转子部分与从动转子部分之间通过永磁体之间的耦合力传递扭矩，支撑机构包括两边轴承座与轴承为主动转子与从动转子提供支撑力，磁力调节机构控制滑块在滚珠丝杠上的直线运动从而带动调节执行机构，调节执行机构主要由三块磁铁构成，控制主动转子与从动转子之间的耦合面积，从而实现对永磁同步联轴器传递扭矩的控制。本发明通过磁力作用实现力矩的传递与调节，不存在摩擦联结器摩擦片黏结、磨损等缺点，且永磁体轴向错开距离与额定传输力矩基本呈线性关系。本发明具有可靠性高、调节平稳、适用性强等优点，可广泛用于工业生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁力调矩式永磁同步联轴器，属于永磁联轴器技术领域。
背景技术
随着工业技术的迅速发展，我国资源消耗增长迅速，近几年我国坚持绿色发展、安全发展、节约发展的政策，最大程度地实现能源的全面、协调和可持续发展。近年来新能源汽车产业迅速扩大，这对其配套的检验检测装备提出了更高的要求，主要包括核心零部件制造、整车和检验检测。新能源汽车高转速、大扭矩的特点使得传统测试装备满足不了汽车动力与传动部件测试需求。在传统高速传动测试装备中，高速轴系传动耦合采用弹性联轴器，该型联轴器由于其对中性指标限制会造成高速下径向振动剧烈，不能满足20000rpm下超高速传动测试要求。高速轴系传动耦合成为新能源测试装备“卡脖子”的问题。与弹性联轴器不同，永磁同步磁耦合联轴器采用气隙磁场传递力矩是一种基于磁理论的非物理接触的传动技术，其具有高效传动、减振降噪、软启动等诸多优点，对于高速下振动抑制明显。另外，由于没有机械耦合，过载时永磁耦合器滑脱旋转不会对高速运转的轴系造成冲击损伤。
发明内容
针对以上存在的技术问题，本发明的目的是提供一种磁力调矩式永磁同步联轴器，该联轴器依靠磁力传递主动转子与从动转子之间的转速与转矩。当转矩超过额定转矩时，内外圈发生滑脱进而防止驱动装置损坏。通过一种磁力调节机构调节内外圈转子相对面积调节额定传输转矩。该永磁联轴器具有可靠性高、减振降噪、结构简单等特点。
本发明通过下述方案来实现：
一种磁力调矩式永磁同步联轴器，其特征在于：该联结器包括主动转子部分、从动转子部分、支撑机构、磁力调节机构、调节执行机构。
所述主动转子部分与驱动系统相连，包括主动轴、轴端端盖、外轭铁转子、连接盘、外磁体以及外磁体挡圈；主动轴与驱动端相连，主动轴与连接盘之间平键连接，轴端端盖用于固定连接盘轴向位移，连接盘上设计有定位止口，保证连接盘与轭铁转子的同轴度，连接盘采用碳钢材质，连接盘与轭铁转子采用不锈钢绞制孔螺栓连接起到传递转速的作用，外磁体充磁方向为径向充磁且N\S极交替贴于壳体之内，形成凸极结构，壳体右端面开有螺纹孔，外磁体挡圈采用隔磁材料，挡圈端面开有螺纹孔通过螺栓与外转子壳体端面联结，实现磁体的轴向固定。
所述从动转子部分与负载系统相连，包括内轭铁转子、内磁体、调节转子、从动轴；内轭铁转子主体为凸极结构并与外磁体凸极数量相对，且开有通槽，每对永磁体呈V形嵌入槽中实现周向固定，轭铁转子右端设有凸台结构周向开有螺纹孔，用于安装调节转子，调节转子开有环形槽，调节转子右端面开有螺纹孔，内轭铁转子左侧端部设计成柱体，可以减少调节轴向力，最大限度的减小驱动磁铁体积，从动轴设计为花键轴且有轴心孔，在保证刚度强度的前提下，最大限度地降低质量与转动惯量，内轭铁转子与从动轴为花键配合，具有较好的导向性与对中性，方便调节。
所述磁力调节机构包括滚珠丝杠机构、驱动电机及滑块，滑块上端面开有螺纹孔；所述调节执行机构包括驱动永磁体、一对从动永磁体及相应轭铁，驱动磁体环架用螺栓固定在调节机构的滑块上，调节执行机构是一种非接触式动作方式，当驱动磁体随着滑块在滚珠丝杠机构上运动时，会对同运动方向从动磁体产生排斥力从而驱动执行机构运动，进而调节内转子轭铁在轴上的位置使主动转子与从动转子之间的耦合面积发生变化，从而实现对永磁同步联轴器传递扭矩的非接触式调节。
所述支撑机构包括两侧轴承座以及轴承结构为主动转子部分与从动转子部分提供支撑力。
进一步地，主动轴和从动轴与安装零件均为间隙配合，保证安装的便捷性。
进一步地，内转子轭铁由硅钢片堆叠压制而成。
进一步地，外圈永磁体与轭铁内转子槽中嵌入V形永磁体互为异性磁极，内外圈永磁体、外轭铁转子、内轭铁转子构成封闭磁路。
进一步地，调节执行机构为非接触式动作方式，采用磁体之间同性磁极相互排斥的原理调节从动转子在轴上位置，进而使主动转子与从动转子之间的耦合面积发生变化。
进一步地，外圈永磁体表贴式安装于外圈轭铁，内圈永磁体嵌入内圈轭铁通槽内。
本发明提出的磁力调矩式永磁同步联轴器，工作原理如下：
主动转子部分与驱动电机通过机械联轴器相连，从动转子部分与负载系统通过机械联轴器相连；转动开始，外圈永磁体与内圈凸极转子形成一定磁偏角，在磁力作用下带动内圈凸极转子同步旋转进而将力矩传递至联轴器从动轴；相对磁偏角越大传递力矩越大，当磁转角超过一定值、传递力矩超过额定传递力矩时，主动转子与从动转子滑脱，内圈凸极转子停止转动，外圈永磁体转动保证驱动电机不堵转；可调节永磁体与内圈凸极转子轴向相对位置调节额定传递力矩大小，相对面积越大额定传输力矩越大；调节时，启动磁力调节机构驱动电机，通过电机正反转控制滑块在滚珠丝杠上平移方向，从而带动调节执行机构中驱动磁铁平移，根据同性相斥异性相吸原理，磁铁会对同运动方向同磁极从动磁体产生排斥力，进一步带动调节执行机构移动，从而改变磁体相对面积，控制传动转矩发生变化，停止驱动电机调节停止。
与现有永磁联轴器相比，本发明突出特点如下：
本发明作为一种应用于高转速条件下的联轴器，内轭铁转子由硅钢片堆叠压制而成，硅钢片上开有V形槽，槽内嵌入永磁体，且内轭铁转子左端为圆柱结构，可以减少调节轴向力；联轴器具有力矩调节的特点，且执行机构为非接触式动作方式，依靠磁体之间同性相斥异性相吸原理调节内转子结构在轴上位置，是一种非接触式柔性调节，具有更好的可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种磁力调矩式永磁同步联轴器的轴测图。
图2为本发明的一种磁力调矩式永磁同步联轴器的俯视图。
图3为本发明的一种磁力调矩式永磁同步联轴器的调节机构轴测图
图4为本发明的一种磁力调矩式永磁同步联轴器的剖面图。
图5为本发明的一种磁力调矩式永磁同步联轴器的外轭铁转子的轴测图。
图6为本发明的一种磁力调矩式永磁同步联轴器的内轭铁转子的轴测图。
图7为本发明的一种磁力调矩式永磁同步联轴器的调节转子的轴测图。
图8为本发明的一种磁力调矩式永磁同步联轴器的连接盘的轴测图。
图9为本发明的一种磁力调矩式永磁同步联轴器的右磁环架的轴测图。
图中：1支撑机构，2主动转子部分，3从动转子部分，4执行机构部分，5调节机构部分，6驱动电机，7滚珠丝杠，8滑块，9磁体环架，10、11驱动磁体，12主动轴，13轴承座，14普通平键，15轴端端盖，16连接盘，17外轭铁转子，18内轭铁转子，19外磁体，20从动轴，21外磁体挡圈，22调节转子，23左磁体，24右磁体，25右磁体环架，26轴承座。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚明白，下面结合附图详细说明的实施方式。
如图1所示，磁力调矩式永磁同步联轴器，包括支撑机构1、主动转子部分2、内转子部分3、调节执行机构4、磁力调节机构5。
所述主动转子部分2与驱动系统相连，包括主动轴10、轴端端盖13、外轭铁转子17、连接盘16、外磁体19以及外磁体挡圈21；主动轴12与驱动端相连，主动轴12与连接盘16之间平键14连接，轴端端盖15用于固定连接盘16轴向位移，连接盘16上设计有定位止口，保证连接盘16与轭铁转子17的同轴度，连接盘16采用碳钢材质，连接盘16与轭铁转子17采用不锈钢绞制孔螺栓连接，外磁体19充磁方向为径向充磁且N\S极交替贴于壳体之内，形成凸极结构，壳体右端面开有螺纹孔，外磁体挡圈21采用隔磁材料且通过螺栓与外转子壳体17端面联结，实现磁体19的轴向固定。
所述从动转子部分3与负载系统相连，包括内轭铁转子18、内磁体、从动轴20；内轭铁转子18主体为凸极结构并与外磁体凸极数量相对，且开有通槽，每对永磁体呈V形嵌入槽中实现周向固定，轭铁转子右端设有凸台结构周向开有螺纹孔，用于安装调节转子22，调节转子22开有环形槽，调节转子22右端面开有螺纹孔，内轭铁转子18左侧端部设计成柱体，减少调节轴向力方便调节，从动轴20设计为花键轴且有轴心孔，在保证刚度强度的前提下，最大限度地降低质量与转动惯量，内轭铁转子18与从动轴20为花键配合，具有较好的导向性与对中性，方便调节。
所述磁力调节机构5包括驱动电机6、滚珠丝杠7、滑块8，滑块上端面开有螺纹孔；所述调节执行机构4包括驱动永磁体10和11、磁体环架9、一对从动永磁体23、24及相应轭铁22、25，磁体环架9用螺栓固定在调节机构的滑块8上，调节执行机构4是一种非接触式动作方式，当驱动磁体10、11随着滑块8在滚珠丝杠机构7上运动时，会对同运动方向从动磁体23或24产生排斥力从而驱动执行机构4运动，进而调节内转子轭铁18在轴上的位置使主动转子17与从动转子18之间的耦合面积发生变化，从而实现对永磁同步联轴器传递扭矩的调节。
所述支撑机构1包括两侧轴承座12、26以及轴承结构为主动转子部分2与从动转子部分3提供支撑力。
本发明的原理如下：
主动转子部分2与驱动电机通过机械联轴器相连，从动转子部分3与负载系统通过机械联轴器相连；转动开始，外圈永磁体19与内圈转子18形成一定磁偏角，在磁力作用下带动内圈转子18同步旋转进而将力矩传递至联轴器从动轴20；相对磁偏角越大传递力矩越大，当磁转角超过一定值、传递力矩超过额定传递力矩时，主动转子2与从动转子3滑脱，内圈转子18停止转动，外圈永磁体19转动保证驱动电机不堵转；可调节永磁体19与内圈转子18轴向相对位置调节额定传递力矩大小，相对面积越大额定传输力矩越大；调节时，启动磁力调节机构驱动电机6，通过电机正反转控制滑块8在滚珠丝杠7上平移方向，从而带动调节执行机构中驱动磁铁10、11平移，根据同性相斥异性相吸原理，磁铁10、11会对同运动方向同磁极从动磁体23或24产生排斥力，进一步带动调节执行机构4移动，从而改变磁体相对面积，控制传动转矩发生变化，停止驱动电机调节停止。
以上所述仅为解释本发明，并不用以限制本发明。
Claims (7)
1.一种磁力调矩式永磁同步联轴器，其特征在于：该联结器包括主动转子部分、从动转子部分、支撑机构、磁力调节机构、调节执行机构；
所述主动转子部分与驱动系统相连，包括主动轴、轴端端盖、外轭铁转子、连接盘、外磁体以及外磁体挡圈；主动轴与驱动端相连，主动轴与连接盘之间平键连接，轴端端盖用于固定连接盘轴向位移，连接盘上设计有定位止口，保证连接盘与轭铁转子的同轴度，连接盘采用碳钢材质，连接盘与轭铁转子采用不锈钢绞制孔螺栓连接起到传递转速的作用，外磁体充磁方向为径向充磁且N\S极交替贴于壳体之内，形成凸极结构，壳体右端面开有螺纹孔，外磁体挡圈采用隔磁材料，挡圈端面开有螺纹孔通过螺栓与外转子壳体端面联结，实现磁体的轴向固定；
所述从动转子部分与负载系统相连，包括内轭铁转子、内磁体、调节转子、从动轴；内轭铁转子主体为凸极结构并与外磁体凸极数量相对，且开有通槽，每对永磁体呈V形嵌入槽中实现周向固定，轭铁转子右端设有凸台结构周向开有螺纹孔，用于安装调节转子，调节转子开有环形槽，调节转子右端面开有螺纹孔，内轭铁转子左侧端部设计成柱体，可以减少调节轴向力，最大限度的减小驱动磁铁体积，从动轴设计为花键轴且有轴心孔，在保证刚度强度的前提下，最大限度地降低质量与转动惯量，内轭铁转子与从动轴为花键配合，具有较好的导向性与对中性，方便调节；
所述磁力调节机构包括滚珠丝杠机构、驱动电机及滑块，滑块上端面开有螺纹孔；所述调节执行机构包括驱动永磁体、一对从动永磁体及相应轭铁，驱动磁体环架用螺栓固定在调节机构的滑块上，调节执行机构是一种非接触式动作方式，当驱动磁体随着滑块在滚珠丝杠机构上运动时，会对同运动方向从动磁体产生排斥力从而驱动执行机构运动，进而调节内转子轭铁在轴上的位置使主动转子与从动转子之间的耦合面积发生变化，从而实现对永磁同步联轴器传递扭矩的非接触式调节；
所述支撑机构包括两侧轴承座以及轴承结构为主动转子部分与从动转子部分提供支撑力。
2.根据权利要求1所述的一种磁力调矩式永磁同步联轴器，其特征在于：外圈永磁体与内圈一对V形永磁体为异极，内外圈永磁体、内轭铁转子、外轭铁转子的壳体构成封闭磁路。
3.根据权利要求1所述的一种磁力调矩式永磁同步联轴器，其特征在于：内轭铁转子左端为柱体结构减少调节轴向力，主体为凸极结构且开有通槽；两部分由硅钢片堆叠压制而成。
4.根据权利要求1所述的一种磁力调矩式永磁同步联轴器，其特征在于：调节执行机构为非接触式动作方式，采用磁体之间同性磁极相互排斥的原理调节从动转子在轴上位置，进而使主动转子与从动转子之间的耦合面积发生变化。
5.根据权利要求1所述的一种磁力调矩式永磁同步联轴器，其特征在于：内圈永磁体嵌于内轭铁同槽中，外圈永磁体表贴于外轭铁转子内壁。
6.根据权利要求1所述的一种磁力调矩式永磁同步联轴器，其特征在于：正常工作时，联轴器外转子与内转子同步旋转；输出轴转矩超过额定转矩时内外圈永磁体滑脱，内转子停止旋转，外转子继续旋转。
7.根据权利要求1所述的一种磁力调矩式永磁同步联轴器，其特征在于：主动转子部分与驱动电机通过机械联轴器相连，从动转子部分与负载系统通过机械联轴器相连；转动开始，外圈永磁体与内圈凸极转子形成一定磁偏角，在磁力作用下带动内圈凸极转子同步旋转进而将力矩传递至联轴器从动轴；相对磁偏角越大传递力矩越大，当磁转角超过一定值、传递力矩超过额定传递力矩时，主动转子与从动转子滑脱，内圈凸极转子停止转动，外圈永磁体转动保证驱动电机不堵转；可调节永磁体与内圈凸极转子轴向相对位置调节额定传递力矩大小，相对面积越大额定传输力矩越大；调节时，启动磁力调节机构驱动电机，通过电机正反转控制滑块在滚珠丝杠上平移方向，从而带动调节执行机构中驱动磁铁平移，根据同性相斥异性相吸原理，磁铁会对同运动方向同磁极从动磁体产生排斥力，带动调节执行机构移动，从而改变磁体相对面积，控制传动转矩发生变化，停止驱动电机调节停止。
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