CN1945945A - 磁力离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种属于机械离合器领域的磁力离合器，其特征在于：在输入轴(9)的输出端，同轴固定装有一个在外圆上沿径向制有的多个槽或孔中装有形状与其对应的可沿其径向做有约束滑动的动磁铁(4)的阶梯圆柱形动磁铁联接套(10)，在动磁铁联接套(10)的外圆上，同轴装有沿轴向制有间隙套装在动磁铁联接套(10)外圆上的大孔的且外形成阶梯圆柱形的定磁铁联接套(2)，在直接或间接与输出轴(15)作同轴固定联结的定磁铁联接套(2)的外圆上与动磁铁(4)对应的轴向位置上，沿径向制有多个其内固定装有靠近动磁铁(4)的一端的极性与动磁铁(4)的极性相同的定磁铁(3)的且形状与定磁铁(3)形状对应的槽或孔。

Description

磁力离合器

一、技术领域

本发明是一种属于离合器领域的磁力离合器。

二、背景技术

在机械领域中，离合器是一个重要的机械部件，它主要是起到使机械系统与动力系统按要求及时的结合与分离的作用。

传统结构的离合器的种类很多，但主要有牙嵌离合器、摩擦离合器、离心式离合器、超越离合器、电磁离合器、安全离合器等几类(参见一般机械设计手册)，这些离合器的一个共同特点就是动力传递的元件间均是采用接触形式的，除牙嵌式离合器以外，其它离合器一般最后都是通过摩擦元件来完成动力的传递工作的，所以这些离合器所存在的一个共同问题就是摩擦元件的机械磨损问题。正是由于这些原因的存在，使得这些离合器在应用范围上受到了一定的限制。所以，设计一种非接触型的离合器从效果上说，应当是比较积极的。

三、发明内容

本发明的目的是提出一种非接触型的采用永久磁铁作为传递动力的基本元件的适用范围相对较广、结构比较简单、对大型动力机械也较适用的磁力离合器的原理性技术方案。

本发明是这样实现的：在方案中具有输入轴9、输出轴15，其特征在于：在输入轴9的输出端，同轴固定装有一个在外圆上沿径向制有的多个槽或孔中装有形状与其对应的可沿其径向做有约束滑动的动磁铁4的阶梯圆柱形动磁铁联接套10，在动磁铁联接套10的外圆上，同轴装有沿轴向制有间隙套装在动磁铁联接套10外圆上的大孔的且外形成阶梯圆柱形的定磁铁联接套2，在直接或间接与输出轴15作同轴固定联结的定磁铁联接套2的外圆上与动磁铁4对应的轴向位置上，沿径向制有多个其内固定装有靠近动磁铁4的一端的极性与动磁铁4的极性相同的定磁铁3的且形状与定磁铁3形状对应的槽或孔。各磁铁为永久磁铁，各磁铁除相互对应的工作部位外其它部位的外围可分别套装在用非磁性材料制成的外形与各磁铁外形对应的磁铁外套中，定磁铁3与动磁铁4可以沿轴向排列多组，且每组磁铁中定、定磁铁的数量也可以是不相等的，且沿系统的径向截面可以对应排列或交叉排列，动磁铁4与定磁铁3沿机构径向的形状可以是矩形或阶梯矩形或圆柱形或阶梯圆柱形，二者相对的工作表面可以是对应的曲面或平面或相互间对应制有凸起与凹进部分的对应表面或面积不相等的表面。在定磁铁3与动磁铁4工作表面处的间隙部位处，可套装一个可以包容定磁铁3或动磁铁4所在系统的由非磁性材料制成的密闭的容器。动磁铁联接套10可通过键8与输入轴9做固定联接，在动磁铁联接套10的中部沿轴向制有的阶梯通孔中的与动磁铁4对应的轴段上，通过挡圈17固定装有一个圆柱形定位套7，在动磁铁4的安装孔或槽中靠近机构轴线的一端，沿径向由外向内依次装有缓冲弹簧5和上端为平面下端面的球面或平面顶在定位套7外圆上的垫快6，在定磁铁联接套2的外圆上紧装有一个其内圆表面紧靠在定磁铁3上表面上的圆环形定磁铁压套1，定磁铁联接套2的输入端一侧通过轴承11与动磁铁联接套10同轴联接，其输出端一侧通过由螺钉12同轴与阶梯圆盘形联接盘13固定在一起，联接盘13的输出端一侧通过轴承14与动磁铁联接套10联接，并通过键16与输出轴15作固定联接。可将动磁铁4固定安装在特定的工作位置上。具体工作时，例如当将具有离心式结构的磁力离合器用于大型机械设备时，可将磁力离合器的输入端与电动机联接，将其输出端与机械设备联接，这样一来，当电动机启动时，由于在一定的时间内转速是比较低的，所以这时机构中的动磁铁4在机构作用下产生的离心力是相对较小的，因此不足以起到带动定磁铁3一起转动的目的，所以这时机械设备是处于一个相对静止的状态，而电动机确可以在接近零负载的状态下逐步起动，当电动机的转速达到一定程度时，由于定磁铁3与动磁铁4是同极相对的，所以在离心力的作用下，当动磁铁4沿径向接近动磁铁3时，二者间必然要产生一个相互排斥的作用，由于这时动磁铁4是绕轴线转动的，所以，在相互位置的约束条件下，定磁铁3极其所在系统也会开始随之产生转动趋势，并开始对机械设备产生一个逐步加大的工作扭矩，因此，这个逐步加强的工作扭矩开始克服机械设备本身相关部件的惯性质量使设备平稳的完成起步的工作，当电动机达到额定工作转速时，机械设备也就进入了正常的工作状态了。当机械设备在工作过程中遇到负载的突然增大或卡滞现象时，由于动磁铁4在给定转速的条件下其能够传递的最大扭矩是根据设计要求决定的，所以在超载情况下，磁力离合器就会产生打滑现象，所以就有效的保护了电动机及设备的安全。从这个意义上看，磁力离合器是可以完成通常所说的大型机械设备的软启动工作的。另外，对于一般机械设备，当将动磁铁4固定安装在动磁铁联接套10中的特定位置上时，由于这时机构能传递的最大扭矩是一定的，所以这是磁力离合器实际上是可以起到安全离合器的作用，而且其过载保护的形式是非接触形的，所以机构不会出现由此而产生的磨损或损坏。还有，如果在定磁铁3与动磁铁4工作表面处的间隙部位处套装一个可以包容定磁铁3或动磁铁4所在系统的由非磁性材料制成的密闭的容器，那么，就可以有效的将动力源与机械设备隔开，因为磁力线的穿透作用的原因，所以不影响机构扭矩的传递工作，这样，就可以为许多需要将工作介质与外界隔离的设备(如有些化工设备、各种泵等)提供了有效的动力传递的方法。

由于本发明适用范围相对较广，且结构比较简单，制造成本相对较低，而且设计的灵活性比较强，例如：采用离心式结构的磁力离合器用于大型机械设备的软启动工作及汽车离合器时均可以有效的起到节能的效果；采用磁铁固定式结构的磁力离合器可广泛用于各种机械与动力源的非接触式联接，所以，预计实施后可以产生积极的效果。

四、附图说明

本发明有3个附图，图1是磁力离合器的基本原理示意图，图2是图1的A-A剖视图，图3是磁力离合器磁铁的分布结构参考示意图。各图中：1、定磁铁压套；2、定磁铁联接套；3、定磁铁；4、动磁铁；5、缓冲弹簧；6、垫快；7、定位套；8、键；9、输入轴；10、动磁铁联接套；11、轴承；12、螺钉；13、联接盘；14、轴承；15、输出轴；16、键；17、挡圈。

五、具体实施方式

下面，结合说明书附图对本发明提出的技术方案作进一步的说明：

在图1与图2中可以看到，在方案中具有输入轴9、输出轴15，其特征在于：在输入轴9的输出端，同轴固定装有一个在外圆上沿径向制有的多个槽或孔中装有形状与其对应的可沿其径向做有约束滑动的动磁铁4的阶梯圆柱形动磁铁联接套10，在动磁铁联接套10的外圆上，同轴装有沿轴向制有间隙套装在动磁铁联接套10外圆上的大孔的且外形成阶梯圆柱形的定磁铁联接套2，在直接或间接与输出轴15作同轴固定联结的定磁铁联接套2的外圆上与动磁铁4对应的轴向位置上，沿径向制有多个其内固定装有靠近动磁铁4的一端的极性与动磁铁4的极性相同的定磁铁3的且形状与定磁铁3形状对应的槽或孔。可以看出，机构是依靠离心力的作用来实现动力传递的。

各磁铁为永久磁铁，各磁铁除相互对应的工作部位外其它部位的外围可分别套装在用非磁性材料制成的外形与各磁铁外形对应的磁铁外套中，这样做的主要目的是减少动磁铁4在系统中作径向动时有磁力引起的摩擦阻力和产生的摩擦热，当定磁铁联接套2采用非磁性材料制成时，则定磁铁3一般情况下是可以不加外套的。定磁铁3与动磁铁4可以沿轴向排列多组，且每组磁铁中定、定磁铁的数量也可以是不相等的，且沿系统的径向截面可以对应排列或交叉排列，可以看出，当因机械设备要求的工作扭矩相对较大时，如相应的加大磁力离合器离心机构的工作半径的话，就有可能会此产生机构动平衡困难和磁铁本身的磁场强度不够等问题，所以这时可以沿机构的轴向设计成多组磁铁的结构，从而方便的解决这一问题。动磁铁4与定磁铁3沿机构径向的形状可以是矩形或阶梯矩形或圆柱形或阶梯圆柱形，二者相对的工作表面可以是对应的曲面或平面或相互间对应制有凸起与凹进部分的对应表面或面积不相等的表面。一般情况下，在磁场强度足够的情况下，磁铁的工作面设计成对应的圆弧面或平面就可了，由于磁力离合器只是在起步及过载的情况下动、定磁铁间才会产生相对运动，所以在这种情况下产生一点振动是可以允许的，所以，为了简化结构，将各磁铁的对应工作面设计成平面有时是比较方便的，这些问题在下面还要结合附图3做进一步的说明。

动磁铁联接套10可通过键8与输入轴9做固定联接，在动磁铁联接套10的中部沿轴向制有的阶梯通孔中的与动磁铁4对应的轴段上，通过挡圈17固定装有一个圆柱形定位套7，在动磁铁4的安装孔或槽中靠近机构轴线的一端，沿径向由外向内依次装有缓冲弹簧5和上端为平面下端面的球面或平面顶在定位套7外圆上的垫快6，在定磁铁联接套2的外圆上紧装有一个其内圆表面紧靠在定磁铁3上表面上的圆环形定磁铁压套1，定磁铁联接套2的输入端一侧通过轴承11与动磁铁联接套10同轴联接，其输出端一侧通过由螺钉12同轴与阶梯圆盘形联接盘13固定在一起，联接盘13的输出端一侧通过轴承14与动磁铁联接套10联接，并通过键16与输出轴15作固定联接。具体设计时，动磁铁4的安装孔或槽最好设计成阶梯形的，这样可以对动磁铁4沿径向的最大工作位置进行有效的限定，从而增加机构的安全性。动磁铁也可以将定磁铁3通过压铸的方法固定在定磁铁联接套2上，这样可以有效的简化结构。在强度允许的情况下，动磁铁联接套10和定磁铁联接套2应尽量采用非磁性材料制成，这样做的优点是可尽量减轻机构的磁化现象，从而减少外界环境对机构可能产生的影响。

下面，结合附图3来进进一步说明一下关于磁铁的排列方式问题，在图3中可以看到，在轴截面上，当动、定磁铁数量相等时，由于是同极相对，所以当负载产生的阻力矩相对较大而动磁铁4与定磁铁3沿旋转方向作相对运动时，就会使机构在结合过程中产生一个相对比较大的振动，但是，当动磁铁4与定磁铁3的数量不相等且匹配合理时，这种振动是可以消除的，其具体的做法是使当一部分动磁铁4与定磁铁3处于两对应极面沿径向重合时，其它各组磁铁的相对位置有的处于边缘刚刚开始到达接触位置，有的已经部分进入接触位置，有的已经跨过了接触位置，这样一来，当位置重合的磁铁组中的磁铁相互错过时，所产生的冲击斥力就会被其它各组磁铁缓解，从而达到了减轻振动的目的。所以说，如果各组磁铁匹配得当，再加上离心机构本身就具有良好的吸收振动的能力，所以原则上说，这种振动是可以避免的。由于机构能够传递的扭矩与动磁铁4的磁场强度及质量有关，因此，在具体设计时，在考虑到具体的匹配问题的情况下，应在可能的情况下尽量提高各组磁铁的磁场强度，这样，就可在工作状态下使动磁铁4与定磁铁3之间的间隙尽量大一些，从而提高其安全性及使用寿命。另外，在各组磁铁的轴向，最好是设计成有对应凸起与凹进的结构，因为这样一来，由于各磁铁凸凹部分的侧面相互间斥力的作用，可以把机构在运行过程中产生的轴向推力相互抵消掉，可以看出，从机械设计的角度出发这一点是非常有利的。也可以将磁铁组设计成动、定磁铁表面积不相等并沿轴向相互错开的结构，例如可以设计成在两组动磁铁4的中间放一组定磁铁3的结构，这样一来，由于两组定磁铁4的外侧的一部分面积分别处在对应定磁铁3面积范围的外侧，所以就限制了定磁铁的轴向运动趋势，因此也可以有效的抵消或减少机构在运行工作中产生的轴向推力。

一般情况下，磁铁组的匹配问题可在初步估算的基础上由实验来确定。

另外，还可以将动磁铁4固定安装在特定的工作位置上。由于这时机构能传递的最大扭矩是一定的，所以这时磁力离合器实际上是在替代牙嵌式离合器情况下还可以起到安全离合器的作用，而且其过载保护的形式是非接触形的，所以机构不会出现由此而产生的磨损或损坏。如果在定磁铁3与动磁铁4工作表面处的间隙部位处，套装一个可以包容定磁铁3或动磁铁4所在系统的由非磁性材料制成的密闭的容器。这样做可以有效的将动力源与机械设备隔开，因为磁力线的穿透作用的原因，所以不影响机构扭矩的传递工作，这样，就可以为许多需要将工作介质与外界隔离的设备(如有些化工设备、各种泵等)提供了有效的动力传递的方法。这种结构还有一个特点是由于各组磁铁合理的排列方式可以有效的消除机构的轴向推力，所以，对于转动精度要求相对不是很高的密闭机械系统而言，当磁力离合器的轴向长度足够长或磁铁组分布在密闭机械系统的两端时，在一定条件下，原则上说，在其密闭系统的内部是不需要安装轴承的，这样一来，就可以在较大程度上减少系统的机械磨损，提高使用寿命，并提高系统的工作转速。以传统的叶片泵为例，当采用上述方法来驱动其转子时，就可以使转子在工作时处于一个完全浮动的状态下，这一点显然是十分有利的。

Claims (5)

1、一种磁力离合器，具有输入轴(9)、输出轴(15)，其特征在于：在输入轴(9)的输出端，同轴固定装有一个在外圆上沿径向制有的多个槽或孔中装有形状与其对应的可沿其径向做有约束滑动的动磁铁(4)的阶梯圆柱形动磁铁联接套(10)，在动磁铁联接套(10)的外圆上，同轴装有沿轴向制有间隙套装在动磁铁联接套(10)外圆上的大孔的且外形成阶梯圆柱形的定磁铁联接套(2)，在直接或间接与输出轴(15)作同轴固定联结的定磁铁联接套(2)的外圆上与动磁铁(4)对应的轴向位置上，沿径向制有多个其内固定装有靠近动磁铁(4)的一端的极性与动磁铁(4)的极性相同的定磁铁(3)的且形状与定磁铁(3)形状对应的槽或孔。

2、根据权利要求1所述的磁力离合器，其特征在于：各磁铁为永久磁铁，各磁铁除相互对应的工作部位外其它部位的外围可分别套装在用非磁性材料制成的外形与各磁铁外形对应的磁铁外套中，定磁铁(3)与动磁铁(4)可以沿轴向排列多组，且每组磁铁中定、定磁铁的数量也可以是不相等的，且沿系统的径向截面可以对应排列或交叉排列，动磁铁(4)与定磁铁(3)沿机构径向的形状可以是矩形或阶梯矩形或圆柱形或阶梯圆柱形，二者相对的工作表面可以是对应的曲面或平面或相互间对应制有凸起与凹进部分的对应表面或面积不相等的表面。

3、根据权利要求1所述的磁力离合器，其特征在于：在定磁铁(3)与动磁铁(4)工作表面处的间隙部位处，可套装一个可以包容定磁铁(3)或动磁铁(4)所在系统的由非磁性材料制成的密闭的容器。

4、根据权利要求1所述的磁力离合器，其特征在于：动磁铁联接套(10)可通过键(8)与输入轴(9)做固定联接，在动磁铁联接套(10)的中部沿轴向制有的阶梯通孔中的与动磁铁(4)对应的轴段上，通过挡圈(17)固定装有一个圆柱形定位套(7)，在动磁铁(4)的安装孔或槽中靠近机构轴线的一端，沿径向由外向内依次装有缓冲弹簧(5)和上端为平面下端面的球面或平面顶在定位套(7)外圆上的垫快(6)，在定磁铁联接套(2)的外圆上紧装有一个其内圆表面紧靠在定磁铁(3)上表面上的圆环形定磁铁压套(1)，定磁铁联接套(2)的输入端一侧通过轴承(11)与动磁铁联接套(10)同轴联接，其输出端一侧通过由螺钉(12)同轴与阶梯圆盘形联接盘(13)固定在一起，联接盘(13)的输出端一侧通过轴承(14)与动磁铁联接套(10)联接，并通过键(16)与输出轴(15)作固定联接。

5、根据权利要求1所述的磁力离合器，其特征在于：可将动磁铁(4)固定安装在特定的工作位置上。

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