CN203251216U - 扭矩限制型永磁偶合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扭矩限制型永磁偶合器，包括可以在输入轴上滑动的两个内转盘，以及连接有输出轴的两个外转盘，两个内转盘与输入轴之间无相对转动，两个内转盘的正面分别与两个外转盘平行相对，其中一个内转盘的背面固定有沿轴向延伸的顶杆，另一个内转盘上设有与所述顶杆相对的让位孔和挡块，挡块的一端通过一根转轴安装在所述内转盘的背面，挡块的另一端挡在让位孔的孔口上，当挡块随内转盘转动时，所述挡块在离力心的作用下绕转轴转动并从让位孔的孔口上移开。本实用新型通过顶杆、让位孔和挡块对内转盘滑动的限制作用，可以实现电机的软启动功能、扭矩限制功能和自动恢复连接功能。

Description

扭矩限制型永磁偶合器

技术领域

本实用新型涉及一种永磁偶合器，具体涉及一种用于限制扭矩、过载保护的永磁偶合器。

背景技术

常见的传动系统主要由电机、联轴器和负载组成，而常用的联轴器有：刚性联轴器、齿式联轴器、滚子链联轴器、膜片联轴器、弹性联轴器等等，以上这些无一例外的是采用硬连接的方式，也就是联轴器在传递运动和动力的过程中和所连接的两根轴一同回转，以1:1的比例将电机的转速传递到负载设备上。其具有以下特点：1）高刚性、高转矩、低惯性；2）大扭矩承载，高扭矩刚性和卓越的灵敏度；3）零回转间隙、顺时针和逆时针回转特性相同；4）免维护、超强抗油和耐腐蚀性。

但是，传统联轴器联接传动也存在着较多的问题，主要体现在以下方面：

一、传统电机采用硬启动方式，启动时的大电流对电网冲击较大，影响电网供电质量；伤害电机绝缘，降低电机寿命；在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成电机紧死，线圈变形，鼠笼条断裂等故障。

二、电机在硬启动时，对负载设备冲击较大，影响使用寿命。

三、电机与负载间是常规的机械连接，故负载的振动会被传递到电机上，电机和负载设备中的轴承和密封件容易受磨损，影响电机使用寿命。

四、电机功率利用率低，为确保可以应对不同工况，电机选型时往往大于实际所需功率，而工作时电机又常处于轻载状态，电机的恒扭矩运行势必造成电能浪费。

五、无法实现过载保护，当负载设备发生堵转时，电机很有可能因为其功率升高内部电流过大而超载，导致发热乃至烧毁。

上述问题限制了采用硬连接的联轴器在某些要求较高场合的应用。而基于永磁传动技术的永磁偶合器，尤其是扭矩限制型永磁偶合器的应用，则可以较好地解决上述问题。

永磁传动是通过铜或铝导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输。该技术的驱动（电动机）和被驱动（负载）之间无机械链接，其工作原理是通过一端的永磁体和另一端的导体感应磁场相互作用而产生转矩，最终达到传递转矩的目的。

中国实用新型专利CN201020105226.5公开了一种永磁限矩耦合器，包括共轴的两根轴，输入轴上安装笼形转子，由四个转盘组成，外侧两个外转盘，其间用销轴连接，内侧两个内转盘，可在销轴上滑动；两个内转盘之间装有和输出轴连接的永磁转盘，在两个外转盘上装有限矩装置，该装置包括底座、柱状部分、扭力弹簧、轴、螺母、垫片，底座上有沉孔，通过螺栓固定在外侧转盘上或内侧转盘上均可，上面有一柱状部分，中间用扭力弹簧连接，扭力弹簧穿在由螺母和垫圈固定的轴上。在这种结构中，笼形转子共由内、外四个转盘组成，再加上永磁转盘，共有5个转盘，结构复杂，体积较大，不利于应用在某些空间受限制的场合。

中国实用新型专利CN201120266682.2公开了一种具有过载保护功能的磁力偶合器，包括可在轴上自由滑动的第一磁转子、第二磁转子和轴向位置固定的第一铜转子、第二铜转子，第一磁转子上安装有受离心力作用可以改变状态的挡块。该挡块采用与上述CN201020105226.5专利中限矩装置类似的折叠式结构；在磁转子启动后升速而达到一定转速时，挡块在离心力的作用下变为折叠状态，磁转子可移动的距离增大；当系统超载时，磁转子和铜转子之间的转速差变大，它们之间的轴向力也变大，磁转子被铜转子推开，直到磁转子和折叠状态的档块碰上为止，这时候磁转子和铜转子之间的间隙很大，磁力偶合器的传递扭矩就很小，这样动力机将得到保护。但是，这种限矩装置（或挡块）采用折叠式结构，扭力弹簧暴露在外，工作可靠性差，故障率高，当有异物进入时，易造成限矩装置卡死。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种可靠性好、故障率低的扭矩限制型永磁偶合器，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种扭矩限制型永磁偶合器，包括可以在输入轴上滑动的两个内转盘，以及连接有输出轴的两个外转盘，两个内转盘与输入轴之间无相对转动，两个内转盘的正面分别与两个外转盘平行相对，其中一个内转盘的背面固定有沿轴向延伸的顶杆，另一个内转盘上设有与所述顶杆相对的让位孔和挡块，挡块的一端通过一根转轴安装在所述内转盘的背面，挡块的另一端挡在让位孔的孔口上，当挡块随内转盘转动时，所述挡块在离力心的作用下绕转轴转动并从让位孔的孔口上移开。

优选地，所述两个内转盘为导体转盘，所述两个外转盘为永磁转盘。

优选地，所述两个外转盘之间通过多块气隙板和多根螺栓连接成笼形。

进一步地，每个导体转盘均由正面盘片和背面盘片构成，正面盘片由铜或铝材料制成，背面盘片由钢材料制成。

进一步地，所述背面盘片上固定有散热片。

优选地，所述输入轴的两端分别设有轴肩和轴端挡板，两个内转盘可在所述轴肩和轴端挡板之间滑动。

进一步地，所述输入轴在轴肩和轴端挡板之间的部分为方轴，所述内转盘的中心设有方孔。

进一步地，所述内转盘的方孔边缘固定有多个与方轴滑动配合的滑块。

进一步地，所述滑块由一块中心开有方孔的滑块板固定在内转盘上。

进一步地，所述挡块与内转盘之间设有一根扭簧，扭簧套在转轴上并使挡块向内抵靠在滑块板的边缘，挡块此时挡在让位孔的孔口上。

与现有技术相比，本实用新型所采用的技术方案具有以下优点：

（1）有软启动功能：采用本实用新型扭矩限制型永磁偶合器的传动系统，在电机启动时，内转盘和外转盘之间有明显滑差，由于内转盘可以滑动，内转盘和外转盘之间的气隙会变大，但在顶杆的作用下，该气隙被限制在合理的范围内；在电机转速从0升到最大值时，该滑差逐渐在几秒之内减至最小。可有效减少电机启动对传动系统的冲击，同时对外围设备也起到保护作用。

（2）可驱动启动转矩较高的设备：采用实用新型扭矩限制型永磁偶合器后，在选择电机时可最大限度地选择较小启动转矩的电机，极大地节省采购成本。

（3）更好的减振性能：本实用新型是通过磁场效应传递力矩，是一种无机械接触的联接方式，由于电机与负载之间没有机械联接，使电机和负载之间的振动不会相互传递，因此减少了轴承和密封件的磨损，延长了电机的使用寿命。

（4）提高电机功率利用率：采用本实用新型后，将使电机输出功率根据现场实际工况合理匹配输出，输出扭矩随负载的工况而改变，从而节约电能，提高电机功率合理利用率。

（5）扭矩限制功能：当负载突然堵转时，输出轴减慢转速甚至停转，本实用新型内转盘和外转盘之间的滑差变大，两个内转盘在斥力的作用下向中间靠拢，使内转盘和外转盘之间的气隙变大，同时由于内转盘在大转速下，其上的挡块在离力心的作用下会转动并从让位孔的孔口上移开，使顶杆不受阻挡，内转盘的滑动范围变大，内转盘和外转盘之间的气隙也随之变大直至完全脱开，从而使电机仍可按原有的转速空转，而负载设备停转，这样就可以有效地保护电机系统，避免因瞬间内部电流过大而烧毁。特别是，本实用新型采用顶杆、让位孔和挡块的配合来实现对两个内转盘间距的控制，从而控制内转盘和外转盘之间的气隙，这种结构比现有技术的折叠式结构更加简单、可靠，故障率低。

（6）自动恢复连接功能：当负载的堵转问题在不停电机的状态下排除后，本实用新型内转盘和外转盘之间又可以自动偶合，气隙恢复正常，则电机与负载设备之间恢复连接，电机驱动负载设备运转。

附图说明

图1是本实用新型一种扭矩限制型永磁偶合器的结构剖视图。

图2是本实用新型中两个内转盘与输入轴的组装结构分解示意图。

图3是本实用新型中其中一个内转盘的结构分解示意图。

图4是本实用新型中另一个内转盘的结构分解示意图。

图5是本实用新型中外转盘的结构剖视图。

图6是本实用新型扭矩限制型永磁偶合器内转盘与外转盘脱开时的状态示意图。

图中：1、输入轴     2、输出轴      3、内转盘4、内转盘

5、外转盘     6、外转盘      7、调节螺钉8、气隙板

9、螺栓       11、轴肩       12、轴端挡板13、方轴

14、螺钉      30、让位孔     31、正面盘片32、背面盘片

33、滑块板    34、散热片     35、方孔36、滑块

37、转轴      38、挡块       39、扭簧41、正面盘片

42、背面盘片  43、滑块板     44、散热片      45、方孔

46、滑块      47、顶杆座     48、顶杆

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明，本领域技术人员由此可以更清楚地了解本实用新型的其他优点及功效。

需要说明的是，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，仅用以配合具体实施方式，供本领域技术人员更清楚地了解本实用新型的构思，并非用以限制本实用新型的保护范围。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型的功效及目的达成的情况下，均应仍落在本实用新型的保护范围之内。为了便于描述，各部件的相对位置关系是根据说明书附图的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是根据说明书附图1的布图方向来确定的。

如图1所示，本实用新型的一种扭矩限制型永磁偶合器，包括一根可以与电机连接的输入轴1和一根可以与负载设备连接的输出轴2，在输入轴1上设有两个可以沿输入轴轴向滑动的内转盘3、4，为了限制内转盘3、4的滑动范围，在输入轴1的两端分别设有轴肩11和轴端挡板12，两个内转盘3、4只能在轴肩11和轴端挡板12之间滑动。两个内转盘3、4与输入轴1之间只能相对滑动，不能相对转动，可以将输入轴1设计成非圆形截面，或者设置键槽等止转结构来实现。

如图2所示，在本实用新型的优选实施例中，轴端挡板12通过螺钉14固定在输入轴1的端部，输入轴1在轴肩11和轴端挡板12之间的部分为方轴13，内转盘3、4的中心设有方孔与方轴13滑动配合。

如图1所示，在两个内转盘3、4的外侧设置两个外转盘5、6，两个外转盘5、6之间固定连接并与输出轴2相连接。两个内转盘3、4的正面分别与两个外转盘5、6平行相对，内转盘与外转盘之间的间隙构成永磁偶合器的气隙。其中一个内转盘4的背面固定有沿轴向延伸的顶杆48，另一个内转盘3上设有与所述顶杆48正对的让位孔30和挡块38。

如图3所示，挡块38的一端通过一根转轴37安装在内转盘3的背面，挡块38的另一端在初始状态下正好挡在让位孔30的孔口上。

如图5所示，两个外转盘5、6之间通过多块气隙板8和多根螺栓9连接成笼形，中间的空腔用于容纳内转盘。在左、右两个外转盘5、6上可以各设置几根调节螺钉7，用于调节内转盘与外转盘之间的最小气隙，并使两侧的气隙为相等且均匀的状态。

本实用新型中的一对平行相对的内转盘和外转盘，对应于永磁偶合器的一对互相作用的导体转盘和永磁转盘，就是说，如果内转盘为导体转盘，那么外转盘为永磁转盘；如果内转盘为永磁转盘，那么外转盘为导体转盘。

在本实用新型的下述优选实施例中，将两个内转盘3、4设置为导体转盘，而两个外转盘5、6设置为永磁转盘，由于导体转盘相对比较轻、薄，作为内转盘可以更有利于滑动，提高可靠性，并减小永磁偶合器的体积。

如图3所示，左侧的内转盘3是一个导体转盘，它由正面盘片31和背面盘片32构成，正面盘片31可以由铜或铝材料制成，背面盘片32可以由钢材料制成。在背面盘片32上固定有散热片34，用于散发导体转盘在工作过程中产生的热量，由于散热片直接暴露在空气中，在转动过程中，可以通过空冷方式散发导体转盘中因涡流产生的热量，具有很好的散热效果。背面盘片32的中心设有方孔35，沿方孔35的边缘一周设有多个半圆柱形嵌槽，每个半圆柱形嵌槽中嵌有一个半圆柱状的滑块36，滑块36朝向方孔35内沿的一面为平面，该平面略微凸出于方孔35内沿，以便与方轴的表面相配合，滑块36的另一面为半圆柱面，可以在半圆柱形嵌槽中转动，起到自适应的作用，以保证其平面可以与方轴更好地贴合。还有一块滑块板33固定在内转盘32上，滑块板33的中心也开有方孔，方孔的边缘也设有半圆柱形嵌槽，滑块板33与背面盘片32将各滑块36夹在其中，使其轴向固定。由滑块36取代方孔35内沿与方轴表面配合，可以起到减少接触面积、降低滑动时的摩擦力的作用。让位孔30和挡块38也设置在背面盘片32上，由轴肩螺钉构成的转轴37穿过挡块38的一端。一根扭簧39套在转轴37上，扭簧39的一端固定在背面盘片32上，另一端连接在挡块38上并使挡块38向内抵靠在滑块板33的边缘（如图2所示），而在此初始状态下，挡块38的另一端此时也正好挡在让位孔30的孔口上。

如图4所示，右侧的内转盘4也是一个导体转盘，它与左侧的内转盘3的结构基本相同，也由正面盘片41和背面盘片42构成，背面盘片42上也设有方孔45、滑块46和散热片44，也固定有滑块板43。所不同的是，背面盘片42上没有让位孔和挡块，而是固定有顶杆座47，顶杆48通过螺纹拧在顶杆座47上。

下面结合图1和图6对本实用新型的工作原理进行说明。

本实用新型在工作时，输入轴1与电机相连接，输出轴2与负载设备相连接。在电机刚启动的初始状态下，内转盘3、4和外转盘5、6之间有明显滑差，产生斥力，由于内转盘3、4可以轴向滑动，内转盘3、4和外转盘5、6之间的气隙会变大，但由于挡块38挡住了让位孔30，从而限制了顶杆48的轴向移动，在顶杆的作用下，气隙被限制在合理的范围内，在电机转速从0升到最大值时，内、外转盘的滑差也逐渐在几秒之内减至最小。这样就实现了电机的软启动，可有效减少电机启动对传动系统的冲击。

内、外转盘的滑差减至最小后，内、外转盘之间的气隙也随之达到最小，这样就能获得最大的磁场效应，可以将电机的大扭矩传递给负载设备。当电机处于额定转速下时，随电机轴一起转动的内转盘也达到额定转速，内转盘3上的挡块38在离心力作用下克服扭簧的作用力，绕转轴37转动并从让位孔30的孔口上移开，露出让位孔30。

在内转盘随电机高速旋转的状态下，如果负载设备发生堵转而导致外转盘转速降低时，内、外转盘之间滑差变大，产生斥力，使内转盘内收，气隙变大，从而起到限制电机输出扭矩的作用；一旦负载设备发生堵转而导致外转盘完全停转时，滑差为100%，内、外转盘之间将产生很大的斥力，使两个内转盘3、4迅速相向内收，由于让位孔30已经露出，顶杆48可以插入让位孔30中，使内转盘3、4可以向内滑动足够的距离，直至内、外转盘之间的作用力变得非常微弱，使电机空载转动，不会因负载堵转而使电机烧毁，达到自动过载保护的功能。

当电机停转后，内、外转盘处于静止状态，内转盘3、4又会因磁场的吸力作用向两侧的外转盘滑动，气隙恢复到启动前的最小状态，挡块38在扭簧的作用下重新将让位孔30挡住，实现了自动复位的功能。

本实用新型具备缓冲启动、扭矩限制、自动复位、对中要求低、隔离振动、节约能源等优点，可以适应各种恶劣环境，可广泛地应用于对电机驱动的可靠性和故障率等有较高要求的传动场合。

当然，以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本实用新型还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种扭矩限制型永磁偶合器，包括可以在输入轴（1）上滑动的两个内转盘（3、4），以及连接有输出轴（2）的两个外转盘（5、6），两个内转盘（3、4）与输入轴（1）之间无相对转动，两个内转盘（3、4）的正面分别与两个外转盘（5、6）平行相对，其特征是，其中一个内转盘（4）的背面固定有沿轴向延伸的顶杆（48），另一个内转盘（3）上设有与所述顶杆相对的让位孔（30）和挡块（38），挡块（38）的一端通过一根转轴（37）安装在所述内转盘（3、4）的背面，挡块的另一端挡在让位孔（30）的孔口上，当挡块（38）随内转盘（3、4）转动时，所述挡块（38）在离力心的作用下绕转轴（37）转动并从让位孔（30）的孔口上移开。

2.根据权利要求1所述的永磁偶合器，其特征是，所述两个内转盘（3、4）为导体转盘，所述两个外转盘（5、6）为永磁转盘。

3.根据权利要求1或2所述的永磁偶合器，其特征是，所述两个外转盘（5、6）之间通过多块气隙板（8）和多根螺栓（9）连接成笼形。

4.根据权利要求2所述的永磁偶合器，其特征是，每个导体转盘均由正面盘片和背面盘片构成，正面盘片由铜或铝材料制成，背面盘片由钢材料制成。

5.根据权利要求4所述的永磁偶合器，其特征是，所述背面盘片上固定有散热片。

6.根据权利要求1所述的永磁偶合器，其特征是，所述输入轴（1）的两端分别设有轴肩（11）和轴端挡板（12），两个内转盘（3、4）可在所述轴肩（11）和轴端挡板（12）之间滑动。

7.根据权利要求6所述的永磁偶合器，其特征是，所述输入轴（1）在轴肩（11）和轴端挡板（12）之间的部分为方轴（13），所述内转盘（3、4）的中心设有方孔（35、45）。

8.根据权利要求7所述的永磁偶合器，其特征是，所述内转盘（3、4）的方孔边缘固定有多个与方轴滑动配合的滑块（36、46）。

9.根据权利要求8所述的永磁偶合器，其特征是，所述滑块（36、46）由一块中心开有方孔的滑块板（33、43）固定在内转盘（3、4）上。

10.根据权利要求9所述的永磁偶合器，其特征是，所述挡块（38）与内转盘（3、4）之间设有一根扭簧（39），扭簧（39）套在转轴（37）上并使挡块（38）向内抵靠在滑块板（33）的边缘，挡块（38）此时挡在让位孔（30）的孔口上。

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