CN204615597U - 调速型永磁涡流联轴器 - Google Patents

Abstract

一种调速型永磁涡流联轴器，包括：主动转子机构，由涡流转子、主动轭铁转子、散热片、主动轴等构成，涡流转子与主动轭铁转子采用楔形链接，过盈配合，保证转子之间的同轴度；从动转子机构，由永磁体、磁极嵌体、从动轭铁转子、负载轴等构成，涡流转子内锥面与磁极嵌体外锥面锥角范围为1°～179°，锥角可根据实际工况确定，随着涡流转子与磁极嵌体啮合的面积逐渐增加，涡流转子与永磁体之间的气隙不断减小，使得联轴器传扭能力平稳增加，本实用新型相比盘式永磁涡流联轴器，对输出扭矩及输出速度的调节更精确，相比筒式永磁涡流联轴器，实现软启动；电动执行机构，调节涡流转子与磁极嵌体的啮合面积及气隙大小，从而实现对传扭能力的精确控制。

Description

调速型永磁涡流联轴器

 技术领域

    本发明涉及一种永磁涡流联轴器。

        背景技术

众所周知，地球上现有资源已日趋短缺，最终将走向枯竭，人们不断探索寻求着新能源，虽然已经取得骄人的成绩，但是并不能取代现有能源，因此节约能源降低消耗己经成为社会关注的热点，尤其是在我国经济发展的现阶段而言，节能减排尤为重要。 据统计，2010年，全国约有4700万台的各种风机、泵类，其耗电占全国工业用电总量的30%以上，尤其是在大型驱动设备上，为了避免启动过程堵转时间较长而损坏电机，一般驱动电机功率为实际额定功率的几倍，并且在一些环境恶劣的工况下，振动严重，造成极大地能源浪费严重。在某些要变速调速的场合，大都是通过变频器变频调速来实现，但是变频器调速所适应的功率范围有限，而且变频调速的过程中会造成巨大的能源浪费。永磁涡流柔性传动节能技术是以现代磁学基本理论为基础，应用永磁材料所产生的磁力作用，来实现力或者力矩（功率）无接触传递的一种新技术。其电动机与负载连接的扭矩通过气隙传递，整体具有柔性驱动特性，降低了安装的误差要求，有效隔离了振动。在驱动风机、水泵等二次方转矩负载情况下，节能效果显著；在高湿、高温、高海拔、高粉尘、高电磁环境情况下，具有较高的可靠性和安全性。

目前现有永磁涡流联轴器主要有径向（盘式）永磁涡流联轴器和轴向（筒式）永磁涡流联轴器，盘式永磁涡流联轴器通过调整气隙来调节输出转速及输出扭矩的，允许输入输出轴不对中可到5mm，远远大约筒式永磁涡流联轴器不对中1mm的要求，但是筒式永磁涡流联轴器允许的轴向窜动量为5mm，而盘式的仅为0.7mm，而且筒式永磁涡流联轴器易于实现输出转速及扭矩的线性控制，而盘式永磁涡流联轴器气隙略微发生改变，则输出扭矩及输出转速变化较大，难以实现精确调节，尤其是在发电厂、矿山机械、钢铁工业等大功率、环境恶劣的场合，筒形永磁涡流联轴器更显其优势。但是目前现有的筒形永磁涡流联轴器无法实现“软启动”功能，即在筒形永磁涡流联轴器啮合面积从零开始时，所啮合的涡流转子上涡流密度极高，极容易灼伤甚至使得涡流转子融化，即使采用强冷的方式，也难以很好的解决这瞬间温度急剧升高的问题。

 发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种调速型永磁涡流联轴器，与现有的盘形永磁涡流联轴器专利技术相比，扭矩传递的平稳性大幅增加，在保证输出扭矩及输出转速的控制精度的前提下，使得启动过程涡流转子中的涡流密度缓慢增加，具有绿色节能、软启动、启动时间短、发热少、调速范围宽、控制精度等诸多优点。

  为此，本发明提供一种调速型永磁涡流联轴器，包括：主动转子机构，主要由涡流转子、主动轭铁转子、散热片、主动轴以及主动支撑架构成，所述涡流转子与主动轭铁转子采用楔形链接，过盈配合，保证涡流转子与主动轭铁转子之间同轴度，并且涡流转子两端均与主动轭铁转子螺栓链接，使得两转子在高速旋转时连接牢固，而且保证扭矩传递的可靠性；从动转子机构，主要由永磁体、磁极嵌体、从动轭铁转子、负载轴、电动执行器和从动支撑架以及限位开关等构成，所述永磁体截面分为上部扇形及下部锥形，上部到扇形保证永磁体在涡流转子内表面所形成磁场的均匀性，下部锥形起到定位及固定作用，防止永磁体因高速旋转的离心力而发生径向位移甚至与磁体嵌体甩脱，使得永磁体在随主动转子转动过程中与主动转子配合更加牢靠，有效地减小因安装存在缝隙产生的振动及噪声；所述磁极嵌体与从动轭铁转子采用楔形链接，过盈配合，保证涡流转子与从动轭铁转子之间同轴度；所述磁极嵌体外圆周表面为锥形结构，即永磁体安装在锥面上；所述涡流转子内锥面与磁极嵌体外锥面配合形成从动转子机构与主动转子机构的气隙，涡流转子内锥面与磁极嵌体外锥面锥角范围为1°~179°，锥角可根据实际工况确定锥角的大小，随着涡流转子与磁极嵌体啮合的面积逐渐增加，涡流转子与镶嵌在磁极嵌体外圆锥面的永磁体的气隙不断减小，啮合面积不断增加，使得永磁涡流联轴器传扭能力平稳增加，该结构方式相比盘式永磁涡流联轴器，对输出扭矩及输出速度的调节更为精确，相比筒式永磁涡流联轴器，启动过程的启动涡流密度缓慢增加，实现软启动；电动执行机构，调节涡流转子与磁极嵌体的啮合面积，从而调节涡流转子与永磁体之间的气隙，实现对输出扭矩及输出转速的精确控制。

[4]                  所述涡流转子采用电阻稳定性较好的非导磁材料，随着温度改变材料的电阻稳定，减小对联轴器传扭能力的影响，涡流转子锥度范围为1°~179°，根据工况优化涡流转子锥度及涡流转子厚度，使得涡流转子最大限度地有效利用磁场，而且使得启动过程扭矩增加平稳；所述主动轭铁转子采用导磁材料，使得涡流转子最大限度的利用磁场强度，又有效地的减小电磁污染，主动轭铁转子外部设计有周向散热片，相比于轴向散热片，其转动风阻更小，周向的对称性更易保证，因此比较适合应用于高速旋转的场合，而且该结构形式加工难度低，降低加工成本。

[5]               所述主动轭铁转子与主动轴之间采用铰制孔螺栓连接，铰制孔螺栓轴向承载能力和普通螺栓相同，但其剪切承载能力远高于普通螺栓，并且铰制孔螺栓是一种配合螺栓，起定位的作用，保证主轴与主动转子的同轴度；主动轭铁转子端面设计有通流口，保证空气流通顺畅，利于散热。

[6]              所述主动轴与主动支撑架之间采用角接触球轴承支撑，靠近主动轭铁转子一侧的角接触球轴承采用轴间加轴承端盖定位，远离主动轭铁转子一侧的角接触球轴承采用轴间加螺母及螺母防转圈定位，所述角接触球轴承采用自密封、自润滑型，可以终生润滑，相比非自密封型角接触球轴承相比，减少了润滑、密封等一系列结构，大大地增加了产品的可靠性，降低产品的检修频率，减小成本。

[7]                   所述主动支撑架与安装平台连接均采用螺栓连接，并且均设计有止口，保证轴向定位精度，方便安装调试；所述主动轴与上一级驱动相连采用双键连接，相比于单键连接，其传扭能力更强，使用更为可靠。

[8]                   所述永磁体截面分为上部扇形及下部锥形，上部到扇形保证永磁体在涡流转子内表面所形成磁场的均匀性，下部锥形起到定位及固定作用，防止永磁体因高速旋转的离心力而发生径向位移甚至与磁体嵌体甩脱，使得永磁体在随主动转子转动过程中与主动转子配合更加牢靠，有效地减小因安装存在缝隙产生的振动及噪声；

[9]                   所述永磁体可根据实际需要，采用整块永磁体或多块永磁体组成一组永磁体，永磁体个数或组数为2的倍数，使得径向波动力相互抵消，有效地降低输出扭矩的波动；永久磁铁块或组沿圆周方向均匀分布在磁极嵌体的外圆锥面上，优选地，永磁体弧长与非永磁体部分弧长之比介于3:1到3:2之间，采用辅向充磁方式，这样即保证气隙磁密的均匀性，使得扭矩输出更加平稳，而且保证尽量不发生磁短路，最大限度地利用磁场。

[10]                   所述永磁体通过过盈配合镶嵌在磁极嵌体中，磁极嵌体的一端设计有固定端盖，通过螺栓与磁极嵌体相连接，防止镶嵌在磁极嵌体中的永磁体轴向蹿动；所述磁极嵌体采用轻质高强度非导磁性材料，在保证磁极嵌体的强度、刚度的同时，降低磁极嵌体的质量，即降低了负载轴悬臂端的质量，使其高速旋转时更为安全可靠。

[11]                   所述从动轭铁转子与磁极嵌体采用锥形链接，过盈配合，保证磁极嵌体与从动轭铁转子之间同轴度，并且磁极嵌体两端均与从动轭铁转子螺栓链接，使得两转子在高速旋转时连接牢固，而且保证扭矩传递的可靠性；所述从动轭铁转子端面设计有通流口，保证空气流通顺畅，从而保证联轴器内部散热通畅。

[12]                   所述从动轭铁转子与负载轴之间采用花键连接，即沿负载轴轴向均布多个键齿，齿侧为工作面，轴与轮毂直接而均匀制出齿与槽，相对于单键连接或者双键连接，其受力均匀，承载能力高，因齿槽浅，齿根应力集中小，并且轮毂与轴的对中性好，导向性好，即实现扭矩的可靠传递，又实现从动轭铁转子相对于负载轴轴向移动。

[13]                   所述负载轴与从动支撑架之间采用角接触球轴承支撑，靠近从动轭铁转子一侧的角接触球轴承采用轴间加轴承端盖定位，远离从轭铁转子一侧的角接触球轴承采用轴间加螺母及螺母防转圈定位，所述角接触球轴承采用自密封、自润滑型，可终生润滑。

[14]                   所述从动支撑架与安装平台连接均采用螺栓连接，并且均设计有止口，保证轴向定位精度，方便安装调试；所述负载轴花键端设计有减重孔，在满足强度刚度的前提下，尽量减小负载轴悬臂端重量，负载轴与下一级驱动相连采用双键连接，相比于单键连接，其传扭能力更强，使用更为可靠。

[15]                   所述电动执行机构主要是由电动执行器及驱动盘构成，驱动盘安装在双列角接触球轴承外表面上，双列角接触球轴承内侧安装在从动轭铁转子上，自密封型双列角接触球轴承大大地减少驱动盘所占空间，减小了从动转子机构的悬臂长度，无论对于结构的强度刚度还是对于从动转子机构的轴向移动，都是有利的；所述电动执行器安装在从动支撑架上，电动执行器包括电机及电动缸，电机为交流伺服电机，并且带刹车，可以实现自锁，通过伺服控制技术，控制电动缸的运动速度及电动缸伸长的长度，从而实现对系统软启动过程及联轴器传扭能力的精确控制，所述电动缸内部设计有防转机构及限位开关，确保电动缸运动的安全性。

[16]                   位置标杆通过螺钉固定在驱动盘一侧，在从动转子机构完全伸出的极限位置以及完全收回的极限位置，位置标杆各对应有一个限位开关，对从动转子机构进行电气限位，保证从动转子机构移动过程的安全性。

[17]                   从动转子机构与主动转子机构之间存在气隙，气隙的大小直接影响输出扭矩的大小，综合考虑机械加工装配过程中的同轴度、机械运动过程中的振动以及气隙磁场分布，工作状态下一般选择气隙为1.5~3mm，由于设计中从动转子机构与主动转子机构采用锥形结构，因此主动转子机构与从动转子机构之间的气隙可调。

[18]                   所述负载轴的输出端及主动轴的输入端可根据实际工程需要确定螺纹连接等连接方式，通用性强。

[19]                   根据本发明的永磁涡流联轴器，整套机械系统结构巧妙、高度集成化，可实现扭矩的高效、平稳传输，自身形成空气对流，有效地解决发热问题，并且成功地吸了收盘式永磁涡流联轴器与筒式永磁涡流联轴器的优点，即实现软启动又实现传扭能力的精确控制，通用性强，适用于立式及卧式传动，具有维护费用低(无易损件、清洁频率低)、绿色节能、柔性启动、启动时间短、发热少、调速范围宽等诸多优点，对节能减排具有重要意义。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的轴测图1；

图2是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的轴测图2；

图3是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的左视图；

图4是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的俯视剖视图；

图5是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的主视图；

图6是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的俯视图；

图7是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的局部剖视图；

图8是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的主动转子机构轴测图1；

图9是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的主动转子机构轴测图2；

图10是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的主动转子机构左视图；

图11是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的主动转子轴测图1；

图12是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的主动转子轴测图2；

图13是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的涡流转子轴测图；

图14是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的从动转子机构轴测图1；

图15是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的从动转子机构轴测图2；

图16是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的磁极嵌体轴测图。

图17是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的转子剖视图；

图18是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的从动轭铁转子轴测图1；

图19是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的从动轭铁转子轴测图2；

图20是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的永磁体轴测图1。

图21是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的永磁体轴测图2。

图22是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的负载轴轴测图；

图23是根据本发明的另一个实施方式的永磁涡流联轴器的轴测图1；

图24是根据本发明的另一个实施方式的永磁涡流联轴器的轴测图2；

图25是根据本发明的另一个实施方式的永磁涡流联轴器的转子剖视图；

图26是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的磁极嵌体剖视图；

图27是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的锥角为1°时的磁极嵌体剖视图；

图28是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的锥角为179°时的磁极嵌体剖视图；

图中：1、主动转子机构；2、安装平台；3、从动转子机构；4、限位开关；5、电动执行机构；6、涡流转子；7、主动轭铁转子；8、主动支撑架；9、通流孔；10、铰制孔螺栓；11、主动轴；12、固定端盖；13、永磁体；14、磁极嵌体；15、从动轭铁转子；16、轴挡圈；17、通流孔；18、驱动盘；19、双列角接触轴承；20、轴承端盖；21、轴承挡圈；22、负载轴；23、散热片；24、双键；25、轴承端盖；26、螺母；27、螺母防转圈；28、角接触球轴承；29、从动支撑架；30、双键；31、花键；32、电动执行器；33、电机；34、位置标杆。

具体实施方式

[20]                   下面结合附图详细说明根据本发明的实施方式。

[21]                   如附图所示，一种调速型永磁涡流联轴器，包括：主动转子机构1，主要由涡流转子6、主动轭铁转子7、散热片23、主动轴11以及主动支撑架8构成，所述涡流转子6与主动轭铁转子7采用楔形链接，过盈配合，保证涡流转子6与主动轭铁转子7之间同轴度，并且涡流转子6两端均与主动轭铁转子7螺栓链接，使得两转子在高速旋转时连接牢固，而且保证扭矩传递的可靠性；从动转子机构3，主要由永磁体13、磁极嵌体14、从动轭铁转子15、负载轴22、从动支撑架29以及限位开关4等构成，所述永磁体13截面分为上部扇形及下部锥形，上部到扇形保证永磁体13在涡流转子6内表面所形成磁场的均匀性，下部锥形起到定位及固定作用，防止永磁体13因高速旋转的离心力而发生径向位移甚至与磁体嵌体14甩脱，使得永磁体13在随主动转子转动过程中与主动转子配合更加牢靠，有效地减小因安装存在缝隙产生的振动及噪声；所述磁极嵌体14与从动轭铁转子15采用楔形链接，过盈配合，保证涡流转子6与从动轭铁转子15之间同轴度；所述磁极嵌体14外圆周表面为锥形结构，即永磁体13安装在锥面上；所述涡流转子6内锥面与磁极嵌体14外锥面配合形成从动转子机构3与主动转子机构1的气隙，涡流转子6内锥面与磁极嵌体14外锥面锥角范围为1°~179°，锥角可根据实际工况确定锥角的大小，随着涡流转子6与磁极嵌体14啮合的面积逐渐增加，涡流转子6与镶嵌在磁极嵌体14外圆锥面的永磁体13的气隙不断减小，啮合面积不断增加，使得永磁涡流联轴器传扭能力平稳增加，该结构方式相比盘式永磁涡流联轴器，对输出扭矩及输出速度的调节更为精确，相比筒式永磁涡流联轴器，启动过程的启动涡流密度缓慢增加，实现软启动；电动执行机构，调节涡流转子与磁极嵌体的啮合面积，从而调节涡流转子与永磁体之间的气隙，实现对输出扭矩及输出转速的精确控制。

[22]                   所述涡流转子6采用电阻热稳定性较好的非导磁材料，随着温度改变材料的电阻稳定，减小对联轴器传扭能力的影响，涡流转子6锥度范围为1°~179°，根据工况优化涡流转子锥度及涡流转子厚度，使得涡流转子最大限度地有效利用磁场，而且使得启动过程扭矩增加平稳。

[23]                   所述主动轭铁转子7采用导磁材料，使得涡流转子6最大限度的利用磁场强度，又有效地的减小电磁污染，主动轭铁转子7外部设计有周向散热片23，相比于轴向散热片，其转动风阻更小，周向的对称性更易保证，因此比较适合应用于高速旋转的场合，而且该结构形式加工难度低，降低加工成本。

[24]                   所述主动轭铁转子7与主动轴11之间采用铰制孔螺栓10连接，铰制孔螺栓轴向承载能力和普通螺栓相同，但其剪切承载能力远高于普通螺栓，并且铰制孔螺栓是一种配合螺栓，起定位的作用，保证主轴与主动转子的同轴度；主动轭铁转子7端面设计有通流口9，保证空气流通顺畅，利于散热。

[25]                   所述主动轴11与主动支撑架8之间采用角接触球轴承28支撑，靠近主动轭铁转子7一侧的角接触球轴承采用轴间加轴承端盖定位，远离主动轭铁转子一侧的角接触球轴承采用轴间加螺母及螺母防转圈定位。

[26]                   所述主动支撑架8与安装平台2连接均采用螺栓连接，并且均设计有止口，保证轴向定位精度，方便安装调试；所述主动轴11与上一级驱动相连采用双键24连接，相比于单键连接，其传扭能力更强，使用更为可靠。  

[27]                   所述永磁体13截面分为上部扇形及下部锥形，上部到扇形保证永磁体13在涡流转子6内表面所形成磁场的均匀性，下部锥形起到定位及固定作用，防止永磁体因高速旋转的离心力而发生径向位移甚至与磁体嵌体甩脱，使得永磁体13在随主动转子转动过程中与主动转子配合更加牢靠，有效地减小因安装存在缝隙产生的振动及噪声；

[28]                   所述永磁体13可根据实际需要，采用整块永磁体或多块永磁体组成一组永磁体，永磁体个数或组数为2的倍数，使得径向波动力相互抵消，有效地降低输出扭矩的波动；永磁体13块或组沿圆周方向均匀分布在磁极嵌体的外圆锥面上，优选地，永磁体13弧长与非永磁体部分弧长之比介于3:1到3:2之间，采用辅向充磁方式，这样即保证气隙磁密的均匀性，使得扭矩输出更加平稳，而且保证尽量不发生磁短路，最大限度地利用磁场。

[29]                   所述永磁体13通过过盈配合镶嵌在磁极嵌体14中，磁极嵌体14的一端设计有固定端盖，通过螺栓与磁极嵌体14相连接，防止镶嵌在磁极嵌体14中的永磁体13轴向蹿动；所述磁极嵌体14采用轻质高强度非导磁性材料，在保证磁极嵌体14的强度、刚度的同时，降低磁极嵌体14的质量，即降低了负载轴悬臂端的质量，使其高速旋转时更为安全可靠。

[30]                   所述从动轭铁转子15与磁极嵌体14采用锥形链接，过盈配合，保证磁极嵌体14与从动轭铁转子15之间同轴度，并且磁极嵌体14两端均与从动轭铁转子15螺栓链接，使得两转子在高速旋转时连接牢固，而且保证扭矩传递的可靠性；所述从动轭铁转子15端面设计有通流口，保证空气流通顺畅，从而保证联轴器内部散热通畅。

[31]                   所述从动轭铁转子15与负载轴22之间采用花键31连接，即沿负载轴轴向均布多个键齿，齿侧为工作面，轴与轮毂直接而均匀制出齿与槽，相对于单键连接或者双键连接，其受力均匀，承载能力高，因齿槽浅，齿根应力集中小，并且轮毂与轴的对中性好，导向性好，即实现扭矩的可靠传递，又实现从动轭铁转子相对于负载轴轴向移动。

[32]                   所述负载轴22与从动支撑架29之间采用角接触球轴承28支撑，靠近从动轭铁转子一侧的角接触球轴承采用轴间加轴承端盖定位，远离从轭铁转子一侧的角接触球轴承采用轴间加螺母及螺母防转圈定位，所述角接触球轴承采用自密封、自润滑型，可终生润滑。

[33]                  所述从动支撑架29与安装平台2连接均采用螺栓连接，并且均设计有止口，保证轴向定位精度，方便安装调试；所述负载轴22花键端设计有减重孔，在满足强度刚度的前提下，尽量减小负载轴悬臂端重量，负载轴与下一级驱动相连采用双键30连接，相比于单键连接，其传扭能力更强，使用更为可靠。

[34]                  所述电动执行机构5主要是由电动执行器32及驱动盘18构成，驱动盘18安装在双列角接触球轴承19外表面上，双列角接触球轴承19内侧安装在从动轭铁转子15上，自密封型双列角接触球轴承19大大地减少驱动盘所占空间，减小了从动转子机构3的悬臂长度，无论对于结构的强度刚度还是对于从动转子机构3的轴向移动，都是有利的；所述电动执行器32安装在从动支撑架29上，电动执行器32中的电机33为交流伺服电机，并且带刹车，可以实现自锁，通过伺服控制技术，控制电动缸32的运动速度及电动缸伸长的长度，从而实现对系统软启动过程及联轴器传扭能力的精确控制，所述电动缸内部设计有防转机构及限位开关，确保电动缸运动的安全性。

[35]                   位置标杆34通过螺钉固定在驱动盘18一侧，在从动转子机构3完全伸出的极限位置以及完全收回的极限位置，位置标杆各对应有一个限位开关，对从动转子机构进行电气限位，保证从动转子机构移动过程的安全性。

[36]                   从动转子机构3与主动转子机构1之间存在气隙，气隙的大小直接影响输出扭矩的大小，综合考虑机械加工装配过程中的同轴度、机械运动过程中的振动以及气隙磁场分布，工作状态下一般选择气隙为1.5~3mm，由于设计中从动转子机构与主动转子机构采用锥形结构，因此主动转子机构与从动转子机构之间的气隙可调。

[37]                   所述负载轴的输出端及主动轴的输入端可根据实际工程需要确定螺纹连接等连接方式，通用性强。

[38]                   永磁涡流联轴器的一个示例性实施方式的工作方式如下，也可以其他方式工作。

[39]                   从动转子机构3及主动转子机构1锥角为10°（在附图25中的另一种实施方式中，从动转子机构3及主动转子机构1锥角为45°），永磁体13采用18块永磁体，采用辅向充磁方式，所述永磁体13的“占空比”为2:1，工作状态下，主动转子机构1与从动转子机构3之间的气隙为2mm，使用前对系统进行安全检查，确保没有螺栓松动、涡流转子无损坏等安全使用问题后，启动电动执行器32，将从动转子机构3移动至工作的初始位置（附图23、附图24所示位置状态），此时从动转子机构3与主动转子机构1不存在啮合面，启动主动转子机构1的上游动力系统，实现主动转子机构1转动，等主动转子机构1运行平稳后，控制电动执行器32推动从动转子机构3轴向移动，从动转子机构3与主动转子机构1的啮合面积逐渐增加，气隙不断减小，传扭能力不断增加，随着从动转子机构3继续轴向运动，从动转子机构3的转速不断升高，并到达指定位置后，从动转子机构转速稳定，实现系统的软启动，当从动转子机构到达极限位置时，限位开关4动作，系统电气保护，电动执行器32不在继续推动从动转子机构3运动。

          当外界负载发生变化时，从动转子机构3的转速发生变化，保证输出扭矩值与负载相匹配，通过电动执行器32改变主动转子机构1与从动转子机构3的啮合面面积及气隙大小，改变联轴器的传扭能力，使用结束后，系统停车，电动执行器32推动从动转子机构1至初始位置。

         根据本发明的永磁涡流联轴器，整套机械系统结构巧妙、高度集成化，可实现扭矩的高效、平稳传输，自身形成空气对流，有效地解决发热问题，并且成功吸收盘式永磁涡流联轴器与筒式永磁涡流联轴器的优点，即实现软启动又实现传扭能力的精确控制，通用性强，适用于立式及卧式传动，具有维护费用低(无易损件、清洁频率低)、绿色节能、柔性启动、启动时间短、发热少、调速范围宽等诸多优点，对节能减排具有重要意义。

             以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，

主动转子机构，主要由涡流转子、主动轭铁转子、散热片、主动轴以及主动支撑架构成，所述涡流转子与主动轭铁转子采用楔形链接，过盈配合，保证涡流转子与主动轭铁转子之间同轴度，并且涡流转子两端均与主动轭铁转子螺栓链接，使得两转子在高速旋转时连接牢固，而且保证扭矩传递的可靠性；

从动转子机构，主要由永磁体、磁极嵌体、从动轭铁转子、负载轴、从动支撑架以及限位开关等构成，所述永磁体截面分为上部扇形及下部锥形，永磁体截面上半部分为扇形，下部锥形起到定位及固定作用，防止永磁体因高速旋转的离心力而发生径向位移甚至与磁体嵌体甩脱，使得永磁体在随主动转子转动过程中与主动转子配合更加牢靠，有效地减小因安装存在缝隙产生的振动及噪声；所述磁极嵌体与从动轭铁转子采用楔形链接，过盈配合，保证涡流转子与从动轭铁转子之间同轴度；所述磁极嵌体外圆周表面为锥形结构，即永磁体安装在锥面上；所述涡流转子内锥面与磁极嵌体外锥面配合形成从动转子机构与主动转子机构的气隙，涡流转子内锥面与磁极嵌体外锥面锥角范围为1°～179°，锥角可根据实际工况确定锥角的大小，随着涡流转子与磁极嵌体啮合的面积逐渐增加，涡流转子与镶嵌在磁极嵌体外圆锥面的永磁体的气隙不断减小，啮合面积不断增加，使得永磁涡流联轴器传扭能力平稳增加，该结构方式相比盘式永磁涡流联轴器，对输出扭矩及输出速度的调节更为精确，相比筒式永磁涡流联轴器，启动过程的启动涡流密度缓慢增加，实现软启动；

电动执行机构，调节涡流转子与磁极嵌体的啮合面积，从而调节涡流转子与永磁体之间的气隙，实现对输出扭矩及输出转速的精确控制。

2.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，所述涡流转子采用电阻稳定性较好的非导磁材料，随着温度改变材料的电阻稳定，减小对联轴器传扭能力的影响，涡流转子锥度范围为1°～179°，根据工况 优化涡流转子锥度及涡流转子厚度，使得启动过程扭矩增加平稳；所述主动轭铁转子采用导磁材料，使得涡流转子最大限度的利用磁场强度，又有效地的减小电磁污染，主动轭铁转子外部设计有周向散热片，相比于轴向散热片，其转动风阻更小，周向的对称性更易保证，因此比较适合应用于高速旋转的场合，而且该结构形式加工难度低，降低加工成本。

3.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，所述主动轭铁转子与主动轴之间采用铰制孔螺栓连接，不仅可以承受较大的轴向载荷及切向载荷，而且起定位的作用，保证主轴与主动转子的同轴度；主动轭铁转子端面设计有通流口，保证空气流通顺畅，利于散热。

4.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，所述主动支撑架与安装平台连接均采用螺栓连接，并且均设计有止口，保证轴向定位精度，方便安装调试；所述主动轴与上一级驱动相连采用双键连接，相比于单键连接，其传扭能力更强，使用更为可靠。

5.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，所述永磁体可根据实际需要，采用整块永磁体或多块永磁体组成一组永磁体，永磁体个数或组数为2的倍数，使得径向波动力相互抵消，有效地降低输出扭矩的波动；永久磁铁块或组沿圆周方向均匀分布在磁极嵌体的外圆锥面上，永磁体弧长与非永磁体部分弧长之比介于3:1到3:2之间，采用辅向充磁方式，这样即保证气隙磁密的均匀性，使得扭矩输出更加平稳，而且保证尽量不发生磁短路，最大限度地利用磁场。

6.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，所述永磁体通过过盈配合镶嵌在磁极嵌体中，磁极嵌体的一端设计有固定端盖，通过螺栓与磁极嵌体相连接，防止镶嵌在磁极嵌体中的永磁体轴向蹿动；所述磁极嵌体采用轻质高强度非导磁性材料，在保证磁极嵌体的强度、刚度的同时，降低磁极嵌体的质量，即降低了负载轴悬臂端的质量，使其高速旋转时更为安全可靠。

7.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，所述从动轭铁转子与磁极嵌体采用锥形链接，过盈配合，保证磁极嵌体与从动轭铁转子之间同轴度，并且磁极嵌体两端均与从动轭铁转子螺栓链接，使得两转子在高速旋转时连接牢固，而且保证扭矩传递的可靠性；所述从动轭铁转子端面设计有通流口，保证空气流通顺畅，从而保证联轴器内部散热通畅。

8.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，所述从动轭铁转子与负载轴之间采用花键连接，即沿负载轴轴向均布多个键齿，齿侧为工作面，轴与轮毂直接而均匀制出齿与槽，相对于单键连接或者双键连接，其受力均匀，承载能力高，因齿槽浅，齿根应力集中小，并且轮毂与轴的对中性好，导向性好，即实现扭矩的可靠传递，又实现从动轭铁转子相对于负载轴轴向移动。

9.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，所述从动支撑架与安装平台连接均采用螺栓连接，并且均设计有止口，保证轴向定位精度，方便安装调试；所述负载轴花键端设计有减重孔，在满足强度刚度的前提下，尽量减小负载轴悬臂端重量，负载轴与下一级驱动相连采用双键连接，相比于单键连接，其传扭能力更强，使用更为可靠。

10.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，所述电动执行机构主要是由电动执行器及驱动盘构成，驱动盘安装在双列角接触球轴承外表面上，双列角接触球轴承内侧安装在从动轭铁转子上，自密封型双列角接触球轴承大大地减少驱动盘所占空间，减小了从动转子机构的悬臂长度，无论对于结构的强度刚度还是对于从动转子机构的轴向移动，都是有利的；所述电动执行器安装在从动支撑架上，电动执行器包括电机及电动缸，电机为交流伺服电机，并且带刹车，可以实现自锁，通过伺服控制技术，控制电动缸的运动速度及电动缸伸长的长度，从而实现对系统软启动过程及联轴器传扭能力的精确控制，所述电动缸内部设计有防转机构及限位开关，确保电动缸运动的安全性。

11.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，位置标杆通过螺钉固定在驱动盘一侧，在从动转子机构完全伸出的极限位置以及完全收回的极限位置，位置标杆各对应有一个限位开关，对从动转子机构进行电气限位，保证从动转子机构移动过程的安全性。

12.根据权利要求1所述的调速型永磁涡流联轴器，其特征在于，从动转子机构与主动转子机构之间的气隙，工作状态下气隙为1.5～3mm，由于设计中从动转子机构与主动转子机构采用锥形结构，因此主动转子机构与从动转子机构之间的气隙可调。