CN205725414U - 一种轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，包括导磁转子组件、永磁转子组件、轴承座组件、传动螺杆组件、齿轮箱组件和调速输出轴，导磁转子组件的一端形成内筒，永磁转子组件能够伸入所述内筒中，永磁转子组件的外壁面与导磁转子组件的内筒壁面间具有固定气隙，永磁转子组件安装于轴承座组件上，且能够相对于轴承座组件进行周向转动，并能够与轴承座组件进行同步轴向移动，传动螺杆组件的一端固定连接于轴承座组件，另一端螺纹连接于齿轮箱组件，齿轮箱组件能驱动传动螺杆组件轴向移动，调速输出轴前部通过花键连接于永磁转子组件，后部通过轴承安装于齿轮箱组件上。本实用新型所述装置可根据负载进行无极平滑调速，市场前景广阔。

Description

一种轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置

技术领域

本实用新型涉及耦合调速技术领域，具体涉及一种轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置。

背景技术

我国是能耗大国，且能源储备不足，能源利用率较低，节能降耗已成为全社会关注的重点。风机、水泵负载是量大面广的常用设备，其耗能在交流电机总能耗中占很大的比例。电动机系统的用电量约占全国用电量的60%，其中风机用电占全国总用电量的10.4%，泵类电机占20.9%，压缩机占9.4%，空调制冷机占6%，风机、泵类用电量非常巨大，然而由于风机、水泵等的驱动设备陈旧落后，运行效率比国外先进水平低10%～20%，每年浪费电能极其严重，有很大的节电潜力。

调速被国际上公认为电机最佳的节能方式，如果对风机、泵类负载采用调速控制，其节电可达20%～70%，不但节电效果显著，而且对于满足生产工艺的要求，保证产品的质量，起到了非常重要的作用，经济效益十分显著。在此最大的突破便是液力耦合器和变频器的产生及应用，其大大提高了生产率及能源的优化利用，使节能环保这一理念在工程机械的应用当中得到了充分体现。

液力耦合器作为一种常见的调速设备，工作时利用液体介质传递电机输入的转速，它的主动输入轴端与电机驱动轴相联，从动输出轴端与负载轴端联接，通过调节液体介质的压力，来改变输出轴的转速。在理想状态下，当压力趋于无穷大时，输出转速与输入转速相等，相当于刚性联轴器；当压力减小时，输出转速相应降低，连续改变介质压力，输出转速可以得到低于输入转速的无极调速，其调速范围宽，且结构简单，故障率低，对精度要求低，具有一定的节能效果。然而，在液力耦合器产品逐渐成熟并被大量应用后，其劣势也逐渐显现，如能量转换效率低，液压油要定期更换，调速精度低等。之后随着微处理技术的快速发展及变压变频调速的发展，在20世纪80年代中后期，发达国家的变频技术开始逐渐实用化，变频器这个新产品逐渐被熟知并广泛应用。

变频器是通过改变电机工作电源频率方式，控制交流电动机，从而改变电机输出的电力控制设备，它基于变频技术和微电子技术，工作时通过变频器改变电源的频率，达到改变电源电压的目的，从而提供给电机实际所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，其性能上要优于液力耦合器。但是，随着变频器在设备中大范围的应用，它的不足及劣势也逐渐凸显出来，变频器的干扰即是其最大的劣势。变频器干扰主要有：一是变频器中普遍使用了晶闸管或整流二极管等非线性整流器件，其产生的谐波对电网将产生传导干扰，引起电网电压畸变（电压畸变率用THDV表示，变频器产生谐波引起的THDV在10～40%左右），影响电网的供电质量；二是变频器的输出部分一般采用的是IGBT等开关器件，在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁辐射干扰，影响周边电器的正常工作。另外，在电机与负载的刚性连接中，由于对准性不好而造成机器稳定性及安全性问题，无不要求人们提出更优的方案来弥补现有变频器的缺点。

永磁调速器是透过气隙传递转矩的传动设备，电动机与负载之间无需机械连接，电动机旋转时带动导磁盘在装有强力稀土磁铁的永磁盘所产生的强磁场中切割磁力线，从而在导磁盘中产生涡电流，该涡电流在导磁盘上产生反感应磁场，从而实现了电动机与负载之间的转矩传输，获得可调节、可控制、可重复的负载转速，实现负载转速的调节。但是现有的永磁调速器基本上都是气隙调整式永磁调速器，也就是通过调整导磁转子和永磁转子之间的气隙间距来实现转速的调整，这种气隙间距的调整机构较为复杂，而且基于气隙间距调整进行的转速调整精度较低。因此有必要对现有永磁调速器的调速方式及其性能进行改进，这在调速驱动技术领域意义重大。

发明内容

本实用新型针对目前各类调速装置的能量转换效率不高、系统可靠性不足、技术要求高、对环境要求严格等缺点，首创的提出一种轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，通过独创的轴向调节机构调节永磁转子组件和导磁转子组件在轴线水平方向上的相对位置来改变相互作用的啮合面积，进而改变导磁转子组件和永磁转子组件之间传递的扭矩大小，实现对负载转速的变换，达到调速节能目的。本实用新型所提供的永磁耦合调速装置在不改变电机运行转速的情况下，可在电机的输出端根据负载的变化进行无极平滑的速度调整，不但高效节能、绿色环保，而且调速过程不会造成电流谐波和电磁干扰等污染，并且负载与电机之间无接触连接，在过载的情况下可保护电机不受损伤，能够广泛应用于发电、冶金、石化、采矿、造纸、供水、水务、水泥、灌溉等行业的离心式负载，具有广阔的市场应用前景。

本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，包括：导磁转子组件100、永磁转子组件200、轴承座组件300、传动螺杆组件400、齿轮箱组件500和调速输出轴，所述导磁转子组件100的一端连接动力输入机构，所述导磁转子组件100的另一端形成为内筒结构，所述永磁转子组件200能够伸入所述导磁转子组件100的内筒结构中，且所述永磁转子组件200的外侧壁面与所述导磁转子组件100的内筒壁面之间具有固定的径向气隙，所述永磁转子组件200安装于所述轴承座组件300上，且所述永磁转子组件200能够相对于所述轴承座组件300进行周向转动，并能够与所述轴承座组件300进行同步轴向移动，所述传动螺杆组件400的一端固定连接于所述轴承座组件300，另一端螺纹连接于所述齿轮箱组件500，所述齿轮箱组件500能够驱动所述传动螺杆组件400进行轴向移动，所述调速输出轴的前部通过花键连接于所述永磁转子组件200，所述调速输出轴的后部通过轴承安装于所述齿轮箱组件500上。

进一步的根据本实用新型所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其中所述齿轮箱组件500包括齿轮箱壳体13、轮固定盘22、行星齿轮25、太阳轮26、调节端圆锥齿轮14、调节端输入轴15、主动齿轮10和从动圆锥齿轮12，所述轮固定盘22安装于所述齿轮箱壳体13的前端开口，所述行星齿轮25、太阳轮26和主动齿轮10通过轴承安装于所述轮固定盘22上，且所述行星齿轮25啮合于所述太阳轮26上，所述主动齿轮10啮合于所述太阳轮26上，所述从动圆锥齿轮12连接于所述主动齿轮10上，所述调节端圆锥齿轮14连接于所述调节端输入轴15上，所述从动圆锥齿轮12啮合于所述调节端圆锥齿轮14，所述调速输出轴的后部通过轴承安装于所述太阳轮26和所述齿轮箱壳体13上，所述传动螺杆组件400的另一端螺纹连接于所述行星齿轮25。

进一步的根据本实用新型所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其中所述行星齿轮25包括有三个，并沿周向均匀分布于所述太阳轮26的外周，每个行星齿轮25的中央开设有螺纹孔，所述主动齿轮10设置于其中两个行星齿轮之间，所述从动圆锥齿轮12通过平键固定连接于所述主动齿轮10，所述调节端圆锥齿轮14通过平键固定连接于所述调节端输入轴15，所述传动螺杆组件400包括有三根传动螺杆27，每根传动螺杆27的外壁均形成有外螺纹，且每根传动螺杆27的一端均固定连接于所述轴承座组件300，每根传动螺杆27的另一端螺纹连接于对应的一个行星齿轮26的螺纹孔内。

进一步的根据本实用新型所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其中所述调节端输入轴15包括手动端输入轴38和自动端输入轴41，所述调节端圆锥齿轮14包括手动端圆锥齿轮39和自动端圆锥齿轮40，所述手动端圆锥齿轮39通过平键固定连接于所述手动端输入轴38上，所述手动端圆锥齿轮39啮合于所述从动圆锥齿轮12的一侧，所述手动端输入轴38通过轴承安装在所述齿轮箱壳体13上，所述自动端圆锥齿轮40通过平键固定连接于所述自动端输入轴41上，所述自动端圆锥齿轮40啮合于所述从动圆锥齿轮12的另一侧，所述自动端输入轴41通过轴承安装在所述齿轮箱壳体13上。

进一步的根据本实用新型所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其中所述齿轮箱组件500还包括有手轮33、手轮轴34、手轮支座35、步进电机46、步进电机支座45和轴套式联轴器44，所述手轮33安装在所述手轮轴34上，所述手轮轴34通过间隙配合安装于所述手轮支座35上，所述手轮支座35固定于所述齿轮箱壳体13上，所述步进电机46安装于所述步进电机支座45上，所述步进电机支座45固定于所述齿轮箱壳体13上，所述步进电机46的输出转轴通过所述轴套式联轴器44连接于所述自动端输入轴41。

进一步的根据本实用新型所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其中所述自动端输入轴41与步进电机支座45之间设置有第一唇形密封圈，所述手动端输入轴38与手轮支座35之间设置有第二唇形密封圈。

进一步的根据本实用新型所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其中所述太阳轮26的中央开设有安装孔，所述齿轮箱壳体13的后壁面上与所述安装孔正对的形成有安装密封腔室，所述调速输出轴的后部通过轴承安装于所述太阳轮26的安装孔和所述齿轮箱壳体13的安装密封腔室上，所述安装密封腔室内设置有机械油封18，所述调速输出轴的后端伸出于所述齿轮箱壳体13的后壁之外。

进一步的根据本实用新型所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其中还包括有外壳筒体9，所述外壳筒体9固定安装在所述齿轮箱壳体上，所述导磁转子组件100、永磁转子组件200、轴承座组件300和传动螺杆组件400均处于所述外壳筒体9的内部，所述导磁转子组件100包括电机轴连接器1、导磁转子基体2和铜环3，所述电机轴连接器1的一端固定连接于作为动力输入机构的电机输出轴，所述电机轴连接器1的另一端固定连接于所述导磁转子基体2，所述导磁转子基体2具有通透的圆筒状结构，所述铜环3通过压紧方式装配在导磁转子基体2的圆筒内表面上，所述导磁转子基体2的外表面上设置有散热片32。

进一步的根据本实用新型所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其中所述永磁转子组件200包括永磁片4和永磁转子基体5，所述永磁片4均匀固定在所述永磁转子基体5的外周侧面上，所述永磁片4的外表面和所述铜环3的内壁面之间形成固定的径向气隙，所述永磁转子基体5的中央形成有通孔，所述通孔的内壁面上形成有沿轴向延伸的花键结构，所述调速输出轴的前部形成有沿轴向延伸的花键结构，所述调速输出轴的前部通过花键配合连接于所述永磁转子基体5，使得所述永磁转子基体5能够沿所述调速输出轴的轴向进行前后移动，并能够带动所述调速输出轴沿周向进行转动。

进一步的根据本实用新型所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其中所述轴承座组件300包括轴承压盖29、深沟球轴承6、轴承座8、密封圈和轴向限位机构，所述轴承座8的中央形成有贯穿孔，所述轴承座8的外壁表面与所述外壳筒体9的内壁表面通过小间隙配合，所述密封圈安装在轴承座8的外壁表面的凹槽内，所述永磁转子基体5通过深沟球轴承6安装在所述轴承座8的贯穿孔内，所述轴承压盖29固定于所述轴承座上并将所述深沟球轴承6限制在轴承座8的贯穿孔内，所述轴承座8的贯穿孔内壁设置有所述轴向限位机构，通过所述轴向限位机构保证所述轴承座8与所述永磁转子基体5进行同步轴向移动。

本实用新型所述轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置具有以下独特创新和技术效果：

（1）、实现可控过程启动。本实用新型所述轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置通过增大永磁转子组件和导磁转子组件的间距，能够让电机空载启动，当电机达到额定转速后，在减小两者间距，使负载稳定逐步加速到所需转速，速度由零逐渐缓慢上升，实现了无冲击的软启；同时可以大大降低启动过程中的电流冲击、电机线圈发热、流量急剧变化等问题造成的影响。

（2）、高可靠性，本实用新型所述永磁耦合调速装置由三个部件组成，构造简单,本身无需电源。其中铜盘和磁盘的故障率几乎为零，执行机构的可靠性决定了设备乃至系统的可靠性。

（3）、容易安装，容忍对心误差，隔离并减低振动。本实用新型所述永磁耦合调速装置因为采用气隙间距而不采用硬机械连接来传递扭矩，因而对电机和风机或水泵的连接精度要求大大降低。除安装时基本不需要激光轴校准，因为永磁驱动器在电机和负载之间没有刚性连接，连接精度所造成的机械振动和噪音大大降低，实践证明，这种连接方式，可降低振动80%左右。

（4）、适应于恶劣环境。本实用新型所述永磁耦合调速装置主要元件的材质特性和无刚性机械连接、无摩擦调速装置的特性使其能适应高温、低温、肮脏易燃、易爆、电力质量差、各种电压及频率等级的恶劣环境。

（5）、不产生电力谐波及电磁干扰。电动机负载是感性负载，而永磁耦合调速装置为机械式调速装置，与电性能无关，因而调速过程不会造成电流谐波和电磁干扰，其功率因素取决于电机本身。这种功率因素问题仅利用配电系统中的电容补偿柜就可，不增加额外成本。

（6）、电机不会过热，也不需更换和改造电机。本实用新型所述永磁耦合调速装置是通过改变电机与负载之间的滑差实现调速的，也就是说，电机转速始终维持在设计转速，因此不会因为电机转速下降而导致电机过热。

（7）、降低维护成本、延长系统设备寿命。本实用新型所述永磁耦合调速装置基本为免维护产品，只需定期对轴向调节装置加注润滑油即可，理论使用寿命可达30年。

（8）、特别的本实用新型所述永磁耦合调速装置中创新了对永磁转子组件和导磁转子组件啮合面积轴向调整的轴向调节机构，所独创的轴向调节机构本身具有以下创新特点：

（8-1）所述轴向调节机构可同时实现旋转运动、轴向运动两种功能，且两种运动互不干涉，又可同步进行；

（8-2）所述轴向调节机构手动、自动两用，正转、逆转均可，在自动控制模式下，可精确调节，轴向位置调节精度可达0.1mm；

（8-3）所述轴向调节机构首创的采用行星轮系和螺杆传动结构，结构紧凑、可靠性高，保证了轴向运动的平稳性、可控性，首次实现了行星轮系和螺杆传动结构在永磁调速领域的应用，这也是申请人长期付出创造性劳动的创新结果；

（8-4）所述轴向调节机构中的行星齿轮即是传动部件，又是螺母构件，即传递旋转运动，同时通过螺杆传动又实现轴向移动运动，创新了永磁转子组件和导磁转子组件的轴向调整；

（8-5）所述轴向调节机构中轴承座部件外圆与筒体内孔采用可自由移动小间隙配合，并安装格莱圈密封件，既保证了轴向移动的平顺，又解决了轴向密封。

（9）、总之本实用新型提出了一种全新结构的永磁耦合调速装置，具有可实现无极平滑调速、调速范围宽（可达30%～100%）、对电机可控过程启动、系统整体可靠性高、安装操作简单及维护成本低、对环境友好等独特优点，可作为下一代调速设备，具有广阔的市场前景。

附图说明

附图1为本实用新型所述轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置的立体拆分结构图；

附图2为本实用新型所述轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置沿轴向的剖面结构图；

附图3为附图2所示永磁耦合调速装置沿A-A线的剖面结构图；

图中各附图标记的含义如下：

1.电机轴连接器，2.导磁转子基体，3.铜环，4.永磁片，5.永磁转子基体，6.深沟球轴承，7.格莱圈，8.轴承座，9.外壳筒体，10.主动齿轮，11.接头式注油杯，12.从动圆锥齿轮，13.齿轮箱壳体，14.调节端圆锥齿轮，15.调节端输入轴，16.油封压盖，17.O形密封圈，18.机械油封，19.花键轴，20.深沟球轴承，21.深沟球轴承，22.轮固定盘，23.O形密封圈，24.定位销，25.行星齿轮，26.太阳轮，27.传动螺杆，28.紧定螺钉，29.轴承压盖，30.包封，31.磁块固定盘，32.散热片，33.手轮，34.手轮轴，35.手轮支座，36.唇形密封圈，37.深沟球轴承，38.手动端输入轴，39.手动端圆锥齿轮，40.自动端圆锥齿轮，41.自动端输入轴，42.深沟球轴承，43.唇形密封圈，44.轴套式联轴器，45.步进电机支座，46. 步进电机，47.放油塞；

100.导磁转子组件，200.永磁转子组件，300.轴承座组件，400.传动螺杆组件，500.齿轮箱组件。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本实用新型，但并不因此限制本实用新型的保护范围。

如附图1所示的，本实用新型所述轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置的主体结构包括导磁转子组件100、永磁转子组件200、轴承座组件300、传动螺杆组件400、齿轮箱组件500、调速输出轴和外壳筒体9，所述的导磁转子组件100的一端固定连接于电机输出轴，所述导磁转子组件100的另一端形成有内筒，所述永磁转子组件200能够伸入所述导磁转子组件100的内筒中，且所述永磁转子组件200的永磁体外壁与导磁转子组件100的内筒内壁之间的气隙（径向间距）固定，所述永磁转子组件200的永磁体外壁与导磁转子组件100的内筒内壁之间的轴向重叠面积（啮合面积）随着永磁转子组件200的轴向移动而改变。电机驱动导磁转子组件100转动时通过电磁感应方式带动永磁转子组件200旋转，所述永磁转子组件200连接于调速输出轴，通过改变永磁转子组件200和导磁转子组件100之间的啮合面积来调整两者之间的磁场作用强度，进而调整永磁转子组件200的转速，达到调速目的。所述轴承座组件300、传动螺杆组件400和齿轮箱组件500共同组成轴向调节机构，用于沿轴向移动永磁转子组件200，进而实现永磁转子组件200和导磁转子组件100之间啮合面积的调整。具体的所述永磁转子组件200安装于所述轴承座组件300上，所述永磁转子组件200能够与轴承座组件300一同沿轴向进行移动，且所述永磁转子组件200能够相对于轴承座组件300进行转动。所述传动螺杆组件400的一端固定连接于所述轴承座组件300，另一端螺纹连接于所述齿轮箱组件500中的齿轮，通过调节齿轮箱组件500中的齿轮转动，拉动传动螺杆组件400进行轴向移动，进而通过轴承座组件带动永磁转子组件200进行轴向移动，实现永磁转子组件200和导磁转子组件100之间的啮合面积的改变，最终达到调整永磁转子组件200转速的目的。

下面结合附图2具体描述本实用新型所述的永磁耦合调速装置，如附图2所示的，所述外壳筒体9具有中空套筒结构，一端通过螺栓固定安装在电机的法兰面上，另一端通过螺栓固定安装于齿轮箱壳体的前表面，且在外壳筒体9的另一端面与齿轮箱壳体表面之间设置有O形密封圈23，用以实现外壳筒体9与齿轮箱壳体13之间的径向（端面）密封。所述导磁转子组件100、永磁转子组件200、轴承座组件300、传动螺杆组件400均安装于所述外壳筒体9内部。所述导磁转子组件100包括电机轴连接器1、导磁转子基体2和铜环3，所述电机轴连接器1的一端通过螺钉与电机输出轴固定连接，所述电机轴连接器1的另一端通过螺钉与导磁转子基体2固定连接，所述导磁转子基体2具有通透的圆筒状结构，所述铜环3通过压紧方式装配在导磁转子基体2的圆筒内表面上，在导磁转子基体2的外表面上设置有圆柱形的散热片32。所述永磁转子组件200包括永磁片4和永磁转子基体5，所述永磁片4包括有若干个，并呈瓦片形结构，所述永磁片按照NSNS布局均匀分布在永磁转子基体5的圆周面上，并通过包封30和磁块固定盘31进行固定，所述永磁转子基体5优选的具有圆筒状结构，且永磁转子基体5外表面安装有永磁片4后能够伸入所述铜环3的内部，在永磁片4外表面和铜环内壁之间形成固定的气隙，保证两者轴向相互啮合且无机械接触，所述气隙为永磁片上的磁极提供工作空间。所述轴承座组件300包括轴承压盖29、深沟球轴承6、轴承座8和格莱圈7，所述轴承座8的中央形成有通孔，所述轴承座8外壁表面与外壳筒体9的内壁表面为小间隙相配合，所述格莱圈7安装在轴承座8的外壁表面凹槽内，通过格莱圈7实现轴承座8的轴向密封，所述永磁转子基体5通过深沟球轴承6安装在轴承座8的中央通孔内，保证所述永磁转子基体5能够相对于轴承座8进行转动，所述轴承压盖29固定于轴承座上并将深沟球轴承6限制在轴承座8的中央通孔内，所述轴承座8的通孔内壁设置有限位凸缘，所述永磁转子基体沿周向形成有限位槽，所述限位凸缘嵌入所述限位槽内，在保证所述永磁转子基体在轴承座8的通孔内能够沿圆周方向进行自由转动的同时，使得所述永磁转子基体5和轴承座8能够无相对运动的沿轴向进行同步移动，实现轴承座8带动永磁转子组件200进行前后轴向移动。所述传动螺杆组件400包括三根传动螺杆27，三根传动螺杆27在圆周方向均匀分布，每根传动螺杆27的外壁形成有外螺纹，且每根传动螺杆27的一端与所述轴承座8通过过盈配合及紧定螺钉28固定连接，另一端通过螺纹与齿轮箱组件500中的行星齿轮26相连接。所述齿轮箱组件500包括齿轮箱壳体13、轮固定盘22、O形密封圈23、定位销24、行星齿轮25、太阳轮26、手轮33、手轮轴34、手轮支座35、唇形密封圈36、深沟球轴承37、手动端输入轴38、手动端圆锥齿轮39、自动端圆锥齿轮40、自动端输入轴41、深沟球轴承42、唇形密封圈43、轴套式联轴器44、步进电机支座45、步进电机46、放油塞47、主动齿轮10、从动圆锥齿轮12、油封压盖16、O形密封圈17、机械油封18、深沟球轴承20、深沟球轴承21。所述轮固定盘22安装于所述齿轮箱壳体13的前端开口上，并以定位销24作周向定位，所述轮固定盘22上开设有若干安装通孔，所述太阳轮26、行星齿轮25、主动齿轮10均通过深沟球轴承安装在所述轮固定盘22的安装通孔内。所述行星齿轮25包括有三个，并沿周向均匀分布于太阳轮26的外周，并与太阳轮26相齿合，所述主动齿轮10设置于其中两个行星齿轮之间，并与太阳轮26相齿合，通过驱动所述主动齿轮10转动带动太阳轮26转动，进而通过太阳轮带动所述行星齿轮转动。所述从动圆锥齿轮12在齿轮箱内部通过平键固定安装在所述主动齿轮10上，调节端圆锥齿轮14固定于调节端输入轴15上，所述调节端圆锥齿轮14齿合于从动圆锥齿轮12上。具体的所述调节端输入轴15包括手动端输入轴38和自动端输入轴41，所述调节端圆锥齿轮14包括手动端圆锥齿轮39和自动端圆锥齿轮40，同时结合附图3，手动端圆锥齿轮39通过平键固定安装在手动端输入轴38上，手动端圆锥齿轮39齿合于从动圆锥齿轮12的一侧，手动端输入轴38通过深沟球轴承37安装在齿轮箱壳体13上，手轮33固定安装在手轮轴34上，手轮轴34通过间隙配合安装在手轮支座35上，手轮支座35通过螺钉固定在齿轮箱壳体13上，手轮轴34的端面形成有凸牙，手动端输入轴38的端面形成有凹牙，正常情况下通过手轮轴34端面的凸牙与手动端输入轴38端面的凹牙分离，手轮轴34与手动端输入轴38不传递扭矩，当需要进行手动调节时，压动手轮，从而手轮轴34端面的凸牙嵌入手动端输入轴38端面的凹牙内，实现手轮轴34与手动端输入轴38的固定连接，从而将手轮上施加的扭矩传递到手动端输入轴38上。所述手动端输入轴38与手轮支座35之间设置有唇形密封圈36，保证手动端输入轴38的轴向密封。所述自动端圆锥齿轮40通过平键固定安装在自动端输入轴41上，且自动端圆锥齿轮40齿合于从动圆锥齿轮12的另一侧，自动端输入轴41通过深沟球轴承42安装在齿轮箱壳体13上，步进电机46通过螺钉安装在步进电机支座45上，步进电机支座45通过螺钉固定在齿轮箱壳体13上，步进电机46的输出轴通过轴套式联轴器44连接与自动端输入轴30。所述自动端输入轴41与步进电机支座45之间设置有唇形密封圈43，保证自动端输入轴41的轴向密封。所述调速输出轴为花键轴19，所述花键轴19转动安装于所述齿轮箱壳体13上，具体的所述太阳轮26的中央开设有安装通孔，所述齿轮箱壳体13的后壁面上与所述安装通孔正对的形成有花键轴19的安装密封腔室，所述花键轴19穿过太阳轮26的中央通孔和齿轮箱壳体13后壁面的安装密封腔室，所述花键轴19通过深沟球轴承安装于所述太阳轮26的中央安装通孔内，并通过深沟球轴承安装于所述齿轮箱壳体13的安装密封腔室，同时在所述安装密封腔室内设置有机械油封18，用以实现花键轴19的轴向密封，所述油封压盖16盖设于所述安装密封腔室上，且通过O形密封圈17实现油封压盖16的径向（端面）密封，将所述机械油封18封装在所述安装密封腔室内。所述花键轴19的后端伸出于所述油封压盖16，作为调速输出轴端，并通过平键连接于负载轴。所述花键轴伸出于所述太阳轮26的前部外表面形成有沿轴向延伸的花键结构，所述永磁转子基体5的圆筒内壁形成有相配合的花键结构，从而所述花键轴19的前端深入永磁转子基体5的圆筒内壁并与之通过花键连接，这样通过轴向花键结构使得永磁转子基体5能够沿花键轴19的轴向进行前后移动时，同时永磁转子基体5转动时能够带动花键轴19进行周向转动。在所述外壳筒体9对应于齿轮组件的部位设置接头式注油杯11，通过接头式注油杯11向齿轮组件和传动螺杆组件加注润滑油，在齿轮箱壳体底部开设有放油口，放油口上设置有放油塞47，通过放油塞47进行放油。

本实用新型所述永磁耦合调速装置工作时，将电机轴连接器与电机输出轴（动力源）连接，铜环在动力源驱动下进行旋转，永磁转子组件产生的磁力线将在铜环中感应涡电流，而涡流产生的感应磁场将与永磁场相互作用，进而带动永磁转子组件沿着与铜环以相同的方向旋转，进而通过永磁转子组件带动花键轴进行旋转并传递扭矩。当需要进行转速或转矩调节时，可通过手轮或步进电机进行调节，当通过手轮33进行调节时，手轮转动驱动手轮轴34转动，手轮轴端面的凸牙嵌入手动端输入轴38端面的凹牙内，带动手动端圆锥齿轮39转动，手动端圆锥齿轮39驱动从动圆锥齿轮12转动，从动圆锥齿轮12带动主动齿轮10转动，主动齿轮10驱动太阳轮26转动，太阳轮26驱动行星齿轮25转动，行星齿轮25与传动螺杆27之间的螺纹连接，将使得行星齿轮25的转动会拉动9传动螺杆27进行轴向移动，传动螺杆27的轴向移动将带动轴承座8沿轴向进行直线移动，最后由轴承座8带动永磁转子基体5沿轴向进行直线移动，使得永磁转子组件与导磁转子组件之间的轴向重叠面积（啮合面积）发生改变，导致两者之前的磁性作用发生变化，最终传递的转速和转矩发生改变，并由花键轴16输出，实现了调速目的。同理当需要进行转速或转矩自动调节时，步进电机46通过轴套式联轴器44（离合器）带动自动端输入轴41转动，自动端输入轴41带动自动端圆锥齿轮40转动，自动端圆锥齿轮40带动从动圆锥齿轮12转动，其余运动传递过程与手动输入相同。本实用新型通过单片机控制步进电机，可实现自动控制输入轴的正、逆旋转运动，同时也可控制其转速。

本实用新型所提出的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，通过独创的轴向调节机构调节永磁转子组件和导磁转子组件在轴线水平方向上的相对位置来改变相互作用的啮合面积，进而改变导磁转子和永磁转子之间传递的扭矩大小，实现对负载转速的变换，达到调速节能目的，并能够在不改变电机运行转速的情况下，可在电机的输出端根据负载的变化进行无极平滑的速度调整，不但高效节能、绿色环保，而且调速过程不会造成电流谐波和电磁干扰等污染，并且负载与电机之间无接触连接，在过载的情况下可保护电机不受损伤，能够广泛应用于发电、冶金、石化、采矿、造纸、供水、水务、水泥、灌溉等行业的离心式负载，具有广阔的市场应用前景。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域技术人员在本实用新型的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴，本实用新型具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (10)

1.一种轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其特征在于，包括：导磁转子组件（100）、永磁转子组件（200）、轴承座组件（300）、传动螺杆组件（400）、齿轮箱组件（500）和调速输出轴，所述导磁转子组件（100）的一端连接动力输入机构，所述导磁转子组件（100）的另一端形成为内筒结构，所述永磁转子组件（200）能够伸入所述导磁转子组件（100）的内筒结构中，且所述永磁转子组件（200）的外侧壁面与所述导磁转子组件（100）的内筒壁面之间具有固定的径向气隙，所述永磁转子组件（200）安装于所述轴承座组件（300）上，且所述永磁转子组件（200）能够相对于所述轴承座组件（300）进行周向转动，并能够与所述轴承座组件（300）进行同步轴向移动，所述传动螺杆组件（400）的一端固定连接于所述轴承座组件（300），另一端螺纹连接于所述齿轮箱组件（500），所述齿轮箱组件（500）能够驱动所述传动螺杆组件（400）进行轴向移动，所述调速输出轴的前部通过花键连接于所述永磁转子组件（200），所述调速输出轴的后部通过轴承安装于所述齿轮箱组件（500）上。

2.根据权利要求1所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其特征在于，所述齿轮箱组件（500）包括齿轮箱壳体（13）、轮固定盘（22）、行星齿轮（25）、太阳轮（26）、调节端圆锥齿轮（14）、调节端输入轴（15）、主动齿轮（10）和从动圆锥齿轮（12），所述轮固定盘（22）安装于所述齿轮箱壳体（13）的前端开口，所述行星齿轮（25）、太阳轮（26）和主动齿轮（10）通过轴承安装于所述轮固定盘（22）上，且所述行星齿轮（25）啮合于所述太阳轮（26）上，所述主动齿轮（10）啮合于所述太阳轮（26）上，所述从动圆锥齿轮（12）连接于所述主动齿轮（10）上，所述调节端圆锥齿轮（14）连接于所述调节端输入轴（15）上，所述从动圆锥齿轮（12）啮合于所述调节端圆锥齿轮（14），所述调速输出轴的后部通过轴承安装于所述太阳轮（26）和所述齿轮箱壳体（13）上，所述传动螺杆组件（400）的另一端螺纹连接于所述行星齿轮（25）。

3.根据权利要求2所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其特征在于，所述行星齿轮（25）包括有三个，并沿周向均匀分布于所述太阳轮（26）的外周，每个行星齿轮（25）的中央开设有螺纹孔，所述主动齿轮（10）设置于其中两个行星齿轮之间，所述从动圆锥齿轮（12）通过平键固定连接于所述主动齿轮（10），所述调节端圆锥齿轮（14）通过平键固定连接于所述调节端输入轴（15），所述传动螺杆组件（400）包括有三根传动螺杆（27），每根传动螺杆（27）的外壁均形成有外螺纹，且每根传动螺杆（27）的一端均固定连接于所述轴承座组件（300），每根传动螺杆（27）的另一端螺纹连接于对应的一个行星齿轮（25）的螺纹孔内。

4.根据权利要求2所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其特征在于，所述调节端输入轴（15）包括手动端输入轴（38）和自动端输入轴（41），所述调节端圆锥齿轮（14）包括手动端圆锥齿轮（39）和自动端圆锥齿轮（40），所述手动端圆锥齿轮（39）通过平键固定连接于所述手动端输入轴（38）上，所述手动端圆锥齿轮（39）啮合于所述从动圆锥齿轮（12）的一侧，所述手动端输入轴（38）通过轴承安装在所述齿轮箱壳体（13）上，所述自动端圆锥齿轮（40）通过平键固定连接于所述自动端输入轴（41）上，所述自动端圆锥齿轮（40）啮合于所述从动圆锥齿轮（12）的另一侧，所述自动端输入轴（41）通过轴承安装在所述齿轮箱壳体（13）上。

5.根据权利要求4所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其特征在于，所述齿轮箱组件（500）还包括有手轮（33）、手轮轴（34）、手轮支座（35）、步进电机（46）、步进电机支座（45）和轴套式联轴器（44），所述手轮（33）安装在所述手轮轴（34）上，所述手轮轴（34）通过间隙配合安装于所述手轮支座（35）上，所述手轮支座（35）固定于所述齿轮箱壳体（13）上，所述步进电机（46）安装于所述步进电机支座（45）上，所述步进电机支座（45）固定于所述齿轮箱壳体（13）上，所述步进电机（46）的输出转轴通过所述轴套式联轴器（44）连接于所述自动端输入轴（41）。

6.根据权利要求5所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其特征在于，所述自动端输入轴（41）与步进电机支座（45）之间设置有第一唇形密封圈，所述手动端输入轴（38）与手轮支座（35）之间设置有第二唇形密封圈。

7.根据权利要求2-6任一项所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其特征在于，所述太阳轮（26）的中央开设有安装孔，所述齿轮箱壳体（13）的后壁面上与所述安装孔正对的形成有安装密封腔室，所述调速输出轴的后部通过轴承安装于所述太阳轮（26）的安装孔和所述齿轮箱壳体（13）的安装密封腔室上，所述安装密封腔室内设置有机械油封（18），所述调速输出轴的后端伸出于所述齿轮箱壳体（13）的后壁之外。

8.根据权利要求2-6任一项所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其特征在于，还包括有外壳筒体（9），所述外壳筒体（9）固定安装在所述齿轮箱壳体上，所述导磁转子组件（100）、永磁转子组件（200）、轴承座组件（300）和传动螺杆组件（400）均处于所述外壳筒体（9）的内部，所述导磁转子组件（100）包括电机轴连接器（1）、导磁转子基体（2）和铜环（3），所述电机轴连接器（1）的一端固定连接于作为动力输入机构的电机输出轴，所述电机轴连接器（1）的另一端固定连接于所述导磁转子基体（2），所述导磁转子基体（2）具有通透的圆筒状结构，所述铜环（3）通过压紧方式装配在导磁转子基体（2）的圆筒内表面上，所述导磁转子基体（2）的外表面上设置有散热片（32）。

9.根据权利要求8所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其特征在于，所述永磁转子组件（200）包括永磁片（4）和永磁转子基体（5），所述永磁片（4）均匀固定在所述永磁转子基体（5）的外周侧面上，所述永磁片（4）的外表面和所述铜环（3）的内壁面之间形成固定的径向气隙，所述永磁转子基体（5）的中央形成有通孔，所述通孔的内壁面上形成有沿轴向延伸的花键结构，所述调速输出轴的前部形成有沿轴向延伸的花键结构，所述调速输出轴的前部通过花键配合连接于所述永磁转子基体（5），使得所述永磁转子基体（5）能够沿所述调速输出轴的轴向进行前后移动，并能够带动所述调速输出轴沿周向进行转动。

10.根据权利要求9所述的轴向啮合面积调整式永磁耦合调速装置，其特征在于，所述轴承座组件（300）包括轴承压盖（29）、深沟球轴承（6）、轴承座（8）、密封圈和轴向限位机构，所述轴承座（8）的中央形成有贯穿孔，所述轴承座（8）的外壁表面与所述外壳筒体（9）的内壁表面通过小间隙配合，所述密封圈安装在轴承座（8）的外壁表面的凹槽内，所述永磁转子基体（5）通过深沟球轴承（6）安装在所述轴承座（8）的贯穿孔内，所述轴承压盖（29）固定于所述轴承座上并将所述深沟球轴承（6）限制在轴承座（8）的贯穿孔内，所述轴承座（8）的贯穿孔内壁设置有所述轴向限位机构，通过所述轴向限位机构保证所述轴承座（8）与所述永磁转子基体（5）进行同步轴向移动。