CN217063536U - 一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构，涉及永磁调速领域。包括：机架结构、定滑轮部件组、动滑轮部件、柔性绳索组、多个弹性体以及多个端盖结构，其特征在于：所述机架结构上设置有定滑轮部件组、动滑轮部件以及多个空腔结构，弹性体和端盖结构设置在空腔结构内。所述柔性绳索连接弹性体、定滑轮部件组、动滑轮部件和外转臂套。通过压缩弹性体，为外转臂套提供拉力，阻碍外转臂套旋转，以降低执行器的工作负载。本实用新型公开的转矩限制机构可显著提高执行器对永磁调速系统调速能力的响应速度，优化执行器传动结构。特别适用于大功率永磁调速器，具有提高系统响应速度和降低执行器故障风险的积极效果。

Description

一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构

技术领域

本实用新型涉及永磁调速器技术领域，适用于盘式永磁调速器，具体涉及一种用于限制盘式永磁调速器的外转臂套驱动转矩的机构。

背景技术

永磁调速器是一种新兴的调速传动系统，通过改变导体转子与永磁转子之间的间隙，进而改变导体盘上产生的感应磁场大小，并最终改变可传递转矩的大小来实现改变系统输出转速的设备。

在盘式永磁调速器工作时，永磁盘和导体盘之间会产生巨大的磁力作用，并且，该磁力会通过中间盘结构上的齿轮齿条机构进行传递，最终转化成轴向力作用永磁调速器的外转臂套结构上。外转臂套结构再通过螺旋槽结构，将该轴向力转化为旋转力矩，作用在执行器的输出轴上。执行器工作时，需要先克服外转臂套的转矩，再驱动外转臂套转动，以调整永磁盘与导体盘的间隙，最终实现对电机输出转速的控制。

由于外转臂套上形成的转矩十分巨大，在提高了执行器输出扭矩和选型成本的同时，也降低了调速机构中各零部件的使用寿命，易造成事故风险，更降低了永磁调速器对执行器动作的响应速度和精度，不利于永磁调速器的调速控制。

在设计功率大于1500kW的永磁调速器中，调速机构多采用的是蜗轮蜗杆加螺旋副的结构。通过蜗轮蜗杆数十比一的传动比，以实现用较小的执行器输出扭矩来获得较大轴向力的输出，用以驱动永磁盘轴向移动。但同时，该调速机构也大大降低了执行器的响应速度，也让采用该调速机构的执行器中的手动调节功能处于几乎不可用的状态。

因此，降低外转臂套的转矩对永磁调速器调速功能有极为重要的现实意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种转矩限制机构，通过对永磁调速器中的外转臂套结构施加一个沿其旋转切线方向的拉力，从而减小外转臂套的转矩，降低执行器的选型功率，提高执行器的寿命和响应精度。根据对弹性体选型的不同，可降低外转臂套转矩达80%以上。

本实用新型所提供的转矩限制机构，包括机架结构、定滑轮部件组、动滑轮部件、柔性绳索组、多个弹性体以及多个端盖结构。其中，机架结构为长方体，其上设置有定滑轮部件组、动滑轮部件以及多个空腔结构，弹性体和端盖结构设置在空腔结构内，单个空腔结构内设有单个弹性体和单个端盖结构，且弹性体或端盖结构的数量与空腔结构数量一致。柔性绳索组包括多根第一柔性绳索和一根第二柔性绳索，第一柔性绳索穿过弹性体和机架结构，利用定滑轮部件改变其牵引方向，一端与端盖结构连接，另一端与动滑轮部件连接，且，第一柔性绳索的数量与空腔结构数量相同。第二柔性绳索一端与机架结构连接，穿过动滑轮部件后，另一端为自由端。

进一步的，机架结构上设置有导轨结构，动滑轮部件可沿导轨结构限定的方向移动，且，导轨结构设置在机架结构中间，沿机架结构较长边的方向，将多个空腔结构对称地分成两组。

进一步的，定滑轮部件组包括第一定滑轮部件和第二定滑轮部件，其中，第一定滑轮部件和第二定滑轮部件沿导轨结构对称布置，且结构相同；在任意一侧，弹性体一端与空腔结构内壁接触，另一端与端盖结构接触；第一柔性绳索与端盖结构连接，穿过弹性体和机架结构后，绕过第一或第二定滑轮部件，与动滑轮部件连接。

进一步的，动滑轮部件还包括动滑轮支架结构、动滑轮无油衬套、动滑轮轴和动滑轮，其中，动滑轮支架结构可插入导轨结构，并且可沿导轨结构的轴向方向移动。

在动滑轮支架结构顶部，垂直于导轨结构轴线的方向，设置有两个通孔，动滑轮通过动滑轮无油衬套和动滑轮转轴与动滑轮支架结构连接。

动滑轮支架结构沿导轨结构轴线的方向设有三个通孔，三个通孔沿滑块中心对称布置，两侧两个通孔用于第一柔性绳索和动滑轮部件的连接，中间的通孔被第二柔性绳索穿过，一端固定在所述机架结构上，另一端缠绕在动滑轮上，为自由端。

进一步的，定滑轮部件还包括定滑轮支座结构、定滑轮、定滑轮无油衬套，其中，定滑轮支座结构的截面呈“凸”字状，底部作为法兰部用于和机架结构连接固定，顶部作为转轴部，用于安装所述定滑轮和定滑轮无油衬套；

进一步的，第二柔性绳索的自由端与固定支座连接，固定支座与目标设备的转动部件连接。其中，第二柔性绳索的自由端可通过一组或多组定滑轮机构改变其连接方向，且，自由端移动时，第二柔性绳索可对动滑轮部件施加拉力，使其沿导轨结构限定的方向移动，同时，动滑轮部件移动的方向与弹性体压缩的方向相反。

进一步的，第一柔性绳索或第二柔性绳索，在其端部，设有限位卡套，所述柔性绳索穿过限位卡套后，施加外力挤压限位卡套，采用形变的方法，将限位卡套固定在柔性绳索上，以实现柔性绳索与端盖结构或动滑轮结构的连接。

进一步的，机架结构设有机架端盖，所述机架端盖与机架结构采用螺栓连接方式连接，其中，机架端盖中心设有通孔结构，所述第二柔性绳索的一端穿过该通孔结构后，使用限位卡套与机架端盖连接。

进一步的，端盖结构为圆形，中心有通孔，所述第一柔性绳索的一端穿过通孔，在其末端设有所述限位卡套。

本实用新型所提供的转矩限制机构，其特征在于，包括以下实现过程：

永磁调速器的调速外套上设有固定支座，固定支座与第二柔性绳索的自由端连接。当永磁调速器工作时，外转臂套在执行器驱动下旋转，拉动第二柔性绳索，第二柔性绳索拉动动滑轮部件移动。动滑轮部件移动的同时，通过连接在其上的第一柔性绳索，压缩机架结构内的弹性体，让弹性体提供阻力，阻碍动滑轮移动。弹性体提供的弹力最终转化为沿外转臂套旋转切线方向的拉力，阻碍外转臂套结构转动。即，提为永磁调速机构供了一个反向的转矩，进而减小了由于磁场引力而引起的转动力矩。

在永磁调速器工作过程中，外转臂套的转矩减小，可以直接降低执行器输出扭矩的功率，提高永磁调速器对执行器动作的响应速度，减小调速机构内各零部件受力情况，具有增加零部件使用寿命，提高系统稳定性、可靠性和响应精度的积极效果。

附图说明

图1 为转矩限制机构轴视图；

图2 为转矩限制机构主视图；

图3 为转矩限制机构剖视图（侧剖）；

图4 为转矩限制机构剖视图（横剖）；

图5 为转矩限制机构定滑轮部件组剖视图；

图6 为动滑轮部件主视图；

图7 为动滑轮部件剖视图（侧剖）；

图8 为动滑轮部件剖视图（横剖）；

图9 为机架结构主视图；

图10 为机架结构剖视图（横剖）；

图11 为机架结构剖视图（侧剖）；

图12 为机架端盖视图；

图13 为转矩限制机构与外转臂套结构装配轴视图；

图14 为转矩限制机构与外转臂套结构装配侧视图；

图15 为永磁调速器与转矩限制机构装配关系。

具体实施方式

如图1-5所示，本实用新型提供的转矩限制机构，由机架结构1、第一定滑轮部件2.1、第二定滑轮部件2.2、动滑轮部件3、第一柔性绳索4.1、第二柔性绳索4.2、弹性体5、以及端盖结构6组成。

如图3-4和图9-11所示，机架结构1内部具有导轨结构1.2和空腔结构1.3。动滑轮部件3可以沿导轨结构1.2设定的方向自由移动。空腔结构1.3以导轨结构1.2的轴线作为对称轴，对称分部在机架结构1两侧，弹性体5和端盖结构6放置在机架结构1的空腔结构1.3内，且一个空腔结构1.3内有一个弹性体5和一个端盖结构6。在本实例中，机架结构1内设有两个空腔结构1.2。在不考虑机架结构1尺寸的前提下，可设计有多个空腔结构1.3以及其中所对应的弹性体5和端盖结构6，以提供更大的弹力。

如图5所示，第一定滑轮部件2.1或第二定滑轮部件2.2均由定滑轮支座结构2.3、定滑轮2.4及定滑轮无油衬套2.5组成。定滑轮2.4通过定滑轮无油衬套 2.5与定滑轮支座结构2.3连接，且定滑轮2.4可自由转动。定滑轮2.4的径向方向设有一圈凹槽，第一柔性绳索4.1绕过定滑轮2.4，卡在定滑轮2.4的凹槽内。

如图6-8所示，动滑轮部件3由动滑轮支架结构3.1、动滑轮3.2、动滑轮无油衬套3.3及动滑轮轴3.4组成。其中，动滑轮3.2通过动滑轮无油衬套与动滑轮轴3.4连接，且动滑轮3.2可自由转动。动滑轮支架结构3.1可以插入导轨结构1.2中，在润滑油脂的作用下，实现动滑轮部件3在导轨结构1.2中的自由平移运动。动滑轮3.2的径向方向设有一圈凹槽，第二柔性绳索4.2绕过动滑轮3.2，卡在动滑轮3.2的凹槽内。

如图4所示，第一柔性绳索4.1的一端穿过端盖结构6，另一端先穿过弹性体5和机架结构1，绕过定滑轮2.4，再穿过动滑轮支架结构3.1。第一柔性绳索4.1的两端均设有限位卡套7，通过挤压变形的方式，将限位卡套7与第一柔性绳索4.1的两端固定联接。安装好之后的第一柔性绳索4.1一端与端盖结构6连接，另一端与动滑轮部件3连接。

如图12所示，机架端盖1.1为一平板结构，在平板中心设有一个通孔。第二柔性绳索4.2的一端穿过该通孔后，用限位卡套7对第二柔性绳索4.2进行限位。在本实施例中，机架端盖1.1采用螺栓连接的方式与机架结构1连接。在端盖结构1.1对应空腔结构1.3的位置上，设有凸台结构，该凸台结构可通过调整机架端盖的锁紧螺栓，适当对弹性体5进行预压缩，用于改变弹性体5的初始工作弹力，以匹配具体永磁调速器所需的工作转矩。在其他实施例中，若不考虑对弹性体5的初始压缩量调整。可取消机架端盖1.1，直接在导轨结构1.2中原本用于固定机架端盖1.1的端面上，设置一个带有通孔的封闭端面，将第二柔性绳索4.2的非自由端穿过该通孔，并连接限位卡套7，以实现同样的效果。

如图3和图13所示，第二柔性绳索4.2的一端穿过机架端盖1.1，另一端穿过动滑轮支架结构3.1后，绕过动滑轮3.2，在导向定滑轮8的导向作用下与固定支座9连接。固定支座9与永磁调速器中外转臂套10连接。导向定滑轮可以使第二柔性绳索4.2在一个较大的行程范围内，满足其拉力方向指向外转臂套10的切线方向。

如图13、图14和15所示，在永磁调速器工作时，导体盘13与电机轴固定，永磁盘12与导体盘13之间产生磁力，该磁力通过传统的永磁调速器传动结构转化为轴向力，最终通过螺旋槽结构11转变为外转臂套10的旋转转矩。由于磁力的存在，外转臂套10始终具有旋转运动趋势。执行器工作时，需要克服外转臂套10的旋转运动趋势，再实现对永磁盘12和导体盘13之间间隙的调整。转矩限制机构加入后，可以利用弹性体5的弹力，抵消外转臂套10上绝大部分的转矩，进而减小对执行器输出扭矩的需求。根据合适的设计选型，可有效降低执行器输出扭矩达80%以上，提高降低永磁调速器的设备成本，提高永磁调速器的系统响应速度。

当永磁盘12与导体盘13的磁力作用逐渐加强后，与外转臂套10连接的固定支座9在第二柔性绳索4.2的拉力作用下，驱动动滑轮部件3沿导轨结构1.2向第二柔性绳索4.2的拉伸方向移动。此时，弹性体5可提供一组预设的弹力，通过第一柔性绳索4.1和第一定滑轮部件2.1或第二定滑轮部件2.2，将弹力转化为第二柔性绳索4.2的拉力，作用在动滑轮部件3上，阻止其移动，从而实现对外转臂套10转矩的限制。通过选取合适的弹性体5，可有效减小外转臂套10的转矩达80%以上。

Claims (8)

1.一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构，包括机架结构、定滑轮部件组、动滑轮部件、柔性绳索组、多个弹性体以及多个端盖结构，其特征在于，所述机架结构为长方体，其上设置有定滑轮部件组、动滑轮部件以及多个空腔结构，所述弹性体和端盖结构设置在所述空腔结构内，单个空腔结构内设有单个弹性体和单个端盖结构，且所述弹性体或所述端盖结构的数量与所述空腔结构数量一致；所述柔性绳索组包括多根第一柔性绳索和一根第二柔性绳索，所述第一柔性绳索穿过弹性体和机架结构，利用定滑轮部件改变其牵引方向，一端与所述端盖结构连接，另一端与所述动滑轮部件连接，且，所述第一柔性绳索的数量与所述空腔结构数量相同；所述第二柔性绳索一端与机架结构连接，穿过动滑轮部件后，另一端为自由端。

2.如权利要求1所述的一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构，其特征在于，所述机架结构上设置有导轨结构，所述动滑轮部件可沿所述导轨结构限定的方向移动，且，所述导轨结构设置在机架结构中间，沿机架结构较长边的方向，将所述多个空腔结构对称地分成两组。

3.如权利要求2所述的一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构，其特征在于，所述定滑轮部件组包括第一定滑轮部件和第二定滑轮部件，所述第一定滑轮部件和第二定滑轮部件沿所述导轨结构对称布置，且结构相同；在任意一侧，所述弹性体一端与空腔结构内壁接触，另一端与所述端盖结构接触；所述第一柔性绳索与端盖结构连接，穿过弹性体和机架结构后，绕过第一或第二定滑轮部件，与动滑轮部件连接。

4.如权利要求2所述的一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构，其特征在于，所述动滑轮部件还包括动滑轮支架结构、动滑轮无油衬套、动滑轮轴和动滑轮，所述动滑轮支架结构可插入所述导轨结构，并且可沿导轨结构的轴向方向移动；在所述动滑轮支架结构顶部，垂直于导轨结构轴线的方向，设置有两个通孔，所述动滑轮通过动滑轮无油衬套和动滑轮转轴与动滑轮支架结构连接；所述动滑轮支架结构沿导轨结构轴线的方向设有三个通孔，三个通孔沿滑块中心对称布置，两侧两个通孔用于所述第一柔性绳索和所述动滑轮部件的连接，中间的通孔被所述第二柔性绳索穿过，一端固定在所述机架结构上，另一端缠绕在动滑轮上，为自由端。

5.如权利要求3所述的一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构，其特征在于，所述第一定滑轮部件或所述第二定滑轮部件分别包括定滑轮支座结构、定滑轮、定滑轮无油衬套，所述定滑轮支座结构的截面呈“凸”字状，底部作为法兰部用于和机架结构连接固定，顶部作为转轴部，用于安装所述定滑轮和定滑轮无油衬套。

6.如权利要求1所述的一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构，其特征在于，所述第二柔性绳索的自由端与固定支座连接，所述固定支座与目标设备的转动部件连接；所述第二柔性绳索的自由端可通过一组或多组定滑轮机构改变其连接方向，且，自由端移动时，第二柔性绳索可对所述动滑轮部件施加拉力，使其沿导轨结构限定的方向移动，同时，所述动滑轮部件移动的方向与所述弹性体压缩的方向相反。

7.如权利要求1所述的一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构，其特征在于，所述第一柔性绳索或第二柔性绳索，在其端部，设有限位卡套，所述柔性绳索穿过限位卡套后，施加外力挤压限位卡套，采用形变的方法，将限位卡套固定在柔性绳索上，以实现柔性绳索与端盖结构或动滑轮结构的连接。

8.如权利要求7所述的一种适用于盘式永磁调速器的转矩限制机构，其特征在于，所述端盖结构为圆形，中心有通孔，所述第一柔性绳索的一端穿过通孔，在其末端设有所述限位卡套。

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