CN103904862B - 一种端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器 - Google Patents

Abstract

一种端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器，属于永磁涡流传动技术领域。本发明调速器能够自动保证安装与运行过程中的同心定位，大大简化了安装难度和减少了工作量，运行中能够将本发明调速器所受的重力和外作用力直接传递给电动机定子，避免了电动机转轴***承受附加外力。本发明包括主动转子、端面定位座、过渡轴、从动转子和调速机构；主动转子由固定转子体、滑动转子体及永久磁铁层组成，固定转子体由固定内圆筒、中支板和固定外圆筒组成，从动转子由从动转子体、端盖轴及涡流环组成；从动转子体由同轴设置的从动内圆筒、外支板和从动外圆筒组成，端盖轴由同轴布置的端盖和从动轴组成，端面定位座由同轴设置的端面定位盘和定位轴承座组成。

Description

一种端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器

技术领域

本发明属于永磁涡流传动技术领域，特别是涉及一种端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器。

背景技术

永磁涡流调速装置通过改变原动机和负载之间的转速差实现调速，其具有节能、柔性启动、减振、结构简单、适应性强、自身损耗小、维修方便、寿命长及提高工作***可靠性等优点。永磁涡流调速装置由无磁导电材料（通常为铜）制成的涡流环转子、镶有永久磁铁的永磁体转子和调节机构三部分组成。永磁涡流调速的基本工作原理是：当永磁体转子和涡流环转子相互间做相对旋转运动时，涡流环转子在永磁体转子产生的交变强磁场中切割磁力线，交变强磁场在涡流环转子中感应生成交变涡流电流，进而交变涡流电流又在涡流环转子中产生交变感生磁场，阻止涡流环转子与永磁体转子的相对运动，从而实现原动机和负载之间的扭矩传输和调速。永磁涡流调速装置的结构形式目前主要有通过调节气隙距离来实现传动力矩调节的平盘型永磁涡流调速器和通过调节耦合面积来实现传动力矩调节的套筒型永磁涡流调速器。其中套筒型永磁涡流调速器具有径向结构小巧、重量轻便、振动小、永磁材料能效高、无轴向附加作用力等结构、性能特点，在众多工作场合中得到成功应用。

但是，现有的永磁涡流传动专利技术，普遍对永磁体转子和涡流环转子的定位连接方式关注不够，现有的同轴套筒式永磁涡流调速器产品，通常是采用如下两种方式来实现两个转子安装定位的：一种是利用连接轴套将永磁体转子和涡流环转子直接套装在原动机或负载的驱动转轴之上；另一种是设置专门的支架将两个转子分别支撑起来，再利用联轴器部件将原动机、负载的驱动转轴分别与两个转子的转轴连接起来。这两种连接方式都存在明显的不足：前一种连接方式将永磁体转子和涡流环转子所有的重量和受力都直接施加于原动机或负载的驱动转轴上，尤其是在直接安装皮带轮或齿轮时存在较大的径向作用力，大大增加了原动机或负载驱动转轴支撑轴承的受力，从而导致其工作状况的恶劣，振动噪音的增大，有效工作寿命的降低；后一种连接方式由于增加了一或二套支架，使原动机、负载和支架间保证转轴的同心定位更加困难，给安装作业带来很大不便，同时也给***运行时带来更多的激振源和不确定有害因素。因此，开发出更为合理的永磁涡流联轴器定位连接结构，具有明确的市场需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器，与普通的同轴套筒式永磁涡流调速器相比，本发明调速器直接安装在电动机前端凸缘上，能够自动保证安装与运行过程中的同心定位，大大简化了安装难度和减少了工作量，运行中能够将本发明调速器所受的重力和外作用力直接传递给电动机定子，避免了电动机转轴***承受附加外力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器，包括主动转子、端面定位座、过渡轴、从动转子和调速机构；所述主动转子由固定转子体、滑动转子体及永久磁铁层组成，固定转子体由固定内圆筒、中支板和固定外圆筒组成，固定内圆筒和固定外圆筒同轴固定在中支板上；滑动转子体由滑动内圆筒、内支板和滑动外圆筒组成，滑动内圆筒和滑动外圆筒同轴固定在内支板上；所述固定内圆筒、固定外圆筒与滑动内圆筒、滑动外圆筒之间交叉设置，且固定外圆筒设置在滑动内圆筒与滑动外圆筒之间，滑动外圆筒与固定外圆筒之间通过转子导向键相配合，永久磁铁层固定在滑动外圆筒的外侧壁上；所述从动转子设置在主动转子的外侧，由从动转子体、端盖轴及涡流环组成；从动转子体由同轴设置的从动内圆筒、外支板和从动外圆筒组成，所述过渡轴的外端通过固定转子体的固定内圆筒与从动转子体的从动内圆筒之间通过从动轴承相连接，过渡轴与固定内圆筒同轴固定连接；涡流环固定在从动外圆筒的内侧壁上，在涡流环与永久磁铁层之间留有径向间隙；端盖轴由同轴设置的端盖和从动轴组成，端盖与从动转子体的从动内圆筒同轴固定连接；所述端面定位座由同轴设置的端面定位盘和定位轴承座组成，定位轴承座固定在端面定位盘上，在端面定位盘的外端面上设置有台阶止口；定位轴承座与过渡轴的内端之间通过定位轴承相连接，所述调速机构与滑动转子体相连接。

所述永久磁铁层由偶数块永久磁铁块组成，永久磁铁块沿圆周方向均匀分布在滑动转子体的滑动外圆筒的外侧壁上；各块永久磁铁块的充磁方向与滑动外圆筒的径向相同，相邻两块永久磁铁块的充磁极性方向相反，相邻两块永久磁铁块之间紧密接触或留有间隙，若留有间隙，则在间隙内填充非导磁隔离垫。

在所述永久磁铁层的外部表面设置有磁铁包封，磁铁包封与涡流环之间留有径向间隙，磁铁包封由耐腐蚀无磁金属材料制成。

所述调速机构位于端面定位盘与中支板之间，由支撑板、调速电机、调速轴承座、调速轴承、调速齿轮、调速齿条及调速滑套组成；支撑板固定在端面定位盘上，调速电机固定在支撑板上，调速电机轴通过调速轴承与调速轴承座相连接，调速轴承座固定在支撑板上；在调速电机轴上同轴固定设置有调速齿轮，调速齿条与调速齿轮相啮合，调速齿条沿过渡轴的轴向固定在调速滑套的外侧壁上；调速滑套与定位轴承座之间通过定位导向键相配合，调速滑套与滑动内圆筒之间通过主动轴承相连接。

本发明的有益效果：

本发明调速器采用了端面定位结构，在与电动机转轴直接相连的过渡轴外加设了定位轴承，从而使作用于本发明调速器上的全部重力和附加作用力直接传递给所配用电动机的前端端面定位，避免了电动机转轴***承受附加外力；同时能够从结构上自动保证安装与运行过程中的同心定位，大大降低了安装难度和减少了工作量。

附图说明

图1是本发明的端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器处于完全耦合状态的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明的端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器处于部分耦合状态的结构示意图；

图中，1--电动机，11--电动机转轴，12—电动机轴键，13—电动机前端凸缘，2--端面定位座，21--端面定位盘，22—定位轴承座，23--台阶止口，24--定位轴承，25—定位导向键，3—过渡轴，31--空心轴段，32—实心轴段，33--过渡轴键，4--主动转子，40—滑动外圆筒，41--固定转子体，42--滑动转子体，43--转子导向键，44--主动轴承，45--固定内圆筒，46--中支板，47--固定外圆筒，48—滑动内圆筒，49—内支板，5--永久磁铁层，51--永久磁铁块，52--非导磁隔离垫，53--磁铁包封，6--从动转子，60—螺钉，61—从动转子体，62—端盖轴，63—从动轴承，64—涡流环，65—从动内圆筒，66—外支板，67—从动外圆筒，68—端盖，69—从动轴，7—调速机构，71—支撑板，72—电机座，73—调速电机，74—调速轴承座，75—调速轴承，76—调速轴，77—调速齿轮，78—调速齿条，79—调速滑套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、图2、图3所示，一种端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器，包括主动转子4、端面定位座2、过渡轴3、从动转子6和调速机构7，所述主动转子4由同轴设置的固定转子体41、滑动转子体42及永久磁铁层5组成，固定转子体41由同轴设置的固定内圆筒45、中支板46和固定外圆筒47组成，固定内圆筒45和固定外圆筒47均为圆筒型结构，且固定在圆盘型的中支板46的朝向电动机1的内侧壁上，固定内圆筒45设置在固定外圆筒47的内部；滑动转子体42由同轴设置的滑动内圆筒48、内支板49和滑动外圆筒40组成，滑动内圆筒48和滑动外圆筒40均为圆筒型结构，且固定在圆盘型的内支板49的背向电动机1的外侧壁上，滑动内圆筒48设置在滑动外圆筒40的内部；所述固定内圆筒45、固定外圆筒47与滑动内圆筒48和滑动外圆筒40交叉设置，且固定外圆筒47设置在滑动内圆筒48与滑动外圆筒40之间，在固定外圆筒47的外侧壁上沿轴向设置有三个转子导向键43，在滑动外圆筒40的内侧壁上设置有三个第一键槽，第一键槽与转子导向键43相配合，滑动外圆筒40与固定外圆筒47能够沿轴向作相对平移运动；滑动外圆筒40由导磁材料制成，永久磁铁层5设置在滑动外圆筒40的外侧壁上，所述过渡轴3通过固定转子体41的固定内圆筒45的通孔，且与固定内圆筒45同轴固定连接；在过渡轴3的外侧壁上沿轴向设置有三个过渡轴键33，在固定内圆筒45的内侧壁上设置有三个第二键槽，第二键槽与过渡轴键33相配合；过渡轴3朝向电动机1的一段为空心轴段31，空心轴段31的内侧壁上设置有第三键槽，第三键槽与所配用的B35机型电动机1的电动机转轴11的电动机轴键12相配合，空心轴段31与电动机转轴11之间为有运动间隙的动配合；除了空心轴段31的过渡轴3的其他部分为实心轴段32，在实心轴段32的中部外侧壁上设置有过渡轴键33，过渡轴键33与主动转子4的固定转子体41相配合；

所述从动转子6设置在主动转子4的外侧，由从动转子体61、端盖轴62和涡流环64组成；从动转子体61由同轴设置的从动内圆筒65、外支板66和从动外圆筒67组成，外支板66为圆盘型结构、位于主动转子4的中支板46的背向电动机1的一侧；从动内圆筒65为圆筒型结构，固定在外支板66的背向电动机1的端面上；从动内圆筒65与过渡轴3之间通过从动轴承63相连接，从动轴承63的内圈与过渡轴3的实心轴段32的外端的外侧壁固定连接，从动轴承63的外圈与从动内圆筒65的内侧壁固定连接；从动外圆筒67为圆筒型结构，固定在外支板66的朝向电动机1的端面上、位于滑动转子体42的滑动外圆筒40的外部；从动外圆筒67由导磁材料制成，涡流环64固定在从动外圆筒67的内侧壁上；涡流环64为圆筒型结构，由铜材料制成，在涡流环64与永久磁铁层5之间留有径向间隙；端盖轴62由同轴设置的圆盘型的端盖68和圆柱型的从动轴89组成，端盖68通过螺钉60同轴固定在从动转子体61的从动内圆筒65的外端面上，使从动轴69与电动机转轴11同轴设置；所述端面定位座2由圆盘型端面定位盘21和同轴固定在端面定位盘上的圆筒型定位轴承座22组成，在端面定位盘21朝向电动机1的外端面上设置有台阶型台阶止口23，用于与B35机型电动机前端凸缘13相配合，端面定位盘21通过螺栓固定在电动机1定子上；定位轴承座22与过渡轴3的空心轴段31之间通过定位轴承24相连接，定位轴承24的内圈与过渡轴3的空心轴段31的外侧壁固定连接，定位轴承24的外圈与定位轴承座22的内侧壁固定连接。

所述永久磁铁层5由二十四块永久磁铁块51组成，永久磁铁块51沿圆周方向均匀分布在滑动转子体42的滑动外圆筒40的外侧壁上；各块永久磁铁块51的充磁方向与滑动外圆筒40的径向相同，相邻两块永久磁铁块51的充磁极性方向相反，相邻两块永久磁铁块51之间留有间隙，并在间隙内填充非导磁隔离垫52；在永久磁铁层5外部表面设置有磁铁包封53，磁铁包封53与涡流环64之间留有径向间隙，磁铁包封53由耐腐蚀无磁金属材料制成；当滑动转子体42平移至靠近中支板46时，永久磁铁层5在轴向方向上与从动转子6的涡流环64对正设置。

所述调速机构7位于端面定位盘21和中支板46之间，调速机构7由支撑板71、调速电机73、调速轴承座74、调速轴承75、调速轴76、调速齿轮77、调速齿条78及调速滑套79组成；支撑板71固定在端面定位盘21上，调速电机73通过电机座72固定在支撑板71的顶部，调速轴承座74固定在支撑板71的底部；调速轴承座74与调速轴76之间通过调速轴承75相连接，调速轴76与调速电机轴同轴固定连接；在调速轴76的底部固定有调速齿轮77，调速齿条78与调速齿轮77相啮合，调速齿条78沿过渡轴3的轴向固定在调速滑套79的朝向电动机1一侧的外侧壁上；在调速滑套79朝向电动机1一侧的内侧壁上设置有三个第四键槽，在定位轴承座22的外侧壁上沿轴向固定有三个定位导向键25，第四键槽与定位导向键25相配合；调速滑套79为阶梯圆筒型结构，其朝向电动机1的一端的直径大于背向电动机1的一端；调速滑套79背向电动机1的一端与滑动内圆筒48之间通过主动轴承44相连接，主动轴承44的内圈与调速滑套79的外侧壁固定连接，主动轴承44的外圈与滑动内圆筒48的内侧壁固定连接；当调速电机73通过调速轴76带动调速齿轮77旋转时，调速齿轮77驱动调速齿条78沿过渡轴3的轴向移动，从而带动调速滑套79、主动轴承44以及滑动转子体42沿过渡轴3的轴向移动，使固定在滑动转子体42上的永久磁铁层5与涡流环64的耦合面积发生改变。

下面结合附图说明本发明的工作原理与过程：

如图1、图2、图3所示，本发明提供的端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器，在工作过程中，电动机转轴11首先做旋转运动，电动机转轴11通过电动机轴键12带动过渡轴3旋转，过渡轴3通过过渡轴键33带动固定转子体41旋转，固定转子体41通过转子导向键43带动滑动转子体42旋转，从而使固定在滑动转子体42上的永久磁铁层5随电动机转轴11作同步转动；而此时从动转子6没有转动，当主动转子4与从动转子6之间产生相对旋转运动时，由于永久磁铁层5上相邻两块永久磁铁块51的充磁极性方向相反，因此永久磁铁层5内的永久磁铁块51会在从动转子体61上的涡流环64内形成交变磁场；由于涡流环64是由导体材料铜制成，永久磁铁块51产生的交变磁场会在涡流环64内感生出交变的涡流电流，进而该涡流电流又在涡流环64中产生出感生磁场；感生磁场与主动转子4的永久磁铁层5的恒定磁场相互作用，便在两个转子之间产生耦合力矩，从而带动从动转子6作与主动转子4方向相同的旋转运动；此后，在从动轴69输出力矩一定时，主动转子4与从动转子6之间保持一定的转速差，主动转子4始终比从动转子6转速快，二者间始终保持作相对旋转运动，从而始终维持着上述耦合作用过程，两转子间达到传递运动动力的目的。

本发明所提供的端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器，当需要调节主动转子4、从动转子6之间传递的扭矩、转速或功率时，启动调速机构7中的调速电机73，调速电机73通过调速轴76带动调速齿轮77转动，调速齿轮77驱动与之啮合的调速齿条78沿过渡轴3的轴向平移，从而带动调速滑套79沿轴向平移，与调速滑套79通过主动轴承44相连接的滑动转子体42也随之沿轴向平移，这导致滑动转子体42上的永久磁铁层5与从动转子6上的涡流环64的耦合面积发生改变，进而导致主动转子4与从动转子6之间的磁耦合力矩发生改变，从动轴69的转速和输出功率随之改变；当调速滑套79沿轴向平移到靠近中支板46、永久磁铁层5与涡流环64对正的位置时，本发明调速器的主动转子4、从动转子6处于完全耦合状态，如图1所示；当调速滑套79向电动机1方向平移、永久磁铁层5与涡流环64只有部分相对应的位置时，本发明调速器的主动转子4、从动转子6处于部分耦合状态，如图3所示。

在工作过程中，除了本发明调速器自身的重力之外，从动轴69还有可能受到不同方向的各种作用力和力矩，这些作用力和力矩经从动轴69和端盖68传递给从动转子体61，再经从动轴承63传递给过渡轴3的实心轴段32，由于过渡轴3的空心轴段31与电动机转轴11之间为有运动间隙的动配合，所以过渡轴3的实心轴段32所承受的外力主要传递给与空心轴段31相连接的定位轴承24，最后经定位轴承座22和端面定位盘21传递至B35机型电动机1的电动机前端凸缘13。

Claims (4)

1.一种端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器，其特征在于包括主动转子、端面定位座、过渡轴、从动转子和调速机构；所述主动转子由固定转子体、滑动转子体及永久磁铁层组成，固定转子体由固定内圆筒、中支板和固定外圆筒组成，固定内圆筒和固定外圆筒同轴固定在中支板上；滑动转子体由滑动内圆筒、内支板和滑动外圆筒组成，滑动内圆筒和滑动外圆筒同轴固定在内支板上；所述固定内圆筒、固定外圆筒与滑动内圆筒、滑动外圆筒之间交叉设置，且固定外圆筒设置在滑动内圆筒与滑动外圆筒之间，滑动外圆筒与固定外圆筒之间通过转子导向键相配合，永久磁铁层固定在滑动外圆筒的外侧壁上；所述从动转子设置在主动转子的外侧，由从动转子体、端盖轴及涡流环组成；从动转子体由同轴设置的从动内圆筒、外支板和从动外圆筒组成，所述过渡轴的外端通过固定转子体的固定内圆筒与从动转子体的从动内圆筒之间通过从动轴承相连接，过渡轴与固定内圆筒同轴固定连接；涡流环固定在从动外圆筒的内侧壁上，在涡流环与永久磁铁层之间留有径向间隙；端盖轴由同轴设置的端盖和从动轴组成，端盖与从动转子体的从动内圆筒同轴固定连接；所述端面定位座由同轴设置的端面定位盘和定位轴承座组成，定位轴承座固定在端面定位盘上，在端面定位盘的外端面上设置有台阶止口；定位轴承座与过渡轴的内端之间通过定位轴承相连接，所述调速机构与滑动转子体相连接。

2.根据权利要求1所述的端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器，其特征在于所述永久磁铁层由偶数块永久磁铁块组成，永久磁铁块沿圆周方向均匀分布在滑动转子体的滑动外圆筒的外侧壁上；各块永久磁铁块的充磁方向与滑动外圆筒的径向相同，相邻两块永久磁铁块的充磁极性方向相反，相邻两块永久磁铁块之间紧密接触或留有间隙，若留有间隙，则在间隙内填充非导磁隔离垫。

3.根据权利要求1所述的端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器，其特征在于在所述永久磁铁层的外部表面设置有磁铁包封，磁铁包封与涡流环之间留有径向间隙，磁铁包封由耐腐蚀无磁金属材料制成。

4.根据权利要求1所述的端面固定的同轴套筒式永磁涡流调速器，其特征在于所述调速机构位于端面定位盘与中支板之间，由支撑板、调速电机、调速轴承座、调速轴承、调速齿轮、调速齿条及调速滑套组成；支撑板固定在端面定位盘上，调速电机固定在支撑板上，调速电机轴通过调速轴承与调速轴承座相连接，调速轴承座固定在支撑板上；在调速电机轴上同轴固定设置有调速齿轮，调速齿条与调速齿轮相啮合，调速齿条沿过渡轴的轴向固定在调速滑套的外侧壁上；调速滑套与定位轴承座之间通过定位导向键相配合，调速滑套与滑动内圆筒之间通过主动轴承相连接。