CN106300892A - 外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器 - Google Patents

Abstract

外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器可划归动力传动、节能减排、动设备、磁力驱动领域，其利用电机、滑动丝杠和高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)等组成的调速***，分为以下几种类型：风冷外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器(A型、B型、C型和D型)、液冷外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器(A型、B型、C型和D型)。本发明为动设备的调速节能找到了一种经济可行的方法。

Description

外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器

技术领域

动力传动、节能减排、动设备、磁力驱动。

背景技术

从人类利用地磁驱动发明罗盘开始，磁场能量的利用研究便一直没有停止过。伴随着现代磁学理论的发展，磁力驱动产品在工业中的应用便层出不穷，磁力泵、磁力轴承、磁力耦合器、磁力齿轮等等。限于磁性材料的制约，磁力驱动技术发展缓慢，直到1983年，中国发明了高性能永磁材料钕铁硼，磁力驱动产品才得到快速发展应用。

磁力耦合器从磁力泵等磁力驱动产品中独立出来作为单独的分支发展以来，出现了形形色色的产品，但都局限于结构方面的原因，只能局限于中小功率、中小扭矩区间的动设备动力传动应用中，而且价格昂贵。像火电厂的一次风机(6000KW，1496r/min)、二次风机(4550KW，1495r/min)、碎煤机(1200KW，490r/min)和钢厂、矿场的大型风机等动设备，现有技术和产品都无法满足实际应用需求。

节能减排是目前迫切需求。动设备节能，目前比较高效的有变频调速节能和沟槽凸轮机构调速磁力耦合器调速节能。变频器使用寿命较短，环境适应能力差，占地空间大，维护需求高，高压变频器故障率则更高，可靠性差。目前已进行应用的沟槽凸轮机构调速磁耦(筒式和盘式)因结构原因应用范围有限，且价格昂贵。液冷沟槽凸轮机构调速盘式磁耦只能勉强应用到2500KW以下中等转速的动设备中，风冷沟槽凸轮机构调速盘式磁耦只能勉强应用到350KW以下中等转速的动设备中。筒式磁耦则更差，液冷调速产品只能勉强应用到800KW以下中等转速的动设备中，且安全可靠性不高。

发明内容

本发明重在找到一种解决动设备调速节能的技术方法，伴随着这种技术方法而引伸出几种类型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器——风冷A型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器、风冷B型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器、风冷C型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器、风冷D型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器、液冷A型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器、液冷B型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器、液冷C型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器、液冷D型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器。

附图说明

图1所示为风冷A型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，液冷A型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。

图4所示为风冷B型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，液冷B型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。

图7所示为风冷C型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，液冷C型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。

图10所示为风冷D型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，液冷D型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。

几种结构类型的外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，都包含如下几个部分：图中标号1和5为感应盘组件，2和4为磁块固定盘组件，3为调速机构(A型和B型的标号3为滑动丝杠调速机构，C型和D型的标号3为齿轮传动滑动丝杠调速机构)，6为高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)，7为电机定子，8为电机转子，11为中心传动轴。图4和图10中使用的是外转子电机，图1和图7中使用的是内转子电机。图1和图7中标号9为同步盘，10为胀套。

几种结构类型的外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器中，所有的感应盘组件由限位螺栓联结组成外转子，所有的磁块固定盘组件串联在中心传动轴上，和滑动丝杠调速机构一起组成内转子，电机驱动滑动丝杠组件，滑动丝杠组件使旋转运动转变为直线运动(丝杠螺母和磁块固定盘组件固定在一起)，从而改变磁块固定盘组件和感应盘组件之间的距离(磁场耦合间隙)，以达到调速节能的目的(磁场耦合间隙的变化，将导致磁耦内外转子转差的变化，也就是输入输出转速的变化)。高速回转导电接头的电刷和滑环连通电路。双向开关控制进入电机的电流方向，从而改变电机转向。

图2所示为A型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的内转子电机外置滑动丝杠调速机构，由内转子电机和滑动丝杠调速机构3等组成。图中标号7为电机定子，8为电机转子，9为同步盘，10为胀套，3-1为限位挡圈，3-2为微调弹簧，3-3为同步杆，3-8为保持架，3-4为螺母，3-5为丝杠，3-4和3-5组成滑动丝杠组件，电机中心轴做成空心轴，固定在丝杠3-5上，丝杠3-5由轴承隔离磁耦中心传动轴高速旋转的影响，电机定子由同步盘9和胀套10保持和磁耦中心传动轴相对静止。

图5所示为B型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的滑动丝杠调速机构。图中标号3-1为限位挡圈，3-2为微调弹簧，3-3为同步杆，3-8为保持架，3-4为螺母，3-5为滑动丝杠。滑动丝杠调速机构3与外转子电机等组成外转子电机外置滑动丝杠调速机构，滑动丝杠由电机外转子直接驱动，电机中心轴和磁耦中心传动轴同体。

图8为C型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的齿轮传动滑动丝杠调速机构。图中标号3-1为滑动丝杠组件，3-6为齿轮，3-7为齿轮轴，3-13为限位挡圈，3-12为微调弹簧，3-11为同步杆。齿轮传动滑动丝杠调速机构3与内转子电机等组成内转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构，电机中心轴做成空心轴，固定在齿轮轴3-7上，齿轮轴3-7由轴承隔离磁耦中心传动轴高速旋转的影响，电机定子由同步盘9和胀套10保持和磁耦中心传动轴相对静止，电机内转子驱动齿轮轴3-7，经齿轮传动，驱动滑动丝杠组件3-1。

图11为D型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的齿轮传动滑动丝杠调速机构。图中标号3-1为滑动丝杠组件，3-6为齿轮，3-7为齿轮轴，3-13为限位挡圈，3-12为微调弹簧，3-11为同步杆。齿轮传动滑动丝杠调速机构3与外转子电机等组成外转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构，电机中心轴和磁耦中心传动轴同体，电机外转子与齿轮轴3-7固定在一起，齿轮轴3-7由轴承隔离磁耦中心传动轴高速旋转的影响，电机外转子驱动齿轮轴3-7，经齿轮传动，驱动滑动丝杠组件3-1。

图13、图14所示为A型、B型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器用磁块固定盘组件，C型、D型用磁块固定盘组件类似。图中清楚示出了磁块的分布情况。

图15所示为高速回转导电接头，采用模块化结构，滑环的数量根据需要确定，图中所示为三个滑环(可为六个或任意个)，连通三根导线，中间环6-2、防护层6-7、防护层6-1采用电绝缘材料，6-5为电刷，6-4为滑环(镶嵌于防护层6-1内)，6-8为微调弹簧(用来平衡接触压力)，6-3为导线，6-9为轴承。电刷内接滑环，外接外部电源。滑环6-4镶嵌在防护层6-1内部，固定在电机7上。电刷6-5装配在绝缘材料内部与支架保持相对静止，依靠轴承6-9隔离电机7高速旋转的影响。高速回转导电接头以电刷和滑环作为动态接触，也可以将电刷和滑环反装，由滑环内接电刷，外接外部电源。

图16、图17所示为感应盘组件，盘面上分布有凸起叶片，以助散热。未知设备旋向时，可选用图16所示形状，如已知设备旋向，可选用图17所示的流线形状，以增加散热量并减小扰流噪声。在散热量足够的情况下，感应盘组件使用平盘即可，可不要凸起叶片，以简化制造工艺。

图18、图19、图20、图21所示为电动调速专用高速回转接头，采用模块化串联结构，可串联任意通道，图18、图19中所示为三通道，其内转子由螺栓6-29联结各部分，然后和回转接头的外转子装配组成一个整体，再用定位螺钉固定于电机上，其外转子静止不动，以连接外部电源。两端密封环6-20、6-21可采用碳化钨、石墨等材料，中间有电线进出部分的6-5、6-7、6-8、6-24、6-25可采用电绝缘材料，6-22采用电接触材料，6-23采用电绝缘材料镶嵌电接触材料的组合结构，6-14为弹簧，用来平衡接触压力，弹簧处的导向销6-15对弹簧起导向限位作用，防止高速回转时弹簧在离心力作用下失效。

电动调速专用高速回转接头可用来取代高速回转导电接头，电动调速专用高速回转接头比高速回转导电接头具有更好的防水、防尘和防爆性能，但其结构复杂，制造困难，经济性差。

图3、图6、图9、图12所示为A型、B型、C型和D型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器取下内部两端支承轴承的结构示意，传动轴之间联接采用胀套，其它系列也可这样做，但这种方案仅可用在低载情况和轴窜很微小的情况，原因如下：感应盘组件1和5由螺栓联结组成外转子，磁块固定盘组件2和4与调速机构由中心传动轴连接组成内转子，内外转子互不接触，但由于装配时很难保证感应盘与磁块固定盘的平行度，所以会对电机中心轴轴承支承处和负载传动轴轴承支承处造成交变应力(磁场耦合附加弯矩的作用)，以致于轴过度磨损失效。此外，轴窜的影响会造成不稳定运转，严重时会造成事故。总的来说，此种方案要慎用。

具体实施方式

外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器所包含的各组成零部件，现代工业制造技术均可加工制造。电机、磁块、轴承均可由专业厂商配套生产，其它零部件机加工、模具成形、焊接即可。

外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器作为一种动设备，其成品要想成功应用，必须具备以下两个条件：(1)功率标定——建立完备的测试台架(各功率扭矩区间)，以完成系列化产品的标定。(2)动平衡检测——旋转设备必须达到相关标准规定的动平衡要求，以达到必要的安全可靠性。

Claims (14)

1.风冷A型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的结构方案——其特征是内转子电机外置滑动丝杠调速机构、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)。

2.液冷A型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的结构方案——其特征是内转子电机外置滑动丝杠调速机构、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)，加装外壳，强制液冷。

3.风冷B型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的结构方案——其特征是外转子电机外置滑动丝杠调速机构、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)。

4.液冷B型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的结构方案——其特征是外转子电机外置滑动丝杠调速机构、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)，加装外壳，强制液冷。

5.风冷C型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的结构方案——其特征是内转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)。

6.液冷C型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的结构方案——其特征是内转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)，加装外壳，强制液冷。

7.风冷D型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的结构方案——其特征是外转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)。

8.液冷D型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器的结构方案——其特征是外转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)，加装外壳，强制液冷。

9.根据权利要求1、权利要求2所述的A型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，其特征是使用内转子电机外置滑动丝杠调速机构调速的技术方法——电机和滑动丝杠组件组合应用形成内转子电机外置滑动丝杠调速机构，未接通电源时，内转子电机外置滑动丝杠调速机构与中心传动轴同步旋转，相对静止，调速时接通电源，电机内转子驱动滑动丝杠组件，使旋转运动变成直线滑动，带动磁块固定盘沿中心传动轴轴向滑动，从而改变磁块固定盘与感应盘之间的距离(磁场耦合间隙)，达到调速节能的目的。

10.根据权利要求3、权利要求4所述的B型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，其特征是使用外转子电机外置滑动丝杠调速机构调速的技术方法——电机和滑动丝杠组件组合应用形成外转子电机外置滑动丝杠调速机构，未接通电源时，外转子电机外置滑动丝杠调速机构与中心传动轴同步旋转，相对静止，调速时接通电源，电机外转子驱动滑动丝杠组件，使旋转运动变成直线滑动，带动磁块固定盘沿中心传动轴轴向滑动，从而改变磁块固定盘与感应盘之间的距离(磁场耦合间隙)，达到调速节能的目的。

11.根据权利要求5、权利要求6所述的C型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，其特征是使用内转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构调速的技术方法——电机、齿轮和滑动丝杠组件组合应用形成内转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构，未接通电源时，内转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构与中心传动轴同步旋转，相对静止，调速时接通电源，电机内转子经齿轮传动驱动滑动丝杠组件，使旋转运动变成直线滑动，带动磁块固定盘沿中心传动轴轴向滑动，从而改变磁块固定盘与感应盘之间的距离(磁场耦合间隙)，达到调速节能的目的。

12.根据权利要求7、权利要求8所述的D型外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，其特征是使用外转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构调速的技术方法——电机、齿轮和滑动丝杠组件组合应用形成外转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构，未接通电源时，外转子电机外置齿轮传动滑动丝杠调速机构与中心传动轴同步旋转，相对静止，调速时接通电源，电机外转子经齿轮传动驱动滑动丝杠组件，使旋转运动变成直线滑动，带动磁块固定盘沿中心传动轴轴向滑动，从而改变磁块固定盘与感应盘之间的距离(磁场耦合间隙)，达到调速节能的目的。

13.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5、权利要求6、权利要求7、权利要求8所述的外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，其特征是使用高速回转导电接头的技术方法——以电刷和滑环作为动态接触，滑环内接电刷，外接外部电源，电刷装配于中心传动轴上，与中心传动轴同步旋转，滑环镶嵌在绝缘材料内部形成静止部件，固定在支架上，也可以将电刷和滑环反装，由电刷内接滑环，外接外部电源。

14.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5、权利要求6、权利要求7、权利要求8所述的外置电机滑动丝杠电动调速盘式磁力耦合器，其特征是使用电动调速专用高速回转接头的技术方法——电动调速专用高速回转接头由内转子和外转子两大部分组成，外转子静止不动，用以连接外部电源，内转子高速转动，外转子通过轴承隔离内转子高速转动的影响，内外转子的电流通路按电接触理论的原理，通过摩擦接触。