CN107979262A - 永磁涡流联轴器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁涡流联轴器，可实现高效扭矩传输(效率可达98％)、平稳扭矩传输(波动不超过0.5％)，包括：永磁体，其个数或组数为4的倍数，辅向充磁，楔形镶嵌在主动转子内，有效地减小因安装存在缝隙产生的振动及噪声；从动转子，设计有螺旋槽，使得输出扭矩具有高平稳性，大大削弱***工作时的振动和噪音，并形成空气对流，带走大量热量，有效地解决发热问题；轴向移动机构，采用电动执行器与滑靴配合的方式，电动执行器两端均采用球连接；空气过滤器，减小如铁磁性颗粒、煤粉等空气悬浮颗粒对***的污染；本发明具有维护费用低(无易损件、清洁频率低)、绿色节能、柔性启动、发热少、调速范围宽等诸多优点，对节能减排具有重要意义。

Description

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

我国资源丰富，是产能大国，但同时也是耗能大国，能源、资源浪费现象严重，利用率较低，节约能源降低消耗已经成为社会关注的热点，也成为设计过程中必须考虑的重要问题。泵类电机和风机等设备是社会生产中应用极为广泛，其消耗的能源在社会总能耗中所占的比例很大，约占31.3％。由于我国现在所使用的泵类电机和风机在设计上存在一定不足，尤其是在大型驱动设备上，与国外发达国家相比还较落后，并且电机与负载匹配过程中经常“大马拉小车”的现象，能源浪费严重。永磁联轴器是联轴器的一种，属于非接触式。它与普通的机械联轴器区别在于它无需直接的机械连接，而是利用电磁学原理，实现传递机械能量的目的，是一种新型联轴器，具有机械联轴器无法比拟的优点。它能够无接触地传递扭矩，无极调节负载轴转速，实现磁传递力矩、磁转矩、传递功率的控制，极大地减小摩擦损耗、振动损耗，大幅地提高能源利用率，同时当负载过载时，主、从动环产生相对滑转，解决了过载保护的问题，实现了保护机械***的作用，从而提高***调节的可靠性，同时也解决了对中、软启动等一系列问题。

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，但是相同的体积下，筒式永磁涡流联轴器的最大传递扭矩比盘式永磁涡流联轴器高20％，并且筒式永磁涡流联轴器比盘式的噪声低15-30dB，更重要的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，因此该型联轴器的发展方向主要为筒式永磁涡流联轴器，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。但是目前对于筒式永磁涡流联轴器的主要研究方向为如何提高永磁涡流联轴器的传递转矩，而对其传递转矩的平稳性及降低噪声方面研究较少，而且对于大功率的筒式永磁涡流联轴器，解决发热的方式均是采用强冷的方式，即增加成本，又增加产品结构的复杂性降低了产品的可靠性，并且即能实现主、从动机构支撑牢固，又能实现主、从动机构沿轴向移动的机械结构，市场上尚没有出现。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种永磁涡流联轴器，与现有的专利技术相比，扭矩传递的平稳性大幅增加，并且在不增加机构的前提下，自身形成空气对流，有效地解决发热问题，可适用于电网质量差、湿度大、粉尘、易燃易爆的环境甚至是“晃电”的情况下也满足使用要求，具有绿色节能、空载启动、启动时间短、发热少、调速范围宽等诸多优点。

为此，本发明提供一种永磁涡流联轴器，包括：主动机构，包括主动转子、永磁体、屏蔽衬筒等，所述永磁体楔形镶嵌在主动转子内，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；所述主动转子采用非导磁材料，屏蔽衬筒采用导磁材料，优化主动转子的厚度，即最大限度地增加从动转子磁场强度，又有效地的减小电磁污染；从动机构，包括从动转子、永磁环、内衬筒、双列轴承、直线轴承及定位衬套等，所述从动转子设计有螺旋槽，使得***输出扭矩具有高平稳性，大大削弱永磁涡流联轴器在启动及工作时的振动和噪音，并且从动转子在转动过程中形成空气对流，可带走大量热量，有效地解决发热问题；所述永磁环，设计有斜面，减小对空气流路的影响，而且最大限度地增加与空气的有效接触面积，最大限度地吸附空气中的铁磁性颗粒，减小对主动环上的永磁体的污染；轴向移动机构，采用电动执行器与滑靴配合的方式，所述电动执行器两端均采用球连接，即实现从动机构转动与轴向移动的同时进行，又有效地减小了转动过程中对电动执行器的侧向力；固定支撑机构，采用双轴承加轴间定位结构，保证主从动机构支撑牢固，减小轴向窜动；安全罩，采用导磁材料，再次形成一层磁屏蔽层，对外界几乎不会产生电磁污染；所述安全罩两端设计有空气过滤器，减小如铁磁性颗粒、煤粉等空气悬浮颗粒对永磁涡流联轴器的污染，极大地拓宽了永磁涡流联轴器的环境要求，大大地减小了使用过程中的清洁次数，节省成本。

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4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；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。

所述从动转子设计有螺旋槽结构，使得从动转子齿部而积相应减小，齿部磁场密度增加，平均气隙磁密增大，从而使得输出扭矩增加，但是槽开的过多过大，会使齿部导磁面积过小，引起转子磁密过饱和，从而导致平均气隙磁密和输出扭矩下降，为了使永磁体与槽更好的配合，减小波动影响，螺旋槽的个数不能使永磁体个数或组数的倍数，一般取偶数个，并介于永磁体个数或组数的1.1到1.9之间，螺旋槽宽度与深度之比介于0.4到0.6之间；所述螺旋槽能够有效地减小输出扭矩的波动，在一定范围内，螺旋弧度越大，平稳性越好，弧度超出一定值后输出扭矩迅速减小并且波动增大，螺旋槽在轴向两端面的重合度介于0.05到0.25之间。

所述从动转子与主动转子之间存在气隙，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，优选地选择气隙为1.8～3mm。

作为优选，从动转子支撑轴承与直线轴承之间采用楔形定位衬套，保证从动转子与主动转子的同轴度，且便于安装调整。

优选地，所述电动执行器底部通过球连接固定在固定支撑机构上，电动执行器的另一端通过球连接与滑靴相连接，滑道片体固定在端盖上，并随从动机构一起转动，电动执行器两端均采用球连接，有效地降低了电动执行器的侧向力，电动执行器伸缩带动从动机构沿轴向移动，其中一个电动执行器采用位置闭环的控制方式，另外两个电动执行器或多个电动执行器采用力跟随控制方式，保证多个电动执行器输出力相同，避免出现倾覆力矩；并且从动机构与支撑轴之间设计有滚珠直线轴承，减小移动阻力。

所述电动执行器作为永磁涡流联轴器配件可根据实际工程需要选取，即当永磁涡流联轴器无需调速功能时，可不配置电动执行器，这样可降低使用成本。

输入轴的输入端及输出轴的输出端可根据实际工程需要加工键槽或螺纹等，通用性强。

根据本发明的永磁涡流联轴器，可实现高效扭矩传输(效率可达98％)、平稳扭矩传输(波动不超过0.5％)，并且自身形成空气对流，有效地解决发热问题，可适用于电网质量差、湿度大、粉尘、易燃易爆的环境甚至是“晃电”的情况下也满足使用要求，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、清沽频率低)、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外观主视图；

图2是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的外观左视图；

图3是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的外观轴测图；

图4是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的主视图；

图5是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的轴测图1；

图6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7是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的剖视图；

图8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9是根据本发明的另一个实施方式的永磁涡流联轴器的主视图；

图10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11是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器的主从动机构主视图；

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从动机构轴测图；

图13是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器一种布置方式；

图14是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器另一种布置方式；

图15是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器从动转子主视图；

图16是根据本发明的一个实施方式的永磁涡流联轴器从动转子轴测图。

图中：1、安全罩；2、空气过滤器；3、轴承箱；4、输出轴；5、支撑架；6、安装平台；7、输入轴；8、电动执行器；9、轴承盖；10、轴承；11、键；12、滑靴；13、滑道片体；14、端盖；15、永磁环；16、屏蔽衬筒；17、主动转子；18、永磁体；19、从动转子；20、键；21、直线轴承；22、定位衬套；23、轴承；24、内衬筒。

具体实施方式

下面结合附图详细说明根据本发明的实施方式。

如附图所示，永磁涡流联轴器包括：包括：主动机构，从动机构，移动机构及支撑机构等；主动机构，包括主动转子17、永磁体18、屏蔽衬筒16等，所述永磁体18楔形镶嵌在主动转子17内，使得永磁体18在随主动转子17转动过程中与主动转子17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；所述屏蔽衬筒16位于主动转子17外侧，随主动转子17一起运动，主动转子17采用非导磁材料，屏蔽衬16筒采用导磁材料，优化主动转子的厚度，即最大限度地增加从动转子磁场强度，又有效地的减小电磁污染；

所述永磁体18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18个数或组数为4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；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。

从动机构，包括从动转子19、永磁环15、内衬筒24、双列轴承23、直线轴承21及定位衬套22等，所述从动转子15设计有螺旋槽，使得***输出扭矩具有高平稳性，大大削弱永磁涡流联轴器在启动及工作时的振动和噪音，并且从动转子在转动过程中形成空气对流，可带走大量热量，有效地解决发热问题；所述永磁环15位于端盖14上，靠近从动转子19端面，永磁环15设计有斜面，减小对空气流路的影响，而且最大限度地增加与空气的有效接触面积，最大限度地吸附空气中的铁磁性颗粒，减小对主动环上的永磁体18的污染。

所述从动转子19设计有螺旋槽结构，螺旋槽的个数不能使永磁体个数或组数的倍数，一般取偶数个，并介于永磁体个数或组数的1.1到1.9之间，螺旋槽宽度与深度之比介于0.4到0.6之间；所述螺旋槽能够有效地减小输出扭矩的波动，在一定范围内，螺旋弧度越大，平稳性越好，弧度超出一定值后输出扭矩迅速减小并且波动增大，螺旋槽在轴向两端面的重合度介于0.05到0.25之间。

所述从动转子19与主动转子17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，优选地选择气隙为1.8～3mm。

作为优选，从动转子19支撑轴承23采用双列轴承，使得支撑牢固，并与直线轴承21之间采用楔形定位衬套22，保证从动转子与主动转子的同轴度，且便于安装调整。

轴向移动机构，采用电动执行器8与滑靴12配合的方式，所述电动执行器8两端均采用球连接，即实现从动机构转动与轴向移动的同时进行，又有效地减小了转动过程中对电动执行器的侧向力；固定支撑机构，采用双轴承加轴间定位结构，保证主从动机构支撑牢固，减小轴向窜动；安全罩1，采用导磁材料，再次形成一层磁屏蔽层，对外界几乎不会产生电磁污染；所述安全罩1两端设计有空气过滤器2，减小如铁磁性颗粒、煤粉等空气悬浮颗粒对永磁涡流联轴器的污染，极大地拓宽了永磁涡流联轴器的环境要求，大大地减小了使用过程中的清洁次数，节省成本。

优选地，所述电动执行器8底部通过球连接固定在固定支撑机构上，电动执行器8的另一端通过球连接与滑靴12相连接，滑道片体13固定在端盖上，并随从动机构一起转动，电动执行器8两端均采用球连接，有效地降低了电动执行器8的侧向力，电动执行器8伸缩带动从动机构沿轴向移动，并且从动机构与支撑轴之间设计有滚珠直线轴承21，减小移动阻力。

输入轴7的输入端及输出轴4的输出端可根据实际工程需要加工键槽或螺纹等，通用性强。

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。

永磁体18采用24个，采用辅向充磁方式，与之匹配的螺旋槽采用36个，所述永磁体18及螺旋槽的“占空比”均为2∶1，主动转子17与从动转子19之间的气隙为2mm，使用前对***进行安全检查，确保没有螺栓松动、空气过滤器是否可以继续使用等安全使用问题后，启动电动执行器8，将从动机构移动至工作的初始位置(附图8、附图9、附图10所示位置状态)，此时从动机构与主动机构不存在啮合面，启动主动机构的上游动力***，实现主动转子17转动，等主动转子17运行平稳后，控制电动执行器8推动从动机构轴向移动，其中一个电动执行器采用位置闭环的控制方式，另外两个电动执行器或多个电动执行器采用力跟随控制方式，保证多个电动执行器输出力相同，避免出现倾覆力矩。从动机构与主动机构的啮合面积逐渐增加，随着啮合面积的增加，从动机构受到的磁场扭矩越来越大，并实现从动机构转动，随着从动机构继续轴向运动，从动机构的转速不断升高，并到达指定位置后，从动机构转速稳定，实现***的软启动。

当外界负载发生变化时，从动转子19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8改变主动转子17与从动转子19的啮合面面积，改变从动转子的输出转速；当主动转子17转动后，由于螺旋槽的作用，气隙中形成空气流动，即产生空气的强制对流，带走从动转子上的大量热量，安全罩1两端分布有多个空气过滤器2，减小对冷却气体流入及热气体流出的影响，并吸附如铁磁性颗粒、煤粉等空气悬浮颗粒。使用结束后，***停车，电动执行器8推动从动机构至初始位置。

根据本发明的永磁涡流联轴器，可实现高效扭矩传输(效率可达98％)、平稳扭矩传输(波动不超过0.5％)，并且自身形成空气对流，有效地解决发热问题，可适用于电网质量差、湿度大、粉尘、易燃易爆的环境甚至是“晃电”的情况下也满足使用要求，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 (8)

1.一种永磁涡流联轴器，其特征在于，包括：

主动机构，包括主动转子、永磁体、屏蔽衬筒等，所述永磁体楔形镶嵌在主动转子内，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；

从动机构，包括从动转子、永磁环、内衬筒、双列轴承、直线轴承及定位衬套等，所述从动转子设计有螺旋槽，使得***输出扭矩具有高平稳性，大大削弱永磁涡流联轴器在启动及工作时的振动和噪音，并且从动转子在转动过程中形成空气对流，可带走大量热量，有效地解决发热问题；所述永磁环，设计有斜面，减小对空气流路的影响，而且最大限度地增加与空气的有效接触面积，最大限度地吸附空气中的铁磁性颗粒，减小对主动环上的永磁体的污染；

轴向移动机构，采用电动执行器与滑靴配合的方式，所述电动执行器两端均采用球连接，即实现从动机构转动与轴向移动的同时进行，又有效地减小了转动过程中对电动执行器的侧向力；

安全罩，采用导磁材料，再次形成一层磁屏蔽层，对外界几乎不会产生电磁污染；所述安全罩两端设计有空气过滤器，减小如铁磁性颗粒、煤粉等空气悬浮颗粒对永磁涡流联轴器的污染，极大地拓宽了永磁涡流联轴器的环境要求，大大地减小了使用过程中的清洁次数，节省成本。

2.根据权利要求1所述的永磁涡流联轴器，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4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；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。

3.根据权利要求1所述的永磁涡流联轴器，其特征在于，所述从动转子设计有螺旋槽结构，螺旋槽的个数不能使永磁体个数或组数的倍数，一般取偶数个，并介于永磁体个数或组数的1.1到1.9之间，螺旋槽宽度与深度之比介于0.4到0.6之间；所述螺旋槽能够有效地减小输出扭矩的波动，在一定范围内，螺旋弧度越大，平稳性越好，弧度超出一定值后输出扭矩迅速减小并且波动增大，螺旋槽在轴向两端面的重合度介于0.05到0.25之间；从动转子与主动转子可采用单层或多层的配合方式。

4.根据权利要求1所述的永磁涡流联轴器，其特征在于，采用双层电磁屏蔽层，所述屏蔽衬筒采用导磁材料，优化主动转子的厚度，即最大限度地增加从动转子磁场强度，又有效地的减小电磁污染；采用导磁材料，再次形成一层磁屏蔽层，对外界几乎不会产生电磁污染。

5.根据权利要求1所述的永磁涡流联轴器，其特征在于，所述从动转子与主动转子之间存在气隙，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，优选地选择气隙为1.8～3mm。

6.根据权利要求1所述的永磁涡流联轴器，从动转子支撑轴承与直线轴承之间采用楔形定位衬套，保证从动转子与主动转子的同轴度，且便于安装调整。

7.根据权利要求1所述的永磁涡流联轴器，所述电动执行器底部通过球连接固定在固定支撑机构上，电动执行器的另一端通过球连接与滑靴相连接，滑道片体固定在端盖上，并随从动机构一起转动，电动执行器两端均采用球连接，有效地降低了电动执行器的侧向力，电动执行器伸缩带动从动机构沿轴向移动，其中一个电动执行器采用位置闭环的控制方式，另外两个电动执行器或多个电动执行器采用力跟随控制方式，保证多个电动执行器输出力相同，避免出现倾覆力矩；并且从动机构与支撑轴之间设计有滚珠直线轴承，减小移动阻力。

8.根据权利要求1所述的永磁涡流联轴器，输入轴的输入端及输出轴的输出端可根据实际工程需要加工键槽或螺纹等，通用性强。