CN110504817A - 一种导轨滑块式可调速磁力耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械工程中的传动技术领域，具体是一种导轨滑块式可调速磁力耦合器。其由导体圆台形盘总成和永磁体锥形盘总成组成，其中调速装置安装在永磁体锥形盘总成上。从动盘由导体环安装在从动基体盘的内表面形成导体圆台形盘总成；主动盘由永磁体以N、S极交替排布的方式分别固定在滚珠型直线导轨滑块的外表面形成永磁体锥形盘总成。通过电机驱动丝杆旋转，使套筒与直线轴承沿主动轴轴向移动，固定在套筒上的滑动杆与压缩弹簧推动滑块，使滚珠型直线导轨滑块沿着直线导轨滑移，进而使永磁体与导体环之间的正对面积沿周向和导轨滑动方向同时发生变化，从而实现高效地调速。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程中的传动技术领域，是一种非接触式连接的磁感应耦合器，具体是一种导轨滑块式可调速磁力耦合器。它可应用于风机和泵类负载中作为动力传递和调速的装置。
背景技术
磁力耦合器利用永磁体产生的磁场传递力和运动。在特定场合下对风机、泵类电力拖动***的调速磁力耦合器优于变频器和液力耦合器。磁力耦合器的优点在于：(1)电机与负载实现无接触式传动，即使电动机本身引起的震动也不会引起负载震动，使整个***的震动问题得到有效降低，大大降低***的故障率，且不会对机构带来机械磨损，延长使用寿命；(2)结构简单，制造、装配和设备维护成本低，稳定性、可靠性高，且对中性要求较低，可应用于对中性无法保证的工作场合；(3)实现电机的轻载启动与过载保护，电机实现软启动，峰值电流和峰值时间大为减少，消除了对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长电机的使用寿命；(4)抗干扰能力强、无高频率电流，不存在高次谐波和电磁干扰等问题，节能环保。
在专利CN201110219052.4中公开了一种楔形圆盘可调速磁力联轴器，通过电机及搭载的减速机构带动齿轮齿条，从而改变两组永磁体盘与导体盘之间的啮合面积及气隙厚度实现调速。该发明是由两组永磁体盘和导体盘组成的复合型调速装置，而且是通过同时改变啮合面积及气隙厚度实现调速。在本发明中，采用单组永磁体锥形盘与导体圆台形盘，结构紧凑，并且使永磁体与导体环沿周向和导轨滑动方向的正对面积同时发生变化而实现较为高效地调速。
在专利CN201710461920.7中公开了一种基于滑块摇杆的锥面智能可调速磁力耦合器，通过伺服电机控制滚珠滑块运动，从而带动由连杆滑块、连杆、永磁基体所组成的滑块摇杆机构运动以实现永磁基体的摆动，通过同时改变正对面积和气隙大小来实现调速。但是该发明采用滑块摇杆控制各个永磁体摆动，从而导致永磁体盘与导体盘之间的气隙厚度不均匀，使永磁盘上的各永磁体间隔较大，形成漏磁较大，影响传动效率。而在本发明中，由于滚珠型直线导轨通过铰链与固定盘连接，不需产生永磁体的摆动，因而磁体间隔相对较小，并且本发明通过同时改变永磁体与导体环沿周向和导轨滑动方向的正对面积实现较为高效地调速。此外，本发明中滚珠型直线导轨滑块中选用塑料或者铝合金等非磁性材料进行隔磁，以避免永磁体磁性对滚珠型直线导轨滑块移动的影响。
发明内容
一种导轨滑块式可调速磁力耦合器，由导体圆台形盘总成和永磁体锥形盘总成组成，其中永磁体锥形盘总成上安装有调速装置，导体圆台形盘总成作为磁力耦合器的从动盘，包括导体环、从动基体盘、从动轴和从动轴轴套，从动轴右端与从动轴轴套通过键连接，从动轴轴套与从动基体盘通过螺栓固连在一起，导体环安装在从动基体盘内表面形成导体圆台形盘。
永磁体锥形盘总成作为磁力耦合器的主动盘，包括永磁体、滚珠型直线导轨滑块、导轨、固定盘、丝杆电机、套筒、滑动杆、压缩弹簧、直线轴承、主动轴、主动轴轴套，主动轴左端与主动轴轴套通过键连接，主动轴轴套表面设有固定接口，通过螺栓将导轨左端与主动轴轴套固定，导轨右端与固定盘左端面的接口通过螺栓固定，滚珠型直线导轨滑块与导轨配合，永磁体以N、S极交替排布的方式固定在滚珠型直线导轨滑块的外表面构成永磁体锥形盘，同时滚珠型直线导轨滑块右侧套在滑动杆上，滑动杆尾端加工有螺纹，滑动杆安装压缩弹簧后与套筒外表面的螺纹孔配合固定在套筒上，套筒内孔装有直线轴承并安装在主动轴上，固定盘装在主动轴上，丝杆电机安装在固定盘上，丝杆电机的丝杆与套筒右端面螺纹孔配合。
工作原理：调速装置包括丝杆电机、套筒、压缩弹簧、滑动杆和滚珠型直线导轨滑块。通过PLC中预设的程序控制丝杆电机旋转，使带有螺纹的套筒在主动轴上轴向移动，使固定在套筒上的滑动杆沿主动轴轴向移动，滑动杆轴向施力的同时压缩弹簧径向施力，使滚珠型直线导轨滑块沿着导轨滑移，从而使固定在滑块外表面的永磁体实现沿着导轨的运动，主动改变永磁体锥形盘上的永磁体与导体圆台形盘上的导体环的正对面积，进而调节气隙磁密以实现调速功能。
所述导体圆台形盘的导体环采用实心导体盘和笼型导体盘两种导体结构，实心导体盘在工作中由于切割磁力线而产生感应涡流，从而产生感应磁场；笼型导体盘在工作中由于切割磁力线而产生环形感应电流，从而产生感应磁场。
笼型导体环由导体铜盘和轭铁盘组成；导体铜盘表面加工有若干矩形槽，轭铁盘上面加工有与矩形槽形状相同的小凸块，扇形槽与小凸块为过盈配合，配合后形成笼型导体环嵌入从动基体盘右侧槽内，并采用螺钉连接、铆接或者焊接的方式将导体环固定在从动基体盘上。
永磁体采用上宽下窄的扇形结构，安装在滚珠型直线导轨滑块倾斜面加工的与永磁体大小匹配的槽内，随着滚珠型直线导轨滑块沿导轨移动，永磁体和导体环的正对面积沿周向和导轨滑动方向同时发生变化，从而更高效地实现调速。
滚珠型直线导轨滑块间留有间隙以保证滚珠型直线导轨滑块在导轨上移动过程中不会发生干涉；滚珠型直线导轨滑块选用塑料或者铝合金非磁性材料；导轨选用铝合金非磁性材料，以避免永磁体磁性对滚珠型直线导轨滑块移动的影响。
所述主动轴套筒表面和固定盘上分别设有铰接接口限制导轨的自由度以保证永磁体锥形盘与主动轴在旋转过程中保持相对静止。
所述滑动杆上端面半径大于杆工作面，滑动杆先套到滚珠型直线导轨滑块上，再固定在套筒上以限制在旋转过程中滚珠型直线导轨滑块脱落和超过工作行程；套筒通过丝杆传动进行轴向移动，丝杆的长度以保证各滚珠型直线导轨滑块在调速过程中不会发生干涉为准。
相对于已有的盘式和筒式调速型磁力耦合器，本发明中的磁力耦合器采用倾斜结构，可以解决筒式磁力耦合器对中性要求较高的问题，又可以解决盘式磁力耦合器轴向载荷较大的问题，且调速的范围较大，调速的平稳性较高。
本发明的优点
(1)本发明中，采用单组永磁体锥形盘与导体圆台形盘，结构紧凑，并且通过同时改变永磁体与导体环沿周向和导轨滑动方向的正对面积而实现较为高效地调速。
(2)本发明采用导轨滑块传动和丝杆套筒传动，滚珠型直线导轨滑块中选用塑料或者铝合金等非磁性材料进行隔磁，以避免永磁体磁性对滚珠型直线导轨滑块移动的影响。丝杆套筒传动相比齿轮齿条传动、涡轮蜗杆传动、圆柱凸轮传动等类型传动方式，减少对于减速机构的需求，传动更平稳，且拥有自锁性，防止在主动轮旋转过程中零件相对移动。
(3)本发明综合了筒式与盘式两种传统结构的优点，相比于筒式结构降低了装置的对中性要求、提高了转矩传递能力；相比于盘式结构减小了轴向载荷、增大了调速范围和可允许的轴向窜动量；相比于普通联轴器省却了同心对中的麻烦，使得设备的安装、调试与拆卸更为方便。
附图说明
以下结合附图及实施例对发明作进一步说明
图1为实施例1导轨滑块传动调速式磁力耦合器工作原理及结构剖切示意图。
图2为实施例1导轨滑块传动调速式磁力耦合器永磁体锥形盘总成三维结构图。
图3为实施例1滚珠型直线导轨滑块的三维结构示意图。
图4为实施例1单组导轨滑块三维结构示意图。
图5为实施例1导轨滑块传动调速式磁力耦合器调速原理示意图。
图6为实施例2笼型导体圆台形盘总成三维***图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种导轨滑块式可调速磁力耦合器包括导体圆台形盘总成和永磁体锥形盘总成，其中调速装置安装在永磁体锥形盘总成上，导体圆台形盘总成包括导体环6、从动基体盘1、从动轴3和从动轴轴套2，从动轴3右端与从动轴轴套2通过键连接，从动轴轴套2与从动基体盘1通过螺栓固连在一起，导体环6安装在从动基体盘1内表面形成导体圆台形盘。
所述永磁体锥形盘总成包括永磁体7、滚珠型直线导轨滑块8、导轨5、固定盘10、丝杆电机12、套筒11、滑动杆9、压缩弹簧15、直线轴承14、主动轴13、主动轴轴套4，如图2所示。其特征在于：主动轴13左端与主动轴轴套4通过键连接，主动轴轴套4表面设有固定接口，通过螺栓将导轨5左端与主动轴轴套4固定，导轨5右端与固定盘10左端面的接口通过螺栓固定，滚珠型直线导轨滑块8与导轨5配合，使滚珠型直线导轨滑块8能在导轨5上滑动，滚珠型直线导轨滑块8外端面加工有与永磁体相适的槽，如图3所示。永磁体7以N、S极交替排布的方式固定在滚珠型直线导轨滑块8的外表面，同时滚珠型直线导轨滑块8右侧通孔与滑动杆9配合，滑动杆9尾端加工有螺纹，安装压缩弹簧15后与套筒11外表面的螺纹孔配合固定在套筒11上，套筒11内孔装有直线轴承14，永磁体7、滚珠型直线导轨滑块8、滑动杆9、套筒11、套筒11的直线轴承14和压缩弹簧15组装后的整体安装在主动轴13上并使直线轴承14与主动轴13配合，固定盘10装在主动轴13上并位于套筒11右端，与主动轴过盈配合，丝杆电机12安装在固定盘10上，丝杆电机12的丝杆与套筒11右端面螺纹孔配合，由此组成永磁体锥形盘总成，如图2所示。
工作原理：初始状态下永磁体7与导体环6的正对面积保持最大，如图1所示，主动轴13通过键带动主动轴轴套4转动，主动轴套筒4、导轨5、固定盘10通过螺栓固定，永磁体7安装在滚珠型直线导轨滑块8上，导轨5***其倾斜面孔中，滑动杆9***滚珠型直线导轨滑块8另一端圆形通孔中，滑动杆9安装压缩弹簧15后固定在套筒11上，当丝杆电机12未启动时，套筒11与主动轴13相对固定，因此上述部件整体进行转动，这时永磁体7相对于从动基体盘1上的导体环6产生相对运动，通过电磁感应，导体环6中产生感应电流，导体环6上的感应电流产生的感应磁场分别与永磁体7的左右两侧磁场相互作用产生电磁转矩，带动从动基体盘1、从动轴轴套2和从动轴3转动。
调速原理：调速装置包括丝杆电机12、套筒11、压缩弹簧15、滑动杆9和滚珠型直线导轨滑块8。如图1所示，初始状态下永磁体7与导体环6的正对面积保持最大。图4通过丝杆电机12控制带有螺纹的套筒11在主动轴13上轴向移动，使固定在套筒11上的滑动杆9沿主动轴13轴向移动，滑动杆9的轴向移动带动滚珠型直线导轨滑块8沿着导轨5运动，进而使固定在滑块外表面的永磁体7实现沿着导轨5的运动，改变永磁体7与导体环6的正对面积，从而调节气隙磁密以实现调速功能，如图5所示，随着丝杆电机启动，永磁体7与导体环6的正对面积变小。
实施例2
本实施例调速原理与实施例1基本相同，结构上不同之处在于导体圆台形盘总成中导体环6的实心导体环换成笼型导体环，笼型导体环由导体铜盘17和轭铁盘16组成，如图6所示。导体铜盘17表面加工有若干矩形槽，轭铁盘16上面加工有与矩形槽形状相同的小凸块，扇形槽与小凸块为过盈配合，配合后形成笼型导体环嵌入从动基体盘1右侧槽内，并采用螺钉连接、铆接或者焊接的方式将导体环固定在从动基体盘1上。工作原理不同之处在于电机带动永磁体锥形盘总成进行转动，这时永磁体7与从动基体盘1上由轭铁盘16和导体铜盘17构成的笼型导体环产生相对运动，通过电磁感应，笼型导体环中产生环形感应电流，进而产生感应磁场，感应磁场分别与永磁体7的左右两侧磁场相互作用产生电磁转矩，从而带动导体圆台形盘总成转动。
Claims (8)
1.一种导轨滑块式可调速磁力耦合器，其特征在于，所述导轨滑块式可调速磁力耦合器由导体圆台形盘总成和永磁体锥形盘总成组成，其中永磁体锥形盘总成上安装有调速装置，导体圆台形盘总成作为磁力耦合器的从动盘，包括导体环、从动基体盘、从动轴和从动轴轴套，从动轴右端与从动轴轴套通过键连接，从动轴轴套与从动基体盘通过螺栓固连在一起，导体环安装在从动基体盘内表面形成导体圆台形盘；永磁体锥形盘总成作为磁力耦合器的主动盘，包括永磁体、滚珠型直线导轨滑块、导轨、固定盘、丝杆电机、套筒、滑动杆、压缩弹簧、直线轴承、主动轴、主动轴轴套，主动轴左端与主动轴轴套通过键连接，主动轴轴套表面设有固定接口，通过螺栓将导轨左端与主动轴轴套固定，导轨右端与固定盘左端面的接口通过螺栓固定，滚珠型直线导轨滑块与导轨配合，永磁体以N、S极交替排布的方式固定在滚珠型直线导轨滑块的外表面构成永磁体锥形盘，同时滚珠型直线导轨滑块右侧套在滑动杆上，滑动杆尾端加工有螺纹，滑动杆安装压缩弹簧后与套筒外表面的螺纹孔配合固定在套筒上，套筒内孔装有直线轴承并安装在主动轴上，固定盘装在主动轴上，丝杆电机安装在固定盘上，丝杆电机的丝杆与套筒右端面螺纹孔配合。
2.如权利要求1所述的一种导轨滑块式可调速磁力耦合器，其特征在于，调速装置包括丝杆电机、套筒、压缩弹簧、滑动杆和滚珠型直线导轨滑块；通过PLC中预设的程序控制丝杆电机旋转，使带有螺纹的套筒在主动轴上轴向移动，使固定在套筒上的滑动杆沿主动轴轴向移动，滑动杆轴向施力的同时压缩弹簧径向施力，使滚珠型直线导轨滑块沿着导轨滑移，从而使固定在滑块外表面的永磁体实现沿着导轨的运动，主动改变永磁体锥形盘上的永磁体与导体圆台形盘上的导体环的正对面积，进而调节气隙磁密以实现调速功能。
3.如权利要求1所述的一种导轨滑块式可调速磁力耦合器，其特征在于，所述导体圆台形盘的导体环采用实心导体盘和笼型导体盘两种导体结构，实心导体盘在工作中由于切割磁力线而产生感应涡流，从而产生感应磁场；笼型导体盘在工作中由于切割磁力线而产生环形感应电流，从而产生感应磁场。
4.如权利要求3所述的一种导轨滑块式可调速磁力耦合器，其特征在于，笼型导体环由导体铜盘和轭铁盘组成；导体铜盘表面加工有若干矩形槽，轭铁盘上面加工有与矩形槽形状相同的小凸块，扇形槽与小凸块为过盈配合，配合后形成笼型导体环嵌入从动基体盘右侧槽内，并采用螺钉连接、铆接或者焊接的方式将导体环固定在从动基体盘上。
5.如权利要求1所述的一种导轨滑块式可调速磁力耦合器，其特征在于，永磁体采用上宽下窄的扇形结构，安装在滚珠型直线导轨滑块倾斜面加工的与永磁体大小匹配的槽内，随着滚珠型直线导轨滑块沿导轨移动，永磁体和导体环的正对面积沿周向和导轨滑动方向同时发生变化，从而更高效地实现调速。
6.如权利要求1所述的一种导轨滑块式可调速磁力耦合器，其特征在于，滚珠型直线导轨滑块间留有间隙以保证滚珠型直线导轨滑块在导轨上移动过程中不会发生干涉；滚珠型直线导轨滑块选用塑料或者铝合金非磁性材料；导轨选用铝合金非磁性材料，以避免永磁体磁性对滚珠型直线导轨滑块移动的影响。
7.如权利要求1所述的一种导轨滑块式可调速磁力耦合器，其特征在于，所述主动轴套筒表面和固定盘上分别设有铰接接口限制导轨的自由度以保证永磁体锥形盘与主动轴在旋转过程中保持相对静止。
8.如权利要求1所述的一种导轨滑块式可调速磁力耦合器，其特征在于，所述滑动杆上端面半径大于杆工作面，滑动杆先套到滚珠型直线导轨滑块上，再固定在套筒上以限制在旋转过程中滚珠型直线导轨滑块脱落和超过工作行程；套筒通过丝杆传动进行轴向移动，丝杆的长度以保证各滚珠型直线导轨滑块在调速过程中不会发生干涉为准。
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- 2019-07-30 CN CN201910696609.XA patent/CN110504817B/zh active Active
Patent Citations (5)
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