一种径向气隙可调的调速异步磁力联轴器

摘要

本发明涉及机械工程传动技术领域，特指一种径向气隙可调的调速异步磁力联轴器，本发明利用均匀分布在圆盘体上的活动卡体的径向移动，实现永磁体的径向移进或移出，精确调节永磁体和导条之间的气隙长度，改变气隙磁场的作用力，实现不同转速、转矩的输出，从而实现了无级变速的目的；本发明主要用于炼油、化工、煤炭、发电等行业的电机与负载之间或其它相关机构的动力传输装置中。

权利要求

1.一种径向气隙可调的调速异步磁力联轴器，由外转子总成、内转子总成及隔离套组成，外转子总成与主动轴连接，内转子总成与从动轴连接，外转子总成和内转子总成通过气隙间磁力作用实现传动；内转子总成包括内转子基体和导条，其特征在于：外转子总成包括套筒、爪式圆盘和永磁体；爪式圆盘由圆盘体、活动卡体和卡体驱动机构组成，圆盘体套在主动轴上，左端通过螺钉与套筒固定在一起，活动卡体与圆盘体通过螺纹副进行连接，卡体驱动机构由小锥齿轮、大锥齿轮和扳手组成，小锥齿轮沿圆周方向均匀分布在圆盘体外表面的四个扳手插孔中，大锥齿轮与圆盘体同心，平放在圆盘体的内端面，同时与周向分布的小锥齿轮啮合，大锥齿轮的背面为螺距相等的螺旋状平面矩形螺纹；利用扳手转动圆周上的四个小锥齿轮中的任意一个，圆盘体中的大锥齿轮便转动，大锥齿轮背面的平面螺纹转动使活动卡体同时向中心径向移进或移出，从而带动嵌在活动卡体底部内表面的槽内的永磁体也实现径向靠近或退出，改变了永磁体与导条的径向气隙长度。

2.如权利要求1所述的一种径向气隙可调的调速异步磁力联轴器，其特征在于：所述的永磁体按N极、S极偶数相间紧密内嵌在活动卡体的内表面的槽内，永磁体采用钕铁硼材料，通过径向多极充磁形成， N极和S极单块磁体为一极或多块同极性、同尺寸的环形磁体为一极。

说明书

一种径向气隙可调的调速异步磁力联轴器

技术领域

[0001] 本发明涉及机械工程传动技术领域，特指一种径向气隙可调的调速异步磁力联轴器，主要用于炼油、化工、煤炭、发电等行业的电机与负载之间或其它相关机构的动力传输装置中。

背景技术

[0002] 在机械工程传动技术领域，联轴器是机械系统动力传输过程中经常使用的部件，在传统的机械传动系统中，通常情况下采用刚性的机械方法来连接不同机构中的主动轴和从动轴，用以传递扭矩和运动；但是，通过机械连接的传动系统容易发生故障；另外，由于采用机械连接方式，设备之间的对中精度要求很高，这对于大型设备或高精度传动系统来说对中安装难度很大，一旦对中存在误差，传动系统则可能在工作过程中被扭断从而造成重大事故；而在一些重载启动的场合下，当负载过大、设备发生堵塞或卡死现象时，如果电机保护器失灵，也会造成电机在工作过程中被烧毁，因而寻求无磨损、无振动，能传递定转矩和不同转矩、提高传动效率的装置已成当务之急。

[0003] 磁力联轴器作为磁力传动的一种形式，相对于传统的机械式联轴器，在传动过程中，不存在机械接触、摩擦和磨损，同时具有过载保护功能，磁力联轴器最大的特点在于把内转子与从动轴完全密封起来，将动密封变为静密封，彻底解决了机械传动泵中“跑、冒、滴、漏”问题，消除了炼油、化工、煤炭等行业易燃、易爆、有毒、有害介质通过泵密封泄漏的安全隐患，有力地保证了安全生产；然而，磁力联轴器由于转子上的永磁体在高温下会发生退磁现象，使其应用范围受到一定限制，另外，在需要输出定扭矩和不同扭矩的场合，如何取代电机的变频调速，实现传动的无级变速，提高联轴器的效率传动，是拓展磁力联轴器应用范围的关键课题之一，基于以上特点，对磁力联轴器传动结构的研究显得很有必要。

[0004] 在专利CN201110024791.8中，公开了一种永磁耦合调速器，包括：筒形导体转子、筒形隔磁罩、筒形永磁转子、调节器，在调节器的作用下，利用筒形隔磁罩的轴向移动，改变筒形导体转子和筒形永磁转子的正对面积的大小，以此改变输出转矩的大小，此种联轴器调速原理固然简单，但是隔磁罩的材料要求较高，另外此联轴器的应用场合受到一定的限制，不能应用在密封要求高、温度高的场合；在专利CN201110219054.3中，公开了一种可调式轴向异步磁力联轴器，包括：内转子总成、外转子总成、调速装置及隔离套，通过调速装置，改变摩擦轮主从动轮之间的运动，使永磁体与铜条之间的啮合面积发生改变，以此实现转矩输出，此种联轴器调速时操作方便，但是调节的距离难以准确确定，且永磁体的利用率较低；本发明联轴器为径向气隙可调的调速异步磁力联轴器，利用均匀分布在圆盘体上的活动卡体的径向移动，实现永磁体的径向移进或移出，精确调节永磁体和导条之间的径向气隙长度，改变气隙磁场的作用力，实现不同转速、转矩的输出，从而实现了无级变速的目的，同时也提高了永磁体的利用率，为磁力传动的发展提供了一些新思路。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种径向气隙可调的调速异步磁力联轴器，通过对外转子总成结构的研究，提出了在不同场合下能提供稳定转矩、功率的传输机构，取代了利用电机变频调速，实现了联轴器自身无级变速的目的，扩展了磁力联轴器的功能。

[0006] 本发明的技术方案：一种径向气隙可调的调速异步磁力联轴器，其工作原理为：利用均匀分布在圆盘体上的活动卡体的径向移动，实现永磁体的径向移进或移出，精确调节永磁体和导条之间的气隙长度，改变气隙磁场的作用力，实现不同转速、转矩的输出，从而实现了无级变速的目的。

[0007] 一种径向气隙可调的调速异步磁力联轴器，由外转子总成、内转子总成及隔离套组成，外转子总成与主动轴连接，内转子总成与从动轴连接，外转子总成和内转子总成通过气隙间磁力作用实现传动；内转子总成包括内转子基体和导条，其特征在于：外转子总成包括套筒、爪式圆盘和永磁体；爪式圆盘由圆盘体、活动卡体和卡体驱动机构组成，圆盘体套在主动轴上，左端通过螺钉与套筒固定在一起，活动卡体与圆盘体通过螺纹副进行连接，卡体驱动机构由小锥齿轮、大锥齿轮和扳手组成，小锥齿轮沿圆周方向均匀分布在圆盘体外表面的四个扳手插孔中，大锥齿轮与圆盘体同心，平放在圆盘体的内端面，同时与周向分布的小锥齿轮啮合，大锥齿轮的背面为螺距相等的螺旋状平面矩形螺纹；利用扳手转动圆周上的四个小锥齿轮中的任意一个，圆盘体中的大锥齿轮便转动，大锥齿轮背面的平面螺纹转动使活动卡体同时向中心径向移进或移出，从而带动嵌在活动卡体底部内表面的槽内的永磁体也实现径向靠近或退出，改变了永磁体与导条的径向气隙长度。

[0008] 所述的永磁体按N极、S极偶数相间紧密内嵌在活动卡体的内表面的槽内，永磁体采用钕铁硼材料，通过径向多极充磁形成， N极和S极单块磁体为一极或多块同极性、同尺寸的环形磁体为一极。

[0009] 所述的活动卡体的底部内表面的槽内嵌入导条，所述的内转子基体表面开槽嵌入永磁体。

[0010] 所述的外转子总成和内转子总成组成的传动机构，有二种可供实施的结构，其一为鼠笼异步磁力联轴器，外转子总成与主动轴连接，内转子总成与从动轴连接，其内转子总成由内转子基体、导条组成，导条嵌入在内转子基体表面的槽内，由于内转子中没有永磁体，此结构的联轴器根据电磁感应原理工作，启动特性好，传动效率高，尤其适用于高温场合下使用；其二为双层实心异步磁力联轴器，外转子总成与主动轴连接，内转子总成与从动轴连接，其内转子总成由外层铜皮和内层实心转子组成，铜皮包裹在内层实心转子上，从而形成双层圆柱体结构，此结构的联轴器也是根据电磁感应原理工作，加工方便，适用于高压、高温等场合。

[0011] 所述的扳手顺时针转动圆周上的四个小锥齿轮中的任意一个时，圆盘体中的大锥齿轮逆时针转动，其背面的平面螺纹也逆时针转动，从而带动活动卡体同时向圆盘体中心径向移进，永磁体与导条之间的气隙长度变小，气隙磁场作用力变大，输出的扭矩变大；当扳手逆时针转动圆周上的四个小锥齿轮中的任意一个时，圆盘体中大锥齿轮顺时针转动，其背面的平面螺纹也顺时针转动，从而带动活动卡体同时远离圆盘体的中心，永磁体与导条的气隙长度变大，气隙磁场作用力变小，输出的扭矩也相应减小。

[0012] 所述的隔离套在仅要求实现磁力传动的行业中，可以不安装，在化工、炼油等既要求实现磁力传动，也要求实现完全密封的行业中，隔离套可以加在基座上。

[0013] 本发明的优点：

[0014] （1）利用均匀分布在圆盘体上的活动卡体的径向移动，可以精确地调节永磁体和导条之间的径向气隙长度，输出不同的转速、转矩，取代了利用电机变频调速，实现了联轴器自身无级变速的目的。

[0015] （2）永磁体内嵌在活动卡体的槽内，使得内转子总成与外转子总成实现非接触传动，通过两转子间气隙磁场相互作用实现了转矩的传递，过载保护性能和起动性能好，避免了振动的干扰，减小了传动部件的损耗，提高了联轴器传动的效率。

[0016] （3）本发明为径向改变气隙长度，与轴向改变永磁体和导条啮合面积相比，提高了永磁体的利用率。

[0017] （4）本发明通过对内、外转子总成结构的研究，提出了在不同场合下能输出不同转速、转矩的传输机构，拓展了磁力联轴器的应用范围。

[0018] 附图说明

[0019] 图1为实施例1的鼠笼异步磁力联轴器结构图；

[0020] 图2圆盘体结构示意图；

[0021] 图3为爪式圆盘结构示意图及卡体驱动机构工作原理图；

[0022] 图4为实施例1的鼠笼异步磁力联轴器内、外转子的剖面视图；

[0023] 图5为实施例2的双层实心异步磁力联轴器结构图

[0024] 图6为实施例2的双层实心异步磁力联轴器内、外转子的剖面视图；

[0025] 图中，1-主动轴，2-套筒，3-爪式圆盘，4-活动卡体，5-永磁体，6-隔离套，7-垫圈，8-基座，9-从动轴，10-内转子基体，11-导条，12-挡板，13-螺钉，14-圆盘体，
15-平面矩形螺纹，16-扳手插孔，17-小锥齿轮，18-大锥齿轮，19-螺纹副，20-滑槽，
21-扳手，22-气隙，23-外层铜皮，24-内层实心转子，①-外转子总成，②-内转子总成， -卡体驱动机构。

具体实施方式

[0026] 下面结合图1对本发明的实施例1的径向气隙可调的调速异步磁力联轴器进行详细说明。

[0027] 本发明的径向气隙可调的调速异步磁力联轴器，其工作原理为：利用均匀分布在圆盘体14上的活动卡体4的径向移动，实现永磁体5的径向移进或移出，精确调节永磁体5和导条11之间的气隙长度，改变气隙磁场的作用力，实现不同转速、转矩的输出，从而实现了无级变速的目的。

[0028] [0017] 本发明的径向气隙可调的调速异步磁力联轴器，由外转子总成①、内转子总成②及隔离套6组成，外转子总成①与主动轴1连接，内转子总成②与从动轴9连接，外转子总成①和内转子总成②通过气隙间磁力作用实现传动；内转子总成②包括内转子基体10和导条11，其特征在于：外转子总成①包括套筒2、爪式圆盘3和永磁体，5爪式圆盘3由圆盘体14、活动卡体4和卡体驱动机构 组成，圆盘体14套在主动轴1上，左端通过螺钉与套筒2固定在一起，活动卡体4与圆盘体14通过螺纹副19进行连接，永磁体5按N极、S极偶数相间紧密内嵌在活动卡体4内表面的槽内；卡体驱动机构 由小锥齿轮17、大锥齿轮18和扳手21组成，小锥齿轮17沿圆周方向均匀分布在圆盘体14外表面的四个扳手插孔16中，大锥齿轮18与圆盘体14同心，平放在圆盘体14的内端面上，同时与周向分布的小锥齿轮17啮合，大锥齿轮18的背面为螺旋状平面矩形螺纹15；利用扳手21转动圆周上的四个小锥齿轮17中的任意一个，圆盘体14中的大锥齿轮18便转动，大锥齿轮18背面的平面螺纹15转动使活动卡体4同时向中心径向移进或移出，因为平面矩形螺纹15的螺距相等，所以活动卡体4径向运动的距离也相等；永磁体5紧密内嵌在活动卡体4底部内表面的槽内，当活动卡体4作向心运动时，整个永磁体5也实现径向靠近或退出，改变了永磁体5与导条11的径向气隙长度。

[0029] [0018]扳手21顺时针转动圆周上的四个小锥齿轮17中的任意一个，圆盘体14中的大锥齿轮18逆时针转动，其背面的平面螺纹15也逆时针转动，从而带动活动卡体4同时向圆盘体14的中心径向移进，永磁体5与导条11之间的气隙长度变小，气隙磁场作用力变大，输出的扭矩变大；当扳手21逆时针转动圆周上的四个小锥齿轮17中的任意一个时，大锥齿轮18顺时针转动，其背面的平面螺纹15也顺时针转动，从而带动活动卡体4同时远离圆盘体14的中心，永磁体5与导条11的气隙长度变大，气隙磁场作用力变小，输出的扭矩也相应减小。

[0030] 外转子总成①中活动卡体4的底部需开槽，永磁体5按N极、S极偶数相间紧密内嵌在活动卡体4的槽内，永磁体5采用钕铁硼材料，通过径向多极充磁形成，N极和S极既可以单块磁体为一极，也可以多块同极性、同尺寸的环形磁体为一极。

[0031] 活动卡体4底部内表面嵌入永磁体5时，内转子基体10中嵌入导条11；活动卡体4的底部内表面也可以嵌入导条11，内转子基体10中则嵌入永磁体5；在仅要求实现磁力传动的行业中，可以不安装隔离套6；在化工、炼油等既要求实现磁力传动，也要求实现完全密封的行业中，隔离套6可以加在基座8上。

[0032] 实施例1的工作原理：当外转子随电机旋转时，内嵌在活动卡体4底部槽内的永磁体5就会在气隙中产生一个大小和方向按一定规律变化的交变磁场，根据楞次定律，导条11切割磁力线就会产生感应电流，该电流与交变磁场相互作用，可使内转子受到一个与交变磁场方向相同的电磁转矩，从而使内转子转动。当扳手21顺时针转动圆周上的四个小锥齿轮17中的任意一个，圆盘体14中的大锥齿轮18逆时针转动，其背面的平面螺纹15也逆时针转动，从而带动活动卡体4同时向中心径向移进，永磁体5与导条11之间的气隙长度变小，气隙磁场作用力变大，输出的扭矩变大；当扳手21逆时针转动圆周上的四个小锥齿轮17中的任意一个时，大锥齿轮18顺时针转动，其背面的平面螺纹15也顺时针转动，从而带动活动卡体4同时远离圆盘体14的中心，永磁体5与导条11的气隙长度变大，气隙磁场作用力变小，输出的扭矩也相应减小。

[0033] 实施例2的工作原理：在实施例1的基础上，将内转子总成中的导条11换成包裹在内层实心转子上的铜皮23，当扳手21顺时针转动圆周上的四个小锥齿轮17中的任意一个，圆盘体14中的大锥齿轮18逆时针转动，其背面的平面螺纹15也逆时针转动，带动活动卡体4同时向圆盘体14中心径向移进，永磁体5与外层铜皮23之间的气隙长度变小，气隙磁场作用力变大，输出的扭矩变大；当扳手21逆时针转动圆周上的四个小锥齿轮17中的任意一个时，大锥齿轮18顺时针转动，其背面的平面螺纹15也顺时针转动，带动活动卡体4同时远离圆盘体14的中心，永磁体5与外层铜皮23的气隙长度变大，气隙磁场作用力变小，输出的扭矩也相应减少。