專利名稱：一種盤形異步磁力聯(lián)軸器及調(diào)速方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械工程傳動技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于軸向磁場調(diào)制式磁力齒輪的盤形異步磁力聯(lián)軸器，可以實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速和扭矩的輸出，適用于煉油、化工、煤炭等行業(yè)的電機與負載之間或其它裝置的傳動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁力傳動是一種新型的傳動技術(shù)，利用永磁材料或電磁鐵產(chǎn)生的磁力，來實現(xiàn)力或者扭矩的傳遞，跟機械傳動相比，磁力傳動的優(yōu)點很突出，如減少摩擦、提高效率、隔振、自動過載保護、輸入軸與輸出軸的物理分離等。 隨著磁力傳動產(chǎn)品研究的不斷深入，盤式異步磁力聯(lián)軸器已經(jīng)成為一種新型的機械傳動裝置，它利用電磁感應(yīng)原理運行，具有傳動效率高、安裝維護方便、使用壽命長及高溫工況下運行不退磁的優(yōu)點，通過檢索可以查到一些關(guān)于盤式異步磁力聯(lián)軸器方面的專利技術(shù)報道，例如申請?zhí)枮镃N200910263064. X的專利中，公開了一種手動可調(diào)速盤式磁力聯(lián)軸器，主要是通過螺紋傳動副將手柄的轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本€移動，然后通過壓縮彈簧和滑竿等構(gòu)件實現(xiàn)了主從動盤之間的氣隙距離調(diào)節(jié)；同時專利CN201010228656. O也報導(dǎo)了一種遠程自動控制可調(diào)速式盤式磁力聯(lián)軸器，通過遠程控制器控制高速軸上的微型電機轉(zhuǎn)動，錐齒輪將電機旋轉(zhuǎn)運動傳遞給螺紋絲杠，由于絲杠兩端方向相反，從而實現(xiàn)了兩盤之間的距離調(diào)節(jié)；上述兩個專利中都是通過改變主從動盤之間的氣隙距離來實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的輸出，由于盤式磁力聯(lián)軸器軸向力大，所以上述聯(lián)軸器受軸向力影響大，氣隙調(diào)節(jié)裝置需要較高的機械強度。本發(fā)明為一種基于軸向磁場調(diào)制式磁力齒輪的盤形異步磁力聯(lián)軸器，通過磁力齒輪進行變速，不需改變氣隙距離即可實現(xiàn)不同速度和扭矩的輸出，受軸向力影響較小，因而和上述專利具有明顯不同點。在申請?zhí)枮镃N201010149939. 6的專利中，公開了一種磁力齒輪耐高溫高速磁力泵，包括外轉(zhuǎn)子、中轉(zhuǎn)子、內(nèi)轉(zhuǎn)子、調(diào)磁裝置、隔離套，采用磁力齒輪進行變速，提高或降低泵的轉(zhuǎn)速，其中中轉(zhuǎn)子即作為磁力齒輪的內(nèi)轉(zhuǎn)子，也作為磁力聯(lián)軸器的外轉(zhuǎn)子，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，有效的減少了摩擦與磨損，提高了傳動效率，但是該專利存在對中性要求高，裝配難度大，徑向尺寸大的缺點；本發(fā)明為一種基于軸向磁場調(diào)制式磁力齒輪的盤形異步磁力聯(lián)軸器，采用軸向磁場調(diào)制式磁力齒輪和盤式異步磁力聯(lián)軸器相結(jié)合，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)變速傳動的要求，而且盤式結(jié)構(gòu)使裝置對中性要求降低，裝配難度減小，因而和上述專利也具有明顯不同點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于軸向磁場調(diào)制式磁力齒輪的盤形異步磁力聯(lián)軸器，不但具有磁力齒輪在一定傳動比下進行機械傳動的特點，而且還具有異步盤式磁力聯(lián)軸器在高溫工況下不退磁的優(yōu)點，實現(xiàn)了在一定傳動比下輸送高溫有毒介質(zhì)的目的。本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)包括主動盤總成、中間盤總成、從動盤總成、調(diào)磁裝置及隔離套，主動盤總成由主動盤基體、第一永磁體組成，中間盤總成由中間盤基體、第二永磁體、第三永磁體組成，從動盤總成由從動盤基體、導(dǎo)條及導(dǎo)體端環(huán)組成，調(diào)磁裝置由調(diào)磁極片和固定套筒組成；其特征在于從動盤總成、隔離套、中間盤總成、調(diào)磁裝置和主動盤總成從左至右依次沿從動軸或主動軸軸向布置，主動盤基體通過鍵與主動軸連接，并使用套筒進行軸向固定，其緊靠第二永磁體的表面內(nèi)嵌N、S交替排列的第一永磁體，磁極對數(shù)為P1 ;中間盤基體和軸承通過過盈配合裝配在一起后放置在主動軸上，軸承內(nèi)圈使用圓螺母、止動墊圈、套筒進行軸向固定，而軸承外圈則使用軸承端蓋進行軸向固定，中間盤基體兩側(cè)表面內(nèi)嵌N、S交替排列的第二永磁體和第三永磁體，磁極對數(shù)分別為P2和P3 ;從動盤基體通過鍵與從動軸連接，并使用軸端擋圈進行軸向固定，導(dǎo)條內(nèi)嵌在從動盤基體的緊靠第三永磁體的表面，導(dǎo)條兩端采用導(dǎo)體端環(huán)連接；調(diào)磁裝置中的調(diào)磁極片通過間隙配合套在主動軸上，其端部通過螺釘連接在固定套筒上，固定套筒則通過螺釘固定在基座上；隔離套也通過螺釘固定在基座上，連接處采用密封圈密封。所述的主動盤基體以轉(zhuǎn)速Ii1轉(zhuǎn)動時，其左側(cè)的第一永磁體將產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為Ii1、磁極對數(shù)為P1的旋轉(zhuǎn)磁場，調(diào)磁極片(數(shù)量R=PfP2)將該磁場調(diào)制成具有P2次諧波的諧波磁場， 諧波磁場的旋轉(zhuǎn)速度η^-η^Ρ^ (R-P1),該諧波磁場與磁極對數(shù)為P2的第二永磁體產(chǎn)生的基波磁場相互耦合，從而使中間盤總成與軸承外圈以轉(zhuǎn)速n2轉(zhuǎn)動，同時中間盤基體左側(cè)的第三永磁體將會在其左側(cè)氣隙產(chǎn)生另一個轉(zhuǎn)速為n2、磁極對數(shù)為P3的旋轉(zhuǎn)磁場，從動盤基體上的導(dǎo)條因切割該磁場磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的附加磁場與此旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，從而帶動從動盤總成以轉(zhuǎn)速n3轉(zhuǎn)動，其中n3= (l_S)*n2，S為轉(zhuǎn)差率，其值與負載大小有關(guān)，通過改變PpP2的值可以改變磁力齒輪的傳動比，從而得到不同的輸出轉(zhuǎn)速。所述的主動盤基體和中間盤基體表面需開槽，扇形永磁體緊密內(nèi)嵌在槽內(nèi)，各個扇形永磁體磁化方向采用N、S極交替軸向磁化或Halbach軸向磁化；N極和S極既可以是單塊扇形磁體為一極，也可以是多塊同極性、同尺寸的扇形磁體為一極。所述的隔離套在要求實現(xiàn)完全密封的行業(yè)中使用，可以安裝在基座上；在僅要求實現(xiàn)磁力傳動的行業(yè)中，可以不使用。所述的調(diào)磁極片處于主動盤基體和中間盤基體之間，有二種可供實施的結(jié)構(gòu)，其一是采用軟磁材料直接加工成兩端短路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)機械強度大；其二是將軟磁材料制造加工成長條形后均勻的內(nèi)嵌在非導(dǎo)磁材料尼龍中形成成兩端斷路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)渦流損耗低。所述的從動盤總成有三種可供實施的結(jié)構(gòu)，其一為基體內(nèi)嵌導(dǎo)條結(jié)構(gòu)，從動盤總成由從動盤基體、導(dǎo)條、導(dǎo)體端環(huán)組成，導(dǎo)條內(nèi)嵌在從動盤基體的槽內(nèi)，導(dǎo)條兩端用導(dǎo)體端環(huán)連接，形成感應(yīng)電流封閉回路，該結(jié)構(gòu)扭矩傳遞大，傳動效率高；其二為雙層實心結(jié)構(gòu)，從動盤總成由從動盤基體、導(dǎo)體層組成，導(dǎo)體層包裹在從動盤基體的表面，形成雙層實心結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)啟動性能好；其三為單層實心結(jié)構(gòu)，從動盤總成由單一的導(dǎo)體層構(gòu)成，該結(jié)構(gòu)制造簡單。導(dǎo)體層材料為電阻率較低的金屬材料，如銅、鋁。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明兼有磁力齒輪和異步磁力聯(lián)軸器的優(yōu)點，不但實現(xiàn)了從動軸不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的輸出，而且也起到了高溫工況下無泄漏輸送介質(zhì)的作用，另外磁力齒輪和磁力聯(lián)軸器共用一個中間盤，使得結(jié)構(gòu)更加的緊湊，同時減小了安裝、拆卸的難度，跟普通機械變速相比，可以大大減小結(jié)構(gòu)的尺寸，有效地減小摩擦和磨損，提高傳動效率。


圖I為一種基于軸向磁場調(diào)制式磁力齒輪的盤形異步磁力聯(lián)軸器結(jié)構(gòu) 圖2為永磁體磁化方向不同排列方式示意 圖3為調(diào)磁極片不同結(jié)構(gòu)示意 圖4為從動盤總成不同結(jié)構(gòu)示意 圖中的標(biāo)號分別代表1-基座，2-從動盤基體，3-隔離套，4-導(dǎo)條，5-中間盤基體，6-第三永磁體,7-第二永磁體,8-第一永磁體,9-調(diào)磁極片，10-主動盤基體,11-固定套筒，12-圓螺母，13-止動墊圈，14-從動軸，15-主動軸，16-軸承，17-密封圈，18-軸端擋圈，19-套筒，20-軸承端蓋，21-導(dǎo)體層，22-尼龍，23-軟磁材料，24-導(dǎo)體端環(huán)，①-主動盤總成，②-中間盤總成，③_從動盤總成，④_調(diào)磁裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合圖I對本發(fā)明的實施進行詳細說明，本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)如圖I所示，該裝置包括主動盤總成①、中間盤總成②、從動盤總成③、調(diào)磁裝置④以及隔離套3 ;主動盤總成①由主動盤基體10、第一永磁體8組成，中間盤總成②由中間盤基體5、第三永磁體6、第二永磁體7組成，從動盤總成③由從動盤基體2、導(dǎo)條4、導(dǎo)體端環(huán)24組成，調(diào)磁裝置④由調(diào)磁極片9和固定套筒11組成，其特征在于從動盤總成③、隔離套3、中間盤總成②、調(diào)磁裝置④和主動盤總成①從左至右依次沿從動軸或主動軸軸向布置，主動盤基體10通過鍵與主動軸15連接，并使用套筒19進行軸向固定，其緊靠第二永磁體7的表面內(nèi)嵌N、S交替排列的第一永磁體8，磁極對數(shù)為P1 ;中間盤基體5和軸承16通過過盈配合裝配在一起后放置在主動軸15上，軸承內(nèi)圈使用圓螺母12、止動墊圈13、套筒19進行軸向固定，而軸承外圈則使用軸承端蓋20進行軸向固定，中間盤基體兩側(cè)表面內(nèi)嵌N、S交替排列的第二永磁體7和第三永磁體6，磁極對數(shù)分別為P2和P3 ;從動盤基體2通過鍵與從動軸14連接，并使用軸端擋圈18進行軸向固定，導(dǎo)條4內(nèi)嵌在從動盤基體2的緊靠第三永磁體6的表面，導(dǎo)條兩端采用導(dǎo)體端環(huán)24連接；調(diào)磁裝置④中的調(diào)磁極片9通過間隙配合套在主動軸15上，其端部通過螺釘連接在固定套筒11上，固定套筒11通過螺釘固定在基座I上；隔離套3也通過螺釘固定在基座I上，連接處采用密封圈17密封。主動盤基體10和中間盤基體5表面需開槽，扇形永磁體6、7、8緊密內(nèi)嵌在槽內(nèi)，各個扇形永磁體磁化方向采用N、S極交替軸向磁化(圖2 Ca))或Halbach軸向磁化(圖2(b)) ;N極和S極既可以是單塊扇形磁體為一極，也可以是多塊同極性、同尺寸的扇形磁體為一極。調(diào)磁極片9處于主動盤I基體10和主動盤Π基體5之間，采用軟磁材料23直接加工成兩端短路結(jié)構(gòu)(圖3 Ca))或
將軟磁材料制造加工成長條形后均勻的內(nèi)嵌在非導(dǎo)磁材料尼龍中形成成兩端斷路結(jié)構(gòu)(圖3 (b))。從動盤總成③有三種可供實施的結(jié)構(gòu)，其一為基體內(nèi)嵌導(dǎo)條結(jié)構(gòu)(圖4 (a))，從動盤總成③由從動盤基體2、導(dǎo)條4、導(dǎo)體端環(huán)24組成，導(dǎo)條4內(nèi)嵌在從動盤基體2的槽內(nèi)，導(dǎo)條4兩端用導(dǎo)體端環(huán)24連接，形成感應(yīng)電流封閉回路；其二為雙層實心結(jié)構(gòu)(圖4 (b))，從動盤總成③由從動盤基體2、導(dǎo)體層21組成，導(dǎo)體層21包裹在從動盤基體2的表面，形成雙層實心結(jié)構(gòu)；其三為單層實心結(jié)構(gòu)(圖4 (c))，從動盤總成由單一的導(dǎo)體層21構(gòu)成。導(dǎo)體層選用電阻率較低的金屬材料，如銅、鋁。實施工作原理主動盤基體10以轉(zhuǎn)速Ii1轉(zhuǎn)動時，其左側(cè)第一永磁體8將產(chǎn)生一轉(zhuǎn)速為Ii1、磁極對數(shù)為P1的旋轉(zhuǎn)磁場，調(diào)磁極片9 (數(shù)量R=PfP2)將該磁場調(diào)制成具有P2次諧波的諧波磁場，諧波磁場的旋轉(zhuǎn)速度H2=-IifP1/ (R-P1)，該諧波磁場與磁極對數(shù)為P2的第二永磁體7產(chǎn)生的基波磁場相互耦合，從而使中間盤總成②與軸承16外圈以轉(zhuǎn)速n2轉(zhuǎn)動，同時中間盤基體5左側(cè)的第三永磁體6將會在其左側(cè)氣隙產(chǎn)生另一個轉(zhuǎn)速為n2、磁極對數(shù)為P3的旋轉(zhuǎn)磁場，從動盤基體2上的導(dǎo)條4或?qū)w層21因切割該磁場的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流或渦流，感應(yīng)電流或渦流產(chǎn)生的附加磁場與此旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，從而帶動從動盤總成③以轉(zhuǎn)速n3轉(zhuǎn)動，其中n3= (1-S) *n2，S為轉(zhuǎn)差率，其值與負載大小有關(guān)，通過改變P1'P2的值可以改變磁力齒輪傳動比，從而得到不同的輸出轉(zhuǎn)速，由于該發(fā)明從動盤并未放置 永磁體，同時隔離套3隔離了中間盤永磁體和輸送介質(zhì)，所以輸送高溫介質(zhì)時不會發(fā)生永磁體退磁現(xiàn)象，適合在高溫、有毒場合下使用。
權(quán)利要求
1.一種盤形異步磁力聯(lián)軸器，其總體結(jié)構(gòu)包括主動盤總成、中間盤總成、從動盤總成和調(diào)磁裝置，主動盤總成由主動盤基體、第一永磁體組成，中間盤總成由中間盤基體、第三永磁體和第二永磁體組成，從動盤總成由從動盤基體、導(dǎo)條、導(dǎo)體端環(huán)組成，調(diào)磁裝置由調(diào)磁極片和固定套筒組成，其特征在于從動盤總成、中間盤總成、調(diào)磁裝置和主動盤總成從左至右依次沿從動軸或主動軸軸向布置，主動盤基體通過鍵與主動軸連接，并使用套筒進行軸向固定，其緊靠第二永磁體的表面內(nèi)嵌N、S交替排列的第一永磁體，磁極對數(shù)為P1 ;中間盤基體和軸承通過過盈配合裝配在一起后放置在主動軸上，軸承內(nèi)圈使用圓螺母、止動墊圈、套筒進行軸向固定，而軸承外圈則使用軸承端蓋進行軸向固定，中間盤基體兩側(cè)表面內(nèi)嵌N、S交替排列的第二永磁體和第三永磁體，磁極對數(shù)分別為P2和P3 ;從動盤基體通過鍵與從動軸連接，并使用軸端擋圈進行軸向固定，導(dǎo)條內(nèi)嵌在從動盤基體的緊靠第三永磁體的表面，導(dǎo)條兩端采用導(dǎo)體端環(huán)連接；調(diào)磁裝置中的調(diào)磁極片通過間隙配合套在主動軸上，其端部通過螺釘連接在固定套筒上，固定套筒通過螺釘固定在基座上。
2.如權(quán)利要求I所述的一種盤形異步磁力聯(lián)軸器，其特征在于所述的第一、第二和第三永磁體為扇形永磁體，磁化方向采用N、S極交替軸向磁化或Halbach軸向磁化；N極和S極為單塊扇形磁體為一極或是多塊同極性、同尺寸的扇形磁體為一極。
3.如權(quán)利要求I所述的一種盤形異步磁力聯(lián)軸器，其特征在于所述聯(lián)軸器還設(shè)有隔離套，隔離套位于從動盤總成和中間盤總成之間，其通過螺釘固定連接在基座上，連接處采用密封圈密封，在要求實現(xiàn)完全密封的行業(yè)中使用。
4.如權(quán)利要求I所述的一種盤形異步磁力聯(lián)軸器，其特征在于所述的調(diào)磁極片處于主動盤基體和中間盤基體之間，有二種供實施的結(jié)構(gòu)，其一是采用軟磁材料直接加工成兩端短路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)機械強度大；其二是將軟磁材料加工制造成長條形后沿周向均勻的內(nèi)嵌在非導(dǎo)磁材料尼龍中形成成兩端斷路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)渦流損耗低。
5.如權(quán)利要求I所述的一種盤形異步磁力聯(lián)軸器，其特征在于所述的從動盤總成有三種供實施的結(jié)構(gòu)，其一為基體內(nèi)嵌導(dǎo)條結(jié)構(gòu)，從動盤總成由從動盤基體、導(dǎo)條、導(dǎo)體端環(huán)組成，導(dǎo)條內(nèi)嵌在從動盤基體的槽內(nèi)，導(dǎo)條兩端用導(dǎo)體端環(huán)連接，形成感應(yīng)電流封閉回路；其二為雙層實心結(jié)構(gòu)，從動盤總成由從動盤基體、導(dǎo)體層組成，導(dǎo)體層包裹在從動盤基體的表面，形成雙層實心結(jié)構(gòu)；其三為單層實心結(jié)構(gòu)，從動盤總成由單一的導(dǎo)體層構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求I所述的一種盤形異步磁力聯(lián)軸器的調(diào)速方法，其特征在于所述的主動盤基體以轉(zhuǎn)速Ii1轉(zhuǎn)動時，其左側(cè)的第一永磁體將產(chǎn)生一轉(zhuǎn)速為Ii1、磁極對數(shù)為P1的旋轉(zhuǎn)磁場，數(shù)量R=PfP2的調(diào)磁極片將該磁場調(diào)制成具有P2次諧波的諧波磁場，諧波磁場的旋轉(zhuǎn)速度H2=-IifP1/ (R-P1)，該諧波磁場與磁極對數(shù)為P2的第二永磁體產(chǎn)生的基波磁場相互耦合，從而使中間盤總成與軸承的外圈以轉(zhuǎn)速n2轉(zhuǎn)動，同時中間盤基體左側(cè)的第三永磁體將會在其左側(cè)氣隙產(chǎn)生另一個轉(zhuǎn)速為n2、磁極對數(shù)為P3的旋轉(zhuǎn)磁場，從動盤基體上的導(dǎo)條因切割該磁場磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的附加磁場與此旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，從而帶動從動盤總成以轉(zhuǎn)速n3轉(zhuǎn)動，其中n3= (1-S)*n2，S為轉(zhuǎn)差率，通過改變P1' P2的值從而改變磁力齒輪的傳動比，從而得到不同的輸出轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明涉及機械工程傳動技術(shù)領(lǐng)域，特指一種盤形異步磁力聯(lián)軸器及調(diào)速方法；本發(fā)明包括主動盤總成、中間盤總成、從動盤總成和調(diào)磁裝置，其中主動盤總成、調(diào)磁裝置、中間盤總成組成軸向磁場調(diào)制式磁力齒輪，同時中間盤總成又與從動盤總成組成盤式異步磁力聯(lián)軸器；本發(fā)明在主動軸輸入轉(zhuǎn)速一定時，首先通過軸向磁場調(diào)制式磁力齒輪進行變速，然后通過盤式異步磁力聯(lián)軸器實現(xiàn)從動軸不同轉(zhuǎn)速和扭矩的輸出，本發(fā)明不但具有磁力齒輪變速傳動的特點，而且還具有異步盤式磁力聯(lián)軸器啟動性能好及高溫工況下不退磁的優(yōu)點，可用于輸送高溫、有毒介質(zhì)的行業(yè)中，并且可以實現(xiàn)無泄漏輸送的效果，從而進一步擴大了磁力聯(lián)軸器的應(yīng)用范圍。
文檔編號H02K51/00GK102969868SQ201210452698
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者楊超君, 徐燕飛, 周曰華 申請人:江蘇大學(xué)