本發(fā)明涉及機(jī)械工程中的傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，是一種非接觸式連接的磁感應(yīng)耦合器，具體是種可調(diào)速聚磁式雙筒異步磁力耦合器。它可應(yīng)用于大振動(dòng)的電機(jī)和負(fù)載之間，作為動(dòng)力傳遞和調(diào)速的傳動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在機(jī)械工程領(lǐng)域，傳動(dòng)技術(shù)是最基本也是最重要的部分之一，涉及機(jī)械行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，廣泛用于礦山、冶金、航空、兵器、水電、化工、輕紡以及交通運(yùn)輸部門(mén)，傳統(tǒng)傳動(dòng)技術(shù)由于采用剛性聯(lián)結(jié)，運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦磨損，影響動(dòng)力的傳遞效率，造成能源浪費(fèi)，此外，在安裝時(shí)容易產(chǎn)生徑向和角向偏移，將產(chǎn)生交變載荷而引起振動(dòng)，輕則降低耦合器壽命，重則影響到設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而磁力耦合器作為新型傳動(dòng)的一種形式，應(yīng)用永磁材料所產(chǎn)生的磁力作用，來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的非接觸傳遞，減小了傳動(dòng)部件的損耗，延長(zhǎng)了相關(guān)部件的使用壽命，基于上述優(yōu)點(diǎn)，磁力耦合器在一些領(lǐng)域已逐步取代機(jī)械式聯(lián)軸器來(lái)傳遞扭矩和動(dòng)力。但是，相比傳統(tǒng)耦合器，磁力耦合器的帶載能力不強(qiáng)，因此，實(shí)現(xiàn)磁力耦合器大功率、高轉(zhuǎn)矩輸出，是擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的一個(gè)重要研究方向。

在中國(guó)專(zhuān)利cn201520148142.2中公開(kāi)了一種三筒式永磁調(diào)速器，該發(fā)明采用三筒式結(jié)構(gòu)，通過(guò)在永磁體的上下兩端設(shè)置銅導(dǎo)體，將永磁體包圍其中，磁體雙面發(fā)生作用，使銅導(dǎo)體產(chǎn)生渦流，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞，但該發(fā)明采用單邊結(jié)構(gòu)且永磁體形狀、充磁和排布方式均采用傳統(tǒng)方法，在某些場(chǎng)合會(huì)存在帶載能力不足的狀況，而本發(fā)明的磁力耦合器采用雙邊結(jié)構(gòu)，兩相鄰永磁體為一極且充磁方向相互垂直，使磁場(chǎng)強(qiáng)度大幅提升，不同充磁方向永磁體的相鄰面傾斜一定角度增強(qiáng)了耦合器的自屏蔽效應(yīng)，因此，可實(shí)現(xiàn)大功率、大轉(zhuǎn)矩輸出。

在中國(guó)專(zhuān)利cn201210434324.7中公開(kāi)了一種可自動(dòng)變速的磁力調(diào)速器及其調(diào)速方法，通過(guò)齒輪傳動(dòng)和螺紋傳動(dòng)，使得兩從動(dòng)盤(pán)基體分別沿軸向作相向或相背移動(dòng)，從而改變從動(dòng)盤(pán)與主動(dòng)盤(pán)之間的氣隙厚度實(shí)現(xiàn)調(diào)速，但該發(fā)明調(diào)速過(guò)程中調(diào)速裝置會(huì)受到從動(dòng)盤(pán)和主動(dòng)盤(pán)之間巨大的軸向力影響，對(duì)伺服電機(jī)的輸出功率要求較高，同時(shí)，伺服電機(jī)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上，工作時(shí)伺服電機(jī)會(huì)隨之旋轉(zhuǎn)，將對(duì)實(shí)際的調(diào)速過(guò)程產(chǎn)生影響，而本發(fā)明調(diào)速裝置在調(diào)速過(guò)程中，磁力耦合器軸向力的影響很小，對(duì)伺服電機(jī)的輸出扭矩要求低，此外，由于本發(fā)明中的調(diào)速裝置不隨驅(qū)動(dòng)軸和從動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，因此可實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的固定安裝，因此，調(diào)速更加實(shí)用且容易實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種可調(diào)速聚磁式雙筒異步磁力耦合器主要包括：從動(dòng)轉(zhuǎn)子總成、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子總成和調(diào)速裝置總成；所述從動(dòng)轉(zhuǎn)子總成主要包括從動(dòng)花鍵軸、左從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體、永磁體、右從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體，從動(dòng)花鍵軸右端設(shè)置有左從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體，其中，左從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體包括內(nèi)基體和外基體，左從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體通過(guò)連桿與右從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體連接，永磁體沿周向緊密粘裝在從動(dòng)轉(zhuǎn)子內(nèi)基體外表面和外基體內(nèi)表面上；所述兩相鄰永磁體組成一個(gè)磁極，其中一個(gè)磁體為徑向充磁，另一個(gè)磁體為切向充磁，不同充磁方向永磁體的相鄰面傾斜α角度，范圍為5°～10°。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子總成主要包括驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體、銅環(huán)和驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸左端設(shè)置有驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體通過(guò)沉頭螺釘與銅環(huán)連接；所述銅環(huán)上沿周向相隔一定弧度加工有扇形通透槽，槽內(nèi)嵌有與扇形通透槽形狀相同的鑄鐵塊，銅環(huán)和鑄鐵塊側(cè)面均加工有螺紋孔，鑄鐵塊通過(guò)安裝在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體上的沉頭螺釘實(shí)現(xiàn)與銅環(huán)的固定連接。

所述調(diào)速裝置總成主要包括支撐盤(pán)、移動(dòng)盤(pán)、滑桿、雙頭圓柱凸輪、伺服電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)，支撐盤(pán)通過(guò)滾動(dòng)軸承連接在從動(dòng)花鍵軸和驅(qū)動(dòng)軸上，移動(dòng)盤(pán)安裝在支撐盤(pán)內(nèi)側(cè)的從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體上，其中，安裝所用軸承為雙列角接觸球軸承，支撐盤(pán)下端設(shè)置有雙頭圓柱凸輪，圓柱凸輪上設(shè)置有滑桿，滑桿通過(guò)螺釘與移動(dòng)盤(pán)連接，雙頭圓柱凸輪下方設(shè)置有伺服電機(jī)，伺服電機(jī)輸出軸連接有減速機(jī)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，其中，蝸輪通過(guò)平鍵與雙頭圓柱凸輪連接。

相對(duì)于已有的調(diào)速型磁力耦合器，本發(fā)明中的磁力耦合器采用筒式雙邊結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)在提高傳遞轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，最大限度的削弱了軸向力對(duì)耦合器的影響，提高了耦合器的運(yùn)行穩(wěn)定性和帶載能力；本發(fā)明中從動(dòng)轉(zhuǎn)子總成中的永磁體采用聚磁式方式充磁，不同充磁方向永磁體的相鄰面傾斜一定角度，永磁體呈類(lèi)梯形形狀，這種結(jié)構(gòu)可大幅提高工作側(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并增強(qiáng)了耦合器的自屏蔽效應(yīng)，擴(kuò)大了轉(zhuǎn)子基體材料的選擇范圍，便于實(shí)現(xiàn)耦合器的輕型化。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)

(1)在本發(fā)明中，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子與從動(dòng)轉(zhuǎn)子非接觸傳遞轉(zhuǎn)矩，避免了機(jī)械式聯(lián)軸器傳動(dòng)時(shí)摩擦、磨損以及振動(dòng)等問(wèn)題，降低了傳動(dòng)部件的損耗；實(shí)現(xiàn)了負(fù)載與電機(jī)分離，通過(guò)調(diào)節(jié)永磁體與銅環(huán)的相對(duì)嚙合面積，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的輕載啟動(dòng)、過(guò)載保護(hù)與無(wú)級(jí)變速等功能。

(2)本發(fā)明磁力耦合器采用雙邊結(jié)構(gòu)，相比普通結(jié)構(gòu)的筒式磁力耦合器，其增大了永磁體和銅環(huán)的相對(duì)嚙合面積，大大提高了帶載能力，相比普通結(jié)構(gòu)的盤(pán)式磁力耦合器，在相同帶載能力下，本發(fā)明中的磁力耦合器中的軸向力大幅減小，提高了耦合器在小氣隙厚度、高轉(zhuǎn)速工況下的運(yùn)行穩(wěn)定性。

(3)從動(dòng)轉(zhuǎn)子中兩相鄰永磁體組成一個(gè)磁極，其中一個(gè)磁體為徑向充磁，另一個(gè)磁體為切向充磁，不同充磁方向永磁體的相鄰面傾斜一定角度，相比普通形狀n、s極交替排列的永磁體，該型永磁體所提供的磁場(chǎng)強(qiáng)度大幅提升，從而提高了磁力耦合器輸出轉(zhuǎn)矩，此外，由于不同充磁方向永磁體的相鄰面傾斜一定角度，因此增強(qiáng)了耦合器的自屏蔽效應(yīng)，擴(kuò)大了永磁體盤(pán)基體材料的選擇范圍。

(4)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子銅環(huán)采用扇形通透槽嵌入鑄鐵式結(jié)構(gòu)，利用深槽減弱趨膚效應(yīng)，提高了磁力耦合器傳動(dòng)效率，同時(shí)提高了銅環(huán)在從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體上的安裝可靠性。

(5)調(diào)速裝置調(diào)節(jié)永磁體與銅環(huán)相對(duì)嚙合面積時(shí)，所產(chǎn)生的軸向力很小，降低了對(duì)調(diào)速裝置中伺服電機(jī)輸出扭矩的要求，同時(shí)，調(diào)速裝置不隨驅(qū)動(dòng)軸和從動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，使結(jié)構(gòu)更加可靠實(shí)用。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的可調(diào)速聚磁式雙筒異步磁力耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為永磁體在從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體端面分布示意圖。

圖3為永磁體在從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體端面分布a-a剖視圖。

圖4為磁力耦合器展開(kāi)圖。

圖5為雙頭圓柱凸輪示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2的可調(diào)速聚磁式雙筒異步磁力耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例2主動(dòng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例2主動(dòng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)b-b剖視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種可調(diào)速聚磁式雙筒異步磁力耦合器主要包括：從動(dòng)轉(zhuǎn)子總成、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子總成和調(diào)速裝置總成；所述從動(dòng)轉(zhuǎn)子總成主要包括從動(dòng)花鍵軸1、左從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體2、永磁體3、連桿6和右從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體9，從動(dòng)花鍵軸1右端設(shè)置有左從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體2，其中，左從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體2包括內(nèi)基體4和外基體5，左從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體2通過(guò)連桿6與右從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體9連接，永磁體3沿周向緊密粘裝在從動(dòng)轉(zhuǎn)子內(nèi)基體外表面和外基體內(nèi)表面上，連桿6兩端設(shè)置有銷(xiāo)軸；如圖2所示，所述兩相鄰永磁體組成一個(gè)磁極，其中一個(gè)磁體為徑向充磁，另一個(gè)磁體為切向(垂直于前一磁體充磁方向)充磁，不同充磁方向永磁體的相鄰面傾斜α角度，范圍為5°～10°；

所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子總成主要包括驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體7、銅環(huán)8和驅(qū)動(dòng)軸10，驅(qū)動(dòng)軸10左端設(shè)置有驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體7，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體7通過(guò)沉頭螺釘與銅環(huán)8連接；如圖3所示，所述銅環(huán)上沿周向相隔一定弧度加工有扇形通透槽，槽內(nèi)嵌有與扇形通透槽形狀相同的鑄鐵塊，銅環(huán)8和鑄鐵塊側(cè)面均加工有螺紋孔，鑄鐵塊通過(guò)安裝在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體上的沉頭螺釘實(shí)現(xiàn)與銅環(huán)的固定連接；

所述調(diào)速裝置總成主要包括支撐盤(pán)11、移動(dòng)盤(pán)12、滑桿13、雙頭圓柱凸輪14、伺服電機(jī)15和減速機(jī)構(gòu)16，支撐盤(pán)11通過(guò)滾動(dòng)軸承與從動(dòng)花鍵軸1和驅(qū)動(dòng)軸10連接，移動(dòng)盤(pán)12安裝在支撐盤(pán)11內(nèi)側(cè)的左、右從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體上，其中，安裝所用軸承為雙列角接觸球軸承，支撐盤(pán)11下端設(shè)置有雙頭圓柱凸輪14，圓柱凸輪上設(shè)置有滑桿13，滑桿13通過(guò)螺釘與移動(dòng)盤(pán)連接，雙頭圓柱凸輪14下方設(shè)置有電機(jī)15，伺服電機(jī)15輸出軸連接有減速機(jī)構(gòu)16，減速機(jī)構(gòu)16采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，其中，蝸輪通過(guò)平鍵與雙頭圓柱凸輪14連接。

工作原理：從動(dòng)轉(zhuǎn)子中兩相鄰永磁體組成一個(gè)磁極，其中一個(gè)磁體為徑向充磁，另一個(gè)磁體為切向充磁，一個(gè)磁極中兩磁體產(chǎn)生的徑向磁場(chǎng)和平行磁場(chǎng)相互疊加，使工作側(cè)的磁場(chǎng)大幅提升，不同充磁方向永磁體的相鄰面傾斜一定角度增強(qiáng)了耦合器的自屏蔽效應(yīng)；驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子中銅環(huán)8上沿周向相隔一定弧度加工有扇形通透槽，槽內(nèi)嵌有與扇形通透槽形狀相同的鑄鐵塊，利用這種結(jié)構(gòu)減弱銅環(huán)中的趨膚效應(yīng)，減小了渦流損耗，提高了磁力耦合器傳動(dòng)效率；驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子總成相對(duì)從動(dòng)轉(zhuǎn)子總成旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子上的銅環(huán)8與從動(dòng)轉(zhuǎn)子上的永磁體3相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，銅環(huán)8中產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)并與永磁體3產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)相耦合，從而帶動(dòng)從動(dòng)轉(zhuǎn)子總成同向轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與永磁體和銅環(huán)的嚙合面積有關(guān)，加大嚙合面積，從動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高，反之減小嚙合面積，從動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低，因此調(diào)節(jié)嚙合面積即能實(shí)現(xiàn)磁力耦合器調(diào)速功能，當(dāng)伺服電機(jī)15旋轉(zhuǎn)時(shí)，其可通過(guò)減速機(jī)構(gòu)16驅(qū)動(dòng)雙頭圓柱凸輪14正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，由于雙頭圓柱凸輪14的凹槽旋向相反，因此其可通過(guò)滑桿13帶動(dòng)左從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體2和右從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體9沿連桿6同向或反向移動(dòng)，從而改變永磁體3與銅環(huán)8的相對(duì)嚙合面積，如圖5所示，實(shí)現(xiàn)了磁力耦合器的調(diào)速功能。

實(shí)施例2：在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，可在左從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體2和右從動(dòng)轉(zhuǎn)子基體9上設(shè)置滾道17，滾道17中匹配有滾輪18，滾輪18與滑桿13連接，該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)耦合器整體尺寸的縮小，以滿(mǎn)足某些空間受限的場(chǎng)合使用；另外驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體7采用一體式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體7上端面和下端面均布置有扇形齒，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子基體7上端面和下端面粘裝有銅環(huán)8，銅環(huán)8上設(shè)置有與扇形齒形狀相同的槽，扇形齒與槽為過(guò)盈配合。該結(jié)構(gòu)的工作原理與分體式相同，但其可進(jìn)一步減弱趨膚效應(yīng)，且具有傳動(dòng)性能高，加工方便等優(yōu)點(diǎn)。