扭矩限制型永磁偶合器的製作方法

2023-11-06 11:48:37

專利名稱：扭矩限制型永磁偶合器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種永磁偶合器，具體涉及一種用於限制扭矩、過載保護的永磁偶合器。
背景技術：
常見的傳動系統主要由電機、聯軸器和負載組成，而常用的聯軸器有:剛性聯軸器、齒式聯軸器、滾子鏈聯軸器、膜片聯軸器、彈性聯軸器等等，以上這些無一例外的是採用硬連接的方式，也就是聯軸器在傳遞運動和動力的過程中和所連接的兩根軸一同迴轉，以1:1的比例將電機的轉速傳遞到負載設備上。其具有以下特點:1)高剛性、高轉矩、低慣性；2)大扭矩承載，高扭矩剛性和卓越的靈敏度；3)零迴轉間隙、順時針和逆時針迴轉特性相同；4)免維護、超強抗油和耐腐蝕性。但是，傳統聯軸器聯接傳動也存在著較多的問題，主要體現在以下方面:一、傳統電機採用硬啟動方式，啟動時的大電流對電網衝擊較大，影響電網供電質量；傷害電機絕緣，降低電機壽命；在電機定子線圈和轉子鼠籠條上產生很大的衝擊力，會造成電機緊死，線圈變形，鼠籠條斷裂等故障。二、電機在硬啟動時,對負載設備衝擊較大,影響使用壽命。三、電機與負載間是常規的機械連接，故負載的振動會被傳遞到電機上，電機和負載設備中的軸承和密封件容易受磨損，影響電機使用壽命。四、電機功率利用率低，為確保可以應對不同工況，電機選型時往往大於實際所需功率，而工作時電機又常處於輕載狀態，電機的恆扭矩運行勢必造成電能浪費。五、無法實現過載保護，當負載設備發生堵轉時，電機很有可能因為其功率升高內部電流過大而超載，導致發熱乃至燒毀。上述問題限制了採用硬連接的聯軸器在某些要求較高場合的應用。而基於永磁傳動技術的永磁偶合器，尤其是扭矩限制型永磁偶合器的應用，則可以較好地解決上述問題。永磁傳動是通過銅或鋁導體和永磁體之間的氣隙實現由電動機到負載的轉矩傳輸。該技術的驅動(電動機)和被驅動(負載)之間無機械連結，其工作原理是通過一端的永磁體和另一端的導體感應磁場相互作用而產生轉矩，最終達到傳遞轉矩的目的。中國實用新型專利CN201020105226.5公開了一種永磁限矩耦合器，包括共軸的兩根軸，輸入軸上安裝籠形轉子，由四個轉盤組成，外側兩個外轉盤，其間用銷軸連接，內側兩個內轉盤，可在銷軸上滑動；兩個內轉盤之間裝有和輸出軸連接的永磁轉盤，在兩個外轉盤上裝有限矩裝置，該裝置包括底座、柱狀部分、扭力彈簧、軸、螺母、墊片，底座上有沉孔，通過螺栓固定在外側轉盤上或內側轉盤上均可，上面有一柱狀部分，中間用扭力彈簧連接，扭力彈簧穿在由螺母和墊圈固定的軸上。在這種結構中，籠形轉子共由內、外四個轉盤組成，再加上永磁轉盤，共有5個轉盤，結構複雜，體積較大，不利於應用在某些空間受限制的場合。中國實用新型專利CN201120266682.2公開了一種具有過載保護功能的磁力偶合器，包括可在軸上自由滑動的第一磁轉子、第二磁轉子和軸向位置固定的第一銅轉子、第二銅轉子，第一磁轉子上安裝有受離心力作用可以改變狀態的擋塊。該擋塊採用與上述CN201020105226.5專利中限矩裝置類似的摺疊式結構；在磁轉子啟動後升速而達到一定轉速時，擋塊在離心力的作用下變為摺疊狀態，磁轉子可移動的距離增大；當系統超載時，磁轉子和銅轉子之間的轉速差變大，它們之間的軸向力也變大，磁轉子被銅轉子推開，直到磁轉子和摺疊狀態的檔塊碰上為止，這時候磁轉子和銅轉子之間的間隙很大，磁力偶合器的傳遞扭矩就很小，這樣動力機將得到保護。但是，這種限矩裝置(或擋塊)採用摺疊式結構，扭力彈簧暴露在外，工作可靠性差，故障率高，當有異物進入時，易造成限矩裝置卡死。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種可靠性好、故障率低的扭矩限制型永磁偶合器，以克服現有技術的上述缺陷。為了解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案:一種扭矩限制型永磁偶合器，包括可以在輸入軸上滑動的兩個內轉盤，以及連接有輸出軸的兩個外轉盤，兩個內轉盤與輸入軸之間無相對轉動，兩個內轉盤的正面分別與兩個外轉盤平行相對，其中一個內轉盤的背面固定有沿軸向延伸的頂杆，另一個內轉盤上設有與所述頂杆相對的讓位孔和擋塊，擋塊的一端通過一根轉軸安裝在所述內轉盤的背面，擋塊的另一端擋在讓位孔的孔口上，當擋塊隨內轉盤轉動時，所述擋塊在離力心的作用下繞轉軸轉動並從讓位孔的孔口上移開。優選地，所述兩個內轉盤為導體轉盤，所述兩個外轉盤為永磁轉盤。優選地，所述兩個外轉盤之間通過多塊氣隙板和多根螺栓連接成籠形。進一步地，每個導體轉盤均由正面碟片和背面碟片構成，正面碟片由銅或鋁材料製成，背面碟片由鋼材料製成。進一步地，所述背面碟片上固定有散熱片。優選地，所述輸入軸的兩端分別設有軸肩和軸端擋板，兩個內轉盤可在所述軸肩和軸端擋板之間滑動。進一步地，所述輸入軸在軸肩和軸端擋板之間的部分為方軸，所述內轉盤的中心設有方孔。進一步地，所述內轉盤的方孔邊緣固定有多個與方軸滑動配合的滑塊。進一步地，所述滑塊由一塊中心開有方孔的滑塊板固定在內轉盤上。進一步地，所述擋塊與內轉盤之間設有一根扭簧，扭簧套在轉軸上並使擋塊向內抵靠在滑塊板的邊緣，擋塊此時擋在讓位孔的孔口上。與現有技術相比，本發明所採用的技術方案具有以下優點:(I)有軟啟動功能:採用本發明扭矩限制型永磁偶合器的傳動系統，在電機啟動時，內轉盤和外轉盤之間有明顯滑差，由於內轉盤可以滑動，內轉盤和外轉盤之間的氣隙會變大，但在頂杆的作用下，該氣隙被限制在合理的範圍內；在電機轉速從O升到最大值時，該滑差逐漸在幾秒之內減至最小。可有效減少電機啟動對傳動系統的衝擊，同時對外圍設備也起到保護作用。(2)可驅動啟動轉矩較高的設備:採用發明扭矩限制型永磁偶合器後，在選擇電機時可最大限度地選擇較小啟動轉矩的電機，極大地節省採購成本。(3)更好的減振性能:本發明是通過磁場效應傳遞力矩，是一種無機械接觸的聯接方式，由於電機與負載之間沒有機械聯接，使電機和負載之間的振動不會相互傳遞，因此減少了軸承和密封件的磨損，延長了電機的使用壽命。(4)提高電機功率利用率:採用本發明後，將使電機輸出功率根據現場實際工況合理匹配輸出，輸出扭矩隨負載的工況而改變，從而節約電能，提高電機功率合理利用率。(5)扭矩限制功能:當負載突然堵轉時，輸出軸減慢轉速甚至停轉，本發明內轉盤和外轉盤之間的滑差變大，兩個內轉盤在斥力的作用下向中間靠攏，使內轉盤和外轉盤之間的氣隙變大，同時由於內轉盤在大轉速下，其上的擋塊在離力心的作用下會轉動並從讓位孔的孔口上移開，使頂杆不受阻擋，內轉盤的滑動範圍變大，內轉盤和外轉盤之間的氣隙也隨之變大直至完全脫開，從而使電機仍可按原有的轉速空轉，而負載設備停轉，這樣就可以有效地保護電機系統，避免因瞬間內部電流過大而燒毀。特別是，本發明採用頂杆、讓位孔和擋塊的配合來實現對兩個內轉盤間距的控制，從而控制內轉盤和外轉盤之間的氣隙，這種結構比現有技術的摺疊式結構更加簡單、可靠，故障率低。(6)自動恢復連接功能:當負載的堵轉問題在不停電機的狀態下排除後，本發明內轉盤和外轉盤之間又可以自動偶合，氣隙恢復正常，則電機與負載設備之間恢復連接，電機驅動負載設備運轉。



圖1是本發明一種扭矩限制型永磁偶合器的結構剖視圖。圖2是本發明中兩個內轉盤與輸入軸的組裝結構分解示意圖。圖3是本發明中其中一個內轉盤的結構分解示意圖。圖4是本發明中另一個內轉盤的結構分解示意圖。圖5是本發明中外轉盤的結構剖視圖。圖6是本發明扭矩限制型永磁偶合器內轉盤與外轉盤脫開時的狀態示意圖。圖中:1、輸入軸 2、輸出軸 3、內轉盤4、內轉盤5、外轉盤 6、外轉盤 7、調節螺釘 8、氣隙板9、螺栓11、軸肩12、軸端擋板 13、方軸14、螺釘 30、讓位孔 31、正面碟片 32、背面碟片33、滑塊板 34、散熱片 35、方孔36、滑塊37、轉軸 38、擋塊39、扭簧41、正面碟片42、背面碟片43、滑塊板 44、散熱片 45、方孔46、滑塊 47、頂杆座 48、頂杆
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明，本領域技術人員由此可以更清楚地了解本發明的其他優點及功效。需要說明的是，說明書附圖所繪示的結構、比例、大小等，僅用以配合具體實施方式
，供本領域技術人員更清楚地了解本發明的構思，並非用以限制本發明的保護範圍。任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明的功效及目的達成的情況下，均應仍落在本發明的保護範圍之內。為了便於描述，各部件的相對位置關係是根據說明書附圖的布圖方式來進行描述的，如:上、下、左、右等的位置關係是根據說明書附圖1的布圖方向來確定的。如圖1所示，本發明的一種扭矩限制型永磁偶合器，包括一根可以與電機連接的輸入軸I和一根可以與負載設備連接的輸出軸2，在輸入軸I上設有兩個可以沿輸入軸軸向滑動的內轉盤3、4，為了限制內轉盤3、4的滑動範圍，在輸入軸I的兩端分別設有軸肩11和軸端擋板12，兩個內轉盤3、4隻能在軸肩11和軸端擋板12之間滑動。兩個內轉盤3、4與輸入軸I之間只能相對滑動，不能相對轉動，可以將輸入軸I設計成非圓形截面，或者設置鍵槽等止轉結構來實現。如圖2所示，在本發明的優選實施例中，軸端擋板12通過螺釘14固定在輸入軸I的端部，輸入軸I在軸肩11和軸端擋板12之間的部分為方軸13,內轉盤3、4的中心設有方孔與方軸13滑動配合。如圖1所示，在兩個內轉盤3、4的外側設置兩個外轉盤5、6，兩個外轉盤5、6之間固定連接並與輸出軸2相連接。兩個內轉盤3、4的正面分別與兩個外轉盤5、6平行相對，內轉盤與外轉盤之間的間隙構成永磁偶合器的氣隙。其中一個內轉盤4的背面固定有沿軸向延伸的頂杆48，另一個內轉盤3上設有與所述頂杆48正對的讓位孔30和擋塊38。如圖3所示，擋塊38的一端通過一根轉軸37安裝在內轉盤3的背面，擋塊38的另一端在初始狀態下正好擋在讓位孔30的孔口上。如圖5所示，兩個外轉盤5、6之間通過多塊氣隙板8和多根螺栓9連接成籠形，中間的空腔用於容納內轉盤。在左、右兩個外轉盤5、6上可以各設置幾根調節螺釘7，用於調節內轉盤與外轉盤之間的最小氣隙，並使兩側的氣隙為相等且均勻的狀態。本發明中的一對平行相對的內轉盤和外轉盤，對應於永磁偶合器的一對互相作用的導體轉盤和永磁轉盤，就是說，如果內轉盤為導體轉盤，那麼外轉盤為永磁轉盤；如果內轉盤為永磁轉盤，那麼外轉盤為導體轉盤。在本發明的下述優選實施例中，將兩個內轉盤3、4設置為導體轉盤，而兩個外轉盤5、6設置為永磁轉盤，由於導體轉盤相對比較輕、薄，作為內轉盤可以更有利於滑動，提高可靠性，並減小永磁偶合器的體積。如圖3所示，左側的內轉盤3是一個導體轉盤，它由正面碟片31和背面碟片32構成，正面碟片31可以由銅或鋁材料製成，背面碟片32可以由鋼材料製成。在背面碟片32上固定有散熱片34，用於散發導體轉盤在工作過程中產生的熱量，由於散熱片直接暴露在空氣中，在轉動過程中，可以通過空冷方式散發導體轉盤中因渦流產生的熱量，具有很好的散熱效果。背面碟片32的中心設有方孔35，沿方孔35的邊緣一周設有多個半圓柱形嵌槽，每個半圓柱形嵌槽中嵌有一個半圓柱狀的滑塊36，滑塊36朝向方孔35內沿的一面為平面，該平面略微凸出於方孔35內沿，以便與方軸的表面相配合，滑塊36的另一面為半圓柱面，可以在半圓柱形嵌槽中轉動，起到自適應的作用，以保證其平面可以與方軸更好地貼合。還有一塊滑塊板33固定在內轉盤32上，滑塊板33的中心也開有方孔，方孔的邊緣也設有半圓柱形嵌槽，滑塊板33與背面碟片32將各滑塊36夾在其中，使其軸向固定。由滑塊36取代方孔35內沿與方軸表面配合，可以起到減少接觸面積、降低滑動時的摩擦力的作用。讓位孔30和擋塊38也設置在背面碟片32上，由軸肩螺釘構成的轉軸37穿過擋塊38的一端。一根扭簧39套在轉軸37上，扭簧39的一端固定在背面碟片32上，另一端連接在擋塊38上並使擋塊38向內抵靠在滑塊板33的邊緣(如圖2所示)，而在此初始狀態下，擋塊38的另一端此時也正好擋在讓位孔30的孔口上。如圖4所示，右側的內轉盤4也是一個導體轉盤，它與左側的內轉盤3的結構基本相同，也由正面碟片41和背面碟片42構成，背面碟片42上也設有方孔45、滑塊46和散熱片44，也固定有滑塊板43。所不同的是，背面碟片42上沒有讓位孔和擋塊，而是固定有頂杆座47，頂杆48通過螺紋擰在頂杆座47上。下面結合圖1和圖6對本發明的工作原理進行說明。本發明在工作時，輸入軸I與電機相連接，輸出軸2與負載設備相連接。在電機剛啟動的初始狀態下，內轉盤3、4和外轉盤5、6之間有明顯滑差，產生斥力，由於內轉盤3、4可以軸向滑動，內轉盤3、4和外轉盤5、6之間的氣隙會變大，但由於擋塊38擋住了讓位孔30，從而限制了頂杆48的軸向移動，在頂杆的作用下，氣隙被限制在合理的範圍內，在電機轉速從O升到最大值時，內、外轉盤的滑差也逐漸在幾秒之內減至最小。這樣就實現了電機的軟啟動，可有效減少電機啟動對傳動系統的衝擊。內、外轉盤的滑差減至最小後，內、外轉盤之間的氣隙也隨之達到最小，這樣就能獲得最大的磁場效應，可以將電機的大扭矩傳遞給負載設備。當電機處於額定轉速下時，隨電機軸一起轉動的內轉盤也達到額定轉速，內轉盤3上的擋塊38在離心力作用下克服扭簧的作用力，繞轉軸37轉動並從讓位孔30的孔口上移開，露出讓位孔30。在內轉盤隨電機高速旋轉的狀態下，如果負載設備發生堵轉而導致外轉盤轉速降低時，內、外轉盤之間滑差變大，產生斥力，使內轉盤內收，氣隙變大，從而起到限制電機輸出扭矩的作用；一旦負載設備發生堵轉而導致外轉盤完全停轉時，滑差為100%，內、外轉盤之間將產生很大的斥力，使兩個內轉盤3、4迅速相向內收，由於讓位孔30已經露出，頂杆48可以插入讓位孔30中，使內轉盤3、4可以向內滑動足夠的距離，直至內、外轉盤之間的作用力變得非常微弱，使電機空載轉動，不會因負載堵轉而使電機燒毀，達到自動過載保護的功倉泛。當電機停轉後，內、外轉盤處於靜止狀態，內轉盤3、4又會因磁場的吸力作用向兩側的外轉盤滑動，氣隙恢復到啟動前的最小狀態，擋塊38在扭簧的作用下重新將讓位孔30擋住，實現了自動復位的功能。本發明具備緩衝啟動、扭矩限制、自動復位、對中要求低、隔離振動、節約能源等優點，可以適應各種惡劣環境，可廣泛地應用於對電機驅動的可靠性和故障率等有較高要求的傳動場合。當然，以上僅是本發明的具體應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制。除上述實施例外，本發明還可以有其它實施方式。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明所要求保護的範圍之內。
權利要求
1.一種扭矩限制型永磁偶合器，包括可以在輸入軸(I)上滑動的兩個內轉盤(3、4)，以及連接有輸出軸(2)的兩個外轉盤(5、6)，兩個內轉盤(3、4)與輸入軸(I)之間無相對轉動，兩個內轉盤(3、4)的正面分別與兩個外轉盤(5、6)平行相對，其特徵是，其中一個內轉盤(4)的背面固定有沿軸向延伸的頂杆(48)，另一個內轉盤(3)上設有與所述頂杆相對的讓位孔(30)和擋塊(38)，擋塊(38)的一端通過一根轉軸(37)安裝在所述內轉盤(3、4)的背面，擋塊的另一端擋在讓位孔(30)的孔口上，當擋塊(38)隨內轉盤(3、4)轉動時，所述擋塊(38)在離力心的作用下繞轉軸(37)轉動並從讓位孔(30)的孔口上移開。
2.根據權利要求1所述的永磁偶合器，其特徵是，所述兩個內轉盤(3、4)為導體轉盤，所述兩個外轉盤(5、6)為永磁轉盤。
3.根據權利要求1或2所述的永磁偶合器，其特徵是，所述兩個外轉盤(5、6)之間通過多塊氣隙板(8 )和多根螺栓(9 )連接成籠形。
4.根據權利要求2所述的永磁偶合器，其特徵是，每個導體轉盤均由正面碟片和背面碟片構成，正面碟片由銅或鋁材料製成，背面碟片由鋼材料製成。
5.根據權利要求4所述的永磁偶合器，其特徵是，所述背面碟片上固定有散熱片。
6.根據權利要求1所述的永磁偶合器，其特徵是，所述輸入軸(I)的兩端分別設有軸肩(11)和軸端擋板(12)，兩個內轉盤(3、4)可在所述軸肩(11)和軸端擋板(12)之間滑動。
7.根據權利要求6所述的永磁偶合器，其特徵是，所述輸入軸(I)在軸肩(11)和軸端擋板(12 )之間的部分為方軸(13)，所述內轉盤(3、4 )的中心設有方孔(35、45 )。
8.根據權利要求7所述的永磁偶合器，其特徵是，所述內轉盤(3、4)的方孔邊緣固定有多個與方軸滑動配合的滑塊(36、46)。
9.根據權利要求8所述的永磁偶合器，其特徵是，所述滑塊(36、46)由一塊中心開有方孔的滑塊板(33、43)固定在內轉盤(3、4)上。
10.根據權利要求9所述的永磁偶合器，其特徵是，所述擋塊(38)與內轉盤(3、4)之間設有一根扭簧(39 )，扭簧(39 )套在轉軸(37 )上並使擋塊(38 )向內抵靠在滑塊板(33 )的邊緣，擋塊(38)此時擋在讓位孔(30)的孔口上。
全文摘要
本發明公開了一種扭矩限制型永磁偶合器，包括可以在輸入軸上滑動的兩個內轉盤，以及連接有輸出軸的兩個外轉盤，兩個內轉盤與輸入軸之間無相對轉動，兩個內轉盤的正面分別與兩個外轉盤平行相對，其中一個內轉盤的背面固定有沿軸向延伸的頂杆，另一個內轉盤上設有與所述頂杆相對的讓位孔和擋塊，擋塊的一端通過一根轉軸安裝在所述內轉盤的背面，擋塊的另一端擋在讓位孔的孔口上，當擋塊隨內轉盤轉動時，所述擋塊在離力心的作用下繞轉軸轉動並從讓位孔的孔口上移開。本發明通過頂杆、讓位孔和擋塊對內轉盤滑動的限制作用，可以實現電機的軟啟動功能、扭矩限制功能和自動恢復連接功能。
文檔編號H02K51/00GK103178689SQ201310111260
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月1日 優先權日2013年4月1日
發明者黃曉兵, 杜毅 申請人:上海曜中能源科技有限公司