可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联轴器制造技术

一种可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联轴器，它为转筒型或转盘转筒复合型结构，由至少一组轴向磁场金属导体永磁耦合组件或／和径向磁场金属导体永磁耦合组件、至少一副与永磁耦合组件中的主动转盘相适配的主动永磁耦合转盘联轴机构和对应的主动轴联轴节、至少一副与永磁耦合组件中的被动永磁耦合转盘相适配的被动永磁耦合转盘联轴机构和对应的被动轴联轴节、一副永磁耦合转盘气隙间距和耦合面积调节机构以及一副使系统成一体化整体结构以便包装运输和安装用的一体化组装机构组成。本发明专利技术适用于传动轴耦合驱动技术领域、负载调速技术领域及动力拖动领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传动轴耦合驱动
、负载调速
及动力拖动领域，特别 是一种可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联轴器。
技术介绍
在我们身边，涉及到传动轴耦合驱动和调速的领域比比皆是，汽车、火车、轮船和 飞机等各种运输工具中、几乎各种工业场合中以及人们生产生活中用到的有动力(常见的 有电机、内燃机)拖动的设备中大都会用到传动轴耦合驱动和调速技术，相关的技术方案 也林林总总。由于应用领域非常广泛和繁杂，本专利技术所涉及的
技术介绍
只侧重电机拖动领 域作重点介绍，但不是说其它方面不适用本专利技术技术方案。当前，节能降耗已成为全社会关注的重点内容之一，而电机系统用电量约占全 球用电量的60%，其中风机、泵类、压缩机和空调制冷机的用电量分别占全球用电量的 10.4%、20.9%、9.4%和6%。电机系统量大、面广，节电潜力巨大。从国内来讲，现有各类 电机系统总装机容量约4. 2亿千瓦，运行效率比国外先进水平低10—20个百分点，相当于 每年浪费电能约1500亿千瓦时。系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期低负 荷运行；系统调节方式落后，大部分风机、泵类采用机械节流方式调节，效率比调速方式约 低30%以上。在实际工程设计与应用中，为了保证负荷最大时风机或水泵系统满足输出要 求，通常需要按系统的最大输出能力配备风机水泵系统，而真正实用中，绝大多数情况下并 非需要系统在满负荷下使用。可以通过调节气隙实现流量和/或压力的连续控制，取代原 系统中控制流量和/或压力的阀门，在电机转速不变的情况下，调节风机或水泵的转速，符 合离心负载的比例定律。当输出流量和/或压力减少时，电机功率急剧下降，减少了能源 需求，从而大大地节约了能源。目前电机拖动领域常用的技术都存在着很多方面的缺点和 不足，随着永磁耦合及调速技术的发展，将在许许多多应用领域逐渐退出市场或失去竞争 能力。举例来说串级调速技术，可以回收转差功率，但它不适合于鼠笼型异步电机，必须 更换电机；不能实现软启动，启动过程非常复杂；启动电流大；调速范围有限；响应慢，不易 实现闭环控制；功率因数和效率低，并随转速的调低急剧下降；很难实现同PLC、DCS等控制 系统的配合，对提高装置的整体自动化程度和实现优化控制无益；同时因控制装置比较复 杂、谐波污染对电网有较大干扰，进一步限制了它的使用，属落后技术。电磁转差离合器调 速技术，通过对电磁离合器励磁电流的控制实现对其磁极的速度调节，这种系统一般也采 用转速闭环控制。这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取 转速的降低，转差率增大，转差功率也增大，以发热形式消耗在转子电路里，使得系统效率 也随之降低，这类调速系统存在着调速范围愈宽，转差功率愈大，系统效率愈低的问题，控 制装置也较为复杂，故不值得提倡。液力耦合器调速技术，属低效调速方式，调速范围有限， 高速丢转约5% —10%，低速转差损耗大，最高可达额定功率的30%以上，精度低、线性度 差、响应慢，启动电流大，装置大，不适合改造；容易漏液、维护复杂、费用大，不能满足提高 装置整体自动化水平的需要。变频调速技术，是目前应用比较普遍和相对先进的技术，采用电力电子技术来实现对电机的速度调节，可以有效根据实际工况来自动控制，实现一定的 节能效果。但是变频设备易产生谐波，大功率变频器对电网的谐波污染非常大，它比较“娇 贵”、对环境要求也比较苛刻，需要空调环境；高压环境下故障率高，安全性差，变频调速系 统需要专业人员维护，而且易损备件时常需要更换，维护费用高，调速范围小，特别是在其 低速运行时对电机损害大，需要配备相应的变频电机，对于常用的6000V以上高压和50千 瓦一10000千瓦型号的变频器来说，其价格昂贵，且拥有者总成本非常大。同样，在其他的行业中，传动轴耦合驱动及负载调速的场合也有着巨大的需求，对 其技术进步的要求也一样强烈，迫切需要新技术取代传统技术，如汽车和机械设备上经常 用到的离合器、联轴器、变速器等等，由于绝大多数为硬联接或摩擦联接传动结构，存在着 效率低、易磨损、可靠性差、不易操控、制造加工组装困难、设备启动困难、轴对准要求高、噪 声和振动大等很多方面的缺点和不足。因此，动力传输耦合、调速及节能技术是一个永久的 研究和开发课题。永磁耦合及调速技术是目前最为先进的、正在进一步大力研究和开发的传动轴耦 合驱动和调速技术，主要优点表现在①节能，可无级调整转速，调速范围在0—98%;②结 构简单；③可靠性高，容易安装，不怕恶劣环境，寿命长达25年以上；④软启动，动力设备完 全在空载下启动；⑤不怕堵转，不怕脉冲型负载，机械密封；⑥容忍轴偏心，具有负载隔离， 减低振动、噪声；⑦延长设备寿命，增长故障周期，减少维护需求；⑧无谐波危害，不伤害动 力设备，不影响电网安全，除执行机构和控制器之外不用电源供电，适用于各种工业级电机 系统及防爆场合；⑨无电磁波干扰；⑩拥有者总成本比较低。还有一个重要的特点是对动 力源设备没有任何条件要求，只要动力源设备的输出轴转动即可工作。目前市场上看到的永磁耦合及调速器，已经得到用户的认可和好评，例如美国麦 格纳驱动公司的相关产品，也是目前全球市场上推出的唯一的、适合电机拖动领域的一种 有大功率型号的永磁耦合及调速器产品，再有就是常见的不能调速的传动轴双永磁联轴器 或耦合器。由于它们受结构和技术方案的局限，致使其产品技术性能有很多不足，需要改进 和克服，它主要有以下几个方面的不足①只采用单一的双永磁耦合组件或轴向金属导体 永磁耦合组件，产品单位体积的功率容量受到一定限制，功率不能做得太大；②永磁耦合及 调速器本身不能自动调节气隙间距达到调速目的，必须配置另外的执行机构或装置来实现 气隙间距调节，是一种纯机械的传动轴耦合及调速传动装置，在目前机电一体化技术已非 常先进和可靠的背景下，非机电一体化的产品已不能适应高可靠性、高精度、及时跟随、智 能化的要求；③由于受永磁耦合工作原理的局限，永磁耦合驱动的效率较低，在磁耦合组件 的尺寸、气隙间距、轴转速和转速差确定的条件下，单位体积所能提供的磁转矩功率还比较 小、发热量较大，致使超大功率的永磁耦合及调速器的设计制造还受到成本和技术瓶颈的 限制；④产品发热部件上的散热技术需要改进，散热技术也是提高永磁耦合装置的单位体 积传输功率容量的技术瓶颈，是制造更大功率永磁耦合及调速装置的重要技术保证，是超 大功率永磁耦合及调速器能长期安全运行的技术支撑之一，据调查，目前在750转/分条件 下，风冷型功率最大只能做到130千瓦左右，在1500转/分条件下，风冷型功率最大只能做 到300千瓦左右，其推广应用受到很大局限，其主要原因与散热问题有很大关系；⑤产品中 用于调节气隙间距的机械传动机构存在着固有的技术局限和缺点，特别是对于设有两组及 两组以上磁耦合转盘或转筒单元的系统，其传动环节多机构多、机构之间有传动空隙、可靠性差、调节执行不够直接、速度较慢等，使得上述产品不能应用于对调速跟随性和调速精度 要求较高的场合，如发电厂大型锅炉给水泵的调速场合等；⑥产品不具备智能自动化和智 能控制功能，更谈不上对软启动及负载异常运行情况的人性化处理，不能针对不同的负载 特性和运行状况进行个性化参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联轴器，其特征在于，它为转筒型或转盘转筒复合型结构，由至少一组轴向磁场永磁耦合组件或／和径向磁场永磁耦合组件、至少一副与永磁耦合组件中的主动转盘相适配的主动永磁耦合转盘联轴机构和对应的主动轴联轴节、至少一副与永磁耦合组件中的被动永磁耦合转盘相适配的被动永磁耦合转盘联轴机构和对应的被动轴联轴节、一副永磁耦合转盘气隙间距和耦合面积调节机构以及一副使系统成一体化整体结构以便包装运输和安装用的一体化组装机构组成，轴向磁场永磁耦合组件为轴向磁场金属导体永磁耦合组件，径向磁场永磁耦合组件为径向磁场金属导体永磁耦合组件，永磁耦合组件中的主动转盘通过相适配的主动永磁耦合转盘联轴机构与对应的主动轴联轴节相联接，永磁耦合组件中的被动永磁耦合转盘通过相适配的被动转盘联轴机构与对应的被动轴联轴节相联接，在主动转盘及其相关联的联轴机构上或者在被动转盘及其相关联的联轴机构上设置适配的永磁耦合转盘气隙间距和耦合面积调节机构，设备出厂包装、运输与安装过程中在主动转盘及其相关联的联轴机构与被动转盘及其相关联的联轴机构之间设置一体化组装机构。

【技术特征摘要】
1.一种可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联轴器，其特征在于，它为转 筒型或转盘转筒复合型结构，由至少一组轴向磁场永磁耦合组件或/和径向磁场永磁耦合 组件、至少一副与永磁耦合组件中的主动转盘相适配的主动永磁耦合转盘联轴机构和对应 的主动轴联轴节、至少一副与永磁耦合组件中的被动永磁耦合转盘相适配的被动永磁耦合 转盘联轴机构和对应的被动轴联轴节、一副永磁耦合转盘气隙间距和耦合面积调节机构以 及一副使系统成一体化整体结构以便包装运输和安装用的一体化组装机构组成，轴向磁场 永磁耦合组件为轴向磁场金属导体永磁耦合组件，径向磁场永磁耦合组件为径向磁场金属 导体永磁耦合组件，永磁耦合组件中的主动转盘通过相适配的主动永磁耦合转盘联轴机构 与对应的主动轴联轴节相联接，永磁耦合组件中的被动永磁耦合转盘通过相适配的被动转 盘联轴机构与对应的被动轴联轴节相联接，在主动转盘及其相关联的联轴机构上或者在被 动转盘及其相关联的联轴机构上设置适配的永磁耦合转盘气隙间距和耦合面积调节机构， 设备出厂包装、运输与安装过程中在主动转盘及其相关联的联轴机构与被动转盘及其相关 联的联轴机构之间设置一体化组装机构。2.如权利要求1所述的可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联轴器，其特 征在于，所述的轴向磁场永磁耦合组件中的两个相互适配的气隙磁场耦合盘呈圆盘或圆环 盘平面对立状结构，其中的轴向磁场永磁体盘由圆盘或圆环盘状的永磁体安装盘和相适配 的至少一个永磁体或永磁体组构成，一个永磁体组中的相邻永磁体在其圆盘或圆环盘状的 安装盘的圆环周上呈轴向N、S极性交错地布设，轴向磁场永磁体盘与适配的轴向磁场金属 导体盘耦合构成轴向磁场金属导体永磁耦合组件，所述的径向磁场永磁耦合组件中的两个 相互适配的气隙磁场耦合盘呈圆筒盘或圆管盘嵌套状结构，其中的径向磁场永磁体盘由圆 筒盘或圆管盘状的永磁体安装盘和相适配的至少一个永磁体或永磁体组构成，一个永磁体 组中的相邻永磁体在其圆筒盘或圆管盘状的安装盘的圆周上呈径向N、S极性交错地布设， 径向磁场永磁体盘与适配的径向磁场金属导体盘耦合构成径向磁场金属导体永磁耦合组 件。3.如权利要求1所述的可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联轴器，其特 征在于，所述的主动永磁耦合转盘联轴机构由用于安装永磁耦合组件中的主动永磁耦合转 盘的机笼壁、机笼端壁、转筒壁、转筒端壁中的至少之一、并与对应的主动轴联轴节相适配 连接的部件或联合组件构成，在主动永磁耦合转盘与主动轴联轴节之间由主动永磁耦合转 盘联轴机构形成连接、支撑、力矩传输和传动结构，所述的被动永磁耦合转盘联轴机构由用 于安装永磁耦合组件中的被动永磁耦合转盘的端壁、端壁上的非圆形轴孔及其轴套、非圆 形中心短轴、力矩传输滑杠、中心转盘及其联轴节和中心短轴部件或组件中的至少之一、并 与对应的被动轴联轴节相适配连接的部件或联合组件构成，在被动永磁耦合转盘与被动轴 联轴节之间由被动永磁耦合转盘联轴机构形成连接、支撑、力矩传输和传动结构。4.如权利要求1所述的可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联轴器，其特 征在于，所述的被动永磁耦合转盘联轴机构由用于安装永磁耦合组件中的被动永磁耦合转 盘的机笼壁、机笼端壁、转筒壁、转筒端壁中的至少之一、并与对应的被动轴联轴节相适配 连接的部件或联合组件构成，在被动永磁耦合转盘与被动轴联轴节之间由被动永磁耦合转 盘联轴机构形成连接、支撑、力矩传输和传动结构，所述的主动永磁耦合转盘联轴机构由用 于安装永磁耦合组件中的主动永磁耦合转盘的端壁、端壁上的非圆形轴孔及其轴套、非圆形中心短轴、力矩传输滑杠、中心转盘及其联轴节和中心短轴部件或组件中的至少之一、并 与对应的主动轴联轴节相适配连接的部件或联合组件构成，在主动永磁耦合转盘与主动轴 联轴节之间由主动永磁耦合转盘联轴机构形成连接、支撑、力矩传输和传动结构。5.如权利要求1、2、3或4所述的可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联轴 器，其特征在于，所述的永磁耦合转盘气隙间距和耦合面积调节机构为离心式调节机构，它 有四种供分别实施的结构，其一是由至少一副门闩式弹簧离心锁机构、被动永磁耦合转盘/ 转筒端壁上的非圆形轴孔轴套及相适配的带有限位机构的非圆形中心短轴组件构成，其二 是由至少一副门闩式弹簧离心锁机构、中心短轴组件、中心转盘和被动永磁耦合转盘力矩 传输滑杠组件构成，其三是由至少一副弹簧离心销、被动永磁耦合转盘/转筒端壁上的非 圆形轴孔轴套及相适配的带有限位机构的非圆形中心短轴组件构成，其四是由至少一副弹 簧离心销、中心短轴组件、中心转盘和被动永磁耦合转盘力矩传输滑杠组件构成，弹簧离心 销安装在筒壁上、机笼壁上、中心转盘上、转盘/转筒端壁上、非圆形中心短轴上或中心短 轴上的适当位置，门闩式弹簧离心锁机构的门闩和弹簧离心锁分别安装在永磁耦合组件的 背靠背的两个被动永磁耦合转盘的对应位置或者被动永磁耦合转盘与中心转盘相对应的 位置，并设置成能通过传动轴启动或堵转过程中转速状态的不同引起弹簧离心销或弹簧离 心锁处于不同限位位置状态而使永磁耦合气隙间距和耦合面积自动进行阶梯式调整的结 构。6.如权利要求1、2、3或4所述的可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联轴 器，其特征在于，所述的永磁耦合转盘气隙间距和耦合面积调节机构为无级调节机构，它有 六种供分别实施的结构，其一是由背靠背相邻永磁耦合转盘/转筒的联动机构、中心短轴、 转盘/转筒隔离轴承、与相适配转盘/转筒端壁相联的转盘/转筒隔离轴承外套或内套、带 凸轮槽的转盘/转筒隔离轴承对应内套或外套、带与凸轮槽配合的并使其内套或外套做直 线位移传动的凸轮和绕轴转动调节杆或调节手柄的凸轮套筒、凸轮套筒的轴隔离轴承及适 配的摆动支架组件和/或适配的固定支架组件构成，其二是由背靠背相邻永磁耦合转盘/ 转筒的联动机构、中心短轴、转盘/转筒隔离轴承、与相适配转盘/转筒端壁相联的转盘/ 转筒隔离轴承外套或内套、带滚动/滑动丝母筒的转盘/转筒隔离轴承对应内套或外套、带 与丝母筒配合的并使丝母筒做直线位移传动的滚动/滑动丝母筒螺丝和绕轴转动调节杆 或调节手柄的丝母套筒、丝母套筒的轴隔离轴承及适配的摆动支架组件和/或适配的固定 支架组件构成，其三是由永磁耦合转盘/转筒端壁上的非圆形轴孔和轴套、非圆形中心短 轴、转盘/转筒隔离轴承、与相适配转盘/转筒端壁或其上非圆形轴套相联接的转盘/转筒 隔离轴承外套或内套、带凸轮槽的转盘/转筒隔离轴承对应内套或外套、带与凸轮槽配合 的并使其做直线位移传动的凸轮和绕轴转动调节杆或调节手柄的凸轮套筒、凸轮套筒的轴 隔离轴承及适配的摆动支架组件和/或适配的固定支架组件构成，其四是由永磁耦合转盘 /转筒端壁上的非圆形轴孔和轴套、非圆形中心短轴、转盘/转筒隔离轴承、与相适配转盘/ 转筒端壁或其上非圆形轴套相联接的转盘/转筒隔离轴承外套或内套、带滚动/滑动丝母 筒的转盘/转筒隔离轴承对应内套或外套、带与丝母筒配合的并使其做直线位移传动的滚 动/滑动丝母筒螺丝和绕轴转动调节杆或调节手柄的丝母套筒、丝母套筒的轴隔离轴承及 适配的摆动支架组件和/或适配的固定支架组件构成，其五是由背靠背相邻永磁耦合转盘 /转筒的联动机构、中心短轴、转盘/转筒隔离轴承、与相适配转盘/转筒端壁相联接的转盘/转筒隔离轴承外套或内套，带凸轮、齿条或丝杠螺母的转盘/转筒隔离轴承对应内套或 外套，布设在传动轴一侧并与转盘/转筒隔离轴承内套或外套对应适配的设置有凸轮直线 位移传动机构、齿条直线位移传动机构或者丝杠螺母直线位移传动机构和与其适配的调节 杆或调节手柄的驱动机构组件及适配的摆动支架组件和/或适配的固定支架组件构成，其 六是由永磁耦合转盘/转筒端壁上的非圆形轴孔和轴套、非圆形中心短轴、转盘/转筒隔离 轴承、与相适配转盘/转筒端壁或其上非圆形轴套相联接的转盘/转筒隔离轴承外套或内 套，带凸轮、齿条或丝杠螺母的转盘/转筒隔离轴承对应内套或外套，布设在传动轴一侧并 与转盘/转筒隔离轴承内套或外套对应适配的设置有凸轮直线位移传动机构、齿条直线位 移传动机构或者丝杠螺母直线位移传动机构和与其适配的调节杆或调节手柄的驱动机构 组件及适配的摆动支架组件和/或适配的固定支架组件构成，所述的背靠背相邻永磁耦合 转盘/转筒的联动机构有五种供分别实施的结构，之一是滚动/滑动丝杠副结构，它由至少 一副转盘/转筒联动滚动/滑动丝杠、转盘/转筒端壁上的联动滚动/滑动螺母及相适配 的中心转盘上的滚动/滑动丝杠副支撑轴承构成，之二是转盘/转筒联动圆柱形或条型齿 条齿轮副结构，它由至少一副相对固定在背靠背相邻转盘/转筒端壁上的齿条、对应适配 的齿条过孔及中心转盘上的齿条齿轮副传动齿轮组件构成，之三是横式转盘/转筒联动凸 轮槽拨杆副结构，它由至少一副固定在两个转盘/转筒端壁上的凸轮、安装在中心转盘上 的两端设置有凸轮槽的并与转盘/转筒端壁上的凸轮相适配的横式转盘/转筒联动凸轮槽 拨杆构成，之四是纵式转盘/转筒联动滑杆拨叉副结构，它由至少一副固定在转盘/转筒端 壁上的滑槽或滑杆、安装在中心转盘上的两端设置有滑动凸轮或杆孔并与转盘/转筒端壁 上的滑槽或滑杆相适配的纵式转盘/转筒联动滑杆拨叉构成，之五是转盘/转筒力矩传输 滑杠结构，它由至少一副固定安装在中心转盘上的转盘/转筒力矩传输滑杠及与其滑杠相 适配的转盘/转筒端壁上的滑孔及滑孔轴套构成，所述的非圆形中心短轴有两种供分别实 施的结构，一种是通体均为非圆形结构轴，另一种是两节结构，其中一节是用于安装永磁耦 合转盘/转筒的非圆形轴，另一节是圆形轴，所述的摆动支架安装在系统地基、系统基座或 系统支架与转盘/转筒隔离轴承相适配的内套或外套之间，所述的固定式支撑架安装在系 统地基、系统基座或系统支架与传动轴隔离轴承或伺服电机之间。7.如权利要求1、2、3或4所述的可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型永磁耦合联 轴器，其特征在于，所述的永磁耦合转盘气隙间距和耦合面积调节机构为自动无级调节机 构，它由无级调节结构、伺服电机及其相关联机构、控制器及适配的摆动支架组件和/或适 配的固定支架组件构成，有九种供分别实施的结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：余亚莉，林贵生，
申请(专利权)人：余亚莉，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]