异型串联电动调速盘式磁力耦合器的制作方法

动力传动、节能减排、动设备、磁力驱动。

背景技术：

从人类利用地磁驱动发明罗盘开始，磁场能量的利用研究便一直没有停止过。伴随着现代磁学理论的发展，磁力驱动产品在工业中的应用便层出不穷，磁力泵、磁力轴承、磁力耦合器、磁力齿轮等等。限于磁性材料的制约，磁力驱动技术发展缓慢，直到1983年，中国发明了高性能永磁材料钕铁硼，磁力驱动产品才得到快速发展应用。

磁力耦合器从磁力泵等磁力驱动产品中独立出来作为单独的分支发展以来，出现了形形色色的产品，但都局限于结构方面的原因，只能局限于中小功率、中小扭矩区间的动设备动力传动应用中，而且价格昂贵。像火电厂的一次风机(6000KW，1496r/min)、二次风机(4550KW，1495r/min)、碎煤机(1200KW，490r/min)和钢厂、矿场的大型风机等动设备(11000KW/1460r/min，15000KW/1460r/min，18500KW/2930r/min)，现有技术和产品都无法满足实际应用需求。

本人先前曾提出几种串联磁耦的结构方案，其串联单元各采用一套调速机构，造成磁耦轴向长度较长，本发明从减小串联磁耦的轴向长度为出发点，提出了几种解决方案，其关键点是在电机扭矩满足需求的情况下使几组串联的感应盘组件和磁块固定盘组件共用一套调速机构。

技术实现要素：

本发明重在找到一种解决大功率、高扭矩动设备调速节能的技术方法，伴随着这种技术方法而引伸出几种类型异型串联电动调速盘式磁力耦合器——滚珠丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器、滑动丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器、沟槽凸轮型异型串联电动调速盘式磁力耦合器。

每种类型的异型串联电动调速盘式磁力耦合器根据其调速机构的结构变化又细分为若干子类型。

附图说明

图1、图2所示为滚珠丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器的典型结构，其特点是利用滚珠丝杠组件使旋转运动转变为直线滑动。图1所示为风冷A型滚珠丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器，液冷A型滚珠丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。图2所示为风冷B型滚珠丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器，液冷B型滚珠丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。A型、B型滚珠丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器也可将调速机构驱动电机外置于磁耦转子外部，结构类似于图23。

图3、图4所示为滑动丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器的典型结构，其特点是利用滑动丝杠组件使旋转运动转变为直线滑动。图3所示为风冷A型滑动丝杠异型串联电动调速盘式磁力耦合器，液冷A型滑动丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。图4所示为风冷B型滑动丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器，液冷B型滑动丝杠异型串联电动调速盘式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。A型、B型滑动丝杠异型串联电动调速盘式磁力耦合器也可将调速机构驱动电机外置于磁耦转子外部，结构类似于图23。

图5、图6所示为沟槽凸轮型异型串联电动调速盘式磁力耦合器的典型结构，其特点是利用沟槽凸轮组件使旋转运动转变为直线滑动。图5所示为风冷A型沟槽凸轮型异型串联电动调速盘式磁力耦合器，液冷A型沟槽凸轮型异型串联电动调速盘式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。图6所示为风冷B型沟槽凸轮型异型串联电动调速盘式磁力耦合器，液冷B型沟槽凸轮型异型串联电动调速盘式磁力耦合器加装外壳，冷却液通过外壳上管道进出，强制液冷。A型、B型沟槽凸轮型异型串联电动调速盘式磁力耦合器也可将调速机构驱动电机外置于磁耦转子外部，结构类似于图23。

几种类型异型串联电动调速盘式磁力耦合器，都包含如下几个部分：图中标号1、4和5为感应盘组件，2为磁块固定盘组件，3为调速机构，6为高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)。

对于异型串联电动调速盘式磁力耦合器，理论上可串联任意组，可根据需要决定，图1、图2、图3、图4、图5和图6所示为3组串联，图中标号11将一侧串联的所有磁块固定盘组件固定在一起，以便在调速机构的驱动下沿轴向同步滑动，所有串联的感应盘组件和磁块固定盘组件共用一套调速机构。

几种类型异型串联电动调速盘式磁力耦合器中，所有的感应盘组件由限位螺栓联结组成 外转子，所有的磁块固定盘组件串联在中心传动轴上，和调速机构一起组成内转子，电机的引出电线和高速回转导电接头的电刷相连接，高速回转导电接头的滑环连接外部电源。双向开关控制进入电机的电流方向，从而改变电机转向。电机转子直接或经过齿轮传动间接驱动滚珠丝杠组件或滑动丝杠组件或沟槽凸轮组件，调节磁块固定盘和感应盘之间的距离(磁场耦合间隙)，从而达到调速节能的目的(磁场耦合间隙的变化，将导致磁耦内外转子转差的变化，也就是输入输出转速的变化)。

图7所示为A型滚珠丝杠型调速机构，由电机直接驱动滚珠丝杠组件使旋转运动转变为直线滑动。可以将一侧的滚珠丝杠组件去除，加装齿轮齿条同步机构或杠杆同步机构来保证两侧的磁场耦合间隙调节同步进行。图中标号3-7为定子，3-6为转子，3-1、3-9为滚珠丝杠组件，其丝杠和电机外壳同体，3-5为电机中心轴(做成空心轴，固定在磁耦中心传动轴上，也可将二中心轴做成一体)。

图8所示为B型滚珠丝杠型调速机构，由电机经过齿轮传动间接驱动滚珠丝杠组件使旋转运动转变为直线滑动。可以将一侧的滚珠丝杠组件去除，加装齿轮齿条同步机构或杠杆同步机构来保证两侧的磁场耦合间隙调节同步进行。图中标号3-15为定子，3-16为转子，3-1、3-9为滚珠丝杠组件，3-6、3-7为齿轮，其中齿轮3-7和电机外壳同体，电机中心轴做成空心轴，固定在磁耦中心传动轴上，也可将二中心轴做成一体。

图9所示为A型滑动丝杠型调速机构，由电机直接驱动滑动丝杠组件使旋转运动转变为直线滑动。可以将一侧的滑动丝杠组件去除，加装齿轮齿条同步机构或杠杆同步机构来保证两侧的磁场耦合间隙调节同步进行。图中标号3-7为定子，3-6为转子，3-1、3-9为滑动丝杠组件，其丝杠和电机外壳同体，3-5为电机中心轴(做成空心轴，固定在磁耦中心传动轴上，也可将二中心轴做成一体)。

图10所示为B型滑动丝杠型调速机构，由电机经过齿轮传动间接驱动滑动丝杠组件使旋转运动转变为直线滑动。可以将一侧的滑动丝杠组件去除，加装齿轮齿条同步机构或杠杆同步机构来保证两侧的磁场耦合间隙调节同步进行。图中标号3-15为定子，3-16为转子，3-1、3-9为滑动丝杠组件，3-6、3-7为齿轮，其中齿轮3-7和电机外壳同体，电机中心轴做成空心轴，固定在磁耦中心传动轴上，也可将二中心轴做成一体。

图11所示为A型沟槽凸轮型调速机构，由电机直接驱动沟槽凸轮组件使旋转运动转变为直线滑动。可以将一侧的沟槽凸轮组件去除，加装齿轮齿条同步机构或杠杆同步机构来保证两侧的磁场耦合间隙调节同步进行。图中标号3-7为定子，3-6为转子，3-1、3-9为沟槽凸轮组件，其滚子固定轴和电机外壳同体，3-5为电机中心轴(做成空心轴，固定在磁耦中心传 动轴上，也可将二中心轴做成一体)。

图12所示为B型沟槽凸轮型调速机构，由电机经过齿轮传动间接驱动沟槽凸轮组件使旋转运动转变为直线滑动。可以将一侧的沟槽凸轮组件去除，加装齿轮齿条同步机构或杠杆同步机构来保证两侧的磁场耦合间隙调节同步进行。图中标号3-15为定子，3-16为转子，3-1、3-9为沟槽凸轮组件，3-6、3-7为齿轮，其中齿轮3-7和电机外壳同体，电机中心轴做成空心轴，固定在磁耦中心传动轴上，也可将二中心轴做成一体。

图13、图14所示为高速回转导电接头，采用模块化结构，滑环的数量根据需要确定，图中所示为三个滑环(可为六个或任意个)，连通三根导线，中间环6-3、防护层6-4采用电绝缘材料，6-5为电刷，6-6为滑环(镶嵌于中间环6-3内)，6-7为微调弹簧(用来平衡接触压力)，6-8为导线，6-9为右端盖，6-1为左端盖，6-11为轴承，6-15为支架。滑环内接电刷，外接外部电源。电刷装配于中心传动轴6-14上，与中心传动轴同步旋转。滑环6-6镶嵌在中间环6-3内部形成静止部件，固定在支架6-15上，依靠轴承6-11隔离中心传动轴高速旋转的影响。高速回转导电接头以电刷和滑环作为动态接触，也可以将电刷和滑环反装，由电刷内接滑环，外接外部电源。图6中将防护层6-4扩大到圆周面，增强绝缘防护，并去除了左右端盖以简化结构。

图15所示为磁块固定盘组件。图中清楚示出了磁块的分布情况。

图16、图17所示为感应盘组件，盘面上分布有凸起叶片，以助散热。未知设备旋向时，可选用图16所示形状，如已知设备旋向，可选用图17所示的流线形状，以增加散热量并减小扰流噪声。在散热量足够的情况下，感应盘使用平盘即可，可不要凸起叶片，以简化制造工艺。

图18所示为中心传动轴中细长孔的制造工艺(可直接进行细长孔加工)——采用铝挤型成型，然后与中心传动轴进行嵌套，以简化加工工艺，降低制造成本。

图19、图20、图21、图22所示为电动调速专用高速回转接头，采用模块化串联结构，可串联任意通道，图19、图20中所示为三通道，其内转子由螺栓6-29联结各部分，然后和回转接头的外转子装配组成一个整体，其内转子高速转动，其外转子静止不动，以连接外部电源。两端密封环6-20、6-21可采用碳化钨、石墨等材料，中间有电线进出部分的6-5、6-7、6-8、6-24、6-25可采用电绝缘材料，6-22采用电接触材料，6-23采用电绝缘材料镶嵌电接触材料的组合结构，6-14为弹簧，用来平衡接触压力，弹簧处的导向销6-15对弹簧起导向限位作用，防止高速回转时弹簧在离心力作用下失效。

电动调速专用高速回转接头可用来取代高速回转导电接头，电动调速专用高速回转接头 比高速回转导电接头具有更好的防水、防尘和防爆性能，但其结构复杂，制造困难，经济性差。

图23、24所示为A型滑动丝杠型异型串联电动调速盘式磁力耦合器将调速机构的驱动电机外置于磁耦转子外部的结构方案，其它类型异型串联电动调速盘式磁力耦合器也可将调速机构的驱动电机外置于磁耦转子外部。图24中标号3-3为同步传动杆，保证两侧的磁块固定盘组件同步转动。

几种类型异型串联电动调速盘式磁力耦合器内部两端支承轴承可以去除，使磁耦内外转子之间没有相对定位，磁耦传动轴与其它设备传动轴之间联接采用胀套，但这种方案仅可用在低载情况和轴窜很微小的情况，原因如下：感应盘组件由螺栓联结组成外转子，磁块固定盘组件和调速机构由中心传动轴连接组成内转子，内外转子互不接触，但由于装配时很难保证感应盘组件与磁块固定盘组件的平行度，所以会对电机中心轴轴承支承处和负载传动轴轴承支承处造成交变应力(磁场耦合附加弯矩的作用)，以致于轴过度磨损失效。此外，轴窜的影响会造成不稳定运转，严重时会造成事故。总的来说，此种方案要慎用。

具体实施方式

异型串联电动调速盘式磁力耦合器所包含的各组成零部件，现代工业制造技术均可加工制造。滚珠丝杠、滑动丝杠、电机、磁块、轴承均可由专业厂商配套生产，其它零部件机加工、模具成形、焊接即可。

异型串联电动调速盘式磁力耦合器作为一种动设备，其成品要想成功应用，必须具备以下两个条件：(1)功率标定——建立完备的测试台架(各功率扭矩区间)，以完成系列化产品的标定。(2)动平衡检测——旋转设备必须达到相关标准规定的动平衡要求，以达到必要的安全可靠性。