一种单永磁盘永磁调速器的制作方法

本发明涉及一种调速节能传动技术领域，具体来说是一种利用永磁涡流感应原理而设计的单永磁盘永磁调速器。

背景技术：

现有的电机系统基本上都存在比功率较低、电能浪费严重的问题，且传统的机械联轴器不可避免的把振动通过联轴器从一端传递到另一端，显然不具备隔离振动和节能的性能，《节能减排“十二五”规划》中明确提出运用永磁涡流柔性传动等节能技术以优化系统运行和控制，提高系统整体运行效率和可靠性。

在此背景下，永磁调速器在电机节能领域是一个新型的理想选择。1998年美国magnadrive公司提出并公开了一种可调速的永磁耦合器，但其结构较为复杂，制造加工、安装调试困难、设备重量大，使得系统运转的稳定性受到影响，另外，该设备的轴向长度过大也造成了安装时电机移动的轴向距离远等不利因素，由此大幅限制了永磁耦合器的应用场合。

技术实现要素：

本发明针对现有的永磁调速器的结构，提供一种结构简单、可调速的单永磁盘永磁调速器，将电机端的扭矩通过磁场做非接触式电磁感应传递到负载端，从而达到调速的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种单永磁盘永磁调速器，包括同轴依次设置的调速机构组件、导体盘组件和永磁盘组件，所述的调速机构组件包括与电机轴相连的输入轴，输入轴上套设有导体盘组件，

所述的导体盘组件包括第一气隙调节组件、中间盘及第二气隙调节组件，在调速机构组件与中间盘之间设有第一气隙调节组件，所述的第一气隙调节组与第二气隙调节组件通过齿轮齿条机构与中间盘相连，

所述的永磁盘组件包括永磁盘、连接盘、气隙板，连接盘的一侧与负载端刚性连接，连接盘的另一侧通过气隙板与永磁盘相连形成气隙调节腔，在气隙调节腔中设有第二气隙调节组件，在所述调速机构组件推动第一气隙调节组件轴向移动时，所述的第二气隙调节组件在齿轮齿条机构的联动作用下同时沿输入轴做相向或相对的轴向移动，以改变第一气隙调节组件和第二气隙调节组件与永磁盘之间的气隙。

进一步地，所述的中间盘通过中间盘连接套固定在输入轴上，所述的电机轴的输入扭矩通过输入轴传递到中间盘，再通过磁力耦合将输入扭矩传递到第一气隙调节组件和第二气隙调节组件。

进一步地，所述的中间盘连接套包括沿轴线对称设置的上连接部和下连接部，上连接部和下连接部相扣合，在中心处形成固定输入轴的异形内孔，所述的上连接部和下连接部的轴向外表面分别与中心盘固定连接。

进一步地，所述的中间盘连接套的中心处设有与输入轴的平面扁槽配合连接的异形内孔，中间盘连接套的径向表面设有与输入轴销孔配合连接的螺纹柱塞孔，在所述中间盘连接套的轴向表面设有螺纹孔，所述的中间盘通过螺纹孔与中间盘连接套固定连接。

进一步地，所述的调速机构组件还包括调速内套、调速外套、调速外套手柄，所述的调速内套固定套设在输入轴上，调速内套的外侧设有螺旋槽，螺旋槽上固定有凸轮随动器，所述的调速内套通过凸轮随动器与调速外套相连，调速外套与第一气隙调节组件相连，在调速外套上设有与执行器相连的调速外套手柄，所述的调速外套手柄接收到执行器的信号后在设定的角度范围内摆动，并在凸轮随动器和螺旋槽的作用下，将执行器的旋转运动转化为调试机构组件的轴向位移。

进一步地，所述的第一气隙调节组件包括输入端导体复合钢盘、输入端齿轮齿条盖板，所述的输入端齿轮齿条盖板通过齿轮齿条机构与第二气隙调节组件相连，并将输入端导体复合钢盘固定在调速机构组件上。

进一步地，所述的第二气隙调节组件包括输出端导体复合钢盘、输出端齿轮齿条盖板、导体盘移动盘，所述的输出端齿轮齿条盖板通过齿轮齿条机构与第一气隙调节组件相连，并将输出端导体复合钢盘固定在导体盘移动盘一端，导体盘移动盘的另一端与输入轴的轴孔活动连接，以使所述导体盘移动盘在调速时能在输入轴的轴孔内往复移动。

进一步地，齿轮齿条机构包括齿轮、第一齿条和第二齿条，所述的齿轮设置于中间盘上，齿轮上啮合有相对设置的第一齿条和第二齿条，第一齿条固定于第一气隙调节组件上，第二齿条固定于第二气隙调节组件上，在齿轮齿条机构的作用下，第一气隙调节组件做轴向移动时，第二气隙调节组件以中间盘为中心线按照第一气隙调节组件的位移量镜像移动。

进一步地，所述的永磁盘上安装有若干按n极、s极相邻均布排列的永磁体。

进一步地，所述的电机轴套入输入轴的轴孔内，并通过法兰胀套与输入轴连接。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本装置利用永磁盘组件两侧分别设置的第一气隙调节组件和第二气隙调节组件，在调速机构组件和齿轮齿条机构的作用下使其可以根据负载联动调整第一气隙调节组件和第二气隙调节组件与永磁盘之间的气隙，从而影响导体盘组件与永磁盘组件之间的滑差率，进而完成电机输入端与负载输出端之间的调速，实现节能调速的目的；

2.本装置中的永磁盘组件仅需设置单个永磁盘，简化了永磁盘组件结构，在满足传递额定转矩的前提下，极大地减轻了负载端的重量并同时相对缩短永磁调速器轴向长度，使负载轴端的受力情况得以改善，在转动过程中更加平稳，从而降低了机械摩擦和磨损，避免了振动的干扰，有效降低调速器运转时的噪声；

3.本装置将调速机构组件的输入轴与电机轴端相连，同时电机轴可延伸至输入轴的轴孔内，有效减少了安装时电机侧或负载端的轴向位移量，与现有的调速器相比安装、调试较为简单方便。

附图说明

图1是本发明的剖视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是图2的a-a向剖视图；

图4是本发明的中间盘连接套的结构示意图；

符号说明：1、输入轴2、调速内套3、调速内套手柄4、调速外套手柄5、调速外套6、调速外套轴承端盖7、散热片8、输入端导体复合钢盘9、永磁盘10、气隙板11、连接盘12、齿轮13、输出端齿轮齿条盖板14、导体盘移动盘15、第二齿条16、螺栓组17、输出端导体复合钢盘18、圆柱销19、永磁体20、中间盘21、中间盘连接套22、输入端齿轮齿条盖板23、四点接触球轴承24、角接触球轴承25、调速内套轴承端盖。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明简化了永磁盘组件结构，利用永磁盘组件两侧分别设置的第一气隙调节组件和第二气隙调节组件调节气隙，在满足传递额定转矩的前提下，缩短永磁调速器的轴向长度，结构简单，安装方便，电机端与负载端两者之间的扭矩是通过磁场做非接触式电磁感应传递，第一气隙调节组件和第二气隙调节组件与永磁盘之间的气隙可以通过调速机构在设计范围内调节，从而改变负载的转速，实现调速节能的目的。

实施例1

现参照图1至图4具体说明本发明调速器的结构。单永磁盘永磁调速器包括同轴依次设置的调速机构组件i、导体盘组件ii和永磁盘组件iii。图1中，调速机构组件用i表示，导体盘组件用ii表示，iii则代表永磁盘组件，调速机构组件i与电机轴端相连，具体来说是利用输入轴1与电机轴相连，而导体盘组件ii则设置在输入轴1上，即导体盘组件ii通过调速机构组件i与电机轴端相连接，永磁盘组件iii与负载端相连，在调速机构组件i、导体盘组件ii和永磁盘组件iii的配合下，完成精确地气隙大小调节和控制，从而达到节能调速的效果。

导体盘组件ii主要包括第一气隙调节组件、中间盘20及第二气隙调节组件，在调速机构组件i与中间盘20之间设有第一气隙调节组件，第一气隙调节组与第二气隙调节组件通过齿轮齿条机构相连。

永磁盘组件ii主要包括永磁盘9、连接盘11、气隙板10，连接盘11的一侧与负载端刚性连接，连接盘11的另一侧通过气隙板10与永磁盘9相连形成气隙调节腔，在气隙调节腔中设有第二气隙调节组件，在调速机构组件i推动第一气隙调节组件轴向移动时，第二气隙调节组件在齿轮齿条机构的联动作用下同时沿输入轴1做相向或相对的轴向移动，以改变第一气隙调节组件和第二气隙调节组件与永磁盘9之间的气隙。

第一气隙调节组件包括输入端导体复合钢盘8、输入端齿轮齿条盖板22，输入端齿轮齿条盖板22通过齿轮齿条机构与第二气隙调节组件相连，并将输入端导体复合钢盘8固定在调速机构组件i上。进一步地，考虑到散热的情况，本实施例的输入端导体复合钢盘8的外表面安装有散热片7，散热片7的数量不做具体限定，在本实施例中，散热片7优选为具有良好导热性能的铝合金材质，其具体形状优选为鳍形。当然，也可采用能实现良好散热的其他材质或其他形状的散热片结构，在此不做限定。

第二气隙调节组件包括输出端导体复合钢盘17、输出端齿轮齿条盖板13、导体盘移动盘14，输出端齿轮齿条盖板13通过齿轮齿条机构与第一气隙调节组件相连，并将输出端导体复合钢盘17固定在导体盘移动盘14一端，导体盘移动盘14的另一端与输入轴1的轴孔活动连接，以使导体盘移动盘14在调速时能在输入轴1的轴孔内往复移动。进一步地，与输入端导体复合钢盘8类似，本实施例中的输出端导体复合钢盘的外表面也可安装有散热片，散热片的数量不做具体限定，本实施例中，散热片优选为具有良好导热性能的铝合金材质，其具体形状优选为鳍形。当然，也可采用能实现良好散热的其他材质或其他形状的散热片结构，在此不做限定。

导体盘组件ii中的中间盘20是通过中间盘连接套21固定在输入轴1上，从而使电机轴的输入扭矩通过输入轴1传递到中间盘20，再通过磁力耦合将输入扭矩传递到第一气隙调节组件和第二气隙调节组件，最后再传递到永磁盘组件iii，最终通过永磁盘组件iii将扭矩传递给负载。

中间盘连接套21呈半剖分状，如图4所示，图4为半个中间盘连接套21的结构，具体地，中间盘连接套21包括沿轴线对称设置的上连接部和下连接部，上连接部和下连接部相扣合，在中心处形成异形内孔，该异形内孔与输入轴1的平面扁槽配合连接，用于连接固定输入轴1，此外，为进一步紧固输入轴1，中间盘连接套21的径向表面还设有与输入轴1销孔配合连接的螺纹柱塞孔，而上连接部和下连接部的轴向外表面分别与中心盘20固定连接，连接方式是在中间盘连接套21的轴向表面设有螺纹孔，中间盘20通过螺纹孔与中间盘连接套21固定连接。由此，中间盘连接套21作为输入轴1与中间盘20之间的连接机构，完成两者的固定连接。

齿轮齿条机构包括齿轮12、第一齿条和第二齿条15，其中，第一齿条在图中不便示出，齿轮设置于中间盘20上，齿轮12上啮合有相对设置的第一齿条和第二齿条15，第一齿条固定于第一气隙调节组件上，第二齿条15固定于第二气隙调节组件上，在齿轮12、第一齿条和第二齿条15的配合作用下，在第一气隙调节组件做轴向移动时，第二气隙调节组件以中间盘为中心线按照第一气隙调节组件的位移量镜像移动。

永磁盘9通过周向外缘设置的气隙板10和圆柱销18与连接盘11相连，连接盘11另一侧则通过法兰胀套和螺栓组16连接负载轴。连接盘11表面设有两组均匀分布的用于减重通风的通孔。永磁盘9上安装有若干按n极、s极相邻均布排列、具备高矫顽力的永磁体19，永磁体19沿永磁盘9圆周方向均布，永磁体是通过永磁盘9上设置的永磁体安装孔固定在永磁盘9上，永磁体19可为扇形或矩形或椭圆形或圆形，图中即以矩形永磁体为例。当然，永磁体19的形状可为但不限于扇形或矩形或椭圆形或圆形的一种或几种的组合。

永磁体19产生的磁力线穿过输入端导体复合钢盘8，当输入端导体复合钢盘8与永磁盘9之间产生了相对滑差时，输入端导体复合钢盘8切割永磁体9的磁力线，并在输入端导体复合钢盘8表面产生感应涡流，涡流进而产生安培力和反感磁场，阻止两者之间的相对运动，同时带动永磁盘组件iii转动，永磁盘组件iii通过法兰胀套将扭矩传递给负载轴端，从而带动负载工作，实现扭矩传递。如果输入端导体复合钢盘8表面的磁场强度越大，相对滑动的速度越快，则传递的扭矩越大。

调速机构组件i的输入轴1通过法兰胀套和螺栓组16与电机轴连接，其中，电机轴可套入并安装至输入轴1的轴孔内，从而实现减小设备安装时电机轴向位移的目的。

除了输入轴1以外，调速机构组件i还包括调速内套2、调速内套手柄3、调速内套轴承端盖25和调速外套、调速外套手柄4、调速外套轴承端盖6，调速内套2固定并套设在输入轴1上，调速内套2的外侧设有一定导程的螺旋槽，螺旋槽上固定有凸轮随动器，调速内套2通过凸轮随动器与调速外套5相连，调速外套5与第一气隙调节组件中的输入端导体复合钢盘8相连，在调速外套5上设有调速外套手柄4，调速外套5由执行器通过调速外套手柄4驱动，可以在90度摆角范围内实现灵活转动；调速内套手柄3通过连杆机构与基座相连接，调速外套手柄4通过连杆机构与执行器相连接，当需要执行器动作进行调速时，调速外套手柄4接收到执行器的脉冲信号后在设定的角度范围内摆动，并在凸轮随动器和螺旋槽的作用下，将执行器的旋转运动转化为调试机构组件i的轴向位移，从而推动输入端导体复合钢盘8和输出端导体复合钢盘17实现轴向的位移，改变输入端导体复合钢盘8和输出端导体复合钢盘17与永磁盘9之间的气隙，气隙的调整直接影响到导体盘组件ii(第一气隙调节组件和第二气隙调节组件)与永磁盘组件iii之间的滑差率，进而根据负载调整完成电机输入端与负载输出端之间的调速，实现节能调速的目的。

第一气隙调节组件和第二气隙调节组件与永磁体之间在气隙最小的时候会产生非常大的磁场吸力，因此，调速机构组件i在调速的过程中将会首先克服两者之间的吸力，由于调速机构组件i需要带动导体盘组件ii做轴向往复运动，则调速内套2与输入轴1之间、调速外套5与输入端导体复合钢盘8之间均会产生沿轴向两个方向上的力。为了克服零部组件之间双向的轴向力，本实施例中，在调速内套2与输入轴1的连接处布置了一对背对背安装的角接触球轴承24，另外，还在调速外套5与输入轴导体复合钢盘8的固定连接处布置有四点接触球轴承23。角接触球轴承24和四点接触球轴承23的设计和布置实现了克服永磁盘9与导体复合钢盘之间的轴向吸力，同时也达到了运动隔离的目的。

当负载恒定不需要调速时，第一气隙调节组件和第二气隙调节组件与永磁盘9之间保持恒定的气隙；当负载变化需要调速时，通过调速机构组件i推动输入端导体复合钢盘8，并由齿轮齿条机构带动输出端导体钢盘17同时做轴向移动，从而可以根据负载调整导体盘组件ii与永磁盘组件iii之间的气隙，达到改变两者之间的转差率以实现调速的目的。

本发明通过设置单个永磁盘简化调速器结构的情况下实现了转矩的无接触传递，结构相对较为简单，制造加工方便，重量轻，从而极大地减轻了负载轴端的重量，改善负载轴的受力情况，在转动过程中更加平稳，从而降低了机械摩擦和磨损，延长调速器使用寿命，避免了振动的干扰，减少了传动部件的损耗，隔离振动，噪声明显降低，同时，本发明安装时电机侧或负载端的轴向位移量减少，安装调试比较简单，无需精密对中且允许一定的轴向窜动，气隙大小可调，可以实现自动化的精确控制。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围，以上公开的仅为本发明优选实施例。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。