G型滚珠丝杠电动调速盘式磁力耦合器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 动力传动、节能减排、动设备、磁力驱动。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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，现有技术和产品都无法满足实际应用需求。
[0004]节能减排是目前迫切需求。动设备节能，目前比较高效的有变频调速节能和沟槽凸轮机构调速磁力耦合器调速节能。变频器使用寿命较短，环境适应能力差，占地空间大，维护需求高，高压变频器故障率则更高，可靠性差。目前已进行应用的沟槽凸轮机构调速磁耦(筒式和盘式)因结构原因应用范围有限，且价格昂贵。液冷沟槽凸轮机构调速盘式磁耦只能勉强应用到2500KW以下中等转速的动设备中，风冷沟槽凸轮机构调速盘式磁耦只能勉强应用到350KW以下中等转速的动设备中。筒式磁耦则更差，液冷调速产品只能勉强应用到800KW以下中等转速的动设备中，且安全可靠性不高。
【发明内容】
[0005]本发明重在找到一种盘式磁耦调速的技术方法，伴随着这种技术方法而引伸出两大系列G型滚珠丝杠电动调速盘式磁力耦合器一风冷G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦(FTG系列)、液冷G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦(YTG系列)。
【附图说明】
[0006]图1为风冷G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦(FTG系列)，图9为液冷G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦(YTG系列)。
[0007]G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦，都包含如下几个部分:图中标号1和5为感应盘，2和4为磁块固定盘，3为齿轮传动滚珠丝杠调速机构，6为电动调速专用高速回转接头，7为电机定子，8为电机转子，9为同步盘，10为胀套，11为中心传动轴，19为支架，23为法兰轴套。
[0008]两大系列G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦中，所有的感应盘由限位螺栓联结组成外转子，所有的磁块固定盘串联在中心传动轴上，和内转子电机外置齿轮传动滚珠丝杠调速机构一起组成内转子。电动调速专用高速回转接头的内转子和电机定子同步转动，相对静止，电动调速专用高速回转接头的外转子和支架固定保持静止。电动调速专用高速回转接头的外转子由双向开关连接外部电源。双向开关控制进入电机的电流方向，从而改变电机内转子与中心传动轴的相对转向。电机内转子带动齿轮轴转动，齿轮传动使丝杠转动，丝杠转动，丝杠螺母(和磁块固定盘固定在一起)沿轴向移动，从而改变磁块固定盘和感应盘之间的距离(磁场耦合间隙)，以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)。
[0009]图2、图3所示为为内转子电机外置齿轮传动滚珠丝杠调速机构，限位挡圈3-13用来保证同步杆3-11不会发生轴向窜动，3-12为微调弹簧，3-1为滚珠丝杠组件，3-3为同步杆和丝杠的保持架。标号7为电机定子(外表面有槽用来引出电源线)，8为电机转子，同步盘9和胀套10保证电机定子7和中心传动轴11同步转动(相对静止)，电机转子8和齿轮轴3-7用紧定螺钉13固定在一起，同步转动。3-6为齿轮，和丝杠过盈配合。滚珠丝杠和电机均可由专业厂家批量生产。
[0010]图4所示为磁块固定盘2，清楚表达出了动力传动的方式——半轴，同时示出了磁块的分布情况。
[0011]图5所示为磁块固定盘4，其不能直接和中心传动轴11进行动力传动，但可沿轴向滑动，磁块固定盘4依靠三根同步杆3-11来进行传动联接，同时示出了磁块的分布情况。
[0012]图6、图7、图8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6中所示为三通道，其内转子和外转子装配组成一个整体，用定位螺钉固定于电机定子上，其内转子和电机定子同步转动，其外转子静止不动，以连接外部电源。两端密封环6-16、6-17可采用碳化钨、石墨等材料，中间有电线进出部分的6-3、6-4、6-10可采用电绝缘材料，6-19采用电接触材料，6-18采用电绝缘材料镶嵌电接触材料的组合结构，6-11为弹簧，用来平衡接触压力，弹簧处的导向销6-12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。
[0013]图10、图11所示为液冷G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦(YTG系列)外壳与内部的高速回转密封组件，密封环30-3、30-4、30-6、30-7、31-3、31-4、31-6、31-7为动密封，根据冷却液的不同可选用碳化钨、石墨等材料，弹簧30-11、31-11用来补偿密封环的磨损，平衡密封压力，弹簧处的导向销30-2、31-2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，定位销30-1、30-10、31-1、31-10与导向销30-2、31-2组合起定位作用，30-5、30-8、30-9、31-5、31-8、31-9 为静密封，用 0 形圈即可。
[0014]图12所示为FTG系列磁耦取下内部两端支承轴承的结构示意，传动轴之间联接采用胀套，其它系列也可这样做，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1和5由螺栓联结组成外转子，磁块固定盘2和4与调速机构3、电机定子7、电机转子8、同步盘9、胀套10等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与磁块固定盘的平行度，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。
[0015]图13所示为一种概念型内转子电机外置齿轮传动滚珠丝杠调速磁力耦合器(电机采用双速电机或变频调速电机)，电机定子7静止不动，固定在支架上，电机转子8和齿轮轴3-7由紧定螺钉固定在一起。电机不通电时，电机转子8、齿轮、丝杠、磁块固定盘和中心传动轴同步高速旋转。调速时，依靠电机转子与中心传动轴的差速驱动齿轮轴转动，齿轮传动带动丝杠转动，从而使丝杠螺母沿轴向移动，改变磁场耦合间隙。此种方案最大的缺点是一调速时，电机定子绕组会产生很大的感应电动势，使调速变得很不稳定。此种方案最大的优点是一结构简单。
【具体实施方式】
[0016]G型滚珠丝杠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、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。
[0017]G型滚珠丝杠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。
【主权项】
1.磁耦外置电机齿轮传动滚珠丝杠调速的技术方法——其特征是电动调速专用高速回转接头和内转子电机外置齿轮传动滚珠丝杠调速机构组合应用，电机置于磁耦转子外部。2.内转子电机外置齿轮传动滚珠丝杠调速机构调速的技术方法——其特征是内转子电机、齿轮和滚珠丝杠组合应用，未接通电源时，内转子电机定子、转子、齿轮、滚珠丝杠组件与中心传动轴同步旋转，相对静止，接通电源开关后，内转子电机转子与定子之间便相对转动(电机定子与中心传动轴同步转动)，从而带动齿轮转动，然后由齿轮传动带动丝杠转动，丝杠螺母沿轴向移动，带动磁体固定盘沿轴向滑动，从而改变磁体固定盘与感应盘之间的距离(磁场耦合间隙)，达到调速节能的目的。3.电动调速专用高速回转接头的技术方法——电动调速专用高速回转接头由内转子和外转子两大部分组成，外转子静止不动，用以连接外部电源，内转子和中心传动轴同步高速转动，两者相对静止，内外转子的电流通路按电接触理论的原理。4.高速回转密封中利用导向销来控制弹簧移动的技术方法——存在于电动调速专用高速回转接头两端采用的密封结构中和液冷G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦两端的密封结构中。5.风冷G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦(FTG系列)的结构方案——其特征是电动调速专用高速回转接头、内转子电机外置齿轮传动滚珠丝杠调速机构。6.液冷G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦(YTG系列)的结构方案——其特征是电动调速专用高速回转接头、内转子电机外置齿轮传动滚珠丝杠调速机构、磁耦内外转子和外壳三者之间的高速回转密封结构。7.利用双速电机或变频调速电机驱动齿轮传动滚珠丝杠调速机构运转的概念性调速结构方案——其特征是电机外置直接驱动齿轮轴转动，利用齿轮轴和中心传动轴的差速促使齿轮传动带动丝杠转动，从而使丝杠螺母沿轴向运动(丝杠螺母和磁体固定盘、中心传动轴同步转动)。
【专利摘要】G型滚珠丝杠电动调速盘式磁力耦合器可划归动力传动、节能减排、动设备、磁力驱动领域，分为两大系列：风冷G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦(FTG)、液冷G型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦(YTG)。本发明为动设备的调速节能找到了一种经济可行的方法。
【IPC分类】H02K51/00
【公开号】CN105281538
【申请号】CN201410370498
【发明人】李启飞
【申请人】李启飞
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年7月22日