本公开涉及永磁过载缓冲保护领域，具体地，涉及一种风力发电机组传动高速动载荷缓冲保护装置。
背景技术：
面对全球能源日益紧缺的现状，人们开始更加重视研发新能源，诸如风能、太阳能的开发可有效地缓解我国的能源供应困局，其中产业化条件最成熟的首推风能，例如利用风能发电。然而风电发展也面临诸多困难，例如，风力发电设备需要满足在野外条件下可靠运行20-30年，还应能经受住各种极端恶劣天气和非常负载的风力交变载荷考验。因此，在实际应用中，对风电设备的产品质量要求极高。在风力发电机组中，如何达到高速、重载、频繁启动和变扭矩的传动要求，一直是风电传动部分的设计和制造难题。
现有的风力设备中的传动件多采用膜片联轴器，虽具有一定的纠偏功能，但不具有缓冲式打滑保护功能，也不能完全消除扭震。如中国实用新型专利(CN206320197U)公开了一种风力发电机高速联轴器，该联轴器的电机端装有扭矩限制器，其原理是用螺栓的预紧力将连接体的右端面及压紧盘上的摩擦片压紧形成摩擦力矩，当转动力矩超过该设定的摩擦力矩，扭矩限制器打滑，保护传动系统。但是此扭矩限制器有诸多缺陷：第一、为保护该联轴器使用的可靠性，会将联轴器打滑扭矩值设定得较大，不让其经常打滑，原因是一旦打滑就必须人工重新用扳手拧紧再次形成预紧力，不可自动复位；但打滑扭矩如果设置过大，则不能有效的保护高速齿轮箱。第二、经常打滑后摩擦片会损耗变薄，整个联轴器的安装则需要调整，施工难度大。
另一篇中国发明专利申请(CN105186830A)公开了一种磁对磁永磁同步耦合器，其具有缓冲作用，缓冲角度就是360°/磁对磁的数量，磁块的数量与缓冲的角度成反比，与传递的转矩成正比。其传递的转矩大，磁块数量多，但缓冲角度很小。该磁对磁同步耦合器绝对不能打滑，因为磁对磁的永磁耦合器打滑时的振动非常大，对传动设备的影响非常大，这是风电领域是不允许的。
风力发电机机组的上述特殊性，导致其安装、维修、保养等都十分困难，为了保证发电量，必须要求设备具有高可靠性及免维护特性。
技术实现要素：
本公开的目的是为克服现有技术中存在的技术问题，提供一种永磁耦合缓冲保护器，可完全消除高速齿轮箱及传动系统中的冲击载荷及振动，降低传动系统中的关键设备因扭震而产生的故障，延长风电发电机整套传动系统设备的使用寿命。
本公开的一方面提供方案1、一种永磁耦合缓冲保护器，包括与动力输入轴连接的主动盘和与从动轴连接的从动盘，所述主动盘的端面具有主动永磁体，所述从动盘的端面具有从动永磁体，所述从动永磁体和所述主动永磁体之间具有隔磁间隙；
所述缓冲保护器还包括外表面具有限位挡环和中间凸起部的轴套，所述轴套通过胀紧套固定在所述从动轴上，所述主动盘通过轴承支承在所述轴套上，所述从动盘与所述轴套可滑动连接并传递转矩，所述轴套通过其外表面设置的限位挡环和中间凸起部分别对从动盘远离和靠近主动盘的可滑动位置施以止挡；
所述主动盘的端面具有内凹部，所述内凹部中容纳有滚动体的一部分，所述从动盘的端面设置有供所述滚动体滚动的滑道。
方案2、如方案1所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述缓冲保护器还设置有将所述主动盘和所述从动盘临时硬性连接在一起的联动插销。
方案3、如方案1所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述轴承远离所述从动盘的一端设置有轴承端盖，所述轴承端盖通过连接螺栓连接于所述主动盘。
方案4、如方案1所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述主动永磁体和所述从动永磁体之间通过磁耦合传递力矩，所述主动永磁体和从动永磁体的充磁方向均为垂直于轴向，磁块的固定安装形式均为N、S级交错排列。
方案5、如方案1所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述隔磁间隙为所述从动盘与所述主动盘上的磁体的最大吸力距离。
方案6、如方案1所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述滚动体为弹珠，所述滑道具有圆弧平滑过渡的周期轨迹。
方案7、如方案1所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述滚动体为弹珠，所述滑道具有由连续的U形轨迹组成的平滑过渡的周期轨迹。
方案8、如方案1所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述滚动体为弹珠，所述滑道轨迹为类似正弦曲线。
方案9、如方案6-8之任一项所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述从动盘与所述轴套通过齿轮传递转矩，所述从动盘的部分内表面具有径向内齿圈，所述轴套相应的径向外表面具有与前述内齿圈啮合的外齿圈。
方案10、如方案9所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述从动盘上内齿宽度与所述轴套上的外齿宽度一致。
方案11、如方案9所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述滑道在轴向上的落差深度大于或等于所述从动盘上的内齿圈和/或所述轴套上的外齿圈的宽度。
方案12、如方案9所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述从动盘上内齿数量为所述从动永磁体中磁块数量的整数倍，且内齿宽度小于滑道轨迹振幅值。
方案13、如方案6-8之任一项所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述从动盘与所述轴套通过齿轮传递转矩，所述从动盘与所述轴套之间的轴向接触面上设置有相互啮合的端面锥齿，所述滑道轨迹振幅值大于端面锥齿全齿高。
方案14、如方案9-13之任一项所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述从动永磁体的磁块数量为所述弹珠数量的2倍，所述弹珠的半径大于从动盘内齿的宽度或端面锥齿的全齿高。
方案15、如方案6-8之任一项所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述主动盘上的所述主动永磁体的N极和/或S极磁块中心与放置的所述弹珠的中心位置一致。
方案16、如方案15所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述从动盘上的所述从动永磁体的N极和/或S极磁块中心与滑道低点中心位置一致。
方案17、如方案6-8之任一项所述的一种永磁耦合缓冲保护器，所述限位挡环的限位距离与从动盘上的滑道高、低点落差深度一致。
通过上述技术方案，本公开具有如下的技术效果：本永磁耦合缓冲保护器在耦合传递力矩过程可以打滑，但打滑无振动，提供无限大缓冲角度。在打滑后可自动复位，彻底消除变载荷产生的扭震，消除风电机组高速齿轮箱的冲击载荷及振动，降低齿轮箱的维修维护成本，延长整套传动系统设备的使用寿命，提高整个风塔的安全系数。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。在附图中：
图1是本公开的第一优选实施例的结构示意图；
图2是本公开的第一优选实施例的正常工作状态示意图；
图3是本公开的第一优选实施例的从动盘脱离瞬间状态示意图；
图4是本公开的主动盘上永磁体的分布、弹珠放置孔示意图；
图5是本公开的从动盘上永磁体的分布、滑道及内齿示意图。
图6是本公开的第二优选实施例的端面齿啮合原理图。
附图标记说明
2 限位挡环
4 从动盘
5 从动永磁体
6 主动永磁体
7 主动盘
8 联动插销
9 弹珠
10 连接螺栓
11 轴承端盖
12 轴套
13 轴承
14 胀紧套
15 中间凸起部。
具体实施方式
以下基于实施例对本公开进行描述，但是本公开并不仅仅限于这些实施例。在下文对本公开的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本公开。为了避免混淆本公开的实质，公知的方法、原理、结构并未赘述。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“左、右”通常是指如图1所示的沿轴向方向的左侧和右侧。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个构件内部的连通或两个构件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
实施例一
如图1-5所示为本公开的第一优选实施方式的的一种风电永磁耦合缓冲保护器。
图1是本公开的结构示意图，所述风电永磁耦合缓冲保护器包括限位挡环2、从动盘4、从动永磁体5、主动永磁体6、主动盘7，联动插销8、弹珠9，连接螺栓10、轴承端盖11、轴套12、轴承13、胀紧套14、中间凸起部15。
所述主动盘7连接主动端(如增速齿轮箱输出轴)，主动盘上固定安装主动永磁体6，永磁体的充磁方向为垂直于轴向，永磁体的固定安装形式为N、S交错排列。相应的从动盘4上安装有从动永磁体5，安装方式与主动盘相同。
所述轴套12通过胀紧套14固定安装在从动轴(即负载轴，位于风电机组的发电机侧)上，从动盘4的一部分空套在轴套12上，轴套12的中间凸起部15外周与从动盘4的接合处具有径向外齿，与从动盘4上设置的径向内齿啮合。主动盘7与轴套12之间通过轴承13连接，轴承13的右端设置有轴承端盖11，轴承端盖11通过连接螺栓10与主动盘连接，主动盘7可以绕轴承13在轴套12上旋转，但不可轴向移动。
所述主动盘7上可以用其他形式的联轴器将其与动力端(高速齿轮箱)连接。主动盘7上的主动永磁体6与从动盘4上的从动永磁体5通过留有的气隙间的磁力传递转矩；从动盘4通过与轴套12上的外齿啮合转矩传递；轴套12通过胀紧套将转矩传递至负载轴上，形成整个转矩的传递。
具体地，所述从动盘的永磁体N极对应主动盘的S极，从动盘上的S极对应主动盘上的N极，从而形成相互的吸力，继而形成转矩将主动端的扭矩通过磁力传给主动盘，从而由主动盘带动从动盘转动。从动盘与主动盘的永磁体之间有一定的工作距离，此距离为从动盘与主动盘上的磁体的最大吸力距离。
在所述从动盘4与主动盘7之间安装有对称的弹珠9，通过弹珠9的设置，使主动盘上主动永磁体6与从动盘的从动永磁体5间在轴向留有气隙。主动盘7的端面上加工有和可容纳弹珠的一部分的孔，弹珠可以在该孔内部自由转动，对应圆周直径的从动盘端面加工有滑道，弹珠贴在滑道表面滚动。滑道的深度落差与从动盘4与轴套12上的内外齿宽度一致；滑道的底面与上平面为弹珠半径R的圆角平滑过渡；滑道轨迹可以为一条具有一定振幅及周期的正弦曲线。
所述限位挡环2固定在轴套12的上，用以限制从动盘向左远离主动盘的距离，限位距离与从动盘4上的滑道高、低点落差深度值一致。
从动盘4可在轴套12上滑动和转动，当主动盘7上的转矩突然增大(冲击载荷)超过主、从盘上的永磁体产生的最大转矩时，即在突破最大扭矩发生打滑的前一刻，通过滑道与弹珠的结构设置，弹珠沿从动盘端面滑道将从动盘推开，主动盘绕着轴承带动永磁体相对于从动盘的永磁体转过一个周期角度(360°/磁块安装数量)，逐渐趋向主动盘的N极对应从动盘的N极、主动盘的S极对应从动盘的S极，在从动盘永磁体与主动盘永磁体间形成斥力，该斥力将从动盘在轴套上沿轴向推开远离主动盘至限位挡环处，避免了主动盘的N、S极与从动盘S、N极的吸力脱开时的振动。
具体地，从动盘4在工作状态时与轴套12通过内外齿轮形式的齿面啮合传递转矩，啮合齿的数量是主、从盘上的磁块数量的n倍，在此过程中，主动盘的N、S极与从动盘的S、N极是相吸的稳态。当从动盘受到斥力远离时，从动盘的内齿面与轴套上的外齿面分离，从动盘在轴套上转动，形成一个无振动的缓冲。
另一方面，当从动盘受斥力推动远离主动盘至限位挡环时，形成一个主动盘的N极对从动盘的N极、主动盘的S极对从动盘的S极的状态，这是一个非稳态，必然向N、S极相吸的稳态转换，从而引导从动盘自动复位。在主、从动盘复位时，弹珠在从动盘的滑道内让从动盘平滑复位，避免主、从动盘N、S极相吸时猛然将从动盘吸到工作位置时产生的冲击。
可选地，还可以设置联动插销8，其在永磁耦合缓冲器的永磁体出现退磁或损坏时将主、从动盘临时连接在一起传递转矩，保证在更换新永磁耦合缓冲器的前可持续工作。
图2为本公开实施例一的工作状态示意图，正常工作时弹珠9的直径一部分放置在主动盘7端面的孔中，并可在该孔中独自转动，弹珠9剩余直径的一部分放置在从动盘4的滑道中，并将主动盘7与从动盘4隔开一定气隙(图中未示出)，该气隙为主、从动永磁体N、S极相互作用的最大磁力气隙，此时正常传递转矩。
图3为本公开实施例一从动盘脱离瞬间状态示意图，当主动盘7上的转矩超过主动永磁体6与从动永磁体5磁力作用的转矩时，主动盘7与从动盘4之间产生相对转动，在超过设定转矩的瞬间的前一时刻(备注：“前一时刻”为主动盘的所有永磁体的N极与从动盘的所有永磁体S极即将错开，主动盘的所有永磁体N极与从动盘的所有永磁体N极即将对齐的时刻，此时主、从动盘不脱开任由其打滑将产生很大的振动)，弹珠9与滑道配合将从动盘4推开至限位挡环2处，同时弹珠9紧贴着从动盘4上滑道轨迹滚动。此时从动盘4上的内齿与轴套12上的外齿脱离，从动盘上4跟随主动盘7一起在轴套12上旋转，形成无振动的打滑缓冲。
缓冲过后会在下一时刻(备注：该“时刻”为缓冲打滑过后，工作转矩小于设定转矩的时刻)，主动盘7的主动永磁体6所有的N、S极与从动盘4的从动永磁体5所有的S、N极对应相互吸引，将从动盘4吸附至正常工作位置，此时从动盘4上的内齿与轴套12上外齿再次啮合传递转矩。与此同时，弹珠9与从动盘4上圆弧滑道轨迹将从动盘4平稳复位，形成一个无振动的打滑缓冲复位动作流程。
图4是本公开的主动盘上永磁体的分布、弹珠孔放置孔示意图，图5是本公开的从动盘上永磁体的分布、滑道及内齿示意图。主动永磁体6与从动永磁体5各自按N、S极交错均布固定在主动盘7与从动盘4上，相互之间留有隔磁间隙。主动永磁体6与从动永磁体5形状大小一致。
实施例二
本公开的具体实施方式还可以为第二优选的一种风电永磁耦合缓冲保护器。其与前述实施例的区别在于，本实施例的从动盘4与轴套12的啮合采用端面齿啮合方式，在从动盘4与轴套12的接触端面分别设置锥齿轮，如图6所示，为锥齿轮轴交角∑＝180°结构形式，齿数为从动永磁体数量的n倍。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。