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一种可调双离合机构的永磁联轴器

发明公布  在审
申请(专利)号:CN201811512799.7国省代码:上海 31
申请(专利权)人:开天传动技术(上海)有限公司
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摘要:
本发明涉及一种可调双离合机构的永磁联轴器,电机转轴,电机转轴包括输入端和输出端;输入端上连接环形导体,输出端上连接转子,转子位于环形导体内侧,转子与环形导体之间径向留有间隙;转子包括由外至内设置的第一转子和第二转子,第一转子外侧壁上设有磁体结构,第一转子内侧壁上设有挡块;第二转子上设有滑槽;当电机转轴转动时,环形导体与转子相对转动产生磁场,通过挡块与滑槽的滑动抵接调节间隙大小。本发明通过径向圆周分布的方式,可以通过轴向增加磁铁布置数量,能在不增加径向尺寸的基础上,有效地实现传递扭矩数倍增加,还能在运行过程中根据转速对扭力进行自动调整,保证轴向力、径向力相对稳定性,不仅结构简单,且成本较低。

主权项:
1.一种可调双离合机构的永磁联轴器,其特征在于,包括:一电机转轴,所述电机转轴包括输入端和输出端;所述输入端上连接一环形导体,所述输出端上连接一转子,所述转子位于所述环形导体内侧,且所述转子与所述环形导体之间径向留有间隙;所述转子包括由外至内设置的第一转子和第二转子,所述第一转子朝向所述环形导体的一侧外侧壁上设有磁体结构,所述磁体结构由径向分布的若干个永磁铁构成,所述第一转子朝向所述第二转子的一侧内侧壁上设有挡块;所述第二转子上设有用于所述挡块贯穿的滑槽;当所述电机转轴转动时,所述环形导体与所述转子相对转动产生磁场,通过所述挡块与所述滑槽的滑动抵接调节所述间隙大小。


说明书

一种可调双离合机构的永磁联轴器

技术领域

本发明涉及联轴器技术领域,尤其是一种可调双离合机构的永磁联轴器。

背景技术

联轴器是联接两轴或轴和回转件,在传递运动和动力(转矩)过程中一同回转而不
脱开的一种装置,在传递过程中不改变转动方向和转矩的大小。永磁联轴器是通过永磁体
的磁力将原动机与工作机联接起来的一种新型联轴器,由两个相互间无机械连接的转子组
成,分别是主动转子连接电机转轴,从动转子连接负载轴,转子是装有稀土永磁体,利用稀
土永磁体之间的相互作用,利用磁场可穿透一定的空间距离和物质材料的特性,进行机械
能量的传送。

现有的永磁联轴器,主要是采用轴向端面对轴向端面的传动方式。这种传动方式
存在着:随着传递扭矩增加径向占用空间增大、传递力矩受限、尤其在运行中,所传递的扭
力以及速度通常为一固定值,无法满足使用需求,即使可调整个机构复杂且容易产生故障
等问题。

依此,本领域技术人员急需提供一种可调双离合机构的永磁联轴器,能在不增加
径向尺寸的基础上,有效地实现传递扭矩数倍增加,还能在运行过程中根据转速对扭力进
行调整,保证轴向力、径向力相对稳定性。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题提供一种可调双离合机构的永磁联轴器,通过径
向圆周分布的方式,可以通过轴向增加磁铁布置数量,能在不增加径向尺寸的基础上,有效
地实现传递扭矩数倍增加,还能在运行过程中根据转速对扭力进行自动调整,保证轴向力、
径向力相对稳定性,不仅结构简单,且成本较低。

本发明提供的技术方案如下:

一种可调双离合机构的永磁联轴器,包括:

一电机转轴,所述电机转轴包括输入端和输出端;

所述输入端上连接一环形导体,所述输出端上连接一转子,所述转子位于所述环
形导体内侧,且所述转子与所述环形导体之间径向留有间隙;

所述转子包括由外至内设置的第一转子和第二转子,所述第一转子朝向所述环形
导体的一侧外侧壁上设有磁体结构,所述磁体结构由径向分布的若干个永磁铁构成,所述
第一转子朝向所述第二转子的一侧内侧壁上设有挡块;所述第二转子上设有用于所述挡块
贯穿的滑槽;当所述电机转轴转动时,所述环形导体与所述转子相对转动产生磁场,通过所
述挡块与所述滑槽的滑动抵接调节所述间隙大小。

本技术方案中,通过在输入端上设置的环形导体,以及输出端上设置的转子,且两
者的位置突破常规的轴向端面对轴向端面的传动方式,通过径向圆周分布的方式,利用轴
向增加磁铁布置数量,实现在不增加径向尺寸的基础上,有效地实现传递扭矩数倍增加,设
计巧妙合理。同时通过对转子结构的改进,将其设置成由第一转子和第二转子构成,且第一
转子朝向第二转子的一侧内侧壁上设有挡块;同时在第二转子上设有用于挡块贯穿的滑
槽。这样在电机转轴启动之前,通过挡块的限位来实现环形导体与转子之间的最小间隙。而
该最小间隙是根据正常传递扭矩的设计需要而设定的(比如说2mm)。实现在运行过程中根
据转速对扭力进行自动调整,保证轴向力、径向力相对稳定性,整个结构不仅简单,且成本
较低。

优选地,所述第二转子通过一传动臂与所述输出端进行连接,所述传动臂的外壁
相对两侧分别设置一限位件,所述限位件用于限定所述转子朝向所述输出端的轴心方向移
动距离。

进一步优选地,所述限位件包括一限位杆和一弹性件,所述限位杆通过一弹性件
与所述传动臂进行转动连接;

当所述环形导体与所述转子之间的转速差达到最大值时,所述转子向所述电机转
轴的轴心方向移动,所述限位杆与所述转子成垂直状态;

当所述环形导体与所述转子之间的转速差大于最大值时,所述转子向所述电机转
轴的轴心方向移动,所述限位杆与所述转子成平行状态。

进一步优选地,所述限位杆的转动角度在0°~90°之间。

本技术方案中,在电机启动时环形导体与转子之间的转速差最大,排斥力远远大
于吸引力,而巨大的排斥力把转子推开,转子向电机转轴的轴心方向移动,此时与转子成垂
直状态的限位杆在设计好的位置顶住转子。这样可以以较低的扭矩带动转子慢慢增速。实
现了软启动,有效地避免对负载端的传动冲击。而一旦输出端的负载发生过载、卡死等问题
时,输出端的转速急速降低、甚至停转。这时环形导体与转子之间的转速差变的很大,环形
导体与转子之间排斥力大大高于吸引力。巨大的排斥力将转子推开,转子向电机转轴的轴
心方向移动,由于在正常运转时限位杆已经在离心力的作用下与转子成平行状态,因此,转
子在巨大的排斥力作用下迅速向电机转轴的轴心方向移动,直到转子的被传动臂挡住为
止,这样有效地保护了电机,避免因负载端被卡死而导致烧坏。

优选地,所述环形导体的一侧通过法兰与所述输入端固定连接,并用于限制所述
环形导体轴向移动,所述环形导体的另一侧通过一轴承与所述输出端进行传动连接。

本技术方案中,通过设置的法兰,利用电机转轴的输入端的转动从而带动环形导
体的转动,同时将环形导体的另一侧通过轴承与输出端进行传动连接,从而通过输出端实
现对环形导体的支撑和转动,降低其运动过程中的摩擦系数,并保证其回转精度。

优选地,所述滑槽为自所述第二转子的一侧表面向另一侧表面凹陷,且所述滑槽
沿垂直所述电机转轴的轴心线方向延伸一定长度得到。

本技术方案中,将滑槽至第二转子的一侧表面向另一侧表面凹陷设置,目的是简
化滑槽的加工工艺,同时滑槽沿垂直电机转轴的轴心线方向延伸一定长度,主要是通过滑
槽的长度来限定转子与环形导体之间径向留有间隙的大小,从而根据转速对扭力进行调
整,保证轴向力、径向力相对稳定性。

优选地,所述磁铁结构的数量为多个,多个所述磁铁结构沿所述电机转轴的长度
方向排列。

本技术方案中,在不增加径向尺寸的基础增加,通过沿电机转轴的长度方向排列
多排径向圆周分布的永磁铁,即通过轴向增加磁铁布置数量,有效地在不增加径向尺寸的
基础上,有效地实现传递扭矩数倍增加。

优选地,所述环形导体由若干个导片拼接构成,每个所述导片呈弧形状结构,且相
邻所述导片之间通过连接块进行连接。

本技术方案中,将环形导体由若干个导片拼接构成,且每个导片呈弧形状结构,相
邻导片之间通过连接块进行连接,这样有效地简化了环形导体的加工工艺。

优选地,每个所述导片的外侧均设有若干个散热片。

本技术方案中,环形导体因为涡流发热永磁联轴器的一个很大的问题,过热会使
得永磁铁的磁性永久消失。因此通过径向圆周分布的方式,在环形导体圆周最外侧安装简
单的散热片,这样在电机的高速运转时,可以迅速将产生的热量带走,有效地解决了散热问
题。

优选地。所述环形导体采用铜或铝中的一种材料制成,所述转子为铝质材料制成。

本技术方案中,将环形导体采用铜或铝中的一种材料制成,同时转子为铝质材料
制成,目的是铜和铝电阻较小,发热小。从而有效地避免热量过大导致永磁铁的磁性消失。

综上所述,本发明提供的一种可调双离合机构的永磁联轴器的具有以下几个特
点:

1、本发明中,通过在输入端上设置的环形导体,以及输出端上设置的转子,且两者
的位置突破常规的轴向端面对轴向端面的传动方式,通过径向圆周分布的方式,利用轴向
增加磁铁布置数量,实现在不增加径向尺寸的基础上,有效地实现传递扭矩数倍增加,设计
巧妙合理。同时通过对转子结构的改进,将其设置成由第一转子和第二转子构成,且第一转
子朝向第二转子的一侧内侧壁上设有挡块;同时在第二转子上设有用于挡块贯穿的滑槽。
这样在电机转轴启动之前,通过挡块的限位来实现环形导体与转子之间的最小间隙。而该
最小间隙是根据正常传递扭矩的设计需要而设定的(例如2mm)。从而满足在运行过程中根
据转速对扭力进行自动调整,保证轴向力、径向力相对稳定性,整个结构不仅简单,且成本
较低。

2、本发明中,(1)、启动之前通过滑槽与挡块的配合,有效地限定转子与环形导体
之间径向留有间隙的大小;(2)、在电机启动时环形导体与转子之间的转速差最大,排斥力
远远大于吸引力,而巨大的排斥力把转子推开,转子向电机转轴的轴心方向移动,此时通过
限位杆与转子成垂直状态的限位杆在设计好的位置顶住转子。这样可以以较低的扭矩带动
转子慢慢增速。实现了软启动,有效地避免对负载端的传动冲击;(3)、随着转子的转速增
大,限位杆是重心偏位的杠杆,重心受到离心力的拉动开始向离开轴心的方向甩出,限位杆
转动90°与转子成平行状态。而一旦输出端的负载发生过载、卡死等问题时,输出端的转速
急速降低、甚至停转。这时环形导体与转子之间的转速差变的很大,环形导体与转子之间排
斥力大大高于吸引力。巨大的排斥力将转子推开,转子向电机转轴的轴心方向移动,由于在
正常运转状态下,限位杆已经在离心力的作用下与转子成平行状态,因此,转子在巨大的排
斥力作用下迅速向电机转轴的轴心方向移动,直到转子的被传动臂挡住为止,这样有效地
保护了电机,避免因负载端被卡死而导致烧坏。从而满足在运行过程中根据转速对扭力进
行自动调整,保证轴向和径向始终处于稳定状态。

3、本发明中,通过环形导体与输入端和输出端的连接方式,可以有效地保证稳定
转动的基础上,利用输出端对环形导体的支撑和转动,降低其运动过程中的摩擦系数,并保
证其回转精度。

4、本发明中,将环形导体由若干个导片拼接构成,且每个导片呈弧形状结构,相邻
导片之间通过连接块进行连接,这样有效地简化了环形导体的加工工艺。同时通过在环形
导体圆周最外侧安装简单的散热片,保证电机在高速运转时,可以迅速将产生的热量带走,
有效地解决了散热问题。

5、本发明中,通过径向布置,环形导体处于径向最外侧,线速度高,散热效果好,有
效地解决了环形导体发热的问题。更优的本产品可以做成封闭结构,这样可以避免外部的
粉尘、磁性颗粒物进入,从而避免影响永磁体的磁场效果。

6、本发明的结构相对简单,减少了产生故障的可能。

附图说明

下面将以明确易懂的方式,结合附图说明优选实施方式,对一种可调双离合机构
的永磁联轴器的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明一种可调双离合机构的永磁联轴器的结构示意图;

图2为图1中A-A方向的剖面结构示意图。

附图标号:

电机转轴1;输入端11;输出端12;

环形导体2;法兰21;轴承22;导片23;连接块24;散热片25;

转子3;第一转子31;永磁铁311;挡块312;第二转子32;滑槽321;间隙33;铝挡板
34;

传动臂4;

限位件5;限位杆51;弹性件52。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对照附图说明
本发明的具体实施方式。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于
本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他
的实施方式。

为使图面简洁,各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分,它们并不代表
其作为产品的实际结构。另外,以使图面简洁便于理解,在有些图中具有相同结构或功能的
部件,仅示意性地绘示了其中的一个,或仅标出了其中的一个。在本文中,“一个”不仅表示
“仅此一个”,也可以表示“多于一个”的情形。

在本发明的实施例一中,参看图1、2所示,一种可调双离合机构的永磁联轴器,包
括一电机转轴1,而电机转轴1包括输入端11和输出端12;输入端11主要与电机连接,且同轴
连接一环形导体2,输出端12上同轴连接一转子3,使得转子3位于环形导体2内侧,且转子3
与环形导体2之间径向留有一定距离的间隙33。

实际使用时,设置的转子由外至内设置的第一转子31和第二转子32。其中,在第一
转子31朝向环形导体的一侧外侧壁上设有磁体结构,而磁体结构主要由径向分布的若干个
永磁铁311构成,同时在第一转子31朝向第二转子32的一侧内侧壁上固定设置一挡块,进一
步的第二转子32上设有用于挡块贯穿的滑槽。这样当电机转轴1转动时,带动环形导体2转
动,此时环形导体2与转子3的磁场产生相对速度,环形导体2切割磁力线因而在环形导体2
上面(即外侧表面上)产生涡流,而涡流形成了电磁场,这个电磁场形成了南极、北极。随着
电机转轴1带动环形导体2的转动,环形导体2上涡流电磁场形成的南极、北极磁场也同步转
动,这就吸引了转子3上永磁铁311的南极、北极跟随环形导体2的转动。

其中,应说明的是,在环形导体2与转子3转动的过程中,两者之间同时存在着排斥
力和吸引力。在启动阶段环形导体2与转子3之间的转速差很大的情况下,排斥力大于吸引
力。随着转子3的跟随转速逐步增加,环形导体2与转子3之间的转速差逐步减少,环形导体2
与转子3之间的吸引力会逐步增大,超过排斥力。其中,电机启动之前,环形导体2与转子3之
间的最小间隙33在第一转子31和第二转子32之间进行滑动连接的基础上,利用挡块312对
滑槽321的端部抵接限位来实现的。而最小间隙33是根据正常传递扭矩的设计需要而设定
的,例如:2mm具体的根据实际需求做合理的设置均可。

在本申请中,滑槽321的设置方式有多种,本申请中,将滑槽为自第二转子32的一
侧表面向另一侧表面凹陷,且滑槽沿垂直电机转轴的轴心线方向延伸一定长度得到,该设
置简化滑槽的加工工艺,同时滑槽沿垂直电机转轴的轴心线方向延伸一定长度,主要目的
是利用滑槽的长度来限定转子与环形导体之间径向留有间隙的大小,设置巧妙合理。其中,
应说明的是,为进一步的简化滑槽的加工工艺,见图2所示,直接在第二转子32上设置一凹
陷,同时在凹陷内设置一铝挡板34。实际安装时,直接在铝挡板34上开设一滑槽321,将铝挡
板34固定在第二转子32上设置的凹陷内即可。·

在本发明的实施例二中,再次参看图1、2所示,在上述实施例的基础上做进一步的
改进,且改进之处在于:其中设置的转子3与输出端12的连接方式有多种,本申请中将第二
转子32靠近输出端12的一侧,即靠近输出端12的一侧通过一传动臂4与输出端12进行连接,
且传动臂4的外壁相对两侧上分别设置一限位件5,主要是通过设置的限位件5限定转子3朝
向输出端12的轴心方向的移动距离。使得环形导体2与转子3之间的间隙33从最小间隙33
(例如:2mm)增加到软启动需要的间隙33(例如:5mm)这样就在这个间隙33的状态下,可以以
较低的扭矩带动转子3慢慢增速,实现软启动,有效地避免对输出端12的传动冲击。

其中,设置的限位件5包括一限位杆51和一弹性件,限位杆51通过一弹性件与传动
臂4进行转动连接。这样当环形导体2与转子3之间的转速差达到最大值时,排斥力远远大于
吸引力。巨大的排斥力把转子3推开,此时限位杆51与转子3成垂直状态,转子3向电机转轴1
的轴心方向移动,导致环形导体2与转子3之间的间隙33从最小间隙33(例如:2mm)增加到软
启动需要的间隙33(例如:5mm)后被限位杆51所限定。随着转子3的转速增大,由于限位杆51
是重心偏位的杠杆,这样重心受到离心力的拉动开始向离开圆心的方向甩出,最后限位杆
51转动90°与转子3成平行状态。随着转子3的转速继续增大,环形导体2与转子3之间的转速
差逐步减少,环形导体2与转子3之间的吸引力会逐步增大,超过排斥力。吸引力逐渐把转子
3从软启动状态的间隙33(例如:5mm)拉回到启动前的初始状态的最小间隙33(例如:2mm)。
转子3的转速继续增大,直到到达正常传递扭矩的工作状态,此时,限位杆51在弹性件的弹
力作用下回复至初始状态,即与转子3成垂直状态。

需说明的是,弹性件本申请中采用扭力弹簧,在扭力弹簧的作用下使得限位杆51
在0°~90°之间的转动角度之间进行往复运动,从而实现对转子3与环形导体2之间径向留
有间隙33之间的距离进行调整。从而保证径向力的稳定性。更主要的是通过该限位件5,一
旦输出端12的负载发生过载、卡死等问题时,输出端12的转速急速降低、甚至停转。这时环
形导体2与转子3之间的转速差变的很大,环形导体2与转子3之间排斥力大大高于吸引力。
巨大的排斥力将转子3推开,转子3向电机转轴1的轴心方向移动,由于在正常运转时限位杆
51已经在离心力的作用下与转子3成平行状态,转子3在巨大的排斥力作用下迅速向电机转
轴1的轴心方向移动,一直到转子3被传动臂4挡住为止。此时,环形导体2与转子3之间的间
隙33增加到最大值。间隙33最大值具体根据实际使用的场景,设计计算出所需要的最大间
隙33(例如40mm),在这个最大值的间隙33下环形导体2与转子3之间的有效磁力线切割急剧
减少,相应产生的残余扭矩也急剧减少。同时也实现对电机的保护,避免不会因为负载端被
卡死而烧坏。如果负载端是瞬间过载,那么在过载消除之后,转子3会在磁力的作用下自动
回位,此时,限位杆51在弹性件的弹力作用下回复至初始状态,即与转子3成垂直状态,重新
回到正常传动状态。如果负载端长时间过载、卡死,可以停机检修,消除故障。

在本发明的实施例三中,在上述实施例的基础上做改进,且改进之处在于:其中,
环形导体2与电机转轴1的连接方式有多种,本申请中将环形导体2的一侧通过法兰21与输
入端11固定连接,用于限制环形导体2轴向移动,而环形导体2的另一侧通过一轴承22与输
出端12进行传动连接。不仅提高同步性,还保证轴向力、径向力的相对稳定性,整个结构不
仅简单,且成本较低。

在上述实施例中,应说明的是磁铁结构的数量可以为多个,且多个磁铁结构沿电
机转轴1的长度方向并排分布在所述转子3上,而每个永磁铁311通过一螺钉与转子3进行连
接,这样可以方便对永磁铁311的拆装,能在不增加径向尺寸的基础上,有效地实现传递扭
矩数倍增加。

在本实施例四中,参看图1所示,进一步的在上述实施例的基础上做改进,且改进
之处在于:设置的环形导体2由若干个导片23拼接构成,每个导片23呈弧形状结构,且相邻
导片23之间通过连接块24进行连接。即导片23的两端分别通过螺钉与连接块24进行连接,
这样不仅方便装拆,简化整个环形导体2的加工工艺,更优的是方便对单个导片23进行更
换,无需对整个环形导体2进行更换,降低生产成本。

实际使用时,环形导体2因为涡流发热是永磁联轴器的一个很大的问题,过热会使
得永磁铁311的磁性永久消失。所以一般永磁联轴器需要布置专门的散热装置。所以本申请
进一步的在每个导片23的外侧均设置若干个散热片25,可以直接暴露在空气里面,在电机
的高速运转时,散热片25可以迅速将产生的热量带走,有效地解决了散热问题。

其中,应说明的是,上述实施例中的环形导体2采用铜或铝中的一种材料制成,而
转子3为铝质材料制成。...

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图1
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