動力傳動、節(jié)能減排、動設(shè)備、磁力驅(qū)動。

背景技術(shù)：

從人類利用地磁驅(qū)動發(fā)明羅盤開始，磁場能量的利用研究便一直沒有停止過。伴隨著現(xiàn)代磁學(xué)理論的發(fā)展，磁力驅(qū)動產(chǎn)品在工業(yè)中的應(yīng)用便層出不窮，磁力泵、磁力軸承、磁力耦合器、磁力齒輪等等。限于磁性材料的制約，磁力驅(qū)動技術(shù)發(fā)展緩慢，直到1983年，中國發(fā)明了高性能永磁材料釹鐵硼，磁力驅(qū)動產(chǎn)品才得到快速發(fā)展應(yīng)用。

磁力耦合器從磁力泵等磁力驅(qū)動產(chǎn)品中獨立出來作為單獨的分支發(fā)展以來，出現(xiàn)了形形色色的產(chǎn)品，但都局限于結(jié)構(gòu)方面的原因，只能局限于中小功率、中小扭矩區(qū)間的動設(shè)備動力傳動應(yīng)用中，而且價格昂貴。像火電廠的一次風(fēng)機(6000KW，1496r/min)、二次風(fēng)機(4550KW，1495r/min)、碎煤機(1200KW，490r/min)和鋼廠、礦場的大型風(fēng)機等動設(shè)備，現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品都無法滿足實際應(yīng)用需求。

節(jié)能減排是目前迫切需求。動設(shè)備節(jié)能，目前比較高效的有變頻調(diào)速節(jié)能和溝槽凸輪機構(gòu)調(diào)速磁力耦合器調(diào)速節(jié)能。變頻器使用壽命較短，環(huán)境適應(yīng)能力差，占地空間大，維護(hù)需求高，高壓變頻器故障率則更高，可靠性差。目前已進(jìn)行應(yīng)用的溝槽凸輪機構(gòu)調(diào)速磁耦(筒式和盤式)因結(jié)構(gòu)原因應(yīng)用范圍有限，且價格昂貴。液冷溝槽凸輪機構(gòu)調(diào)速盤式磁耦只能勉強應(yīng)用到2500KW以下中等轉(zhuǎn)速的動設(shè)備中，風(fēng)冷溝槽凸輪機構(gòu)調(diào)速盤式磁耦只能勉強應(yīng)用到350KW以下中等轉(zhuǎn)速的動設(shè)備中。筒式磁耦則更差，液冷調(diào)速產(chǎn)品只能勉強應(yīng)用到800KW以下中等轉(zhuǎn)速的動設(shè)備中，且安全可靠性不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明重在找到一種解決動設(shè)備調(diào)速節(jié)能的技術(shù)方法，伴隨著這種技術(shù)方法而引伸出幾種類型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器——風(fēng)冷A型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器、風(fēng)冷B型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器、風(fēng)冷C型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器、風(fēng)冷D型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器、液冷A型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器、液冷B型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器、液冷C型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器、液冷D型外置電機 滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器。

附圖說明

圖1所示為風(fēng)冷A型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器，液冷A型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器加裝外殼，冷卻液通過外殼上管道進(jìn)出，強制液冷。

圖4所示為風(fēng)冷B型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器，液冷B型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器加裝外殼，冷卻液通過外殼上管道進(jìn)出，強制液冷。

圖7所示為風(fēng)冷C型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器，液冷C型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器加裝外殼，冷卻液通過外殼上管道進(jìn)出，強制液冷。

圖10所示為風(fēng)冷D型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器，液冷D型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器加裝外殼，冷卻液通過外殼上管道進(jìn)出，強制液冷。

幾種結(jié)構(gòu)類型的外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器，都包含如下幾個部分：圖中標(biāo)號1和5為感應(yīng)盤組件，2和4為磁塊固定盤組件，3為調(diào)速機構(gòu)(A型和B型的標(biāo)號3為滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)，C型和D型的標(biāo)號3為齒輪傳動滑動絲杠調(diào)速機構(gòu))，6為高速回轉(zhuǎn)導(dǎo)電接頭(或電動調(diào)速專用高速回轉(zhuǎn)接頭)，7為電機定子，8為電機轉(zhuǎn)子，11為中心傳動軸。圖4和圖10中使用的是外轉(zhuǎn)子電機，圖1和圖7中使用的是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機。圖1和圖7中標(biāo)號9為同步盤，10為脹套。

幾種結(jié)構(gòu)類型的外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器中，所有的感應(yīng)盤組件由限位螺栓聯(lián)結(jié)組成外轉(zhuǎn)子，所有的磁塊固定盤組件串聯(lián)在中心傳動軸上，和滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)一起組成內(nèi)轉(zhuǎn)子，電機驅(qū)動滑動絲杠組件，滑動絲杠組件使旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動(絲杠螺母和磁塊固定盤組件固定在一起)，從而改變磁塊固定盤組件和感應(yīng)盤組件之間的距離(磁場耦合間隙)，以達(dá)到調(diào)速節(jié)能的目的(磁場耦合間隙的變化，將導(dǎo)致磁耦內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差的變化，也就是輸入輸出轉(zhuǎn)速的變化)。高速回轉(zhuǎn)導(dǎo)電接頭的電刷和滑環(huán)連通電路。雙向開關(guān)控制進(jìn)入電機的電流方向，從而改變電機轉(zhuǎn)向。

圖2所示為A型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機外置滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)，由內(nèi)轉(zhuǎn)子電機和滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)3等組成。圖中標(biāo)號7為電機定子，8為電機轉(zhuǎn)子，9為同步盤，10為脹套，3-1為限位擋圈，3-2為微調(diào)彈簧，3-3為同步桿，3-8為保持架，3-4為螺母，3-5為絲杠，3-4和3-5組成滑動絲杠組件，電機中心軸做成空心軸，固定在絲杠3-5上，絲杠3-5由軸承隔離磁耦中心傳動軸高速旋轉(zhuǎn)的影響，電機定子由同步盤9和脹套10保持和磁耦中心傳動軸相對靜止。

圖5所示為B型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器的滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)。圖中標(biāo)號3-1為限位擋圈，3-2為微調(diào)彈簧，3-3為同步桿，3-8為保持架，3-4為螺母，3-5為滑動絲杠?；瑒咏z杠調(diào)速機構(gòu)3與外轉(zhuǎn)子電機等組成外轉(zhuǎn)子電機外置滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)，滑動絲杠由電機外轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動，電機中心軸和磁耦中心傳動軸同體。

圖8為C型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器的齒輪傳動滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)。圖中標(biāo)號3-1為滑動絲杠組件，3-6為齒輪，3-7為齒輪軸，3-13為限位擋圈，3-12為微調(diào)彈簧，3-11為同步桿。齒輪傳動滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)3與內(nèi)轉(zhuǎn)子電機等組成內(nèi)轉(zhuǎn)子電機外置齒輪傳動滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)，電機中心軸做成空心軸，固定在齒輪軸3-7上，齒輪軸3-7由軸承隔離磁耦中心傳動軸高速旋轉(zhuǎn)的影響，電機定子由同步盤9和脹套10保持和磁耦中心傳動軸相對靜止，電機內(nèi)轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪軸3-7，經(jīng)齒輪傳動，驅(qū)動滑動絲杠組件3-1。

圖11為D型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器的齒輪傳動滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)。圖中標(biāo)號3-1為滑動絲杠組件，3-6為齒輪，3-7為齒輪軸，3-13為限位擋圈，3-12為微調(diào)彈簧，3-11為同步桿。齒輪傳動滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)3與外轉(zhuǎn)子電機等組成外轉(zhuǎn)子電機外置齒輪傳動滑動絲杠調(diào)速機構(gòu)，電機中心軸和磁耦中心傳動軸同體，電機外轉(zhuǎn)子與齒輪軸3-7固定在一起，齒輪軸3-7由軸承隔離磁耦中心傳動軸高速旋轉(zhuǎn)的影響，電機外轉(zhuǎn)子驅(qū)動齒輪軸3-7，經(jīng)齒輪傳動，驅(qū)動滑動絲杠組件3-1。

圖13、圖14所示為A型、B型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器用磁塊固定盤組件，C型、D型用磁塊固定盤組件類似。圖中清楚示出了磁塊的分布情況。

圖15所示為高速回轉(zhuǎn)導(dǎo)電接頭，采用模塊化結(jié)構(gòu)，滑環(huán)的數(shù)量根據(jù)需要確定，圖中所示為三個滑環(huán)(可為六個或任意個)，連通三根導(dǎo)線，中間環(huán)6-2、防護(hù)層6-7、防護(hù)層6-1采用電絕緣材料，6-5為電刷，6-4為滑環(huán)(鑲嵌于防護(hù)層6-1內(nèi))，6-8為微調(diào)彈簧(用來平衡接觸壓力)，6-3為導(dǎo)線，6-9為軸承。電刷內(nèi)接滑環(huán)，外接外部電源?；h(huán)6-4鑲嵌在防護(hù)層6-1內(nèi)部，固定在電機7上。電刷6-5裝配在絕緣材料內(nèi)部與支架保持相對靜止，依靠軸承6-9隔離電機7高速旋轉(zhuǎn)的影響。高速回轉(zhuǎn)導(dǎo)電接頭以電刷和滑環(huán)作為動態(tài)接觸，也可以將電刷和滑環(huán)反裝，由滑環(huán)內(nèi)接電刷，外接外部電源。

圖16、圖17所示為感應(yīng)盤組件，盤面上分布有凸起葉片，以助散熱。未知設(shè)備旋向時，可選用圖16所示形狀，如已知設(shè)備旋向，可選用圖17所示的流線形狀，以增加散熱量并減小擾流噪聲。在散熱量足夠的情況下，感應(yīng)盤組件使用平盤即可，可不要凸起葉片，以簡化制造工藝。

圖18、圖19、圖20、圖21所示為電動調(diào)速專用高速回轉(zhuǎn)接頭，采用模塊化串聯(lián)結(jié)構(gòu)， 可串聯(lián)任意通道，圖18、圖19中所示為三通道，其內(nèi)轉(zhuǎn)子由螺栓6-29聯(lián)結(jié)各部分，然后和回轉(zhuǎn)接頭的外轉(zhuǎn)子裝配組成一個整體，再用定位螺釘固定于電機上，其外轉(zhuǎn)子靜止不動，以連接外部電源。兩端密封環(huán)6-20、6-21可采用碳化鎢、石墨等材料，中間有電線進(jìn)出部分的6-5、6-7、6-8、6-24、6-25可采用電絕緣材料，6-22采用電接觸材料，6-23采用電絕緣材料鑲嵌電接觸材料的組合結(jié)構(gòu)，6-14為彈簧，用來平衡接觸壓力，彈簧處的導(dǎo)向銷6-15對彈簧起導(dǎo)向限位作用，防止高速回轉(zhuǎn)時彈簧在離心力作用下失效。

電動調(diào)速專用高速回轉(zhuǎn)接頭可用來取代高速回轉(zhuǎn)導(dǎo)電接頭，電動調(diào)速專用高速回轉(zhuǎn)接頭比高速回轉(zhuǎn)導(dǎo)電接頭具有更好的防水、防塵和防爆性能，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，經(jīng)濟性差。

圖3、圖6、圖9、圖12所示為A型、B型、C型和D型外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器取下內(nèi)部兩端支承軸承的結(jié)構(gòu)示意，傳動軸之間聯(lián)接采用脹套，其它系列也可這樣做，但這種方案僅可用在低載情況和軸竄很微小的情況，原因如下：感應(yīng)盤組件1和5由螺栓聯(lián)結(jié)組成外轉(zhuǎn)子，磁塊固定盤組件2和4與調(diào)速機構(gòu)由中心傳動軸連接組成內(nèi)轉(zhuǎn)子，內(nèi)外轉(zhuǎn)子互不接觸，但由于裝配時很難保證感應(yīng)盤與磁塊固定盤的平行度，所以會對電機中心軸軸承支承處和負(fù)載傳動軸軸承支承處造成交變應(yīng)力(磁場耦合附加彎矩的作用)，以致于軸過度磨損失效。此外，軸竄的影響會造成不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時會造成事故?？偟膩碚f，此種方案要慎用。

具體實施方式

外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器所包含的各組成零部件，現(xiàn)代工業(yè)制造技術(shù)均可加工制造。電機、磁塊、軸承均可由專業(yè)廠商配套生產(chǎn)，其它零部件機加工、模具成形、焊接即可。

外置電機滑動絲杠電動調(diào)速盤式磁力耦合器作為一種動設(shè)備，其成品要想成功應(yīng)用，必須具備以下兩個條件：(1)功率標(biāo)定——建立完備的測試臺架(各功率扭矩區(qū)間)，以完成系列化產(chǎn)品的標(biāo)定。(2)動平衡檢測——旋轉(zhuǎn)設(shè)備必須達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的動平衡要求，以達(dá)到必要的安全可靠性。