技术领域

本发明涉及机械工程中的传动技术领域，是一种非接触式连接的磁感应耦合器，具体是一种Halbach型阵列双筒式可调速磁力耦合器。它可应用于振动频率高幅度大的电机和负载之间，作为动力传递和调速的传动系统。

背景技术

传动部分是机械工程领域最基本最重要的部分之一，其中涉及的行业有矿山、冶金、航空、兵器、水电、化工、轻纺以及交通运输部门，磁力耦合器利用永磁体产生的磁场传递力和运动，可以弥补这些场合下的变频不足，一方面，磁力耦合器中主、从动盘不直接接触的物理结构特性可使其工作环境较其他传动部件恶劣，在火力发电厂、煤矿等煤粉、炉灰、腐蚀性气体充斥的恶劣场合，磁力耦合器运行稳定可带动风机等部件实现稳定的变频，可靠性强，维护成本低，生产效率高；另一方面，磁力耦合器在功率消耗方面也会有所降低，当风机、泵类的工作转速和流量控制在额定值的80％时，能量消耗的额定功率为64％，更加节约了能源和生产成本。除了这些，对过载具有保护和隔震作用，实现软驱动；结构简单，制造装配成本低；电流频率不高，不存在电磁干扰；调速机构采用机械调速的方式，安装误差容忍度高，可靠性高，寿命长等有点。

在专利201710609274.4中公开了一种可调速聚磁式双筒异步磁力耦合器，该发明采用聚磁型双筒式结构，通过在永磁体的上下两端设置铜导体，将永磁体包围其中，磁体双面发生作用，使铜导体产生涡流，实现转矩的传递，但该发明采用永磁体形状、充磁和排布方式均采用传统的Halbach方法，其中永磁体层和轭铁层并没有结合考虑，而本发明的磁力耦合器所采用的永磁体排列方式通过控制永磁体嵌入永磁转子基体部分的比例来达到在节省永磁体的情况下达到传统Halbach永磁转子的单边磁场密度。同时较传统的Halbach阵列排布这种永磁体排列方式也大大节约了排列空间，可以在较小的空间形成较大的磁场，提升耦合器的功率密度。在考虑永磁转子空间利用率的情况下，在磁场模拟软件中优化矩形切槽深度使得磁场强度不以永磁体的减少而降低，并不牺牲永磁转子产生的单边磁感应强度，这就将提高了永磁体利用率，加大了单边磁感线密度，提高永磁转子空间利用率三者结合起来进行了优化。

在专利201210434324.7中公开了一种可自动变速的磁力调速器及其调速方法，通过齿轮传动和螺纹传动，使得两从动盘基体分别沿轴向作相向或相背运动，从而改变从动盘与驱动盘之间的气隙厚度实现调速，但该发明调速过程中调速装置会受到从动盘和驱动盘之间巨大的轴向力影响，对伺服电机的输出功率要求较高，同时，伺服电机设置在旋转轴上，工作时伺服电机会随之旋转，将对实际的调速过程产生影响，而本发明调速装置在调速过程中，由于采用了筒式结构，所以磁力耦合器轴向力很小，对伺服电机的输出扭矩要求低。此外，由于本发明中的调速装置不随驱动轴和从动轴的旋转而旋转，因此可实现伺服电机的固定安装，因此，调速更加实用且容易实现。采用的丝杠和滑轮调节从动盘左右移动，精度更加高更加可靠，自锁功能也更易实现，而且在加工方式上加工成本上也更占优势。

本发明的优点

(1)在本发明中，导体转子总成与永磁转子总成非接触传递转矩，避免了机械式联轴器传动时摩擦、磨损以及振动等问题，降低了传动部件的损耗；实现了负载与电机分离，通过调节永磁体与铜层的相对啮合面积，实现了电机的轻载启动、过载保护与无级变速等功能。

(2)本发明磁力耦合器采用Halbach阵列结构，磁力耦合器永磁体排列方式采用径向和轴向结合的排列方式，从而形成一种立体式Halbach阵列结构。不是通过增加磁极对数使磁场强度大大提升，而是形成了Halbach阵列来达到聚磁的功能从而增加磁场强度，同时永磁体排列方式采用突破常规的立体式排布也大大节约了排列空间，可以在较小的空间形成较大的磁场。由于Halbach型阵列分解后的平行磁场与径向磁场的相互迭加使得另一侧的磁场强度大幅度提升，这样可有效地减小转子的体积，提升联轴器的功率密度和永磁体的利用率。

(3)在本发明中，调速装置调节永磁体与铜层相对啮合面积时，所产生的轴向力很小，降低了对调速装置中伺服电机输出扭矩的要求，同时，调速装置不随驱动轴和从动花键轴的旋转而旋转，使结构更加可靠，安装更加方便。