动力传动、 节能减排、 动设备、 磁力驱动。 背景

从人类利用地磁驱动发明罗盘开始说， 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

书

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。

磁力耦合器从 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, 96r/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。

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

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 F 型滚珠丝杠电动调速盘式磁力耦合器——风冷 F型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦 （FTF系列）、 液冷 F型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦 （YTF系列）。

附图说明 图 1为风冷 F型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦 (FTF系列）， 图 11为液冷 F型滚珠丝杠电动 调速盘式磁耦（YTF系列）。

F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。

两大系列 F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。 电机内转子带动丝杠转动， 丝杠转动， 丝杠螺母（和磁块固定袅固定在一起）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)。

图 2所示为 H向视图。

图 3所示为 A- A剖视， 清楚表达出了三根同步杆的位置。

图 4所示为磁块固定盘 2，清楚表达出了动力传动的方式一一半轴， 同时示出了磁块的分 布情况。

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， 但可沿中心传动 轴 11滑动，磁块固定盘 4依靠三根同步杆 3-3来进行传动联接，同时示出了磁块的分布情 况。

图 6为内转子电机外置滚珠丝杠调速机构， 限位挡圈 3-1用来保证同步杆 3-3不会发生 轴向窜动， 3- 2为微调弹簧， 3- 4为丝杠螺母， 3- 5为丝杠， 3-8为同步杆保持架。 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和丝杠 3-5用紧定螺钉 13固定在一起， 同步转动。 滚珠丝杠和电机均可由专业厂家批量生产。

图 7、 图 8、 图 9、 图 10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 7、 图 8中所示为三通道， 其内转子由螺栓 6- 29联结各部分， 然后和回转接 头的外转子装配组成一个整体， 再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 6-20、 6- 21可采用碳化钨、石墨等 材料， 中间有电线进出部分的 6-5、 6-7、 6-8、 6-24、 6-25可采用电绝缘材料， 6- 22采用电 接触材料， 6-23采用电绝缘材料镶嵌电接触材料的组合结� �， 6- 14为弹簧， 用来平衡接触压 力，弹簧处的导向销 6-15对弹簧起导向限位作用，防止高速回转时� �簧在离心力作用下失效。 图 12、 图 13所示为液冷 F型滚珠丝杠电动调速盘式磁耦（YTF系列）外� �与内部的高速 回转密封组件， 密封环 36-3、 36-4、 36-6、 36-7、 41-3、 41-4、 41-6、 41- 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 36-11、 41- 11用来补偿密封环的磨损， 平衡 密封压力， 弹簧处的导向铕 36-2、 41- 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 36 1、 36-10、 41-1、 41-10与导向销 36-2、 41-2组合起定位作用， 36-5、 36-8、 36-9、 41-5、 41-8、 41 - 9为静密封, 用 0形圈即可。

图 14、 图 15为感应盘， 盘面上分布有凸起叶片， 已助散热。未知设备旋向时， 可选用图 14所示形状， 如已知设备旋向， 可选用图 15所示的流线形状， 已增加散热量并减小扰流噪 声。

图 16所示为 FTF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，磁块阖定盘 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。

图 17所示为一种概念型内转子电机外置滚珠丝杠� ��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和丝杠由紧定螺钉固定在 一起。 电机不通电时， 电机转子 8、 丝杠、 磁块固定盘和中心传动轴同歩高速旋转。调速 时， 依靠电机转子与中心传动轴的差速实现丝杠螺 母的轴向移动。 此种方案最大的缺点是——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——结构简单。

具体 式

F型滚珠丝杠电动调速盘式磁力耦合器所包含� �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。

F型滚珠丝杠电动调速盘式磁力耦合器作为一� �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� ��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� ��规定的动平衡要求， 以达到必要 的安全可靠性。