一种双输出无接触式高速电磁离合器的制作方法

1.本发明涉及一种离合器，具体涉及一种双输出无接触式高速电磁离合器。


背景技术：

2.离合器是机械传动中的常用部件，可将传动系统随时分离或接合，电磁离合器是靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。电磁离合器可分为干式单片电磁离合器、干式多片电磁离合器、湿式多片电磁离合器、磁粉离合器、转差式电磁离合器等。
3.电磁离合器工作方式又可分为通电结合和断电结合。干式单片电磁离合器,线圈通电时产生磁力吸合“衔铁”片，离合器处于接合状态，线圈断电时“衔铁”弹回，离合器处于分离状态。干式多片、湿式多片电磁离合器，原理同上，另外增加几个摩擦片，同等体积转矩比干式单片电磁离合器大，湿式多片电磁离合器工作时必须有油液或其它冷却液冷却。现有技术中均为摩擦式电磁离合器，耗电量大，结构复杂，容易卡死和磨损，可靠性低，摩擦式单输出电磁离合器无法实现双输出离合功能。同时，现有的电磁离合器在运行过程中，会产生较为明显的震动，会对电磁离合器造成一定的损伤，摩擦片在高速运转接触的同时，会导致电磁离离合器温度升高，热量储存在内部无法散出等问题，造成离合片卡死和磨损。
4.现有的电磁离合器的结构均为一个输入端和一个输出端，输入端只匹配一个输出端进行结合或分离，即一对一的结合分离。有些设备中，需要多转速输出，而且需要快速转换转速，改变扭矩大小，为满足这种工艺要求，往往采用多个规格的离合器进行相互匹配，这样造成加大安装空间，添加不必要的配套件，加大投入成本，还使得结构复杂，体积增加，且维护不便。申请号为2016206644670的一种双输出电磁离合器包括一个磁轭和一个输入侧联结件，所述磁轭内设两套线圈，每套所述线圈单独对应一套衔铁，每套所述衔铁单独与一套输出侧联结件相连，当一套所述线圈通电时，仅其对应的所述衔铁动作并与所述输入侧联结件结合，但是两套线圈不能同时通电，每套线圈单独对应一套衔铁，结构复杂，在高速条件下，不能达到较好的使用效率。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的在于提供一种双输出无接触式高速电磁离合器，通过两个从动转子共用一个主动转子的结构，不仅能实现双输出高速无接触离合器，同时还能节约设备空间和制造成本。
6.该目的采用以下技术方案实现：本装置包括同轴套装在主轴上的第一定子绕组结构、第一从动转子和主动转子，第一定子绕组结构能够使第一从动转子随主动转子同步旋转，第一定子绕组结构和第一从动转子位于主动转子和主轴之间，主动转子外侧还套装有第二定子绕组结构和第二从动转子，第二定子绕组结构能够使第二从动转子随主动转子同步旋转。
7.本发明的主动转子与原动机的输出端连接，第一从动转子和第二从动转子分别与第一工作机的输入端和第二工作机的输入端连接，第一定子绕组结构和第二定子绕组结构
分别包括第一线圈和第二线圈。第一线圈通电时，第一从动转子和主动转子之间产生磁场和转矩，原动机转动时，在不失部的情况下，磁阻效应下，第一从动转子跟随主动转子同步旋转，实现第一离合器的接通。第二线圈通电时，第二从动转子和主动转子之间产生磁场和转矩，原动机转动时，在不失部的情况下，磁阻效应下，第二从动转子跟随主动转子同步旋转，实现第一离合器的接通。当第一工作机或第二工作机需要和原动机断开时，只需要切断对应的第一线圈或第二线圈的电源即可，此时第一从动转子与主动转子之间、第二从动转子与主动转子之间没有磁场耦合和电磁转矩，因此对应的第一从动转子或第二从动转子呈自由减速状态实现双输出离合器的效果。
8.本装置与现有的双输出离合器相比，本装置的第一从动转子和第二从动转子共用一个主动转子，现有的双输出离合器为两个从动转子分别对应两个主动转子，以实现双输出效果，但是现有的双输出离合器结构与本装置相比更为复杂，离合器由于配件的增多重量也会相应增加，在实际使用时不能较好的达到高速的效果。其次，申请号为2016206644670的一种双输出电磁离合器，虽然实现了双输出效果，但是其两个线圈不能同时通电。而本装置的第一从动转子和主动转子之间产生的磁场与第二从动转子和主动转子之间产生的磁场方向不同，即一个为横向磁场一个为纵向磁场，两个输出转子不会互相干扰，因此本装置能够实现第一线圈和第二线圈同时通电，在使用时不会互相产生影响，相比现有的双输出离合器而言，本装置的使用效率更高。
9.同时，本装置的第一从动转子、第二从动转子和主动转子的齿数相同。基于磁阻效应原理，本装置与步进电机和开关磁阻电机相似但却有本质区别，步进电机和开关磁阻电机的定、转子齿数绝不能相等，否则无法连续旋转，而本离合器的主动和从动转子齿数是相等且对齐的。并且，第一从动转子和主动转子之间产生的磁场与第二从动转子和主动转子之间产生的磁场形成无接触横向和纵向电磁场耦合，还具有自动保护的效果。离合器依靠两个转子之间的最大静转矩保持主从部分的耦合，当出现故障或特殊情况，使得一方速度突变，负载转矩大于保持转矩时，则出现失步，主从部分自动脱离，并且分离迅速，不会影响从动转子的下一步动作，进一步的提高使用安全性。
10.其次，与现有的离合器相比，本装置的耦合部分无电磁线圈、磁钢、摩擦片等部件，因此在高速运行时能快速实现两段机械轴的分离，转速范围在0～20000r/min以上，更适宜于高速运行。
11.更进一步的，本装置的第一定子绕组包括第一定子和沿第一定子外侧面的周向方向缠绕的第一线圈。因此当第一线圈通电时，本装置的第一从动转子和主动转子之间产生横向磁场和转矩，此时两个转子完全齿对齿，原动机转动时，在不失部的情况下，磁阻效应下，第一从动转子跟随主动转子同步旋转，实现第一离合器的接通。优选的，第一定子绕组结构、第一从动转子和主动转子依次从内到外套装在主轴上。与第一从动转子、第一定子绕组结构、主动转子依次从内到外套装在主轴上的设置，第一定子绕组结构更靠近主轴时，第一线圈的直径更小，第一定子绕组结构、第一从动转子和主动转子之间的气隙更容易控制，在制备生产时难度更低，能进一步的节约成本。
12.同时，第二定子绕组结构包括第二定子，第二定子铁芯的内侧面上沿周向方向设置有第一定子级，第二定子铁芯的外侧面上沿周向方向设置有第二定子级，第一定子级和第二定子级上缠绕有第二线圈。因此第二线圈通电时，第一定子级上的第二线圈用于吸合
主动转子一起转动，第二定子级上的第二线圈用于吸合第二从动转子一起转动，并且第二从动转子和主动转子之间产生纵向磁场和转矩，此时两个转子完全齿对齿，原动机转动时，在不失部的情况下，磁阻效应下，第二从动转子跟随主动转子同步旋转，实现第一离合器的接通。
13.在此基础上，第二线圈包括第一组线圈和第二组线圈，第一组线圈和第二组线圈分别缠绕在第一定子级和第二定子级上。第一组线圈和第二组线圈串联。第一组线圈和第二组线圈同时通电，在第二从动转子和主动转子间产生纵向磁场和转矩，两个转子齿对齿。当原动机转动时，在不失步情况下，由于磁阻效应第二从动转子跟随主动转子同步旋转，实现第二离合器的接通。第二线圈的第一组线圈和第二组线圈延时通电时，在第二从动转子和主动转子间产生纵向错位磁场和转矩，此时两个转子齿与齿产生错位。当原动机转动时，容许两个转子失步，能防止离合器瞬间吸合造成的冲击抖动，能够进一步的保护本装置。优选的，第二从动转子上设置有稀土磁铁层，在额定转速下本装置的耦合力矩得到了更大的提高，因此本装置具有足够的耦合力矩。第一组线圈和第二组线圈同时通电时，在第二从动转子和主动转子间产生纵向与稀土磁铁同级的磁场和转矩。第二线圈的第一组线圈和第二组线圈延时通电时，在第二从动转子和主动转子间产生纵向与稀土磁铁同级的错位磁场和转矩。本装置的第二线圈、第二从动转子、磁铁在特定环境下具备发电功能，可实现能量回收，节能降耗。
14.更进一步的，第一从动转子、主动转子和第二从动转子的外侧面及转子铁芯槽内均设置有碳纤维层。碳纤维层有效的防止了第一从动转子、主动转子和第二从动转子在高速运行时的变形，提高了离合器的安全性能，减轻了离合器的材料比重。更有利于高速运行。
15.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
16.本发明一种双输出无接触式高速电磁离合器，本装置采用两个从动转子共用一个主动转子的结构，不仅实现了双输出高速无接触离合器功能，同时结构简单、运行可靠，节约设备空间和制造成本；并且，本装置的第一线圈和第二线圈产生不同方向的磁场，因此两个输出转子不会相互干扰，进一步的提高了使用效率；同时，本装置的无接触横向和纵向电磁场耦合的方式，使得本装置具有自动保护功能，并且耦合部分无电磁线圈、磁钢、摩擦片等部件，因此适宜于高速运行，能够分离迅速。
17.其次，第二线圈、第二从动转子、稀土磁铁在特定环境下具备发电功能，可实现能量回收，节能降耗。第二线圈采用了第一组线圈和第二组线圈的分组控制，有效的防止了离合器瞬间吸合造成的冲击抖动。
18.同时，采用碳纤维材料对主动转子、第一从动转子和第二从动转子进行包裹处理，有效的防止了转子在高速运行时的变形，提高了离合器的安全性能，进一步减轻了本装置的重量。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
20.图1为本装置结构示意图；
21.图2为实施例2中本装置剖面结构示意图；
22.图3为第二定子绕组结构示意图。
23.附图中标记及对应的零部件名称：
24.1-主轴，2-轴承，3-第一定子，4-第一线圈，5-第一从动转子，6-主动转子，7-第二定子，8-第二线圈，9-第二从动转子，10-离合器外壳，11-稀土磁铁层，12-碳纤维层，13-第一定子级，14-第二定子级。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
27.【实施例1】
28.如图1所示，本装置包括同轴套装在主轴1上的第一定子绕组结构、第一从动转子5和主动转子6，主动转子与原动机的输出端连接，第一定子绕组结构和第一从动转子5位于主动转子6和主轴1之间，主动转子6外侧还套装有第二定子绕组结构和第二从动转子9，第一定子绕组结构安装在主轴上，并安装上轴承2，将第一从动转子5、主动转子6安装在轴承2上。将第二定子安装在轴承2上，再将第二从动转子9安装在轴承2上，装上离合器外壳10组成双输出无接触式高速电磁离合器，如图2所示，离合器外壳10与主轴1同轴设置。
29.第一从动转子和第二从动转子分别与第一工作机的输入端和第二工作机的输入端连接，第一定子绕组结构和第二定子绕组结构分别包括第一线圈和第二线圈。
30.在本实施例中如图1所示，第一定子绕组结构、第一从动转子5和主动转子6依次从内到外套装在主轴1上，第二定子绕组结构、第二从动转子9、离合器外壳10依次从内到外套装在主动转子6外侧。
31.第一线圈通电时，第一从动转子和主动转子之间产生磁场和转矩，原动机转动时，在不失部的情况下，磁阻效应下，第一从动转子跟随主动转子同步旋转，实现第一离合器的接通。第二线圈通电时，第二从动转子和主动转子之间产生磁场和转矩，原动机转动时，在不失部的情况下，磁阻效应下，第二从动转子跟随主动转子同步旋转，实现第一离合器的接通。
32.当第一工作机或第二工作机需要和原动机断开时，只需要切断对应的第一线圈或第二线圈的电源即可，此时第一从动转子与主动转子之间、第二从动转子与主动转子之间没有磁场耦合和电磁转矩，因此对应的第一从动转子或第二从动转子呈自由减速状态实现双输出离合器的效果。
33.【实施例2】
34.在实施例1的基础上，如图2所示第一定子绕组包括第一定子3和沿第一定子3外侧面的周向方向缠绕的第一线圈4。第二定子绕组结构包括第二定子7，第二定子7铁芯的内侧
面上沿周向方向设置有第一定子级13，第二定子7铁芯的外侧面上沿周向方向设置有第二定子级14，第一定子级13和第二定子级14上缠绕有第二线圈8。第一从动转子5和主动转子6的齿数相同，第二从动转子和主动转子的齿数相同。
35.当第一线圈通电时，本装置的第一从动转子和主动转子之间产生横向磁场和转矩，此时两个转子完全齿对齿，原动机转动时，在不失部的情况下，磁阻效应下，第一从动转子跟随主动转子同步旋转，实现第一离合器的接通。
36.当第二线圈通电时，第一定子级上的第二线圈用于吸合主动转子一起转动，第二定子级上的第二线圈用于吸合第二从动转子一起转动，第二从动转子和主动转子之间产生纵向磁场和转矩，此时两个转子完全齿对齿，原动机转动时，在不失部的情况下，磁阻效应下，第二从动转子跟随主动转子同步旋转，实现第一离合器的接通。
37.在本实施例中第一线圈产生横向磁场，第二线圈产生纵向磁场，第一线圈和第二线圈产生不同方向的磁场，两个输出转子不会相互干扰，使用效率更高。
38.【实施例3】
39.在实施例1的基础上，第一从动转子5、第一定子绕组结构和主动转子6依次从内到外套装在主轴1上，第二定子绕组结构、第二从动转子9、离合器外壳10依次从内到外套装在主动转子6外侧。第一定子绕组包括第一定子3和沿第一定子3外侧面的周向方向缠绕的第一线圈4，第二定子绕组结构包括第二定子7和缠绕在第二定子7的铁芯齿部上的第二线圈8。第一从动转子5和主动转子6的齿数相同，第二从动转子和主动转子的齿数相同。
40.本实施例与实施例2相比，本实施例中，第一线圈产生横向磁场，第二线圈产生纵向磁场，第一线圈和第二线圈产生不同方向的磁场，两个输出转子不会相互干扰。但是，若第一从动转子5、第一定子绕组结构和主动转子6依次从内到外套装在主轴1上，沿第一定子3外侧面的周向方向缠绕的第一线圈4的直径更大，成本更高，不便于长期使用。
41.【实施例4】
42.在实施例2的基础上，如图3所示，第二线圈8包括第一组线圈和第二组线圈，第一组线圈和第二组线圈分别缠绕在第一定子级13和第二定子级上14。第一组线圈和第二组线圈串联。在本实施例中，第二从动转子9上设置有稀土磁铁层11。第二从动转子上装有稀土磁铁，在额定转速下的耦合力矩能够得到更大的提高。第二线圈8、第二从动转子和稀土磁铁在特定环境下具备发电功能，可实现能量回收，节能降耗。
43.第二线圈的第一组线圈和第二组线圈同时通电，第二从动转子和主动转之间产生纵向与稀土磁铁层同极的磁场和转矩，第二从动转子和主动转子齿对齿。当原动机转动时，在不失步情况下，由于磁阻效应第二从动转子跟随主动转子同步旋转，实现第二离合器的接通。
44.第二线圈的第一组线圈和第二组线圈延时通电时，第二从动转子和主动转子之间产生纵向与稀土磁铁层同极的错位磁场和转矩，第二从动转子和主动转子齿与齿产生错位。当原动机转动时，容许两个转子失步，防止离合器瞬间冲击抖动。
45.【实施例5】
46.在实施例4的基础上，第一从动转子5、主动转子6和第二从动转子9的外侧面及转子铁芯槽内均设置有碳纤维层12。
47.在使用时，首先在第一从动转子5、主动转子6和第二从动转子9的外侧面上采用碳
纤维丝，沿第一从动转子5、主动转子6和第二从动转子9的周向方向分别缠绕碳纤维丝，得到第一从动转子5、主动转子6和第二从动转子9的外侧面上的碳纤维层。然后将第一从动转子5、主动转子6和第二从动转子9放入模具中，将碳纤维材料注塑在第一从动转子5、主动转子6和第二从动转子9的铁芯槽内，得到位于转子铁芯槽内的碳纤维层。
48.本文中所使用的“第一”、“第二”等只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。
49.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。