阅读说明：本技术 一种海尔贝克阵列式耦合器 (A kind of Halbach array formula coupler ) 是由 王爽 李德永 郭永存 胡坤 周军鹏 苏畅 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于磁感应技术领域,具体的说是一种海尔贝克阵列式耦合器,包括输入轴、输入端盖、轴承组、输出轴、输出端盖、外壳、降温机构和缓冲机构；所述轴承组包括一号轴承和二号轴承；所述输入端盖与输出端盖之间通过外壳连接,输入端盖的外端通过螺钉固定连接有输入轴,输入端盖的内侧壁中转动安装有一号轴承,输入端盖的内表面固定安装有轴向铜导体；本发明主要用于解决现有的磁力耦合器在常年炎热地区的载货车上使用时会因震动力导致内部零件损坏,且在这种高温环境下易导致耦合器内的磁性下降或消失,同时由于磁力耦合器会产生漏磁现象即导致磁感应线发生损耗,从而导致磁力耦合器的传动效率受到影响的问题。(The invention belongs to magnetic induction technical field, specifically a kind of Halbach array formula coupler, including input shaft, input end cap, bearing group, output shaft, output end cap, shell, cooling mechanism and buffer gear；The bearing group includes No.1 bearing and No. two bearings；By cage connection between the input end cap and output end cap, the outer end for inputting end cap is fixedly connected with input shaft by screw, inputs in the inner sidewall of end cap and be rotatably equipped with No.1 bearing, and the inner surface for inputting end cap is fixedly installed with axial copper conductor；Present invention is mainly used for the existing magnetic couplings of solution inner body can be caused to damage because of shaking force when using on the load-carrying vehicle of long-term hot area, and the magnetic decline in coupler is easily led under this hot environment or is disappeared, simultaneously because magnetic coupling can generate the problem of magnetic flux leakage causes the line of magnetic induction to be lost, is affected so as to cause the transmission efficiency of magnetic coupling.)

一种海尔贝克阵列式耦合器

技术领域

本发明属于磁感应技术领域，具体的说是一种海尔贝克阵列式耦合器。

背景技术

在微波系统中，往往需将一路微波功率按比例分成几路，这就是功率分配问题。实现这一功能的元件称为功率分配元器件即耦合器，主要包括：定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。

海尔贝克阵列(Halbach Array)是一种磁体结构，是工程上的近似理想结构，目标是用最少量的磁体产生最强的磁场。1979年，美国学者Klaus Halbach做电子加速实验时，发现了这种特殊的永磁铁结构，并逐步完善这种结构，最终形成了所谓的“Halbach”磁铁，随着磁领域被逐渐开发完善，耦合器与磁力结合便形成了磁力耦合器，磁力耦合器的工作原理遵循磁的库仑定律，即两个相隔一定距离的磁体，由于磁场感应效应，它们不需要任何传统机械构件，通过磁体的耦合力，就能把功率从一个磁体传递到另外一个磁体，构成一个非接触传递扭矩机构，由于其具备的优良性能，磁力耦合器在汽车领域也开始被使用，但是对于一些常年炎热地区的载货车来说，由于载货车经常行驶于乡下的坑洼路面，造成对磁力耦合器的震动较大易使得其内部零件发生损坏，同时由于工作时磁力耦合器会生热，与外界空气的高温结合后会使得其内部的温度较高，而在这种高温下极易导致磁力耦合器的磁性下降或消失，从而导致传动力受到影响，不利于人们的日常使用，同时由于磁力耦合器内会发生漏磁现象，随即导致磁感应线发生损耗，致使传动效率受到影响。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提出的一种海尔贝克阵列式耦合器。本发明主要用于解决现有的磁力耦合器在常年炎热地区的载货车上使用时会因震动力导致内部零件损坏，且在这种高温环境下易导致耦合器内的磁性下降或消失，同时由于磁力耦合器会产生漏磁现象即导致磁感应线发生损耗，从而导致磁力耦合器的传动效率受到影响的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种海尔贝克阵列式耦合器，包括输入轴、输入端盖、轴承组、输出轴、输出端盖、外壳、降温机构和缓冲机构；所述轴承组包括一号轴承和二号轴承；所述输入端盖与输出端盖之间通过外壳连接，输入端盖的外端通过螺钉固定连接有输入轴，输入端盖的内侧壁中转动安装有一号轴承，输入端盖的内表面固定安装有轴向铜导体；所述一号轴承的内部固定连接有输出轴；所述输出轴的右端通过二号轴承转动穿插连接在输出端盖内，输出轴的中部外表面固定连接有径向磁转子，输出轴的两端外表面固定连接有轴向磁转子；所述轴向磁转子采用轴向海尔贝克永磁体阵列；所述径向磁转子采用径向海尔贝克永磁体阵列；所述输出端盖的内表面固定安装有轴向铜导体；所述轴向磁转子的内表面固定连接有轭铁盘，轴向磁转子采用单块三极式海尔贝克阵列分布；所述径向磁转子采用极间隔断型海尔贝克阵列安装在凹槽内，径向磁转子的外端设有径向铜导体；所述径向铜导体固定安装在外壳的内表面；因轴向磁转子采用轴向海尔贝克永磁体阵列，径向磁转子采用径向海尔贝克永磁体阵列，相较于普通的永磁体分布，轴向海尔贝克永磁体阵列与径向海尔贝克永磁体阵列形成的磁场一侧磁感应线密集，另一侧较零散，将磁感应线密集侧正对铜导体，可分别提高轴向磁转子与轴向铜导体、径向磁转子与径向铜导体之间气隙的磁场强度，从而使海尔贝克阵列式耦合器获得更大的转矩密度。将轴向磁感应线零散侧正对径向磁转子，可减少轴向磁转子与径向磁转子之间的漏磁，达到减少磁感应线损耗的目的，而通过将轴向磁转子采用单块三极式海尔贝克阵列分布即可实现分布产生的气隙磁场正弦度较高，工艺性较好，同时将径向磁转子采用极间隔断型海尔贝克阵列分布，合理设计海尔贝克阵列参数，可获得比传统径向磁转子更加优越的气隙磁通密度性能。

所述降温机构包括储液槽、弹性块、引流槽和引流块；所述储液槽开设在输出轴的内部，储液槽的内部两端通过弹簧滑动连接有弹性块，储液槽中填充有冷却油，储液槽中部连通有引流槽；所述引流槽呈环形，引流槽的外端开设在轴向磁转子和径向磁转子内，引流槽的内部滑动安装有引流块；所述引流块初始时设置在靠近储液槽一侧；当耦合器开始工作时，受到输入轴的作用力影响，其内部的输出轴开始转动，即带动其外表面的轴向磁转子和径向磁转子转动，因输出轴的内部开设有储液槽，储液槽内填充有冷却油，储液槽的内部两端通过弹簧滑动连接有弹性块，同时轴向磁转子和径向磁转子的内部开设有引流槽，引流槽内滑动安装有引流块，所以在输出轴转动时即使得引流块在离心力作用下向外运动，即使得储液槽内为负压状态，将其内部的冷却油吸进引流槽中，对轴向磁转子和径向磁转子进行降温处理，避免其温度过高导致磁场磁性受到影响从而导致输出轴的转动效果受到影响。

所述缓冲机构包括输液管、通孔、安装槽、橡胶环和铰接架；所述安装槽开设在一号轴承的外侧，安装槽的上下两端连通有通孔，安装槽内初始时充满冷却油；所述通孔的中部与输液管连通；所述输液管固定安装在输出轴的左端壁中，且输液管穿插连接在左端弹性块的内部；所述橡胶环由陶瓷硅橡胶制成，橡胶环的内侧通过铰接架与一号轴承连接；所述铰接架内部固定连接有拉绳；所述拉绳的另一端与左端的弹性块连接；当储液槽内的冷却油受到负压被吸进引流槽内时，即带动其两端的引流块向内侧滑动，而因左端的引流块与橡胶环内侧的铰接架内部拉绳连接，所以引流块向内侧运动时会拉动拉绳致使铰接架的两侧相互靠近，即对橡胶环产生一股挤压力，使得一号轴承与橡胶环的距离被拉伸，从而给予一号轴承一定幅度的缓冲距离，使得载货车行驶在较为颠簸的路面时输出轴具有一定的晃动距离，避免输出轴与输入端盖和输出端盖之间刚性连接对耦合器内部的零件造成破坏，且因安装槽内初始时充满冷却油，所以在橡胶环被挤压时其内部的冷却油会通过通孔和输液管进入储液槽内，从而给予储液槽内的负压状态一定的缓解，使得引流块在引流槽内的滑动阻力被大幅减小，提高对轴向磁转子和径向磁转子的冷却效果。

所述引流块通过螺纹转动连接在引流槽内；当引流块受到离心力作用时，因引流块通过螺纹转动连接在引流槽内，即引流块会因离心力在引流槽内螺旋运动，对储液槽内的冷却油赋予一个转动力，使得冷却油在轴向磁转子和径向磁转子内运动时为螺旋转动状态，使得其不停的对轴向磁转子和径向磁转子的内表面进行螺旋冲刷，相较于直接吸入的方式可以获得对轴向磁转子和径向磁转子更好的降温效果。

所述橡胶环的外壁中固定安装有导热板；所述导热板为柔性金属制成，导热板的内侧设有导热孔；所述导热孔的横截面呈三角形，导热孔可以扩张与橡胶环内部连通；当铰接架受到左端弹性块的拉动作用力时，即铰接架会因收缩力将橡胶环的四端顶起，从而使得铰接架之间的橡胶环内凹，因橡胶环的外端壁中固定安装有导热板，导热板为柔性金属制成，即铰接架之间的橡胶环内凹时会使得导热板逐渐弯曲成弧形，即使得导热板内侧的导热孔内端张开，所以导热板的内表面会与橡胶环内的空气连通，对空气中的热量进行吸收，同时通过其外表面的冷却油对内部空气进行降温处理，避免轴承组产生较高温度致使耦合器内升温。

所述铰接架的内端设置为弧形，铰接架的内端可以嵌合进一号轴承的外壁中；当铰接架在工作过程中往复运动时，因其内端设置为弧形，其内端可以嵌合进一号轴承的外壁中，即可以对铰接架自身进行有效保护，避免在不工作时橡胶环收缩导致铰接架与一号轴承的连接端受到较大挤压力从而导致铰接架发生断裂影响到对一号轴承的冷却效果。

本发明的有益效果如下：

1.因轴向磁转子采用轴向海尔贝克永磁体阵列，径向磁转子采用径向海尔贝克永磁体阵列，相较于普通的永磁体分布，轴向海尔贝克永磁体阵列与径向海尔贝克永磁体阵列形成的磁场一侧磁感应线密集，另一侧较零散，将磁感应线密集侧正对铜导体，可分别提高轴向磁转子与轴向铜导体、径向磁转子与径向铜导体之间气隙的磁场强度，从而使海尔贝克阵列式耦合器获得更大的转矩密度。将轴向磁感应线零散侧正对径向磁转子，可减少轴向磁转子与径向磁转子之间的漏磁，达到减少磁感应线损耗的目的，而通过将轴向磁转子采用单块三极式海尔贝克阵列分布即可实现分布产生的气隙磁场正弦度较高，工艺性较好，同时将径向磁转子采用极间隔断型海尔贝克阵列分布，合理设计海尔贝克阵列参数，可获得比传统径向磁转子更加优越的气隙磁通密度性能。

2.本发明通过设置降温机构即可实现当耦合器开始工作时，受到输入轴的作用力影响，其内部的输出轴开始转动，即带动其外表面的轴向磁转子和径向磁转子转动，因输出轴的内部开设有储液槽，储液槽内填充有冷却油，储液槽的内部两端通过弹簧滑动连接有弹性块，同时轴向磁转子和径向磁转子的内部开设有引流槽，引流槽内滑动安装有引流块，所以在输出轴转动时即使得引流块在离心力作用下向外运动，即使得储液槽内为负压状态，将其内部的冷却油吸进引流槽中，对轴向磁转子和径向磁转子进行降温处理，避免其温度过高导致磁场磁性受到影响从而导致输出轴的转动效果受到影响。

3.本发明通过设置缓冲机构即可实现当储液槽内的冷却油受到负压被吸进引流槽内时，即带动其两端的引流块向内侧滑动，而因左端的引流块与橡胶环内侧的铰接架内部拉绳连接，所以引流块向内侧运动时会拉动拉绳致使铰接架的两侧相互靠近，即对橡胶环产生一股挤压力，使得一号轴承与橡胶环的距离被拉伸，从而给予一号轴承一定幅度的缓冲距离，使得载货车行驶在较为颠簸的路面时输出轴具有一定的晃动距离，避免输出轴与输入端盖和输出端盖之间刚性连接对耦合器内部的零件造成破坏，且因安装槽内初始时充满冷却油，所以在橡胶环被挤压时其内部的冷却油会通过通孔和输液管进入储液槽内，从而给予储液槽内的负压状态一定的缓解，使得引流块在引流槽内的滑动阻力被大幅减小，提高对轴向磁转子和径向磁转子的冷却效果。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明缓冲机构的结构示意图；

图3是本发明轴向磁转子的结构示意图；

图4是本发明径向磁转子的结构示意图；

图中：输入轴1，输入端盖2，轴向铜导体21，轴承组3，一号轴承31，二号轴承32，输出轴4，径向磁转子41，轴向磁转子42，轴向海尔贝克永磁体阵列43，径向海尔贝克永磁体阵列44，轭铁盘45，输出端盖5，外壳6，径向铜导体61，降温机构7，储液槽71，弹性块72，引流槽73，引流块74，缓冲机构8，输液管81，通孔82，安装槽83，橡胶环84，铰接架85，拉绳86，导热板87，导热孔88。

具体实施方式

使用图1-图4对本发明一实施方式的一种海尔贝克阵列式耦合器进行如下说明。

如图1-图4所示，本发明所述的一种海尔贝克阵列式耦合器，包括输入轴1、输入端盖2、轴承组3、输出轴4、输出端盖5、外壳6、降温机构7和缓冲机构8；所述轴承组3包括一号轴承31和二号轴承32；所述输入端盖2与输出端盖5之间通过外壳6连接，输入端盖2的外端通过螺钉固定连接有输入轴1，输入端盖2的内侧壁中转动安装有一号轴承31，输入端盖2的内表面固定安装有轴向铜导体21；所述一号轴承31的内部固定连接有输出轴4；所述输出轴4的右端通过二号轴承32转动穿插连接在输出端盖5内，输出轴4的中部外表面固定连接有径向磁转子41，输出轴4的两端外表面固定连接有轴向磁转子42；所述轴向磁转子42采用轴向海尔贝克永磁体阵列43；所述径向磁转子41采用径向海尔贝克永磁体阵列44；所述输出端盖5的内表面固定安装有轴向铜导体21；所述轴向磁转子42的内表面固定连接有轭铁盘45，轴向磁转子42采用单块三极式海尔贝克阵列分布；所述径向磁转子41采用极间隔断型海尔贝克阵列安装在凹槽内，径向磁转子41的外端设有径向铜导体61；所述径向铜导体61固定安装在外壳6的内表面；因轴向磁转子42采用轴向海尔贝克永磁体阵列43，径向磁转子41采用径向海尔贝克永磁体阵列44，相较于普通的永磁体分布，轴向海尔贝克永磁体阵列43与径向海尔贝克永磁体阵列44形成的磁场一侧磁感应线密集，另一侧较零散，将磁感应线密集侧正对铜导体，可分别提高轴向磁转子42与轴向铜导体21、径向磁转子41与径向铜导体61之间气隙的磁场强度，从而使海尔贝克阵列式耦合器获得更大的转矩密度。将轴向磁感应线零散侧正对径向磁转子41，可减少轴向磁转子42与径向磁转子41之间的漏磁，达到减少磁感应线损耗的目的，而通过将轴向磁转子42采用单块三极式海尔贝克阵列分布即可实现分布产生的气隙磁场正弦度较高，工艺性较好，同时将径向磁转子41采用极间隔断型海尔贝克阵列分布，合理设计海尔贝克阵列参数，可获得比传统径向磁转子41更加优越的气隙磁通密度性能。

所述降温机构7包括储液槽71、弹性块72、引流槽73和引流块74；所述储液槽71开设在输出轴4的内部，储液槽71的内部两端通过弹簧滑动连接有弹性块72，储液槽71中填充有冷却油，储液槽71中部连通有引流槽73；所述引流槽73呈环形，引流槽73的外端开设在轴向磁转子42和径向磁转子41内，引流槽73的内部滑动安装有引流块74；所述引流块74初始时设置在靠近储液槽71一侧；当耦合器开始工作时，受到输入轴1的作用力影响，其内部的输出轴4开始转动，即带动其外表面的轴向磁转子42和径向磁转子41转动，因输出轴4的内部开设有储液槽71，储液槽71内填充有冷却油，储液槽71的内部两端通过弹簧滑动连接有弹性块72，同时轴向磁转子42和径向磁转子41的内部开设有引流槽73，引流槽73内滑动安装有引流块74，所以在输出轴4转动时即使得引流块74在离心力作用下向外运动，即使得储液槽71内为负压状态，将其内部的冷却油吸进引流槽73中，对轴向磁转子42和径向磁转子41进行降温处理，避免其温度过高导致磁场磁性受到影响从而导致输出轴4的转动效果受到影响。

所述缓冲机构8包括输液管81、通孔82、安装槽83、橡胶环84和铰接架85；所述安装槽83开设在一号轴承31的外侧，安装槽83的上下两端连通有通孔82，安装槽83内初始时充满冷却油；所述通孔82的中部与输液管81连通；所述输液管81固定安装在输出轴4的左端壁中，且输液管81穿插连接在左端弹性块72的内部；所述橡胶环84由陶瓷硅橡胶制成，橡胶环84的内侧通过铰接架85与一号轴承31连接；所述铰接架85内部固定连接有拉绳86；所述拉绳86的另一端与左端的弹性块72连接；当储液槽71内的冷却油受到负压被吸进引流槽73内时，即带动其两端的引流块74向内侧滑动，而因左端的引流块74与橡胶环84内侧的铰接架85内部拉绳86连接，所以引流块74向内侧运动时会拉动拉绳86致使铰接架85的两侧相互靠近，即对橡胶环84产生一股挤压力，使得一号轴承31与橡胶环84的距离被拉伸，从而给予一号轴承31一定幅度的缓冲距离，使得载货车行驶在较为颠簸的路面时输出轴4具有一定的晃动距离，避免输出轴4与输入端盖2和输出端盖5之间刚性连接对耦合器内部的零件造成破坏，且因安装槽83内初始时充满冷却油，所以在橡胶环84被挤压时其内部的冷却油会通过通孔82和输液管81进入储液槽71内，从而给予储液槽71内的负压状态一定的缓解，使得引流块74在引流槽73内的滑动阻力被大幅减小，提高对轴向磁转子42和径向磁转子41的冷却效果。

所述引流块74通过螺纹转动连接在引流槽73内；当引流块74受到离心力作用时，因引流块74通过螺纹转动连接在引流槽73内，即引流块74会因离心力在引流槽73内螺旋运动，对储液槽71内的冷却油赋予一个转动力，使得冷却油在轴向磁转子42和径向磁转子41内运动时为螺旋转动状态，使得其不停的对轴向磁转子42和径向磁转子41的内表面进行螺旋冲刷，相较于直接吸入的方式可以获得对轴向磁转子42和径向磁转子41更好的降温效果。

所述橡胶环84的外壁中固定安装有导热板87；所述导热板87为柔性金属制成，导热板87的内侧设有导热孔88；所述导热孔88的横截面呈三角形，导热孔88可以扩张与橡胶环84内部连通；当铰接架85受到左端弹性块72的拉动作用力时，即铰接架85会因收缩力将橡胶环84的四端顶起，从而使得铰接架85之间的橡胶环84内凹，因橡胶环84的外端壁中固定安装有导热板87，导热板87为柔性金属制成，即铰接架85之间的橡胶环84内凹时会使得导热板87逐渐弯曲成弧形，即使得导热板87内侧的导热孔88内端张开，所以导热板87的内表面会与橡胶环84内的空气连通，对空气中的热量进行吸收，同时通过其外表面的冷却油对内部空气进行降温处理，避免轴承组3产生较高温度致使耦合器内升温。

所述铰接架85的内端设置为弧形，铰接架85的内端可以嵌合进一号轴承31的外壁中；当铰接架85在工作过程中往复运动时，因其内端设置为弧形，其内端可以嵌合进一号轴承31的外壁中，即可以对铰接架85自身进行有效保护，避免在不工作时橡胶环84收缩导致铰接架85与一号轴承31的连接端受到较大挤压力从而导致铰接架85发生断裂影响到对一号轴承31的冷却效果。

具体工作流程如下：

当耦合器开始工作时，受到输入轴1的作用力影响，其内部的输出轴4开始转动，即带动其外表面的轴向磁转子42和径向磁转子41转动，因输出轴4的内部开设有储液槽71，储液槽71内填充有冷却油，储液槽71的内部两端通过弹簧滑动连接有弹性块72，同时轴向磁转子42和径向磁转子41的内部开设有引流槽73，引流槽73内滑动安装有引流块74，所以在输出轴4转动时即使得引流块74在离心力作用下向外运动，即使得储液槽71内为负压状态，将其内部的冷却油吸进引流槽73中，对轴向磁转子42和径向磁转子41进行降温处理，避免其温度过高导致磁场磁性受到影响从而导致输出轴4的转动效果受到影响；

当储液槽71内的冷却油受到负压被吸进引流槽73内时，即带动其两端的引流块74向内侧滑动，而因左端的引流块74与橡胶环84内侧的铰接架85内部拉绳86连接，所以引流块74向内侧运动时会拉动拉绳86致使铰接架85的两侧相互靠近，即对橡胶环84产生一股挤压力，使得一号轴承31与橡胶环84的距离被拉伸，从而给予一号轴承31一定幅度的缓冲距离，使得载货车行驶在较为颠簸的路面时输出轴4具有一定的晃动距离，避免输出轴4与输入端盖2和输出端盖5之间刚性连接对耦合器内部的零件造成破坏，且因安装槽83内初始时充满冷却油，所以在橡胶环84被挤压时其内部的冷却油会通过通孔82和输液管81进入储液槽71内，从而给予储液槽71内的负压状态一定的缓解，使得引流块74在引流槽73内的滑动阻力被大幅减小，提高对轴向磁转子42和径向磁转子41的冷却效果；

当引流块74受到离心力作用时，因引流块74通过螺纹转动连接在引流槽73内，即引流块74会因离心力在引流槽73内螺旋运动，对储液槽71内的冷却油赋予一个转动力，使得冷却油在轴向磁转子42和径向磁转子41内运动时为螺旋转动状态，使得其不停的对轴向磁转子42和径向磁转子41的内表面进行螺旋冲刷，相较于直接吸入的方式可以获得对轴向磁转子42和径向磁转子41更好的降温效果；

当铰接架85受到左端弹性块72的拉动作用力时，即铰接架85会因收缩力将橡胶环84的四端顶起，从而使得铰接架85之间的橡胶环84内凹，因橡胶环84的外端壁中固定安装有导热板87，导热板87为柔性金属制成，即铰接架85之间的橡胶环84内凹时会使得导热板87逐渐弯曲成弧形，即使得导热板87内侧的导热孔88内端张开，所以导热板87的内表面会与橡胶环84内的空气连通，对空气中的热量进行吸收，同时通过其外表面的冷却油对内部空气进行降温处理，避免轴承组3产生较高温度致使耦合器内升温；

当铰接架85在工作过程中往复运动时，因其内端设置为弧形，其内端可以嵌合进一号轴承31的外壁中，即可以对铰接架85自身进行有效保护，避免在不工作时橡胶环84收缩导致铰接架85与一号轴承31的连接端受到较大挤压力从而导致铰接架85发生断裂影响到对一号轴承31的冷却效果。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。