CN100541990C - 永磁涡流传动装置 - Google Patents

Abstract

永磁涡流传动装置，由主动转动体、被动转动体和永磁体部分构成，其特征是该永磁涡流传动装置的主动转动体(1)表面贴有永磁体(2)，被动转动体由开槽的铜盘(3)，背轭(4)构成，铜盘槽内采用高导磁材料填充。主动转动体固定于输入转轴(5)，输入转轴(5)可以通过气隙调节器(7)改变永磁体(2)和铜盘(3)间的气隙距离，被动转动体固定于输出转轴(6)；该电机采用铜盘开槽结构提高了输出功率，通过调节输出转轴上的气隙调节器可方便地调节气隙磁场的大小，从而调节电机转速、输出功率、输出转矩。

Description

永磁涡流传动装置

技术领域

本发明涉及一种永磁涡流传动装置，属于电动机制造的技术领域。

背景技术

永磁传动技术的应用已有几十年的历史，它的应用之一是将原动机的动力通过其轴上的外磁部件传递给工作轴上的内磁部件，内外磁部件由隔离罩分开，从而工作轴无须伸出所要封闭的空间，取消了动密封，实现、无密封、零泄漏。主要应用于化学工业、石油化工、医药、食品工业中的泵和压缩机、搅拌机与阀门等。目前我国流体机械大量使用的传统机械密封在国外的这些部门已逐渐被永磁传动所取代。

永磁传动技术的另一应用是永磁涡流传动装置，永磁涡流传动装置使用了磁滞材料，是该装置的一大特色。磁滞材料与永磁材料的区别是前者容易改变极性，所以容易调节转矩，提供了优良的操作性能，目前它得到了广泛的应用。但它的额定转矩小，因为在额定转矩时，离合器开始滑动，磁滞材料由系统吸收能量，由于磁极的变化，动能变成热量，这部分热量应及时的散失和冷却。永磁涡流传动装置转矩的调整控制由励磁线圈提供，需要直流电源及控制系统。它在自动控制系统中是最佳的选择。磁力装置与传感器、微处理器的集成可为某些工艺过程实现自动化。例如当卷绕机的卷径不断增加时，通过控制励磁电流变化，从而转矩亦随之相应地变化，以保证获得恒定的张力。这对印刷机类-凹印机，纺织机类-验布机，纸张处理机类-裁纸机，金属处理机类-镀膜机、线切割机、钢条热处理机、卷材机，包装机类-制袋机等十分可贵的。因此，它是几乎任何材料的拉伸和卷曲过程控制的优良选择。

本项目讨论的永磁涡流传动装置技术是仅通过简单的机械结构(高强度永磁体与铜盘相互作用)，实现电机和负载之间通过空气气隙进行扭矩的传递；电机和负载之间相互保持独立运行，没有机械连结。它主要由两部分组成，一部分是由连接在驱动侧的高强度永磁(钕铁硼)转子组成；另一部分是由连接在负载侧的铜盘组成的铜转子上。

本项目讨论的永磁传动技术的工作原理是：铜转子和永磁转子可以自由地独立旋转，当永磁转子旋转时，铜转子与磁钢转子产生相对运动，交变磁场通过气隙在铜转子上产生涡流，同时涡流产生感应磁场与永磁场相互作用，从而带动铜转子沿着与永磁转子相同的方向旋转，结果是在负载侧输出轴上产生扭矩，从而带动负载做旋转运动。当铜转子与磁钢转子之间的气隙固定不变时，实现不同的速度和扭矩传递、电机的软启动/停止、电机的过载保护；当铜转子与磁钢转子之间的气隙通过伺服机构改变的话就可以控制传递的扭矩，以获得可调整的、可控制的、恒定的负载转速，从而实现负载速度调节。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种输出功率、转矩大，并能实时调节输出功率、转矩的永磁涡流传动装置。

技术方案：为了提高电机的输出功率、转矩，本发明采用了特殊的电机结构，即在被动转子的铜盘上进行开槽，槽内采用高导磁材料填充；为了调节输出功率、转矩，本发明引入了气隙调节器部分。

铜盘开槽并采用高导磁材料填充使得气隙磁通穿过高导磁物质进入被动转子背轭，从而在铜盘中产生涡流。充分利用了铜的导电性和高导磁物质的导磁性，使得输出功率得以提高。

本发明具体由主动转动体、被动转动体和永磁体部分构成，该永磁涡流传动装置的主动转动体有对称的两块并固定于输入转轴上，在输入转轴上的该两块主动转动体之间设有气隙调节器，主动转动体的外表面贴有永磁体；被动转动体包括开槽的铜盘、背轭，背轭位于该装置的外侧，铜盘槽内采用高导磁材料填充；开槽的铜盘位于主动转动体的外侧，输入转轴可以通过调节气隙调节器改变永磁体与铜盘间的气隙距离，被动转动体固定于输出转轴上。

所述开槽的铜盘，槽在铜盘的圆周上均匀分布，槽口朝向主动转动体，铜盘槽内由高导磁的35号钢填充。

有益效果：由于被动转子铜盘开槽并采用高导磁材料填充，可获得比普通永磁涡流制动装置更高的输出功率、转矩，从而提高功率密度。此外，由于离合器的输入转轴中采用了气隙调节器，可以调节永磁体到铜盘的距离，改变气隙磁场，从而调节输出功率、转矩。

附图说明

图1是永磁涡流传动装置剖面示意图；

图2是本发明永磁涡流传动装置铜盘开槽及涡流示意图；

以上的图中有：主动转子1、永磁体2、铜盘3、铜盘槽31、背轭4、输入转轴5、气隙调节器6、输出转轴7。

具体实施方式

本发明采用了特殊的永磁涡流传动装置结构，即在被动转子的铜盘中开槽并采用高导磁材料填充。该永磁涡流传动装置的主动转动体1有对称的两块并固定于输入转轴5上，在输入转轴5上的该两块主动转动体1之间设有气隙调节器7，主动转动体1的外表面贴有永磁体2；被动转动体包括开槽的铜盘3、背轭4，背轭4位于该装置的外侧，铜盘槽31内采用高导磁材料填充；开槽的铜盘3位于主动转动体1的外侧，输入转轴5可以通过调节气隙调节器7改变永磁体2与铜盘3间的气隙距离，被动转动体固定于输出转轴6上。所述开槽的铜盘3，槽在铜盘的圆周上均匀分布，槽口朝向主动转动体，铜盘槽31内由高导磁的35号钢填充；输入转轴5可以通过调节气隙调节器7改变永磁体2和铜盘3间的气隙距离。主动转动体、被动转动体背轭和铜盘槽内填充材料均采用高导磁材料制成，转轴采用非导磁钢。

磁通路径为：永磁体2、被动转子铜盘槽3、被动转子背轭4、相邻铜盘槽3、相邻的极性相异永磁体2、主动转子1、最后回到永磁体2。

涡流路径：在开槽的铜盘3上，环绕槽口在外围铜盘上形成环流。

此外，从提高电机气隙磁密和磁钢的热稳定性考虑，选择具有较高内禀矫顽力的钕铁硼永磁材料作为主动转子外壁永磁体2的材料。

铜盘开槽并采用高导磁材料填充使得气隙磁通穿过高导磁物质进入被动转子背轭，从而在铜盘中产生涡流。充分利用了铜的导电性和高导磁物质的导磁性，使得输出功率得以提高。

理论分析

采用有限元的方法对一台样机开槽前后的损耗、功率、转矩参数进行比较，求解的控制方程为：

被动转动体中的涡流为：

J＝σ(E+V×B)

被动转动体中的涡流损耗为：

$p=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(J_i\·J_i)v_i$

被动转动体中的涡流损耗为：

$p=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(J_i\·J_i)v_i.$

Claims (1)

1.一种永磁涡流传动装置，由主动转动体、被动转动体和永磁体构成，其特征是该永磁涡流传动装置的主动转动体(1)有对称的两块并固定于输入转轴(5)上，在输入转轴(5)上的该两块主动转动体(1)之间设有气隙调节器(7)，主动转动体(1)的外表面贴有永磁体(2)；被动转动体包括开槽的铜盘(3)和背轭(4)，背轭(4)位于该装置的外侧，开槽的铜盘(3)位于主动转动体(1)的外侧，输入转轴(5)可以通过调节气隙调节器(7)改变永磁体(2)与铜盘(3)间的气隙距离，被动转动体固定于输出转轴(6)上；所述开槽的铜盘(3)，槽在铜盘的圆周上均匀分布，槽口朝向主动转动体，铜盘槽(31)内由高导磁的35号钢填充。

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