CN102931805A - 一种工字型复合式调磁装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械工程传动技术领域，特指一种工字型复合式调磁装置，主要用于炼油、化工、煤炭、发电等行业磁力传动装置中。本发明采用调磁极片与非导磁衬底一体化的结构设计，调磁极片为工字形结构，其空隙部分用以填充衬底，工字形结构的调磁极片与两侧衬底的接触面积大，从而克服了因径向或轴向磁力而引起的移位，提高了整体的结构强度和刚度。本发明的硅钢片结构的加工制造更为方便，只需考虑硅钢片的加工精度即可，简化了加工流程，节约生产时间。

Description

一种工字型复合式调磁装置
技术领域
本发明涉及机械工程传动技术领域，特指一种工字型复合式调磁装置，主要用于炼油、化工、煤炭、发电等行业磁力传动装置中。
背景技术
磁力传动技术作为一种新型的传动技术，它是以现代磁力学为基本理论，利用磁力实现力或者扭矩的传递，由于磁力传动采用磁场力来进行动力传递，可实现动力的非接触传递，因而与机械传动相比其优点在于：1) 实现完全密封、零泄漏，2) 传动平稳，3) 无噪音，4) 实现电机的软起动和过载保护作用，凭借其独特的优点，已在许多动力传递等领域得到了应用。
现有的磁力传动机构分为直接耦合型和磁场调制型两大类，具体的机构主要有磁力联轴器和磁力齿轮，耦合型磁力传动机构只能依靠永磁体磁场旋转来产生力矩传递运动，因此在电机启动时永磁体的旋转磁场转速逐步提升，磁力传动机构转矩小，启动慢；然而，调磁式磁力传动机构利用调磁装置将永磁体磁场的转速与分布进行调制，形成的调制磁场由于具有与原磁场不同的转速与分布，一方面，使得磁力传动机构在传动中具有变速功能，并且可通过一定的滑差率提高装置的扭矩输出能力；另一方面，通过调磁大大改善了永磁体的利用率；这些优点弥补以往异步磁力传动机构的不足，拓展了磁力传动的应用范围，因此对调磁结构的研究有着重要的学术意义与社会意义。
在中国发明专利200810036390.2中提到了关于调磁装置的结构设计及材料选择，提出了将调磁极片与非导磁材料沿圆周方向间隔紧密分布，此种结构在调磁极片之间填充非导磁材料环氧树脂，使得调磁极片与环氧树脂形成整体，提升了调磁装置的结构强度与稳定性，但调磁极片与环氧树脂之间为平面接触且接触面较小，因径向磁力会引起调磁极片移位，降低了调磁装置的机械强度；中国发明专利201010161362.0提到了关于调磁装置的结构设计，即将软磁材料直接加工成鼠笼式结构，或者由不导磁材料与软磁材料合并加工成的组合式鼠笼型结构，其一是直接采用软磁材料加工成两端短路结构，该结构机械强度大，但涡流损耗大；其二是由非导磁材料和软磁材料组合加工成两端断路的非一体化结构，该结构涡流损耗低，但整体结构强度低；在中国实用新型专利201020669057.8中提到了一种可用于大转矩环境下的调磁装置，该种结构可以保证调磁极片在大转矩传递环境下不发生移位，调磁极片被内外侧护套及隔板所固定，由于内外侧护套与隔板焊接成一体，这样可以调磁极片可以承受较大的径向磁力而不发生移位，但其结构设计对加工精度、安装要求高，不利于工业生产。
综合考虑上述专利设计的优缺点，本发明提出一种工字型复合式调磁装置，采用调磁极片与非导磁衬底一体化的结构设计，调磁极片为工字形结构，其空隙部分用以填充衬底，工字形结构的调磁极片与两侧衬底的接触面积大，从而克服了因径向或轴向磁力而引起的移位，提高了整体的结构强度和刚度，扩大了磁力传动的应用范围。
发明内容
一种工字型复合式调磁装置，由调磁极片、衬底和支撑架组成，调磁装置处于内转子基体和外转子基体之间，调磁极片沿周向均与分布，调磁极片之间填充衬底，或调磁极片包含在衬底之内形成封闭式结构，支撑架位于调磁装置底部，与外部基座连接，起固定调磁装置的作用，其特征在于：调磁极片为工字形，并且与主动轴和从动轴平行；利用调磁装置中的调磁极片对永磁体磁场的转速与分布进行调制，并通过磁耦合输出不同的转速和转矩。
此种结构为径向工字型复合式调磁装置，调磁极片为工字形，沿周向均与分布，并且与主动轴和从动轴平行，主要用于同轴式磁力连轴器和磁力齿轮中。
一种工字型复合式调磁装置，由调磁极片、衬底和支撑架组成，调磁装置处于从动盘基体和主动盘基体之间，调磁极片沿周向均与分布，调磁极片之间填充衬底，或调磁极片包含在衬底之内形成封闭式结构，支撑架位于调磁装置底部，与外部基座连接，起固定调磁装置的作用，其特征在于：调磁极片为工字形，并且与主动轴和从动轴垂直；利用调磁装置中的调磁极片对永磁体磁场的转速与分布进行调制，并通过磁耦合输出不同的转速和转矩。
此种结构为轴向工字型复合式调磁装置，调磁极片为工字形，沿周向均与分布，并且与主动轴和从动轴垂直，主要用于盘式磁力连轴器中。
上述两种结构的调磁装置的磁场调制机理相类似；轴向调磁装置的磁场调制机理与径向调磁装置相类似，不同之处在于前者是从直径方向调磁，而后者是从轴向方向进行调磁，同样可以达到变速的功能。
 
所述的调磁装置采用调磁极片与非导磁衬底一体化的结构设计，调磁极片的材料可选用导磁能力较好的软磁材料，例如工业领域常用的硅钢片，硅钢片主要用氧气转炉冶炼而成，其含硅量为4%，饱和磁密度为2T，不仅提高了调磁极片的磁导率，也降低了铁芯损耗和磁时效；衬底为非导磁材料，比如塑料、尼龙、环氧树脂等；支撑架的材料与衬底的材料相同，支撑架与衬底通过模具浇注成一体化结构，支撑架的作用类似于法兰，支撑架与外部基座连接，起固定调磁装置的作用。 
所述的调磁装置的调磁极片为工字形结构，其空隙部分用以填充衬底，工字形结构的调磁极片与两侧衬底的接触面积大，从而克服了因径向或轴向磁力而引起的移位，提高了整体的结构强度和刚度；调磁极片中的硅钢片通过冲压成型和线切割加工得到，其厚度为0.3mm，提高了机械可加工性；调磁极片采用轴向叠加结构，即将若干数量冲压成型的硅钢片进行轴向叠加，最大程度减少磁场调制磁力传动机构运行时硅钢片上的涡流损耗，提高了磁力传动机构的运行性能。
所述的调磁装置根据运用场合的不同，调磁极片包含在衬底之内时，可以将调磁装置的底部和筒壁加工成封闭式的结构，得到另外一种套杯形结构的调磁装置，从而可将整个调磁装置用作密封件，在耐高温磁力传动中既具有调磁变速功能又具有隔离套的作用。
本发明的优点：
（1）本发明采用调磁极片与非导磁衬底一体化的结构设计，调磁极片为工字形结构，其空隙部分用以填充衬底，工字形结构的调磁极片与两侧衬底的接触面积大，从而克服了因径向或轴向磁力而引起的移位，提高了整体的结构强度和刚度。
（2）本发明的硅钢片结构的加工制造更为方便，只需考虑硅钢片的加工精度即可，简化了加工流程，节约生产时间。
附图说明
图1为外端非封闭式套筒形径向复合式调磁装置二维结构图和三维结构图；
图2为外端封闭式套杯形径向复合式调磁装置二维结构图和三维结构图；
图3为外端非封闭式套筒形轴向复合式调磁装置的三维结构图；
图4为外端封闭式套杯形轴向复合式调磁装置的三维结构图；
图5为同轴式磁力联轴器结构图（径向调磁）；
图6为盘式磁力联轴器结构图（轴向调磁）；
图7为同轴式磁力齿轮结构图（径向调磁）；
图中，1-调磁极片，2-衬底，3-支撑架，4-导体，5-端环，6-内转子基体，7-外转子基体，8-永磁体，9-主动轴，10-从动轴。 
具体实施方式
本发明的一种工字型复合式调磁装置，其总体结构由调磁极片1、衬底2和支撑架3组成，调磁装置处于内转子基体6和外转子基体7之间，一侧端部的支撑架3与外部基座连接，从而固定调磁装置，调磁极片1为工字形，沿周向均与分布，并且与主动轴9和从动轴10平行；采用调磁极片1与非导磁衬底2一体化的结构设计，调磁极片1的材料可选用导磁能力较好的软磁材料，例如工业领域常用的硅钢片，硅钢片主要用氧气转炉冶炼而成，其含硅量为4%，饱和磁密度为2T，不仅提高了调磁极片1的磁导率，也降低了铁芯损耗和磁时效；衬底2为非导磁材料，比如塑料、尼龙、环氧树脂等；支撑架3的材料与衬底2的材料相同，支撑架3与衬底2通过模具浇注成一体化结构，支撑架3的作用类似于法兰，支撑架3与外部基座连接，起固定调磁装置的作用。 
调磁装置中的调磁极片1为工字形结构，其空隙部分用以填充衬底2，工字形结构的调磁极片1与两侧衬底2的接触面积大，从而克服了因径向或轴向磁力而引起的移位，提高了整体的结构强度和刚度，调磁极片1中的硅钢片通过冲压成型和线切割加工得到，其厚度为0.3mm，提高了机械可加工性；调磁极片1采用轴向叠加结构，即将若干数量冲压成型的硅钢片进行轴向叠加，最大程度减少磁场调制磁力传动机构运行时硅钢片上的涡流损耗，提高了磁力传动机构的运行性能。
根据运用场合的不同，可以将调磁装置的底部和筒壁加工成封闭式的结构，得到另外一种套杯形结构的调磁装置，从而可将整个调磁装置用作密封件，在耐高温磁力传动中既具有调磁变速功能又具有隔离套的作用。
调磁装置的工作原理：当输入装置以一定转速转动时，其表面的永磁体产生旋转磁场，通过调磁极片1改变了永磁体的磁场转速与分布，输出装置产生的磁场与调制后的磁场耦合，从而带动输出装置转动，经过调磁使得磁力传动机构在传动中具有变速功能。
实施例1：径向工字型复合式调磁装置可以应用于同轴式异步磁力联轴器中，其工作原理为：当外转子以转速n1转动时，其外转子基体表面的永磁体将产生转速为n1、磁极对数为P1的旋转磁场，通过调磁极片1（数量为P2）改变了外转子表面永磁体的磁场转速与分布，即调制后的磁场磁极对数为P3（P3= P2 -P1），内转子上的导体切割调制后的磁场产生感应电流，感应电流产生的磁场与调制后的磁场耦合，带动内转子以转速n2转动，n2=n1*(P1/P3)，从而使得磁力联轴器在传动中具有变速功能，因而可以满足对负载转速有特定要求的特殊工况，并且可通过一定的滑差率提高装置的扭矩输出能力，同时通过调磁还可以缓解速度的突变，减小振动，实现低速大转矩下的启动，从而有效地保护了磁力联轴器，提高了磁力联轴器的启动特性；径向工字型复合式调磁装置也可以应用于磁力齿轮中，其工作原理为：当外转子以转速n1转动时，其表面的永磁体将产生转速为n1、磁极对数为P1的旋转磁场，调磁极片1（数量R=P1+P2）将该磁场调制成具有P2次的谐波磁场，谐波磁场的旋转速度n2=-n1*P1/(R-P1)，该谐波磁场与磁极对数为P2的内转子上的永磁体产生的基波磁场相互耦合，从而内转子以转速n2转动。
实施例2：轴向工字型复合调磁装置应用于盘式磁力连轴器中，此种调磁装置的磁场调制机理与径向调磁装置相类似，不同之处在于是前者从直径方向调磁，而后者是从轴向方向进行调磁，同样可以达到变速的功能。

Claims (2)

1.一种工字型复合式调磁装置，主要用于同轴式磁力连轴器和磁力齿轮，所述调磁装置由调磁极片、衬底和支撑架组成，调磁装置处于内转子基体和外转子基体之间，调磁极片沿周向均与分布，调磁极片之间填充衬底，或调磁极片包含在衬底之内形成封闭式结构，支撑架位于调磁装置底部，与外部基座连接，起固定调磁装置的作用，其特征在于：调磁极片为工字形，并且与主动轴和从动轴平行；利用调磁装置中的调磁极片对永磁体磁场的转速与分布进行调制，并通过磁耦合输出不同的转速和转矩。
2.一种工字型复合式调磁装置，主要用于盘式磁力连轴器中，由调磁极片、衬底和支撑架组成，调磁装置处于从动盘基体和主动盘基体之间，调磁极片沿周向均与分布，调磁极片之间填充衬底，或调磁极片包含在衬底之内形成封闭式结构，支撑架位于调磁装置底部，与外部基座连接，起固定调磁装置的作用，其特征在于：调磁极片为工字形，并且与主动轴和从动轴垂直；利用调磁装置中的调磁极片对永磁体磁场的转速与分布进行调制，并通过磁耦合输出不同的转速和转矩。
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