CN103490586B - 一种用于永磁同步传动装置的平盘型聚磁式磁路结构 - Google Patents

Abstract

一种用于永磁同步传动装置中的平盘型聚磁式磁路结构，属于永磁传动技术领域。采用本发明磁路结构的永磁同步传动装置，增大了聚磁式磁路气隙内的磁场强度，增大了传动扭矩，减小了传动装置的外形尺寸，降低了制造成本。本发明包括左转子和右转子，左转子由左转子盘和偶数组永久磁铁组组成，右转子由右转子盘和偶数组永久磁铁组组成，左转子盘上的永久磁铁组与右转子盘上的永久磁铁组相对应；所述永久磁铁组均由二至五块紧密接触的磁铁组成，同一磁耦合环中的各组永久磁铁组包含的磁铁数量相同，磁铁均沿左、右转子盘的径向分布；同一组永久磁铁组内磁铁充磁极性方向相同；相邻永久磁铁组的充磁极性方向相反。

Description

一种用于永磁同步传动装置的平盘型聚磁式磁路结构

技术领域

本发明属于永磁同步传动技术领域，特别涉及一种用于永磁同步传动装置中的平盘型聚磁式磁路结构。

背景技术

永磁同步传动是利用高强度的磁场，通过一定的空间距离，并穿透一定的物质，传递转动或平动的机械能量的一种技术。永磁同步传动技术在能量传递的过程中具有无直接接触、少振动、运动平稳、效率高、无电磁和噪音污染、隔振、寿命长、免维护、用于密封时无泄漏通道、零泄漏等优点，已成功应用于磁力泵、磁力传动搅拌器和永磁同步联轴器等传动装置中。

永磁同步传动装置的基本结构通常由三部分组成：分别与原动机和负载相连接的带有永久磁铁的主动磁转子、从动磁转子，以及设置在主、从动磁转子间工作气隙中的由金属或非金属材料制成的隔离套。其工作原理是：当原动机带动主动磁转子运动时，磁场透过磁路工作气隙或薄壁隔离套相互耦合，使主、从动磁转子中的永久磁铁相互间产生磁转矩，从而带动从动磁转子随之运动，实现主、从动磁转子的同步运动，将原动机的运动和动力传递给负载。

磁路结构设计是永磁同步传动技术的关键所在，磁路性能的优劣直接关系到永久磁铁的利用效率以及永磁同步传动装置的性能。组合推拉式的磁路是永磁同步传动装置的主流磁路形式。组合推拉式的磁路中永久磁铁紧密排列，不留有间隙，工作时可以利用磁极间同极相斥和异极相吸的分别作用，增强气隙磁场强度，增大传递扭矩，减小永磁同步传动装置的整体结构尺寸，制造成本低。但由于永久磁铁的紧密排列，磁极方向之间交错布置，使得相邻异性磁极之间易产生磁力线的回路，造成部分磁通失效，导致磁极之间的局部漏磁，从而在一定程度上减小了产生的磁扭矩。而为了满足其传动扭矩的要求，势必要加大传动装置的外形尺寸，同时增加永磁体的数量，使得产品的成本提高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于永磁同步传动装置的平盘型聚磁式磁路结构，采用该磁路结构的永磁同步传动装置，增大了聚磁式磁路气隙内的磁场强度，减少相邻磁极之间的漏磁，增大了传动扭矩，减小了传动装置的外形尺寸，降低了制造成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于永磁同步传动装置的平盘型聚磁式磁路结构，包括左转子和右转子，左转子和右转子为结构相同、转子盘平盘相对设置的圆盘形结构，所述的左转子由左转子盘和偶数组永久磁铁组组成，永久磁铁组设置在左转子盘的平盘右侧表面上，且在圆周方向上均匀分布，构成磁耦合环；右转子由右转子盘和偶数组永久磁铁组组成，永久磁铁组设置在右转子盘的平盘左侧表面上，且在圆周方向上均匀分布，构成磁耦合环；左转子盘上的永久磁铁组与右转子盘上的永久磁铁组相对布置，且中间留有气隙；其特点是，所述每组永久磁铁组均由二至五块紧密接触的磁铁组成，同一磁耦合环中的各组永久磁铁组包含的磁铁数量相同，磁铁均沿左、右转子盘的径向分布；同组永久磁铁组内磁铁充磁极性方向相同，相邻永久磁铁组的充磁极性方向相反；所述永久磁铁组由二块磁铁组成时，两块磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；所述永久磁铁组由三块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线方向相同，两侧磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线形成的锐角均≤30°，且角度相同，两侧磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；所述永久磁铁组由四块磁铁组成时，中间两块磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；外侧两块磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线形成的锐角均≤40°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；所述永久磁铁组由五块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线方向相同，设置在中间磁铁相邻两侧磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线形成的锐角均≤20°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；最外侧两块磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线方向形成的锐角均≤45°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧。

所述磁铁沿左转子盘或右转子盘平盘表面径向宽度相同，且形成的磁耦合环内径相同、外径相同，磁铁沿左转子盘或右转子盘平盘表面法线方向厚度相同且端面对齐。

所述磁铁的横截面为瓦块形、梯形或矩形。

所述相邻永久磁铁组之间紧密接触或留有间隙，若留有间隙，则在间隙内填充非导磁隔离垫，非导磁隔离垫采用非导磁材料。

本发明的有益效果是：

采用本发明磁路结构的永磁同步传动装置，由于两侧永久磁铁组的作用，在气隙两侧、相邻永久磁铁组的磁极构成的磁力线回路明显少于组合推拉式磁路中构成的磁力线回路，而穿过气隙的回路多于组合推拉式产生的回路，从而增大了聚磁式磁路气隙内的磁场强度，减少相邻磁极之间的漏磁，增大了传动扭矩，减小了传动装置的外形尺寸，降低了制造成本。

附图说明

图1是本发明的用于永磁同步传动装置的平盘型聚磁式磁路结构的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图2的B-B剖视图；

图4是图2的C-C剖视图；

图5是本发明的内、外环永久磁铁组分别由两块、四块磁铁组成的聚磁式磁路结构的示意图；

图6是图5的D-D剖视图；

图7是图5的E-E剖视图；

图中，10--原动机驱动轴，11--非导磁隔离垫，12--负载转轴，13--右转子盘，14--内环永久磁铁组，15--外环永久磁铁组，16--左转子盘，17--内环中间磁铁，18--内环两侧磁铁，19--外环中间磁铁，20--外环内侧磁铁，21--外环外侧磁铁，22--左转子，23—右转子。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作详细说明。

本实施例将本发明的磁路结构用于永磁同步连轴器。

如图1～4所示，一种用于永磁同步传动装置的平盘型聚磁式磁路结构，包括左转子22和右转子23，左转子22和右转子23为结构相同、转子盘平盘相对设置的圆盘形结构，所述的左转子22由圆盘形左转子盘16、十二组内环永久磁铁组14和十六组外环永久磁铁组15构成，内、外环永久磁铁组通过导磁胶粘结固定在左转子盘16的平盘右侧表面上，且在圆周方向上均匀分布，形成双磁耦合环；右转子23由圆盘形右转子盘13、十二组内环永久磁铁组14和十六组外环永久磁铁组15组成，内、外永久磁铁组通过导磁胶粘结固定在右转子盘13的平盘左侧表面上，且在圆周方向上均匀分布，形成双磁耦合环；左转子盘16和右转子盘13均由导磁材料制成；所述每组内环永久磁铁组14均由横截面为瓦块形的内环中间磁铁17和内环两侧磁铁18组成，所述各组内环永久磁铁组14内磁铁均沿左转子盘16或右转子盘13平盘表面的径向分布，且径向宽度相同，即形成的内磁耦合环内径相同、外径相同；内环永久磁铁组14内磁铁沿左转子盘16或右转子盘13平盘表面法线方向厚度相同且端面对齐；内环中间磁铁17设置在内环永久磁铁组14的中间，内环中间磁铁17充磁方向与左转子盘16或右转子盘13平盘表面法线方向相同；内环两侧磁铁18设置在内环中间磁铁17的两侧，内环两侧磁铁18的充磁方向与左转子盘16或右转子盘13平盘表面法线形成的锐角均为30°，内环两侧磁铁18的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；同一组内环永久磁铁组14内相邻磁铁之间紧密接触，且同一组内环永久磁铁组14内的磁铁充磁极性方向相同；所述相邻内环永久磁铁组14之间留有间隙，在间隙内填充非导磁隔离垫11，且相邻内环永久磁铁组14的充磁极性方向相反，设置在左、右转子盘上的内环永久磁铁组14结构相同、位置对应。

所述每组外环永久磁铁组15由横截面为梯形的外环中间磁铁19、两块外环内侧磁铁20及两块外环外侧磁铁21组成，所述外环永久磁铁组15内磁铁均沿左转子盘16或右转子盘13平盘表面的径向分布，且径向宽度相同，即形成的外磁耦合环内径相同、外径相同；外环永久磁铁组15内磁铁沿左转子盘16或右转子盘13平盘表面法线方向厚度相同且端面对齐；外环中间磁铁19设置在外环永久磁铁组15的中间位置，外环中间磁铁19充磁方向与左转子盘16或右转子盘13平盘表面法线方向相同；两块外环内侧磁铁20设置在外环中间磁铁19相邻的两侧位置，外环内侧磁铁20的充磁方向与左转子盘16或右转子盘13平盘表面法线形成的锐角均为15°，外环内侧磁铁20充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；两块外环外侧磁铁21分别设置在外环内侧磁铁20外侧位置，外环外侧磁铁21的充磁方向与左转子盘16或右转子盘13平盘表面法线形成的锐角均为45°，外环外侧磁铁21的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；同一组外环永久磁铁组15内相邻磁铁之间紧密接触，且同一组外环永久磁铁组15内的磁铁充磁极性方向相同；相邻外环永久磁铁组15之间紧密接触，且充磁极性方向相反，设置在左、右转子盘上的外环永久磁铁组15结构相同、位置对应。

所述内环永久磁铁组14与外环永久磁铁组15内磁铁沿左转子盘16或右转子盘13平盘表面的径向宽度相同；内环永久磁铁组14与外环永久磁铁组15内磁铁沿左转子盘16或右转子盘13平盘表面法线方向厚度相同且端面对齐。

内、外环永久磁铁组分别由两块、四块磁铁组成的聚磁式磁路结构的示意图如图5、图6、图7所示。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

本发明处于工作位置时，左、右转子同轴设置，并在轴向上留有气隙，右转子23作为主动转子，通过轴套与原动机（如电动机）驱动轴10相连接；左转子22作为从动转子，通过轴套与负载（如风机、水泵）转轴12相连接；设置在左转子盘16与右转子盘13上的内环永久磁铁组14一一对应，且相对内环永久磁铁组14的充磁极性方向相同，即异性磁极面相对；设置在左转子盘16与右转子盘13上的外环永久磁铁组15一一对应，且相对外环永久磁铁组15的充磁极性方向相同，即异性磁极面相对。

工作过程中，原动机驱动轴10直接带动主动转子做旋转运动，使主动转子与从动转子产生微小的位置转角差；在具有位置转角差的情况下，主动转子上的内、外环永久磁铁组与对应的从动转子上的内、外环永久磁铁组之间均产生沿圆周切向的磁耦合力，从而使主动转子与从动转子间形成磁耦合力矩，并带动从动转子及其负载转轴12跟随主动转子做同步转动；在负载转轴12输出力矩不大于永磁同步传动装置的脱耦力矩的情况下，主、从转子间的位置转角差越大，所产生的磁耦合力矩也越大；此后，在负载转轴12输出力矩一定时，主动转子与从动转子间保持一定的转角差，二者做同步转动，两转子间达到传递运动动力的目的。

Claims (4)

1.一种用于永磁同步传动装置的平盘型聚磁式磁路结构，其特征在于包括左转子和右转子，左转子和右转子为结构相同、转子盘平盘相对设置的圆盘形结构，所述的左转子由左转子盘和偶数组永久磁铁组组成，永久磁铁组设置在左转子盘的平盘右侧表面上，且在圆周方向上均匀分布，构成磁耦合环；右转子由右转子盘和偶数组永久磁铁组组成，永久磁铁组设置在右转子盘的平盘左侧表面上，且在圆周方向上均匀分布，构成磁耦合环；左转子盘上的永久磁铁组与右转子盘上的永久磁铁组相对布置，且中间留有气隙；其特征在于，所述每组永久磁铁组均由二至五块紧密接触的磁铁组成，同一磁耦合环中的各组永久磁铁组包含的磁铁数量相同，磁铁均沿左、右转子盘的径向分布；同一组永久磁铁组内磁铁充磁极性方向相同；相邻永久磁铁组的充磁极性方向相反；所述永久磁铁组由二块磁铁组成时，两块磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；所述永久磁铁组由三块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线方向相同，两侧磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线形成的锐角均≤30°，且角度相同，两侧磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；所述永久磁铁组由四块磁铁组成时，中间两块磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；外侧两块磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线形成的锐角均≤40°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；所述永久磁铁组由五块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线方向相同，设置在中间磁铁相邻两侧磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线形成的锐角均≤20°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧；最外侧两块磁铁的充磁方向与左转子盘或右转子盘平盘表面法线方向形成的锐角均≤45°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在相对的转子一侧。

2.根据权利要求1所述的用于永磁同步传动装置的平盘型聚磁式磁路结构，其特征在于所述磁铁沿左转子盘或右转子盘平盘表面径向宽度相同，且磁铁在左转子盘形成的磁耦合环与磁铁在右转子盘形成的磁耦合环内径相同、外径相同，磁铁沿左转子盘或右转子盘平盘表面法线方向厚度相同且端面对齐。

3.根据权利要求1所述的用于永磁同步传动装置的平盘型聚磁式磁路结构，其特征在于所述磁铁的横截面为瓦块形、梯形或矩形。

4.根据权利要求1所述的用于永磁同步传动装置的平盘型聚磁式磁路结构，其特征在于所述相邻永久磁铁组之间紧密接触或留有间隙，若留有间隙，则在间隙内填充非导磁隔离垫，非导磁隔离垫采用非导磁材料。