CN103490587A - 一种用于永磁同步传动装置的套筒型聚磁式磁路结构 - Google Patents

Abstract

一种用于永磁同步传动装置的套筒型聚磁式磁路结构，属于永磁同步传动技术领域。采用本发明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，减小了传动装置的尺寸，降低了制造成本。本发明包括内转子和外转子，内转子由内转子体和偶数组内转子永久磁铁组组成，外转子由外转子体和偶数组外转子永久磁铁组组成，内、外转子永久磁铁组均由二至五块紧密接触的磁铁组成，各组内转子永久磁铁组包含的磁铁数量相同，各组外转子永久磁铁组包含的磁铁数量相同；同一组内转子永久磁铁组或外转子永久磁铁组内相邻磁铁充磁极性方向相同；相邻内转子永久磁铁组或外转子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套筒型聚磁式磁路结构

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套筒型聚磁式磁路结构。

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，同时增加永久磁铁的数量，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套筒型聚磁式磁路结构，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套筒型聚磁式磁路结构，包括内转子和外转子，内转子由圆柱形内转子体和偶数组内转子永久磁铁组组成，内转子永久磁铁组设置在内转子体侧壁外表面上，且沿圆周方向均匀分布；外转子由圆筒形外转子体和偶数组外转子永久磁铁组组成，外转子永久磁铁组设置在外转子体筒壁内表面上，且沿圆周方向均匀分布；内转子永久磁铁组与外转子永久磁铁组组数相同，且一一对应，内转子与外转子之间留有间隙，其特点是，所述的内、外转子永久磁铁组均由二至五块紧密接触的磁铁组成，各组内转子永久磁铁组包含的磁铁数量相同，各组外转子永久磁铁组包含的磁铁数量相同；所述内、外转子永久磁铁组由二块磁铁组成时，所述两块磁铁充磁方向分别与内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；所述内、外转子永久磁铁组由三块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向相同，两侧磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤30°，且角度相同，两侧磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；所述内、外转子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内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；两侧磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤40°，且角度相同，两侧磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；所述内、外转子永久磁铁组由五块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向相同，与中间磁铁相邻两侧的磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤20°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；最外侧两块磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤45°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；所述内转子体或外转子体径向为穿过对应磁铁中心的内转子体或外转子体的直径方向；同一组内转子永久磁铁组或外转子永久磁铁组内相邻磁铁之间紧密接触，且充磁极性方向相同；相邻内转子永久磁铁组或外转子永久磁铁组的充磁极性方向相反；所述内转子永久磁铁组形成的环形体的最大外径小于外转子永久磁铁组形成的环形体的最小内径。

所述内、外转子永久磁铁组的磁铁的横截面为瓦块形、梯形或矩形。

所述内、外转子永久磁铁组分别沿内、外转子体轴向长度相同且端面对齐，内、外转子永久磁铁组分别沿内、外转子体径向宽度相同且形成的环形体的内径相同、外径相同；内转子永久磁铁组形成的环形体与外转子永久磁铁组形成的环形体轴向长度相同且端面对齐。

所述相邻内转子永久磁铁组之间或相邻外转子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：

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套筒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是本发明的内、外转子永久磁铁组分别由两块、五块磁铁组成的聚磁式磁路结构的示意图；

图中，1--原动机驱动轴，2--外转子体，3--非导磁隔离垫，4--外转子永久磁铁组，5--密封隔离套，6--内转子永久磁铁组，7--内转子体，8--负载转轴，9--内转子中间磁铁，10--内转子两侧磁铁，11--外转子中间两块磁铁，12--外转子两侧磁铁，13--外转子，14--内转子。

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。

如图1、图2所示，一种用于永磁同步传动装置的套筒型聚磁式磁路结构，包括内转子14和外转子13，所述内转子14由圆柱形内转子体7和十二组内转子永久磁铁组6组成，内转子永久磁铁组6通过导磁胶固定在内转子体7侧壁外表面上；外转子13由圆筒形外转子体2和十二组外转子永久磁铁组4组成，外转子永久磁铁组4通过导磁胶固定在外转子体2筒壁内表面上，内转子永久磁铁组6与外转子永久磁铁组4相对应，内转子14与外转子13之间留有间隙，用于设置筒型密封隔离套5和作为运动间隙，所述密封隔离套5由氮化硅工业陶瓷材料制成；内转子体7和外转子体2均由导磁材料制成。

在内转子体7侧壁外表面上沿圆周方向均匀分布有十二组内转子永久磁铁组6，每组内转子永久磁铁组6均由横截面为瓦块形的三块条形磁铁组成，各块磁铁均沿圆柱形内转子体的轴向分布；各组内转子永久磁铁组6中的中间磁铁均为内转子中间磁铁9，内转子中间磁铁9的充磁方向与内转子体7径向相同，此径向为穿过内转子中间磁铁9中心的内转子体7的直径方向；设置在内转子中间磁铁9左、右两侧的磁铁均为内转子两侧磁铁10，内转子两侧磁铁10的充磁方向与内转子体7径向形成的锐角均为25°，此径向为分别穿过内转子两侧磁铁10中心的内转子体7的直径方向，内转子两侧磁铁10的充磁方向的交点设置在外转子13一侧；同一组内转子永久磁铁组6内磁铁的充磁极性方向相同，相邻内转子永久磁铁组6的充磁极性方向相反；同一组内转子永久磁铁组6内相邻磁铁之间紧密接触，相邻内转子永久磁铁组6之间紧密接触；所述内转子永久磁铁组6形成的环形体的内径相同、外径相同、轴向长度相同且端面对齐。

在外转子体2筒壁内表面上沿圆周方向均匀分布有十二组外转子永久磁铁组4，所述的外转子永久磁铁组4均由横截面为瓦块形的四块条形磁铁组成，各块磁铁均沿圆筒形外转子体2的轴向分布；各组外转子永久磁铁组4的中间两块磁铁均为外转子中间两块磁铁11，其充磁方向与外转子体2径向形成的锐角均为10°，此径向为分别穿过外转子中间两块磁铁11中心的外转子体2的直径方向，外转子中间两块磁铁11的充磁方向的交点设置在内转子14一侧；设置在外转子中间两块磁铁11左、右两侧的磁铁均为外转子两侧磁铁12；其充磁方向与外转子体2径向形成的锐角均为40°，此径向为分别穿过外转子两侧磁铁12中心的外转子体2的直径方向，外转子两侧磁铁12的充磁方向的交点设置在内转子14一侧；同一组外转子永久磁铁组4内磁铁的充磁极性方向相同，相邻外转子永久磁铁组4的充磁极性方向相反；同一组外转子永久磁铁组4内相邻磁铁之间紧密接触，相邻外转子永久磁铁组4之间留有间隙，在间隙内填充有非导磁材料制成的非导磁隔离垫3；所述外转子永久磁铁组4形成的环形体的内径相同、外径相同、轴向长度相同且端面对齐。

所述内转子永久磁铁组6形成的环形体的外径小于外转子永久磁铁组4形成的环形体的内径，内转子永久磁铁组6形成的环形体与外转子永久磁铁组4形成的环形体轴向长度相同且端面对齐。

内、外转子永久磁铁组分别由两块、五块磁铁组成的聚磁式磁路结构的示意图如图3所示。

下面结合附图说明本发明的工作原理：

如图1、图2所示，本发明处于工作位置时，内、外转子同轴设置，外转子13作为主动转子，通过轴套与原动机（如电动机）驱动轴1相连，内转子14作为从动转子，通过轴套与负载（如风机、水泵）转轴8相连；设置在内、外转子体上的内转子永久磁铁组6、外转子永久磁铁组4轴向对齐，径向上留有间隙，且相对磁铁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1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，主动转子上的外转子永久磁铁组6与对应的从动转子上的内转子永久磁铁组4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8跟随主动转子做同步转动；在负载转轴8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8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，二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套筒型聚磁式磁路结构，包括内转子和外转子，内转子由圆柱形内转子体和偶数组内转子永久磁铁组组成，内转子永久磁铁组设置在内转子体侧壁外表面上，且沿圆周方向均匀分布；外转子由圆筒形外转子体和偶数组外转子永久磁铁组组成，外转子永久磁铁组设置在外转子体筒壁内表面上，且沿圆周方向均匀分布；内转子永久磁铁组与外转子永久磁铁组组数相同，且一一对应，内转子与外转子之间留有间隙，其特征在于，所述的内、外转子永久磁铁组均由二至五块紧密接触的磁铁组成，各组内转子永久磁铁组包含的磁铁数量相同，各组外转子永久磁铁组包含的磁铁数量相同；所述内、外转子永久磁铁组由二块磁铁组成时，所述两块磁铁充磁方向分别与内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；所述内、外转子永久磁铁组由三块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向相同，两侧磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤30°，且角度相同，两侧磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；所述内、外转子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内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤15°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；两侧磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤40°，且角度相同，两侧磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；所述内、外转子永久磁铁组均由五块磁铁组成时，中间磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向相同，与中间磁铁相邻两侧的磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤20°，且角度相同，两块磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；最外侧两块磁铁的充磁方向与内转子体或外转子体径向形成的锐角均≤45°，且角度相同，最外侧两块磁铁的充磁方向的交点设置在非磁铁所在转子一侧；所述内转子体或外转子体径向为穿过对应磁铁中心的内转子体或外转子体的直径方向；同一组内转子永久磁铁组或外转子永久磁铁组内相邻磁铁之间紧密接触，且充磁极性方向相同；相邻内转子永久磁铁组或外转子永久磁铁组的充磁极性方向相反；所述内转子永久磁铁组形成的环形体的最大外径小于外转子永久磁铁组形成的环形体的最小内径。

2.根据权利要求1所述的用于永磁同步传动装置的套筒型聚磁式磁路结构，其特征在于所述内、外转子永久磁铁组的磁铁的横截面为瓦块形、梯形或矩形。

3.根据权利要求1所述的用于永磁同步传动装置的套筒型聚磁式磁路结构，其特征在于所述内、外转子永久磁铁组分别沿内、外转子体轴向长度相同且端面对齐，内、外转子永久磁铁组分别沿内、外转子体径向宽度相同且形成的环形体的内径相同、外径相同；内转子永久磁铁组形成的环形体与外转子永久磁铁组形成的环形体轴向长度相同且端面对齐。

4.根据权利要求1所述的用于永磁同步传动装置的套筒型聚磁式磁路结构，其特征在于所述相邻内转子永久磁铁组之间或相邻外转子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。

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