CN104362829A - 一种固定磁隙的永磁调速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定磁隙的永磁调速器，包括外磁转子以及內磁转子，所述的外磁转子沿其内圆周面周向均匀分布有至少两个外永磁体，所述外永磁体的磁极沿径向设置，相邻两外永磁体外露磁极面的磁性相异；所述的内磁转子沿其外圆周面周向分布有至少一个可转动永磁体，所述的可转动永磁体为圆柱形且沿直径方向为N极和S极，可转动永磁体一端设有磁路调节器。本发明由于采用了固定磁隙结构，大大提高了调速器的啮合面积并降低了装配难度，降低热量产生，增大调速范围，节约了稀土材料，大大提高了扭矩传递能力，实现了输入、输出转速0~N%的调速功能，不但降低了材料消耗和节省了安装空间，更是给现场安装施工带来了方便。

Description

一种固定磁隙的永磁调速器

技术领域

本发明涉及一种永磁调速器，具体涉及一种固定磁隙的永磁调速器。

背景技术

永磁调速器是通过永磁体的磁力耦合调速，实现电动机和负载的软（磁）连接，无任何影响电网的谐波产生，可靠性高，并可在高温、低温、潮湿、肮脏、易燃易爆、电压不稳及雷电等各种恶劣环境下工作，大幅减轻机械振动，广泛应用于电力、钢铁、冶金、石化，造纸、市政、舰船、灌溉及采矿等行业。而目前常用的永磁调速器均是通过调整气隙来实现转速调整的，磁路调节器的功率消耗大，且存在扭矩传递能力差、装配难度高、浪费大量稀土资源等缺点。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可降低磁路调节器功率消耗、提高扭矩传递能力、降低装配难度、节约稀土资源的固定磁隙的永磁调速器。

目前的永磁调速器都是通过改变导体转子与永磁转子之间的气隙从而控制导体转子切割磁力线的多少，来实现转矩调整的，由于这种方式存在很多弊端，本发明基于磁体同极相斥、异极相吸的原理，从改变外磁转子与内磁转子之间的作用力入手去设计新的永磁调速器，从而达到改变转矩的目的。参考导磁材料和非导磁材料的特性，利用两种材料控制永磁体对外展现的磁性大小，从而改变内、外磁转子之间的作用力，达到改变转矩的目的。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：一种固定磁隙的永磁调速器，包括与主动轴连接的外磁转子以及与从动轴连接的內磁转子，所述的外磁转子沿其内圆周面周向均匀分布有至少两个外永磁体，所述外永磁体的磁极沿径向设置，相邻两外永磁体外露磁极面的磁性相异；所述的外磁转子沿其内圆周面周向均匀分布有外永磁体且所述外永磁体为N极磁体或S极磁体，两者间隔设置；所述的内磁转子沿其外圆周面周向分布有至少一个可转动永磁体，所述的可转动永磁体为圆柱形且沿直径方向为N极和S极，可转动永磁体两侧包裹有导磁体，两导磁体之间由非导磁体隔开；可转动永磁体一端设有磁路调节器，所述的磁路调节器用于旋转可转动永磁体，调节其磁极方向进而进而改变两侧导磁体的磁性强度，改变导磁体与外永磁体之间的作用力。其中非导磁体的设置阻碍磁力线在导磁体内部形成短路而导致无论如何旋转可转动永磁体，导磁体对外都不显示磁性。由外永磁体与可转动永磁体之间相互作用力的大小变化来而实现传递力量的改变，由此实现调速功能。具体调节过程：通过磁路调节器旋转可转动永磁体，当可转动永磁体的N极和S极连接面与导磁体和非导磁体接触面垂直时（90度夹角），磁力线被非导磁体隔断，穿越到空气中，导磁体被磁化成相对应极性的强磁体，与外永磁体根据同极相斥异极相吸的原理产生吸引力或排斥力，进而带动内磁转子与外磁转子同向或反向转动；相反，当可转动永磁体的N极和S极连接面与导磁体和非导磁体接触面平行（0度夹角）时，磁力线经导磁体顺利穿越，导磁体对外不显示磁性，外永磁体对其不产生作用力；根据可转动永磁体的旋转角度不同，受磁路改变的影响，导磁体对外显示的磁性从最弱变化到最强（或从最强变化到最弱），即外永磁体对导磁体产生的作用力从最弱变化到最强（或从最强变化到最弱）。一般情况下主动轴连接主电机，从动轴连接负载，但两者可以互换，即主动轴连接负载，从动轴连接主电机。

外永磁体的磁体数量可以与可转动永磁体的磁极数量相同或不同且外永磁体按照磁体（外露磁极面N极、S极）成对增减。

当外永磁体的磁体数量与可转动永磁体磁极数量相等时，可以实现输入、输出转速0~100%的调速功能；当外永磁体的磁体数量与可转动永磁体磁极数量不相等时，可以实现输入、输出转速0~N%的调速功能（扭矩随N反比例改变、最大功率不变）。

此种方式相对于改变导体转子与永磁转子的轴向距离来说，降低了磁路调节器的功率消耗，降低了热量产生，提高了扭矩的传递能力。

可转动永磁体的安装方向可以有多种，只要保证外永磁体与其之间的作用力可调即可，所述的可转动永磁体与从动轴垂直。可转动永磁体围绕从动轴呈圆周分布。

为提高内磁转子对外展示的磁性以及增大磁性调节范围，每个可转动永磁体在沿从动轴轴向均并排设有一个固定永磁体，固定永磁体为圆柱形且沿直径方向为N极和S极，可转动永磁体周围的导磁体和非导磁体延伸至固定永磁体周围，固定永磁体的N极和S极分别位于两分隔开的导磁体中并且两磁极连接面垂直于导磁体和非导磁体的接触面。具体调节过程：通过磁路调节器旋转可转动永磁体，当固定永磁体和可转动永磁体的同名磁极相对应时，两端导磁体被磁化成相对应极性的强磁体，而且磁性最强，为两个磁体全部磁性的和，导磁体与外永磁体根据同极相斥异极相吸的原理产生吸引力或排斥力，进而带动内磁转子与外磁转子同向或反向转动；当固定永磁体和可转动永磁体的同磁极反向时，磁力线经相对应的导磁体顺利穿越，导磁体对外不显示磁性，外永磁体对导磁体不产生作用力；当可转动永磁体的磁极旋转至与导磁体和非导磁体接触面平行时，可转动永磁体的磁力线经导磁体穿越，对外不显示磁性，只有固定永磁体的磁性；根据可转动永磁体的旋转角度不同，导磁体对外显示的磁性从最强变化到最弱（或从最弱变化到最强），即外永磁体对导磁体产生的作用力从最弱变化到最强（或从最强变化到最弱）。

可转动永磁体另一种优选安装方式是：所述的可转动永磁体与从动轴平行。可转动均围绕从动轴呈圆周分布。

同样，为为提高内磁转子对外展示的磁性以及增大磁性调节范围，每个可转动永磁体在沿从动轴径向均并排设有一个固定永磁体，固定永磁体为圆柱形且沿直径方向为N极和S极，可转动永磁体周围的导磁体和非导磁体延伸至固定永磁体周围，固定永磁体的N极和S极分别位于两分隔开的导磁体中并且两磁极连接面垂直于导磁体和非导磁体的接触面。具体调节过程同上。

 所述的磁路调节器包括用于接收控制信号的调节执行器和连接调节执行器与可转动永磁体的机械传动机构。使用过程中，将永磁调速器安装于某控制系统中，压力、流量、液位或其他控制信号被控制系统接收和处理，然后提供到调节执行器，由调节执行器通过机械传动机构来旋转可转动永磁体，改变磁场强度调节负载转速，满足控制要求。机械传动机构用来将调节执行器发出的控制动作传递给可转动永磁体，控制永磁体转动，其实现方式可以有多种，可以是伺服电机、杠杆传动机构、齿轮传动机构、齿轮齿条传动机构、导丝传动机构等，下面选取几种最可行的传动机构进行说明。

     所述的机械传动机构为杠杆传动机构，包括套装在从动轴上并与从动轴键联接的传动套以及对应每个可转动永磁体设置的转动杆，传动套一端设有限位槽，转动杆一端与可转动永磁体端部固接，另一端通过限位轴卡在限位槽内连接传动套，传动套另一端通过套在从动轴上的轴承连接调节执行器。

      所述的机械传动机构为齿轮传动机构，包括套在从动轴外的齿轮桶及与齿轮桶外周啮合连接的转动齿轮，转动齿轮与可转动永磁体一一对应，转动齿轮的轴与可转动永磁体端部连接，齿轮桶连接调节执行器。

      所述的机械传动机构为齿轮齿条传动机构，包括与调节执行器连接的齿条桶、齿条桶内的齿条及与齿条啮合的转动齿轮，转动齿轮的轴与可转动永磁体端部连接。

本发明由于采用了固定磁隙结构，大大提高了调速器的啮合面积并降低了装配难度，降低热量产生，增大调速范围，节约了稀土材料，大大提高了扭矩传递能力。由于采用了磁力传递原理，所以实现了输入、输出转速0~N%的调速功能，大大扩展了本发明的使用范围和领域；由于采用了磁路调节结构，大大减小了执行调节机构的功率消耗并最大限度的缩小了调节执行机构的体积，不但降低了材料消耗和节省了安装空间，更是给现场安装施工带来了方便。

附图说明

图1为本发明外磁转子剖视图

图2为实施例1的主视剖视图；

图3为实施例1磁极面示意图；

图4为实施例2的主视剖视图；

图5为实施例2磁极面示意图；

图6为实施例3的主视剖视图；

图7为实施例3磁极面示意图；

图8为实施例4的主视剖视图；

图9为实施例4磁极面示意图；

图10为齿轮齿条传动结构示意图；

图11为齿轮传动结构示意图；

图12为实施例7主剖视图；

图13为实施例7的A-A剖视图；

其中，1、外磁转子，2、导磁体，3、固定永磁体，4、可转动永磁体，5、转动杆，6、传动套，7、从动轴，8、调节执行器，9、轴承，10、非导磁体，11、限位槽，12、限位轴，13、齿条桶，14、转动齿轮，15齿条，16、齿轮桶，17、外永磁体，18、主动轴。

具体实施方式

实施例一

一种固定磁隙的永磁调速器，如图1、2、3所示，包括与主动轴18连接的外磁转子1以及与从动轴7连接的內磁转子，所述的外磁转子1沿其内圆周面周向均匀分布有至少两个外永磁体17，所述外永磁体17的磁极沿径向设置，相邻两外永磁体17外露磁极面的磁性相异；所述的内磁转子沿其外圆周面周向分布有至少一个可转动永磁体4，所述的可转动永磁体4与从动轴7垂直。所述的可转动永磁体4为圆柱形且沿直径方向为N极和S极，可转动永磁体4两侧包裹有导磁体2，两导磁体2之间由非导磁体10隔开；在本实施例中，外永磁体17的磁体数量与可转动永磁体4磁极数量相等。可转动永磁体4一端设有磁路调节器，所述的磁路调节器用于旋转可转动永磁体4，调节其磁极方向进而进而改变两侧导磁体2的磁性强度，改变导磁体2与外永磁体17之间的作用力。所述的磁路调节器包括用于接收控制信号的调节执行器8和连接调节执行器8与可转动永磁体5的机械传动机构。所述的机械传动机构为杠杆传动机构，包括套装在从动轴7上并与从动轴7键联接的传动套6以及对应每个可转动永磁体4设置的转动杆5，传动套6一端设有限位槽11，转动杆5一端与可转动永磁体4端部固接，另一端通过限位轴12卡在限位槽11内连接传动套6，传动套6另一端通过套在从动轴7上的轴承9连接调节执行器8。

实施例二

一种固定磁隙的永磁调速器，如图1、4、5所示，所述的可转动永磁体4与从动轴7平行，其他结构同实施例一。

实施例三

一种固定磁隙的永磁调速器，如图1、6、7所示，包括与主动轴18连接的外磁转子1以及与从动轴7连接的內磁转子，所述的外磁转子1沿其内圆周面周向均匀分布有至少两个外永磁体17，所述外永磁体17的磁极沿径向设置，相邻两外永磁体17外露磁极面的磁性相异；所述的内磁转子沿其外圆周面周向分布有至少一个可转动永磁体4，所述的可转动永磁体4与从动轴7垂直。所述的可转动永磁体4为圆柱形且沿直径方向为N极和S极，可转动永磁体4两侧包裹有导磁体2，两导磁体2之间由非导磁体10隔开；每个可转动永磁体4在沿从动轴7轴向均并排设有一个固定永磁体3，固定永磁体3为圆柱形且沿直径方向为N极和S极，可转动永磁体4周围的导磁体2和非导磁体10延伸至固定永磁体4周围，固定永磁体4的N极和S极分别位于两分隔开的导磁体2中并且两磁极连接面垂直于导磁体2和非导磁体10的接触面。在本实施例中，外永磁体17的磁体数量与可转动永磁体4、固定永磁体3磁极数量均相等。可转动永磁体4一端设有磁路调节器，所述的磁路调节器用于旋转可转动永磁体4，调节其磁极方向进而进而改变两侧导磁体2的磁性强度，改变导磁体2与外永磁体1之间的作用力。所述的磁路调节器包括用于接收控制信号的调节执行器8和连接调节执行器8与可转动永磁体4的机械传动机构。所述的机械传动机构为杠杆传动机构，包括套装在从动轴7上并与从动轴7键联接的传动套6以及对应每个可转动永磁体4设置的转动杆5，传动套6一端设有限位槽11，转动杆5一端与可转动永磁体4端部固接，另一端通过限位轴12卡在限位槽11内连接传动套6，传动套6另一端通过套在从动轴7上的轴承9连接调节执行器8。

实施例四

一种固定磁隙的永磁调速器，如图1、8、9所示，所述的可转动永磁体4与从动轴7平行，每个可转动永磁体4在沿从动轴7径向均并排设有一个固定永磁体3，其他结构同实施例三。

实施例五

 一种固定磁隙的永磁调速器，如图10所示，所述的机械传动机构为齿轮齿条传动机构，包括与调节执行器8连接的齿条桶13、齿条桶13内的齿条15及与齿条15啮合的转动齿轮14，转动齿轮14的轴与可转动永磁体4端部连接。其他结构同实施例三。

实施例六

一种固定磁隙的永磁调速器，如图11所示，所述的机械传动机构为齿轮传动机构，包括套在从动轴7外的齿轮桶16及与齿轮桶16外周啮合连接的转动齿轮14，转动齿轮14与可转动永磁体4一一对应，转动齿轮14的轴与可转动永磁体4端部连接，齿轮桶16连接调节执行器。其他结构同实施例四。

实施例七

   一种固定磁隙的永磁调速器，如图1、12、13所示，在本实施例中，外永磁体的磁体数量与可转动永磁体、固定永磁体磁极数量不相等。其他结构同实施例三。

本发明既可以采用成对的固定永磁体和可转动永磁体的结构，也可以采用仅有可转动永磁体的结构，不限于以上举例。凡是采用相同思路的发明均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种固定磁隙的永磁调速器，其特征在于：包括与主动轴（18）连接的外磁转子（1）以及与从动轴（7）连接的內磁转子，所述的外磁转子（1）沿其内圆周面周向均匀分布有至少两个外永磁体（17），所述外永磁体（17）的磁极沿径向设置，相邻两外永磁体（17）外露磁极面的磁性相异；所述的内磁转子沿其外圆周面周向分布有至少一个可转动永磁体（4），所述的可转动永磁体（4）为圆柱形且沿直径方向为N极和S极，可转动永磁体（4）两侧包裹有导磁体（2），两导磁体（2）之间由非导磁体（10）隔开；可转动永磁体（4）一端设有磁路调节器，所述的磁路调节器用于旋转可转动永磁体（4），调节其磁极方向进而进而改变两侧导磁体（2）的磁性强度，改变导磁体（2）与外永磁体（17）之间的作用力。

2.根据权利要求1所述的固定磁隙的永磁调速器，其特征在于：所述的可转动永磁体（4）与从动轴（7）垂直。

3.根据权利要求2所述的固定磁隙的永磁调速器，其特征在于：每个可转动永磁体（4）在沿从动轴（7）轴向均并排设有一个固定永磁体（3），固定永磁体（3）为圆柱形且沿直径方向为N极和S极，可转动永磁体（4）周围的导磁体（2）和非导磁体（10）延伸至固定永磁体（3）周围，固定永磁体（3）的N极和S极分别位于两分隔开的导磁体（2）中并且两磁极连接面垂直于导磁体（2）和非导磁体（10）的接触面。

4.根据权利要求1所述的固定磁隙的永磁调速器，其特征在于：所述的可转动永磁体（4）与从动轴（7）平行。

5.根据权利要求4所述的固定磁隙的永磁调速器，其特征在于：每个可转动永磁体（4）在沿从动轴（7）径向均并排设有一个固定永磁体（3），固定永磁体（3）为圆柱形且沿直径方向为N极和S极，可转动永磁体（4）周围的导磁体（2）和非导磁体（10）延伸至固定永磁体（3）周围，固定永磁体（3）的N极和S极分别位于两分隔开的导磁体（2）中并且两磁极连接面垂直于导磁体（2）和非导磁体（10）的接触面。

6.根据权利要求1-5任一项所述的固定磁隙的永磁调速器，其特征在于：所述的磁路调节器包括用于接收控制信号的调节执行器（8）和连接调节执行器（8）与可转动永磁体（4）的机械传动机构。

7.根据权利要求6所述的固定磁隙的永磁调速器，其特征在于：所述的机械传动机构为杠杆传动机构，包括套装在从动轴（7）上并与从动轴（7）键联接的传动套（6）以及对应每个可转动永磁体（4）设置的转动杆（5），传动套（6）一端设有限位槽（11），转动杆（5）一端与可转动永磁体（4）端部固接，另一端通过限位轴（12）卡在限位槽（11）内连接传动套（6），传动套（6）另一端通过套在从动轴（7）上的轴承（9）连接调节执行器。

8.根据权利要求6所述的固定磁隙的永磁调速器，其特征在于：所述的机械传动机构为齿轮传动机构，包括套在从动轴（7）外的齿轮桶（16）及与齿轮桶（16）外周啮合连接的转动齿轮（14），转动齿轮（14）与可转动永磁体（4）一一对应，转动齿轮（14）的轴与可转动永磁体（4）端部连接，齿轮桶（16）连接调节执行器（8）。

9.根据权利要求6所述的固定磁隙的永磁调速器，其特征在于：所述的机械传动机构为齿轮齿条传动机构，包括与调节执行器（8）连接的齿条桶（13）、齿条桶（13）内的齿条（15）及与齿条（15）啮合的转动齿轮（14），转动齿轮（14）的轴与可转动永磁体（4）端部连接。