CN104539134A - 径向间隙可调型永磁调速器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：包括同轴线安装的筒形第一旋转组件、筒形第二旋转组件，所述第二旋转组件的外表面上永磁体或导电体，还包括与永磁体或导电体连接的推拉套，所述推拉套的一端连接一间隙调整装置；本发明整体尺寸小重量轻，传动转矩大，调速机构简单，调整省力，不仅改变气隙大小，而且也改变耦合面积。
Description
技术领域
本发明涉及机电工程中的机械动力传动系统，尤其涉及一种新型径向、轴向间隙能够综合调整的径向间隙可调型永磁调速器。
背景技术
自1999年美国Magnadrive发明了可调节磁耦合器(CN1248354A)，在由负载设备和电机组成的传动系统中，实现了软启动、速度可调，过载保护功能。目前，在线应用的永磁调速器不外乎两种类型：盘式结构(轴向式)、桶式结构(径向式)。轴向式永磁调速器调节主动件和从动件之间的轴向距离，即调节空气隙；径向式永磁调速器也是调节轴向位移，使耦合面积改变。
轴向式永磁调速器采用双永磁盘与双导体盘，轴向力得到平衡，一般通过改变永磁盘与导体盘的间隙来调速，但是由于磁块安装在圆盘上，回转半径小，使其体积较大，故此整体的调速机构复杂。
径向式永磁调速器磁体安装在圆筒表面，回转半径加大，传动转矩提高，但调速是改变耦合面积，要克服过大的轴向力，使调速机构变得笨重。
本发明就此现有技术中存在的不足之处，提出了径向间隙可调型永磁调速器，综合了前两种调速器的优缺点，即改变气隙尺寸，又改变耦合面积，可谓第三代永磁调速器。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种径向间隙可调型永磁调速器，整体尺寸小重量轻，传动转矩大，调速机构简单，调整省力，不仅改变气隙大小，而且也改变耦合面积。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：包括同轴线安装的筒形第一旋转组件、筒形第二旋转组件，所述第二旋转组件的外表面上永磁体或导电体，还包括与永磁体或导电体连接的推拉套，所述推拉套的一端连接一间隙调整装置，另一端通过连杆与永磁体或导电体铰接。
对本发明做进一步优选，正常运转时，第一旋转组件、第二旋转组件之间的气隙设定最小值，此时为零位，永磁体或导电体与推拉套之间的运动方程：其中所述y为永磁体或导电体在沿半径方向移动的间距，所述b为永磁体或导电体到中心的距离，所述x为推拉套在水平方向移动的距离，所述a为推拉套到中心的距离，所述中心为永磁体或导电体的垂直轴线与推拉套水平方向轴线的交叉点。
对本发明做进一步优选，所述第一旋转组件是第一筒形转子，在所述第一筒形转子的内表面上形成基体槽，在所述基体槽内设置导电体，所述导电体为扇形铜板或矩形铜条，嵌入的扇形铜板或矩形铜条数目与第二旋转组件上的磁极数目不相等。所述铜板或矩形铜条内外环由薄铜带包维，形成封闭的感应电流回路。
对本发明做进一步优选，所述第一旋转组件包括是第一筒形转子，在所述第一筒形转子的内表面上设有按N极、S极紧密相间排列永磁体，所述永磁体磁极数为偶数。
对本发明做进一步优选，所述第二旋转组件是第二筒形转子，在所述第二筒形转子的外表面上设有按N极、S极紧密相间排列永磁体，所述永磁体磁极数为偶数，其中一半以下的永磁体与所述推拉套之间通过拉杆铰接。
对本发明做进一步优选，所述第二旋转组件是第二筒形转子，在所述第二筒形转子的外表面上设有上形成基体槽，在所述基体槽内设置导电体，所述导电体为扇形铜板或矩形铜条，嵌入的扇形铜板或矩形铜条数目与第一旋转组件上的磁极数目不相等，所述铜板或矩形铜条内外环由薄铜带包维，形成封闭的感应电流回路，所述导电体与所述推拉套之间通过拉杆铰接。
对本发明做进一步优选，所述第一旋转组件、所述第二旋转组件任意一个可以作为主动，另一个从动，二者之间的筒形表面套接形成径向间隙。
对本发明做进一步优选，所述间隙调整装置包括输出轴，所述输出轴通过一对滚动轴承设置在套杯内部，所述套杯固定在底座上，所述套杯一端设有螺旋副，所述螺旋副的外部带有蜗轮和蜗杆，在所述螺旋副的另一端通过滚动轴承与推拉套连接设置。
对本发明做进一步优选，所述蜗杆带有伺服电机。
与现有技术相比较，本发明的有益效果：
本发明中第一筒形转子上带有导电体，第二筒形转子上带有永磁体，当永磁体与导电体做相对运动时，在导电体中就产生涡流及感应的电磁场。由于永磁磁场与电磁场的相互作用，产生了相对转矩，实现了导电体和永磁体(电机与负载)之间的转矩传输。所述两个组件之一的一部分可以由间隙调整装置推拉，实现径向位移，改变磁体与导体之间的间隙。实现负载轴上的输出转速变化，从而实现负载转矩变化。解决了软启动、减振、调速及过载保护等问题。
本发明的优点是：永磁体与导电体之间的气隙可以是圆柱型，也可以改变成不等气隙，气隙形状的变化则改变了输出速度。它综合了以往盘式与筒式两种调速器的优缺点，整体尺寸小重量轻，传动转矩大，调速机构简单，调整省力。可谓第三代永磁涡流调速器。
本发明可以驱动第一筒形转子或第二筒形转子，铜板相对另一个多极磁环切割磁力线，转子上的铜板(条)表面上就会产生感应电流。根据法拉第电磁感应原理，该感应电流与永磁体磁场相互作用，使从动盘产生一个与旋转磁场转向相同的电磁转矩，从而带动从动转子同向旋转，实现转矩的非接触传递。
本发明具体传动方案有四种：
第一种方案：第一筒形转子作为主动，在钢制锥形基体的内锥表面镶嵌铜板或铜条，第二筒形转子作为从动，在锥形导磁基体上装有偶数个永磁块，永磁块径向充磁，N、S极交替布置。第二筒形转子上的磁块的一部分做径向移动。该种形式利于散热，但轴向调整费力。
第二种方案：第一筒形转子作为主动，在锥形导磁基体内表面上装有偶数个永磁块，永磁块径向充磁，N、S极交替布置。第二筒形转子从动，在钢制锥形基体的外锥表面镶嵌铜板或铜条。第二筒形转子上的铜板的一部分做径向移动。该种形式散热不良，但轴向调整省力。
第三种方案：第二筒形转子作为主动，在钢制锥形基体的外锥表面镶嵌铜板或铜条，第一筒形转子作为从动，在锥形导磁基体上装有偶数个永磁块，永磁块径向充磁，N、S极交替布置。第一筒形转子上的磁块的一部分做径向移动。该种形式不利于散热，轴向调整费力。
第四种方案：第二筒形转子作为主动，在锥形导磁基体外表面上装有偶数个永磁块，永磁块径向充磁，N、S极交替布置。第一筒形转子从动，在钢制锥形基体的内锥表面镶嵌铜板或铜条。第一筒形转子上的铜板的一部分做径向移动。该种形式散热好，轴向调整也费力。
由上可知，本发明整体尺寸小重量轻，传动转矩大，调速机构简单，调整省力，不仅改变气隙大小，而且也改变耦合面积。
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明的永磁体或导电体与推拉套之间的运动方程示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
参考附图1、附图2和附图3，本实施例公开了一种径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：包括同轴线安装的筒形第一旋转组件1、筒形第二旋转组件2，所述第二旋转组件2的外表面上永磁体3-1或导电体3-2，还包括与永磁体3-1或导电体3-2连接的推拉套4，所述推拉套4的一端连接一间隙调整装置，另一端通过连杆5与永磁体3-1或导电体3-2铰接。
如图3所示本发明在正常运转时，第一旋转组件1、第二旋转组件2之间的气隙设定最小值，此时为零位，永磁体3-1或导电体3-2与推拉套4之间的运动方程：其中所述y为永磁体3-1或导电体3-2在沿半径方向移动的间距，所述b为永磁体3-1或导电体3-2到中心的距离，所述x为推拉套4在水平方向移动的距离，所述a为推拉套4到中心的距离，所述中心为永磁体3-1或导电体3-2的垂直轴线与推拉套4水平方向轴线的交叉点。
如图1所示，其中本发明中所述第一旋转组件1是第一筒形转子，在所述第一筒形转子的内表面上形成基体槽，在所述基体槽内设置导电体3-2，所述导电体3-2为扇形铜板或矩形铜条，嵌入的扇形铜板或矩形铜条数目与第二旋转组件2上的磁极数目不相等，所述铜板或矩形铜条内外环由薄铜带包维，形成封闭的感应电流回路，所述第二旋转组件2是第二筒形转子，在所述第二筒形转子的外表面上设有按N极、S极紧密相间排列永磁体3-1，所述永磁体3-1磁极数为偶数，其中一半以下的永磁体3-1与所述推拉套4之间通过拉杆5铰接
如图2所示或者：本发明中所述第一旋转组件1包括是第一筒形转子，在所述第一筒形转子的内表面上设有按N极、S极紧密相间排列永磁体3-1，所述永磁体3-1磁极数为偶数，所述第二旋转组件2是第二筒形转子，在所述第二筒形转子的外表面上设有上形成基体槽，在所述基体槽内设置导电体3-2，所述导电体3-2为扇形铜板或矩形铜条，嵌入的扇形铜板或矩形铜条数目与第一旋转组件1上的磁极数目不相等，所述铜板或矩形铜条内外环由薄铜带包维，形成封闭的感应电流回路，所述导电体3-2与所述推拉套4之间通过拉杆5铰接。
本发明中所述第一旋转组件1、所述第二旋转组件2任意一个可以作为主动，另一个从动，二者之间的筒形表面套接形成径向间隙。
本发明中所述间隙调整装置包括输出轴10，所述输出轴10通过一对滚动轴承11设置在套杯12内部，所述套杯12固定在底座13上，所述套杯12一端设有螺旋副14，所述螺旋副14的外部带有蜗轮15和蜗杆16，在所述螺旋副14的另一端通过滚动轴承11与推拉套4连接设置，所述蜗杆16带有伺服电机。
本发明中蜗杆16可由手柄摇动，机动时手柄脱开。正转减少气隙，反转增大气隙。本发明实现电机的软起动：在启动电机时，可通过调速装置把主、从动转子间的气隙拉到最大，这样电机与负载实现最大分离，电机空载或低负载启动，在电机运行稳定后，再通过调速装置把主、从动盘间的气隙调到预定的位置。从而避免电机在负载启动过程中由于转差率过大，感应出很大的转子电流而使电机迅速发热，烧坏线圈的现象。本发明过程中根据流量、压力、转矩信号反馈给控制器，调速系统随时改变气隙大小实现变速，控制输出转速、功率及转矩的大小。在超载时，转矩信号反馈给控制器，使气隙达最大，避免电机过载。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (9)
1.径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：包括同轴线安装的筒形第一旋转组件、筒形第二旋转组件，所述第二旋转组件的外表面上永磁体或导电体，还包括与永磁体或导电体连接的推拉套，所述推拉套的一端连接一间隙调整装置，另一端通过连杆与永磁体或导电体铰接。
2.根据权利要求1所述径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：正常运转时，第一旋转组件、第二旋转组件之间的气隙设定最小值，此时为零位，永磁体或导电体与推拉套之间的运动方程：其中所述y为永磁体或导电体在沿半径方向移动的间距，所述b为永磁体或导电体到中心的距离，所述x为推拉套在水平方向移动的距离，所述a为推拉套到中心的距离，所述中心为永磁体或导电体的垂直轴线与推拉套水平方向轴线的交叉点。
3.根据权利要求1或2所述径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：所述第一旋转组件是第一筒形转子，在所述第一筒形转子的内表面上形成基体槽，在所述基体槽内设置导电体，所述导电体为扇形铜板或矩形铜条，嵌入的扇形铜板或矩形铜条数目与第二旋转组件上的磁极数目不相等，所述铜板或矩形铜条内外环由薄铜带包维，形成封闭的感应电流回路。
4.根据权利要求1或2所述径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：所述第一旋转组件包括是第一筒形转子，在所述第一筒形转子的内表面上设有按N极、S极紧密相间排列永磁体，所述永磁体磁极数为偶数。
5.根据权利要求1或2所述径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：所述第二旋转组件是第二筒形转子，在所述第二筒形转子的外表面上设有按N极、S极紧密相间排列永磁体，所述永磁体磁极数为偶数，其中一半以下的永磁体与所述推拉套之间通过拉杆铰接。
6.根据权利要求1或2所述径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：所述第二旋转组件是第二筒形转子，在所述第二筒形转子的外表面上设有上形成基体槽，在所述基体槽内设置导电体，所述导电体为扇形铜板或矩形铜条，嵌入的扇形铜板或矩形铜条数目与所述第一旋转组件上的磁极数目不相等，所述铜板或矩形铜条内外环由薄铜带包维，形成封闭的感应电流回路，所述导电体与所述推拉套之间通过拉杆铰接。
7.根据权利要求1或2所述径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：所述第一旋转组件、所述第二旋转组件任意一个可以作为主动，另一个从动，二者之间的筒形表面套接形成径向间隙。
8.根据权利要求1或2所述径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：所述间隙调整装置包括输出轴，所述输出轴通过一对滚动轴承设置在套杯内部，所述套杯固定在底座上，所述套杯一端设有螺旋副，所述螺旋副的外部带有蜗轮和蜗杆，在所述螺旋副的另一端通过滚动轴承与推拉套连接设置。
9.根据权利要求7所述径向间隙可调型永磁调速器，其特征在于：所述蜗杆带有伺服电机。
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