CN104811014A - 一种永磁异步调速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁异步调速装置，包括永磁外转子总成、内转子总成、机械调速装置及动力输出轴；所述的永磁外转子总成与内转子总成之间有一层均匀的气隙；所述的机械调速装置为直线运动平台，能使内转子相对外转子总成中的永磁体做轴向移动，通过改变轴向磁通面积进行调速，或者使内转子与外转子总成中的永磁体处于完全耦合状态。本发明的离心式叶片及挡风板与动力输入轴及永磁体套筒共同旋转，形成空气流通过内转子及动力输出轴上的轴向通风孔，将热量带走；本发明的内转子材料为碳钢，表面形状有三种形式，具有感生电流小及发热小等优点。本发明与盘式及笼型套筒式永磁调速装置相比，具有易加工及制造成本低等优点。

Description

一种永磁异步调速装置

技术领域

本发明涉及一种永磁调速装置，特别是一种永磁异步调速装置。

背景技术

目前永磁调速装置一般为盘式、套筒式及基于异步电机鼠笼的笼型套筒式。盘式及套筒式的工作原理是利用永磁体盘(或套)与导体盘(或套)的相对转动产生涡流，并利用此涡流产生的感应磁场与永磁磁场相作用来传递动力。制造导体盘(或套)的材料为良导体(如铝、铜等)，工作时将产生较大涡流，导致永磁调速装置热损大，效率低。

基于异步电机鼠笼的笼型转子永磁异步调速装置与异步电机工作原理相同，其特征如下：①转差率的可变化范围很小，调速范围非常有限，即使过载50％，其转速降低也不超过3％；②启动电流倍数大(一般约为额定电流的4～7倍)；③启动转矩倍数小(一般约为额定转矩的1～2倍)；④通过改变磁通调速时，转子电流变化很大，最大电流可为额定电流的3～7倍以上，因此发热大、效率低。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明目的是要提供一种发热小、效率高及调速范围大的永磁异步调速装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种永磁异步调速装置，包括永磁外转子总成、内转子总成、机械调速装置及动力输出轴；

所述的永磁外转子总成包括动力输入轴、离心式叶片、挡风板和永磁体套筒，所述的动力输入轴一端通过键与原动机动力输出轴直接相联、另一端通过爪型结构或铰制孔螺栓与永磁体套筒相联；永磁体套筒中的永磁体为瓦型结构，永磁体的圆弧表面向内，各圆弧表面形成的内孔为圆柱形或圆锥形；所述的永磁体套筒中的永磁体沿圆周均匀分布且磁极沿径向交错排列；所述的离心式叶片与挡风板沿轴向方向紧密接触，且与动力输入轴及永磁体套筒共同旋转；

所述的内转子总成包括内转子及端环；所述的内转子由铁磁体材料制成，内转子的外形与永磁体圆弧表面形成的内孔形状一致，即同为圆柱形或圆锥形；内转子的内孔为花键孔，并与动力输出轴上的花键共同构成花键移动副；内转子外形表面与花键内孔之间开有沿轴向通风孔，并与永磁外转子总成上的离心式叶片共同构成散热通道；内转子总成中端环的数量为两个，均由良导体材料制成，并安装在内转子的两侧；

所述的内转子外形表面为以下三种形状之一：

外形表面为光滑表面；

外形表面沿轴向开多个直槽，所开的直槽与内转子中心线平行或成一定角度；

外形表面沿轴向开多个环形槽；

所述的永磁外转子总成与内转子总成之间有一层均匀的气隙；且永磁体套筒中永磁体圆弧表面形成的内孔与内转子外形配套使用；

所述的机械调速装置为直线运动平台，包括安装在动力输出轴上的调速轴承座、平面导轨、自润滑复合轴承、丝杠、丝母、齿轮减速马达及两端支撑丝杠的调速装置前端轴承座和调速装置后端轴承座，所述的调速轴承座中装有调速轴承，所述的自润滑复合轴承通过螺纹连接安装在调速轴承座的底部，所述的丝母通过螺纹联接安装在调速轴承座底部、并套装在丝杠上构成螺旋副，丝杠两端分别由调速装置前端轴承座和调速装置后端轴承座支撑，丝杠的尾部与齿轮减速马达的输出轴通过连轴器相联；调速装置前端轴承座、调速装置后端轴承座及齿轮减速马达通过螺栓联接分别固定在底座板上；

所述的机械调速装置具有以下功能：使内转子相对外转子总成中的永磁体做轴向移动，通过改变轴向磁通面积进行调速；或者使内转子与外转子总成中的永磁体处于完全耦合状态；

所述的动力输出轴为阶梯轴结构，其上开有花键槽，由调速轴承座中的调速轴承及调速装置后端轴承座中的后端轴承支撑，其尾部安装法兰盘，以便与负载轴相联。

所述的永磁外转子总成与用铁磁体材料制成的内转子之间存在一层均匀气隙；

所述的铁磁体材料为碳钢。

本发明所述的一种永磁异步调速装置，当外界负载波动较小时，所述的内转子两端不加端环。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1、本发明发热小，效率高，主要体现在电磁及机械结构两方面：

(1)电磁方面：当转差率较小时，绝大多数磁力线沿内转子表面所开槽的轮廓线闭合，转子有效磁通区域增加，转子阻抗减小，因此感生电流小，发热小，效率高；当转差率较大时，由于集肤效应，磁通主要集中在内转子表面，虽然此时内转子表面产生的感生电流为涡流，但只有少量涡流沿内转子本体闭合，大部分则通过内转子两端的良导体端环闭合，使内转子端部电抗大为减小，从而减小转子阻抗，使感生电流小，发热小，效率高；

(2)机械结构方面：由于本发明的离心式叶片与挡风板沿轴向方向紧密接触，且与动力输入轴及永磁体套筒共同旋转，因此可形成离心力使空气流通过内转子及动力输入轴上的轴向通风孔并形成风路，将内转子中的热量带走。

综上，本发明具有发热小、散热好、调速范围大等优点。

2、本发明内转子采用的铁磁体材料为碳钢，相较现有盘式、套筒式永磁调速装置所采用的良导体(如铝、铜等)材料，笼型套筒式所采用的硅钢片及铸铝导条等材料而言，具有易加工及制造成本低等优点。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B-B剖视图。

图4为图1中内转子为圆柱形时的沿轴向开直槽的三维图。

图5为图1中内转子为圆柱形时的沿轴向开环形槽的三维图。

图6为图1中内转子为圆锥形时的沿轴向开直槽的三维图。

图7为图1中内转子为圆锥形时的沿轴向开环形槽的三维图。

图中：1、前端轴承座，2、挡风板，3、离心式叶片，4、永磁体套筒，5、内转子，6、动力输出轴，7、调速轴承座，8、后端轴承座，9、后端轴承，10、法兰盘，11、齿轮减速马达，12、调速装置后端轴承座，13、丝杠，14、丝母，15、调速轴承，16、调速装置前端轴承座，17、永磁体，18、底座板，19、端环，20、动力输入轴，21、前端轴承，22、连轴器，23、自润滑复合轴承，24、平面导轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地描述。永磁体17采用粘结方式与永磁体套筒4安装在一起；动力输入轴20一端通过键与原动机动力输出轴直接相联，另一端通过爪型结构或铰制孔螺栓与永磁体套筒4相联，并由前端轴承座1中的前端轴承21支撑；离心式叶片3与挡风板2沿动力输入轴20的轴向方向上压合，并安装在前端轴承座1与动力输入轴20与永磁体套筒4联接处之间；挡风板2与动力输入轴20在径向方向上过盈配合，与离心式叶片3一起由动力输入轴20带动同步旋转；端环19采用熔焊法或机械安装法分别安装在内转子5的两侧；动力输出轴6的中部由调速轴承15支撑，动力输出轴6后部由后端轴承9支撑；调速轴承15安装在调速轴承座7中，后端轴承9安装在后端轴承座8中；法兰盘10安装在动力输出轴6的尾部并与负载法兰盘相联，将扭矩及转速输出；自润滑复合轴承23通过螺纹连接安装在调速轴承座7的底部，并与平面导轨24构成滑动副；丝母14通过螺纹联接安装在调速轴承座7的底部，并与丝杠13构成螺旋副；丝杠13两端分别由调速装置前端轴承座16与调速装置后端轴承座12支撑，丝杠13的尾部与齿轮减速马达11的输出轴通过连轴器22相联；前端轴承座1、调速装置前端轴承座16、调速装置后端轴承座12及齿轮减速马达11通过螺栓联接分别固定在底座板18上；永磁体套筒4中的永磁体17与内转子5表面之间存在一层均匀气隙。

本发明的工作原理如下：

本发明是一种以碳钢为制造材料的铁磁体转子的永磁异步调速装置，包括永磁外转子总成、内转子总成、机械调速装置及动力输出轴6等，且永磁外转子总成与内转子总成之间存在一层均匀气隙。

其中永磁外转子总成中的动力输入轴20与原动机输入轴相联，外转子总成中的永磁体套筒4有N、S极交错排列的永磁体17，当动力输入轴20带动外转子总成旋转时便会产生旋转磁场，旋转磁场通过气隙与内转子总成中的由碳钢制成的内转子5相互作用产生感生电流，该电流在磁场中受力进而产生扭矩。

当内转子总成与外转子总成转速相同时，内转子5不切割旋转磁场，因而在其上也不会产生感生电流，因此内转子总成的转速总是低于外转子总成的转速，形成异步关系。

通过机械调速装置可使内转子总成中的内转子5沿动力输出轴6轴向移动，以改变永磁外转子总成与内转子总成之间的气隙接触面积，进而改变内转子5切割磁场的长度，以此调节内转子5感生电流大小，使内转子5传递的扭矩和转速发生变化。

Claims (2)

1.一种永磁异步调速装置，其特征在于：包括永磁外转子总成、内转子总成、机械调速装置及动力输出轴(6)；

所述的永磁外转子总成包括动力输入轴(20)、离心式叶片(3)、挡风板(2)和永磁体套筒(4)，所述的动力输入轴(20)一端通过键与原动机动力输出轴直接相联、另一端通过爪型结构或铰制孔螺栓与永磁体套筒(4)相联；永磁体套筒(4)中的永磁体(17)为瓦型结构，永磁体(17)的圆弧表面向内，各圆弧表面形成的内孔为圆柱形或圆锥形；所述的永磁体套筒(4)中的永磁体(17)沿圆周均匀分布且磁极沿径向交错排列；所述的离心式叶片(3)与挡风板(2)沿轴向方向紧密接触，且与动力输入轴(20)及永磁体套筒(4)共同旋转；

所述的内转子总成包括内转子(5)及端环(19)；所述的内转子(5)由铁磁体材料制成，内转子(5)的外形与永磁体(17)圆弧表面形成的内孔形状一致，即同为圆柱形或圆锥形；内转子(5)的内孔为花键孔，并与动力输出轴(6)上的花键共同构成花键移动副；内转子(5)外形表面与花键内孔之间开有沿轴向通风孔，并与永磁外转子总成上的离心式叶片(3)共同构成散热通道；内转子总成中端环(19)的数量为两个，均由良导体材料制成，并安装在内转子(5)的两侧；

所述的内转子(5)外形表面为以下三种形状之一：

外形表面为光滑表面；

外形表面沿轴向开多个直槽，所开的直槽与内转子(5)中心线平行或成一定角度；

外形表面沿轴向开多个环形槽；

所述的永磁外转子总成与内转子总成之间有一层均匀的气隙；且永磁体套筒(4)中永磁体(17)圆弧表面形成的内孔与内转子(5)外形配套使用；

所述的机械调速装置为直线运动平台，包括安装在动力输出轴(6)上的调速轴承座(7)、平面导轨(24)、自润滑复合轴承(23)、丝杠(13)、丝母(14)、齿轮减速马达(11)及两端支撑丝杠(13)的调速装置前端轴承座(16)和调速装置后端轴承座(12)，所述的调速轴承座(7)中装有调速轴承(15)，所述的自润滑复合轴承(23)通过螺纹连接安装在调速轴承座(7)的底部，所述的丝母(14)通过螺纹联接安装在调速轴承座(7)底部、并套装在丝杠(13)上构成螺旋副，丝杠(13)两端分别由调速装置前端轴承座(16)和调速装置后端轴承座(12)支撑，丝杠(13)的尾部与齿轮减速马达(11)的输出轴通过连轴器(22)相联；调速装置前端轴承座(16)、调速装置后端轴承座(12)及齿轮减速马达(11)通过螺栓联接分别固定在底座板(18)上；

所述的机械调速装置具有以下功能：使内转子(5)相对外转子总成中的永磁体(17)做轴向移动，通过改变轴向磁通面积进行调速；或者使内转子(5)与外转子总成中的永磁体(17)处于完全耦合状态；

所述的动力输出轴(6)为阶梯轴结构，其上开有花键槽，由调速轴承座(7)中的调速轴承(15)及后端轴承座(8)中的后端轴承(9)支撑，其尾部安装法兰盘(10)，以便与负载轴相联；

所述的永磁外转子总成与用铁磁体材料制成的内转子(5)之间存在一层均匀气隙；

所述的铁磁体材料为碳钢。

2.根据权利要求1所述的一种永磁异步调速装置，其特征在于：当外界负载波动较小时，所述的内转子(5)两端不加端环(19)。