CN104993672A - 一种带自保护的盘式永磁传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带自保护的盘式永磁传动装置，包括内转子和外转子。内转子包括内转子轴、内转子旋转盘、径向固定导向组件和若干根弹簧。内转子旋转盘由若干同心设置的扇形盘围合形成，若干扇形盘围合形成的内部空腔大小称为可变耦合面积。外转子包括外转子轴、外转子运动盘和导电金属盘。采用上述结构后，能通过调节可变耦合面积来实现速度的调节，节省轴向空间。当内转子或外转子发生堵转时，内转子旋转盘与导电金属盘之间的电磁力为电磁斥力；在电磁斥力和弹簧的弹力作用下，每个扇形盘均能沿径向固定导向组件快速向着半径最小处进行移动，使可变耦合面积最小，永磁体与导电金属盘错位，减少涡流损耗，实现机构的自保护。

Description

一种带自保护的盘式永磁传动装置

技术领域

本发明涉及一种永磁涡流传动装置，特别是一种带自保护的盘式永磁传动装置。

背景技术

现有永磁涡流传动装置主要由永磁转子和铜（或其他导体）转子两部分组成。一般，电机轴与工作机轴分别与其中一个转子连接，铜转子和永磁转子之间有空气间隙（称为气隙），没有传递扭矩的机械连接。这样，电机和工作机之间形成了软（磁）连接，通过调节气隙来实现工作机轴扭矩、转速的变化，因此可以适应各种恶劣的环境，并且由于没有直接的机械连接，可以减少机械损耗。

在现有结构中，大多数采用了调节永磁体和导电金属盘之间的气隙厚度来改变扭矩、转速。这种结构的永磁涡流传动装置，在轴向上需要一定的空间。

而本发明则通过改变永磁体和导电金属盘之间的正对面积来调节转速，能在轴向上节省了一定的空间，故能适用于一些轴向空间较小的场所。

另外，当气隙厚度一定，一旦内外转子的其中之一发生堵转时，将产生较大的涡流，使作为导体的导电金属盘发热严重，甚至烧毁。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供种一种带自保护的盘式永磁传动装置，该带自保护的盘式永磁传动装置采用含有永磁体的内转子旋转盘实现内转子和外转子的软（磁）连接，同时通过调节可变耦合面积来实现速度的调节，能节省轴向空间，适用于轴向空间较小的场所。另外重要的是，当内转子或外转子发生堵转时，能自动回到初始位置，永磁体与导电金属盘错位，减少涡流损耗，实现机构的自保护。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

    一种带自保护的盘式永磁传动装置，包括同轴设置的内转子和外转子，其特征在于：

所述内转子包括一根内转子轴、一个内转子旋转盘、一个径向固定导向组件和若干根弹簧；

所述内转子旋转盘与内转子轴同轴设置，且内转子旋转盘能随着内转子轴的转动而同步转动；

所述内转子旋转盘主要由若干个同心设置的扇形盘围合形成，若干个扇形盘围合形成的内部空腔大小称为可变耦合面积；

每个所述扇形盘内均设置有至少一个通孔，每个通孔内均镶套有一组永磁体；

所述径向固定导向组件包括与扇形盘的数量相等的固定杆组，每组固定杆组均沿内转子径向设置；每组固定杆组均包括至少一根主杆和至少一个杆冒；每根主杆的一端与内转子轴固定连接，所述扇形盘能沿主杆进行径向移动，所述杆冒设置于主杆的末端；位于每个扇形盘两侧的每根主杆上各套装有一根所述弹簧；

    所述外转子包括一根外转子轴和两个外转子运动盘，两个外转子运动盘与外转子轴同轴设置，且能随外转子轴的转动而同步进行转动；

两个所述外转子运动盘对称设置于所述内转子旋转盘的两侧，每个所述外转子运动盘与内转子旋转盘相邻近的一侧均设置有一个导电金属盘，每个导电金属盘与内转子旋转盘之间均具有一个固定气隙。

    每个所述扇形盘的外弧面上均设置有一个V型开口。

    每组所述固定杆组均包括一根主杆、两根副杆和一个杆冒，其中，主杆沿内转子旋转盘的径向设置，主杆的一端与内转子轴固定连接；主杆的末端设置杆冒；两根副杆对称设置在主杆的两侧且与主杆相平行，扇形盘与两根副杆均滑动连接，并沿副杆进行径向滑动；位于V型开口和杆冒之间、以及扇形盘内弧面与内转子轴之间的主杆上各套装有一根所述弹簧。

    每组所述固定杆组均包括两根主杆和一个杆冒，两根主杆相互平行设置，两根主杆的对称中心线能从内转子旋转盘的圆心穿过；两根主杆的一端与内转子轴固定连接，两根主杆的另一端与杆冒相连接；扇形盘与两根主杆均滑动连接，并沿主杆进行径向滑动；位于V型开口和杆冒之间、以及扇形盘内弧面与内转子轴之间的每根主杆上各套装有一根所述弹簧。

    两个所述外转子运动盘背离导电金属盘的一侧均设置有散热片。

本发明采用上述结构后，仅需一个含有永磁体的内转子旋转盘，能同时使用内转子旋转盘中永磁铁的两个磁极，永磁利用率高。同时，内转子旋转盘、两个外转子运动盘和两个导电金属盘在轴向上的位置均固定。外转子轴带动外转子运动盘旋转，在磁力的作用下，内转子旋转盘也随之转动，从而使内转子轴转动，实现内转子和外转子的软（磁）连接。

另外，同时能通过调节永磁体和导电金属盘之间的可变耦合面积来达到调速的目的，从而节省了在轴向上的占据空间。

更重要的是，当内转子与外转子之间的转差率为1时，也即当内转子或外转子堵转时，内转子旋转盘与导电金属盘之间的电磁力为电磁斥力；在电磁斥力和弹簧的弹力作用下，每个扇形盘均能沿径向固定导向组件快速向着半径最小处进行移动，从而使可变耦合面积最小，永磁体与导电金属盘错位，减少涡流损耗，实现机构的自保护。

附图说明

图1显示了带自保护的盘式永磁传动装置的总体结构剖面图；

图2显示了扇形盘处于径向最近端时的结构剖面图；

图3显示了扇形盘处于径向最远端时的轴向剖面图；

图4显示了的带自保护的盘式永磁传动装置的侧视图；

图5显示了采用第一种固定杆组，扇形盘处于平衡位置时的径向剖面图；

图6显示了第一外转子运动盘的平面图；

图7显示了采用第二种固定杆组，扇形盘处于平衡位置时的轴向剖面图；

图8显示了采用第二种固定杆组，扇形盘处于平衡位置时的径向剖面图；

其中有：

1.第一外转子运动盘；

11.第一导电金属盘；

12.第一固定气隙；

13.第一散热片；

14.第一传递轴过孔；

2.第二外转子运动盘；

21.第二导电金属盘；

22.第二固定气隙；

23.第二散热片；

3.内转子旋转盘；

31.固定杆组；31a.主杆；31b.副杆；31c.杆冒；

32.扇形盘；32a.永磁体；32b.固定杆通孔；

33.弹簧；

6.外转子转矩传递轴；

7.外转子轴；

8.内转子轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右。

如图1所示，一种带自保护的盘式永磁传动装置，包括同轴设置的内转子和外转子。

    外转子包括一根外转子轴7和两个外转子运动盘，两个外转子运动盘与外转子轴7同轴设置，且能随外转子轴7的转动而同步进行转动。

内转子包括一根内转子轴8、一个内转子旋转盘3、一个径向固定导向组件和若干根弹簧33。

一、外转子的具体结构

两个外转子运动盘对称设置在内转子旋转盘3的两侧，每个外转子运动盘与内转子旋转盘3相邻近的一侧均设置有一个导电金属盘，每个导电金属盘与内转子旋转盘3之间均具有一个固定气隙。

如图1所示，两个外转子运动盘分别为第一外转子运动盘1和第二外转子运动盘2。其中，第一外转子运动盘1设置在内转子旋转盘3的左侧，第二外转子运动盘2设置在内转子旋转盘3的右侧。

如图6示，第一外转子运动盘1的形状优选为圆环状，并且在与内转子旋转盘3靠近的一侧安装有第一导电金属盘11，第一导电金属盘11也优选为圆环状。第一导电金属盘11与内转子旋转盘3之间有第一固定气隙12。

第一外转子运动盘1上沿圆周方向均匀设置有若干个如图6示的第一传递轴过孔14。第一传递轴过孔14的数量优选为4个。

第二外转子运动盘2的形状同样优选为圆环状，并且在与内转子旋转盘3靠近的一侧安装有第二导电金属盘21，第二导电金属盘21也优选为圆环状。第二导电金属盘21与内转子旋转盘3之间有第二固定气隙22。

第二外转子运动盘2上沿圆周方向均匀设置有若干个第二传递轴过孔，第二传递轴过孔的数量优选为4个。

上述导电金属盘优选为导电铜盘，但也可以替换成导电铝盘或者是导电银盘等其它导电效果好的介质盘或闭合绕组。

两个外转子运动盘随外转子轴7的同步转动，为一项现有技术。本发明中优选采用了若干根外转子转矩传递轴6，优选为4根。4根外转子转矩传递轴6优选沿外转子运动盘周向均匀设置，每根外转子转矩传递轴6均与外转子轴7相平行，并且从左到右依次穿过第一传递轴过孔14和第二传递轴过孔。

作为进一步改进，如图7所示，在第一外转子运动盘1的左侧侧安装有第一散热片13，在第二外转子运动盘2的右侧安装有第二散热片23。在永磁涡流传动装置运行时，增加了其散热的能力，为运行的可靠性提供了一定的保障。

二、内转子的具体结构

内转子旋转盘3与内转子轴8同轴设置。如图5和图8示，内转子旋转盘3主要由若干个同心设置的扇形盘32围合形成，若干个扇形盘32围合形成的内部空腔大小称为可变耦合面积。

扇形盘32的数量优选为4个，4个扇形盘32相互独立。如图5示，每个扇形盘32的外弧面上，优选外弧面的正中心，均优选设置有一个V型开口。每个V型开口的两侧对称设置有两个通孔，每个通孔内均镶套有一组永磁体32a，永磁体32a的极性沿内转子周向交错。

位于V型开口两侧的每个扇形盘32上对称设置有两个与内转子轴8相垂直的固定杆通孔32b，两个固定杆通孔32b的对称中心线能从内转子旋转盘3的圆心穿过。

作为替换，上述通孔和固定杆通孔32b的数量也可为一个或多个，均在本发明的保护范围之内。

上述径向固定导向组件包括与扇形盘32的数量相等的固定杆组31，每组固定杆组31均沿内转子径向设置；每组固定杆组31均包括至少一根主杆31a和至少一个杆冒31c；每根主杆31a的一端与内转子轴7固定连接，扇形盘32能沿主杆31a进行径向移动，杆冒31c设置于主杆31a的末端；位于每个扇形盘32两侧的每根主杆31a上各套装有一根弹簧33。

当内转子与外转子之间的转差率为1时，也即当内转子或外转子堵转时，内转子旋转盘3与导电金属盘之间的电磁力为电磁斥力；在电磁斥力和弹簧的弹力作用下，每个扇形盘32均能沿径向固定导向组件快速向着半径最小处进行移动，从而使可变耦合面积最小，永磁体32a与导电金属盘错位，减少涡流损耗，实现机构的自保护。

    上述固定杆组31具有如下两种优选实施例。

    1.第一种固定杆组

    如图5所示，每组第一种固定杆组均包括一根主杆31a、两根副杆31b和一个杆冒31c。其中，主杆31a沿内转子旋转盘3的径向固定设置，主杆31a和副杆31b的末端均与杆冒31c相连接；两根副杆31b对称设置在主杆31a的两侧且与主杆31a相平行。

扇形盘32与两根副杆31b均滑动连接，优选，两根副杆31b均从相应的固定杆通孔32b中穿过。扇形盘32能沿副杆31b进行径向滑动；每个扇形盘32的外弧面上设置有一个V型开口。

    如图5所示，在V型开口和杆冒31c之间、以及扇形盘32内弧面与内转子轴7之间的主杆31a上各套装有一根弹簧33。

2.第二种固定杆组

如图8所示，每组第二种固定杆组均包括两根主杆31a和一个杆冒31c，两根主杆31a相互平行设置，两根主杆31a的对称中心线能从内转子旋转盘3的圆心穿过；两根主杆31a的一端与内转子轴7固定连接，另一端均连接有杆冒31c。

扇形盘32与两根主杆31a均滑动连接，并沿主杆31a进行径向滑动；每个扇形盘32的外弧面上设置有一个V型开口。

     如图8所示，在V型开口和杆冒31c之间、以及扇形盘32内弧面与内转子轴7之间的两根主杆31a上各套装有一根弹簧33。

本申请带自保护的盘式永磁传动装置的工作原理如下：

一、内转子和外转子的软性连接

1.外转子运动盘和外转子转矩传递轴6的作用：当外转子轴7转动时，带动第一外转子运动盘1以及所有的外转子转矩传递轴6转动。第一外转子运动盘1、位于第一外转子运动盘1上的第一导电金属盘11、第二外转子运动盘2以及位于第二外转子运动盘2上的第二导电金属盘21，均在外转子轴7和外转子转矩传递轴6的带动下随之转动。

2、磁性连接：由于扇形盘32上的永磁体32a周围存在磁场，第一导电金属盘11和第二导电金属盘21随外转子轴7的转动而做切割磁场线运动，从而产生涡流，进而在其周围产生一个新的磁场，两个磁场相互作用，带动了内转子旋转盘3的转动，从带动了内转子轴8实现转动，即实现了内转子与外转子的软性连接。

二、永磁体和导电金属盘错位

当电机带动外转子运动盘旋转时，由于扇形盘32与外转子运动盘有相对运动，扇形盘32上的永磁体32a所产生的磁场在导电金属盘内产生涡流，导电金属盘内的涡流与扇形盘32上的永磁体32a相互作用，产生电磁转矩。

在扇形盘32运动时，由于离心力的作用，扇形盘32会沿着固定杆组31进行径向移动，此时永磁体32a和导电金属盘错位，电磁力可以分解为一个垂直于扇形盘32的力和一个沿径向的力。沿径向的力即为电磁斥力。电磁斥力与弹簧33的弹力共同作用于扇形盘32，进而控制永磁体32a和导电金属盘的可变耦合面积大小，从而能实现速度的调节。

三、根据需要的软启动

当电机带动外转子运动盘旋转时，由于扇形盘32与外转子运动盘有相对运动，扇形盘32上的永磁体32a所产生的磁场在导电金属盘内产生涡流，导电金属盘内的涡流与扇形盘32上的永磁体32a相互作用，产生电磁转矩。

当电磁转矩大于负载转矩时，带动扇形盘32旋转。由于离心力的作用，扇形盘32会沿着固定杆组31进行径向移动，此时，扇形盘32两侧的弹簧33共同作用，产生一个反向的力控制扇形盘32的位置，进而控制永磁体32a与导电金属盘的可变耦合面积大小。转速越快，离心力越大，则可变耦合面积越大，输出的电磁转矩也越大。可变耦合面积不断调整直到外转子产生的力矩使扇形盘32转动速度逐渐稳定，扇形盘32的转动速度产生的离心力和弹簧33所施加的力平衡时，可变耦合面积才固定。

四、发生堵转时自动回到初始位置

    1.内转子堵转

内转子堵转时，扇形盘32所受的离心力消失，内转子与外转子的转差率为1，扇形盘32与外转子导体盘间的电磁力为电磁斥力，在电磁斥力和弹簧力的共同作用下，扇形盘32沿着固定杆组31快速移动，回到半径最小处，此时永磁体32a与导电金属盘之间的可变耦合面积最小，导电金属盘内产生涡流最小，发热最少，实现了堵转情况下的自保护。

2.外转子堵转

   由于外转子通常接在原动机上，内转子接在负载上，外转子堵转时，相当于原动机的转矩输入突变为零。在堵转瞬间，扇形盘32与导电金属盘有相对运动，第一导电金属盘11和第二导电金属盘21切割磁力线产生涡流，对扇形盘32产生一个反向制动的力矩，制动转矩使内转子转速不断下降，扇形盘32所受的离心力逐渐减少；同时，由于内外转子的转差率为1，扇形盘32与导电金属盘间的电磁力为斥力；在离心力、电磁斥力和弹簧力的共同作用下，扇形面沿着固定杆组31快速的向半径最减小的方向移动，永磁体32a与导电金属盘之间的可变耦合面积不断减少，导电金属盘内产生涡流快速减少，总发热量较少，输出的电磁转矩也快速减少，内转子快速地停止转动。

   以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种带自保护的盘式永磁传动装置，包括同轴设置的内转子和外转子，其特征在于：

所述内转子包括一根内转子轴、一个内转子旋转盘、一个径向固定导向组件和若干根弹簧；

所述内转子旋转盘与内转子轴同轴设置，且内转子旋转盘能随着内转子轴的转动而同步转动；

所述内转子旋转盘主要由若干个同心设置的扇形盘围合形成，若干个扇形盘围合形成的内部空腔大小称为可变耦合面积；

每个所述扇形盘内均设置有至少一个通孔，每个通孔内均镶套有一组永磁体；

所述径向固定导向组件包括与扇形盘的数量相等的固定杆组，每组固定杆组均沿内转子径向设置；每组固定杆组均包括至少一根主杆和至少一个杆冒；每根主杆的一端与内转子轴固定连接，所述扇形盘能沿主杆进行径向移动，所述杆冒设置于主杆的末端；位于每个扇形盘两侧的每根主杆上各套装有一根所述弹簧；

    所述外转子包括一根外转子轴和两个外转子运动盘，两个外转子运动盘与外转子轴同轴设置，且能随外转子轴的转动而同步进行转动；

两个所述外转子运动盘对称设置于所述内转子旋转盘的两侧，每个所述外转子运动盘与内转子旋转盘相邻近的一侧均设置有一个导电金属盘，每个导电金属盘与内转子旋转盘之间均具有一个固定气隙。

2.根据权利要求1所述的带自保护的盘式永磁传动装置，其特征在于：每个所述扇形盘的外弧面上均设置有一个V型开口。

3.根据权利要求2所述的带自保护的盘式永磁传动装置，其特征在于：每组所述固定杆组均包括一根主杆、两根副杆和一个杆冒，其中，主杆沿内转子旋转盘的径向设置，主杆的一端与内转子轴固定连接；主杆的末端设置杆冒；两根副杆对称设置在主杆的两侧且与主杆相平行，扇形盘与两根副杆均滑动连接，并沿副杆进行径向滑动；位于V型开口和杆冒之间、以及扇形盘内弧面与内转子轴之间的主杆上各套装有一根所述弹簧。

4.根据权利要求2所述的带自保护的盘式永磁传动装置，其特征在于：每组所述固定杆组均包括两根主杆和一个杆冒，两根主杆相互平行设置，两根主杆的对称中心线能从内转子旋转盘的圆心穿过；两根主杆的一端与内转子轴固定连接，两根主杆的另一端与杆冒相连接；扇形盘与两根主杆均滑动连接，并沿主杆进行径向滑动；位于V型开口和杆冒之间、以及扇形盘内弧面与内转子轴之间的每根主杆上各套装有一根所述弹簧。

5.根据权利要求1所述的带自保护的盘式永磁传动装置，其特征在于：两个所述外转子运动盘背离导电金属盘的一侧均设置有散热片。