CN105515336B - 一种永磁耦合调控方法及永磁调速器 - Google Patents

Abstract

一种永磁耦合调控方法及永磁调速器，该方法包括永磁耦合调速器，该永磁调速器由导体转子、永磁转子和操纵机构组成，永磁耦合调速器中的导体转子为导体盘或导体环，永磁耦合调速器中的永磁转子包括两个铁盘支架或铁环支架对称放置在导体转子两侧，铁盘支架或铁环支架靠近导体转子一侧上按极性交替方式间隔放置永磁体，永磁体保持与导体盘或导体环无接触的耦合状态，通过沿周向改变两个铁盘支架或铁环支架的相对位置，来改变导体转子两侧铁盘支架或铁环支架上永磁体磁极的相对周向位置角度，以调控导体切割磁场的耦合强度，改变导体盘或导体环内的感应涡流，从而改变导体转子导体盘或导体环与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现传动调速。

Description

一种永磁耦合调控方法及永磁调速器

技术领域

本发明涉及一种变频器，特别涉及一种永磁耦合调控方法及永磁调速器，属于降耗节能技术领域。

背景技术

目前，变频器在电机调速领域应用广泛。控制方法是改变电机的输入电压频率来控制电机和负载的转速。借助于电力电子器件的高效可控优势，对交流供电电源进行整流、滤波、逆变等调整后变化为幅值、频率符合电机工况需求的电压，实现电机运行效率最优化，达到节能减排等目的。

但利用变频器调速存在以下不足之处。

1、变频器中的电力电子器件在对电压整流、逆变等过程中，会产生各种高次谐波，对供电系统、负载及相邻电气设备造成干扰。通常要再投入谐波治理装置配合使用。

2、电力电子器件属于高精密元器件，对周围环境的变化适应能力较差，对于外界因素影响比较敏感，容易损坏，使用寿命受到限制。

3、大功率变频器发热严重，必须配备专门温度调节装置如空调，保证变频器安全运行。

4、变频器装配在电机与电源之间，无法改变电机与负载硬连接的现状，无法去除电机和负载振动对传动系统寿命的影响。

为解决变频调速技术的工程不利问题，出现了永磁耦合调速装置，美国麦格纳福斯早在1998年2月20日就提出了一种可调节磁力耦合器。现有的永磁耦合调速装置中，导体转子和永磁转子的拓扑结构形式主要分为三种：盘形、筒形和锥形。这些永磁耦合调速器都是通过调节导体转子和永磁转子的轴向位置即调节导体转子和永磁转子之间的作用面积来调控转矩和转速，这样在设备使用及改造过程中存在诸多问题，降低了实用性。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种永磁耦合调控方法及永磁调速器，以克服现有技术的不足。本发明通过调节一对非接触的永磁转子相对周向位置角的不同以调控导体切割磁场的耦合强度并调控转矩，达到调节传动系统中负载转速以实现降耗节能的目的。而且相对于传统永磁耦合调速器来讲，调节转矩和转速时导体转子和永磁转子不会产生对应用不利的轴向位移，可以克服设备在使用及改造过程中的缺点。

本发明所采用的技术方案如下。

一种永磁耦合调控方法，其特点是包括有永磁耦合调速器，该永磁耦合调速器包括有导体转子和永磁转子，其中导体转子为具有导电能力的导体盘或导体环，永磁转子包括两个铁盘支架或铁环支架对称放置在导体转子两侧，所述的铁盘支架或铁环支架上按极性交替方式间隔放置永磁体，永磁体放置在铁盘支架或铁环支架靠近导体转子的一侧并保持与导体盘或导体环无接触的耦合状态，通过沿周向改变两个铁盘支架或铁环支架的相对位置，来改变导体转子两侧铁盘支架或铁环支架上永磁体磁极的相对周向位置角度，以调控导体切割磁场的耦合强度，改变导体转子导体盘或导体环内的感应涡流，从而改变导体转子导体盘或导体环与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现传动调速。

一种永磁耦合调速器，其特点是由导体转子、永磁转子和操纵机构组成。所述的导体转子包括导体盘或导体环，所述的永磁转子包括铁盘支架或铁环支架和装配在其上的永磁体，所述的导体转子的导体盘或导体环与永磁体之间保持不接触的耦合状态，通过操纵机构调节导体转子两侧的永磁体磁极的相对周向位置角度来调控导体盘或导体环切割磁场的耦合强度，以改变导体盘或导体环内的感应涡流，从而改变导体盘或导体环与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现传动调速。

永磁转子包括两个结构尺寸完全相同的铁盘支架或者铁环支架，所述的铁盘支架或者铁环支架同轴心并相距一定距离放置。铁盘支架或者铁环支架上放置永磁体，所述的永磁体放置在铁盘支架或者铁环支架上靠近导体转子导体盘或导体环的一侧。

导体盘或导体环是具有一定厚度的导电性能好的圆盘或圆环，为感应涡流提供合理电路，放置在装有永磁体的两个铁盘支架或者铁环支架之间。

铁盘支架或者铁环支架上的永磁体为扇形或瓦状体结构，充磁方向为轴向或者径向，按相邻磁极极性相反原则均匀安置在铁盘支架或者铁环支架上，永磁体放置在铁盘支架或者铁环支架上靠近导体盘或导体环一侧。所述的铁盘支架或者铁环支架是具有一定厚度的导磁性能好的圆盘或者圆环，为耦合磁场提供合理磁路。

通过操纵机构控制铁盘支架或者铁环支架实现其绕轴心转动，进而调节两侧永磁体磁极的相对周向位置角度，调控导体切割磁场的耦合强度，改变导体盘或导体环内的感应涡流，从而改变导体盘或导体环与可调控耦合强度磁场作用产生的转矩，实现传动调速。

本发明给出的这种永磁耦合调速器，其拓扑结构形式分为盘形永磁耦合调速器、筒形永磁耦合调速器和锥形永磁耦合调速器。

本发明利用结构尺寸完全相同的两个铁盘支架和导体盘构成了磁力传递控制系统，通过铁盘支架绕轴心转动，改变永磁体磁极的相对周向位置角度，进而控制输出转矩和系统转速。

本发明给出的这种永磁耦合调速器中，当调节到铁盘支架或者铁环支架上两侧永磁体周向相对位置在两侧永磁体极性不同时（N极与S极相对时），两侧永磁体之间的磁场最强，导体盘或导体环切割该磁场产生的感应涡流最大，该涡流与磁场作用产生的转矩最大，可以驱动负载以高速运转；当调节到铁盘支架或者铁环支架上两侧永磁体周向相对位置在两侧永磁体极性相同时（N极与N极、S极与S极相对时），两侧永磁体之间的磁场最弱，导体盘或导体环切割该磁场产生的感应涡流最小，该涡流与磁场作用产生的转矩最小，以至于无法驱动负载运转，这种状态适于空载软起动。调节铁盘支架或者铁环支架上两侧永磁体周向相对位置，可以调节导体盘或导体环所切割磁场的耦合强度，进而改变转矩的大小，调控传动系统的转速。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在。

1、实现可重复的、可调节的、可控制的输出转矩和转速，达到调速节能的目的。

2、调速时不产生轴向位移，克服现有技术轴向位移问题，益于推广应用。

3、无接触动力传递，可实现电机空载软起动，对电网无电流冲击和无电磁污染。

4、没有电力电子器件，使用机械方式调节，使用寿命长，运行期间维护费用低。

5、安装方便，运行环境无要求，无需配备安全保护装置。

6、实现电机与负载的软连接，消除电机和负载振动对传动系统寿命的影响。

7、没有整流、逆变过程，不消耗电能，无电磁污染和干扰，不需要配备谐波治理装置。

附图说明

图1-1为本发明盘形永磁耦合调速器的结构主视图。

图1-2为本发明盘形永磁耦合调速器永磁转子的结构主视图。

图1-3为本发明盘形永磁耦合调速器永磁体磁极的立体视图。

图1-4为本发明盘形永磁耦合调速器操纵机构主视图。

图1-5为本发明盘形永磁耦合调速器实施例的调速特性曲线。

图2-1为本发明筒形永磁耦合调速器的结构主视图。

图2-2为本发明筒形永磁耦合调速器永磁转子的结构主视图。

图2-3为本发明筒形永磁耦合调速器永磁体磁极的立体视图。

图2-4为本发明筒形永磁耦合调速器操纵机构主视图。

图2-5为本发明筒形永磁耦合调速器实施例的调速特性曲线。

图3-1为本发明锥形永磁耦合调速器的结构主视图。

图3-2为本发明锥形永磁耦合调速器永磁转子的结构主视图。

图3-3为本发明锥形永磁耦合调速器永磁体磁极的立体视图。

图3-4为本发明锥形永磁耦合调速器操纵机构主视图。

图3-5为本发明锥形永磁耦合调速器实施例的调速特性曲线。

具体实施方式

下面结合说明书图和实施例对本发明做更详细地说明。

如图1-1所示，本发明的一种实施例，一种盘形永磁耦合调速器由永磁转子101和导体转子即为导体盘102构成，所述的导体盘102的外部连接端与电机转轴104连接，所述的永磁转子101的外部连接端与负载转轴103连接，所述的永磁转子101与负载转轴103之间装配操纵机构的控制器105，所述的操纵机构控制器105用来调节中心控制齿轮112、齿轮113和齿轮114，调节永磁转子101上两侧永磁体磁极的相对周向位置角度，改变导体盘102切割磁场的耦合强度，所述的永磁转子101和导体盘102不接触，调节永磁转子101两侧永磁体108和永磁体109相对周向位置可以改变耦合强度进而改变导体盘102内的感应涡流，从而改变导体盘与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现动力调速传动。

如图1-2所示，永磁转子101包括铁盘支架106和铁盘支架107，所述的铁盘支架106和铁盘支架107上装配永磁体108和永磁体109，所述的永磁体108在铁盘支架106上按照相邻永磁块极性相反原则间隔的装配，永磁体109在铁盘支架107上按照相邻永磁块极性相反原则间隔的装配。所述的铁盘支架106的外部连接端设置键槽110，所述的键槽110用于连接负载转轴103。

如图1-3所示，永磁体108与永磁体109的立体视图均为扇形体，永磁块的充磁方向为轴向方向。

如图1-4所示，一种盘形永磁耦合调速器的操纵机构装配3个齿轮，中心控制齿轮111受操纵机构控制器105控制沿自身轴心转动带动齿轮112和齿轮113转动而带动铁盘支架106和铁盘支架107转动，进而调节铁盘支架上永磁体108和永磁体109相对周向角的角度，改变导体盘102切割磁场的耦合强度，以改变导体盘102内的感应涡流，从而改变导体盘与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现负载转速的调节；本实施例为50Hz电源供电的4极电机拖动风机负载调速运行，调速特性曲线如图1-5所示。

如图2-1所示，本发明的一种实施例，一种筒形永磁耦合调速器由永磁转子201和导体转子即为导体环202构成，所述的永磁转子201的外部连接端与负载转轴203连接，所述的导体环202的外部连接端与电机转轴204连接，所述的永磁转子201与负载转轴203之间装配操纵机构的控制器205，所述的操纵机构控制器205控制操纵机构206调整导体环202两侧永磁体的相对周向角的角度，改变导体环202切割磁场的耦合强度，所述的永磁转子201和导体环202不接触，相对转动改变耦合强度进而改变导体环202内的感应涡流，从而改变导体环与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现动力传动。

如图2-2所示，永磁转子201包括铁环支架207和铁环支架208，所述的铁环支架207和铁环支架208上装配永磁体209和永磁体210，所述的永磁体209和永磁体210按相邻永磁块极性相反原则均匀的装配在铁环支架上。所述的铁环支架207的外部连接端设置键槽211，所述的键槽211用于连接负载转轴103。

如图2-3所示，永磁体209与永磁体210的立体视图均为瓦状体，永磁块的充磁方向为径向方向。

如图2-4所示，一种筒形永磁耦合调速器的操纵机构206装配2个大齿轮为213和齿轮214，3个小齿轮212，中心控制齿轮212沿自身轴心转动带动齿轮213和齿轮214转动而调节铁环支架107和铁环支架108转动，进而调节铁环支架上永磁体209和永磁体210的相对周向角的角度，改变通过导体环202切割磁场的耦合强度，改变导体环202内的感应涡流，从而改变导体环与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现负载转速的调节；本实施例为50Hz电源供电的4极电机拖动风机负载调速运行，调速特性曲线如图2-5所示。

如图3-1所示，本发明的一种实施例，一种锥形永磁耦合调速器由永磁转子301和导体转子即为导体环302构成，所述的永磁转子301的外部连接端与负载转轴303连接，所述的导体环302的外部连接端与电机转轴304连接，所述的永磁转子301与负载转轴303之间装配操纵机构的控制器305，所述的操纵机构控制器305控制操纵机构306调整导体环302两侧永磁体的相对周向角的角度，改变导体环302切割磁场的耦合强度，所述的永磁转子301和导体环302不接触，相对转动改变耦合强度进而改变导体环302内的感应涡流，从而改变导体环与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现动力传动。

如图3-2所示，永磁转子301包括铁环支架307和铁环支架308，所述的铁环支架307和铁环支架308上装配永磁体309和永磁体310，所述的永磁体309和永磁体310按相邻永磁块极性相反原则均匀的装配在铁环支架上。所述的铁环支架307的外部连接端设置键槽311，所述的键槽311用于连接负载转轴303。

如图3-3所示，永磁体309与永磁体310的立体视图均为瓦状体，永磁块沿径向即厚度方向充磁。

如图3-4所示，一种锥形永磁耦合调控方法及永磁调速器的操纵机构306包括齿轮313和齿轮314，中心控制齿轮312受操纵机构的控制器305的控制沿自身轴心转动带动齿轮313和齿轮314转动，从而调节铁环支架307和铁环支架308转动，进而调节铁环支架上永磁体309和永磁体310相对周向角的角度，改变导体环302切割磁场的耦合强度，改变导体环302内的感应涡流，从而改变导体环与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现负载转速的调节；本实施例为50Hz电源供电的4极电机拖动风机负载调速运行，调速特性曲线如图3-5所示。

以上所述仅为本发明的一种实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，比如导体转子和永磁转子与电机和负载之间连接关系的变化或者原动机可能不是电机而是其它原动力装置等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种永磁耦合调控方法，其特征在于，包括盘形永磁耦合调速器，该盘形永磁耦合调速器包括永磁转子（101）和导体转子；导体转子采用导体盘（102），所述的导体盘（102）的外部连接端与电机转轴（104）连接，所述的永磁转子（101）的外部连接端与负载转轴（103）连接，所述的永磁转子（101）与负载转轴（103）之间装配操纵机构的控制器（105），所述的操纵机构控制器（105）用来调节中心控制齿轮A（111）、齿轮B（112）和齿轮C（113），调节永磁转子（101）上两侧永磁体磁极的相对周向位置角度，改变导体盘（102）切割磁场的耦合强度，所述的永磁转子（101）和导体盘（102）不接触，调节永磁转子（101）两侧永磁体A（108）和永磁体B（109）相对周向位置可以改变耦合强度进而改变导体盘（102）内的感应涡流，从而改变导体盘与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现动力调速传动；

永磁转子（101）包括铁盘支架A（106）和铁盘支架B（107），所述的铁盘支架A（106）和铁盘支架B（107）上装配永磁体A（108）和永磁体B（109），所述的永磁体A（108）在铁盘支架A（106）上按照相邻永磁块极性相反原则间隔的装配，永磁体B（109）在铁盘支架B（107）上按照相邻永磁块极性相反原则间隔的装配；

所述的铁盘支架A（106）的外部连接端设置键槽（110），所述的键槽（110）用于连接负载转轴（103）；

永磁体A（108）与永磁体B（109）的立体视图均为扇形体，永磁块的充磁方向为轴向方向；

中心控制齿轮A（111）受操纵机构控制器（105）控制沿自身轴心转动带动齿轮B（112）和齿轮C（113）转动而带动铁盘支架A（106）和铁盘支架B（107）转动，进而调节铁盘支架上永磁体A（108）和永磁体B（109）相对周向角的角度，改变导体盘（102）切割磁场的耦合强度，以改变导体盘（102）内的感应涡流，从而改变导体盘与可调耦合强度磁场作用产生的转矩，实现负载转速的调节。

2.根据权利要求1所述的永磁耦合调控方法，其特征在于，导体转子的导体盘为具有一定厚度的导电性能好的圆盘，为感应涡流提供合理电路，放置在装有永磁体的两个铁盘支架。