CN105634244A - 径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器 - Google Patents

Abstract

本发明属于永磁调速技术领域，尤其涉及一种径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，包括导体转子、永磁转子，导体转子与永磁转子之间存在气隙，其特征在于还包括径向螺旋移动磁屏蔽机构，径向螺旋磁屏蔽机构设置在导体转子与永磁转子之间。本发明的有益效果是：调节结构更简单，尺寸更小，同时不用移动整体永磁转子使得设备的质量中心始终保持固定，设备更稳定更可靠，并且能将负载的转速从零速到导体转子的速度之间任意调节。

Description

径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器

技术领域

本发明属于永磁调速技术领域，尤其涉及一种径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器。

背景技术

在大型采矿、石油化工、电力及冶金等行业中，由于节能环保的需要，永磁调速装置的应用越来越广泛。永磁调速装置能适应各种恶劣环境，包括电网电压波动大、谐波严重、易燃易爆、潮湿、粉尘等场所，可在线调节负载的转速，以满足系统实际运行需要，实现调速节能，调速范围0-98％，节能率10％～65％。工作时，电机带动永磁调速器的导体转子转动，导体转子上的铜导体切割永磁转子上永磁体发出的磁感线产生涡流，涡流产生感应磁场，感应磁场与永磁体源磁场耦合作用进而产生扭矩，使永磁转子带动负载转动，由于永磁调速技术简单、可靠，设备使用寿命长；无电磁波干扰问题；所以很多条件艰难的场所的调速装置逐渐被永磁调速器代替。

现有的永磁调速器主要有筒形永磁调速器和盘式永磁调速器，筒形调速器靠调节筒形永磁转子与筒形导体转子在轴线方向的相对位置，以改变永磁转子和导体转子耦合的有效部分，进而调节转矩，这就需要的较大的轴向空间以利于永磁转子和导体转子之间进行相对轴向的移动；而盘式永磁调速器通过调节盘形永磁转子和导体转子之间的气隙来进行转矩的调节，进而实现对负载的调速。也需要较大的轴向空间进行气隙的调节，产品轴向尺寸大，给现场改造带来很大的不便；调速时，永磁转子需要移动，设备悬臂长、振动大、容易损坏轴承、设备可靠性不好；调节时，由于永磁转子质量、转动惯量大、易冲击；调节装置负载、调节轴承受力过大易损坏；设备振动大、发热高、永磁体易失效；同时调节气隙时还需要克服较大的永磁吸力的作用。这样在一些空间受限的地方难以应用。

中国专利CN104883030A提供了一种新型旋转凸极调节磁通的永磁调速器，筒形导体转子形成的腔室内设置有一端固定在从动轴的永磁转子，且永磁转子和筒形导体转子之间存在径向间隙，永磁转子另一端的下部设置有与从动轴一起旋转的棘轮套和可在棘轮套上相对转动的凸极导磁磁轭，永磁转子内等间距设置有多个切向式永磁磁钢。避免了传统的筒形永磁调速器靠调节永磁转子与筒形导体转子在轴线方向的相对位置来调节永磁转子和导体转子耦合面积的有效部分所占空间较大的问题，不需要额外的轴向空间。但是，在这种结构中，每个永磁体只能从自身的N极发出回到自身的S极，相邻永磁体的N极和N极是相互排斥的，凸极导磁磁轭只能屏蔽一部分磁感线，甚至对磁感线基本起不到屏蔽作用，起不到调节磁通量的作用，其原理图如图10、图11所示，磁感线从N极发出回到S极时，一部分从永磁体朝向铜导体的一侧通过，这部分磁感线被铜导体切割，而且通过铜导体的磁通量不会随凸极导磁磁轭的位置改变而改变，另一部从永磁体朝向凸极导磁磁轭的一侧通过，这部分磁感线不论凸极导磁磁轭如何转动，都不会被铜导体切割，也不会产生涡流和扭矩，综上所述，该结构对负载的速度调节范围是极其有限的，甚至几乎不能调节转速，不能从零速进行调节，也不能达到磁感线的百分之百传递，造成了能量的浪费，达不到预期的效果，要想实现导体转子与永磁转子之间转速从零到最大的调节非常难，现有技术没有能到达这种效果的结构。

中国专利CN104811000A提供了一种永磁调速器，包括筒形的导体转子、永磁转子和导磁轭，所述导体转子、所述永磁转子和所述导磁轭同轴设置，导磁轭位于所述永磁转子的外侧，所述导磁轭可轴向运动，通过移动导磁轭来调节转矩和转速，所需的轴向空间较传统筒形永磁调速器大大缩小，在一定程度上解决了传统筒形永磁调速器轴向空间占用较大且调速机构复杂且作用力大的问题。这种结构同样存在上述问题，其并没有真正起到调节磁感线切割的作用，基本上达不到调节转速的目的。

发明内容

本发明针对现有永磁调速器调节整体永磁转子所需要克服的轴向力很大、以及通过调节切割磁感线的面积调节转速效果不佳的问题，提供了一种径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，调节结构更简单，尺寸更小，同时不用移动整体永磁转子使得设备的质量中心始终保持固定，设备更稳定更可靠，并且能将负载的转速从零速到导体转子的速度之间任意调节。

一种径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，包括导体转子、永磁转子，所述导体转子与所述永磁转子之间存在气隙，其特征在于还包括径向螺旋移动磁屏蔽机构，所述径向螺旋磁屏蔽机构设置在所述导体转子与所述永磁转子之间。

所述径向螺旋磁屏蔽机构可相对所述永磁转子在所述径向螺旋磁屏蔽机构的圆周平面内径向移动。

所述径向螺旋移动磁屏蔽机构包括磁通屏蔽结构、螺旋移动调节结构，所述磁通屏蔽结构与所述螺旋移动调节结构同轴，且所述磁通屏蔽结构可沿所述螺旋移动调节结构移动。

所述磁通屏蔽结构包括若干个屏蔽部和与屏蔽部连接的连接结构，所述连接结构一侧设有连接凸台，另一侧设有螺旋连接柱。

所述屏蔽部为扇形环结构，所述屏蔽部共同形成一个圆环状结构，所述圆环状结构的宽度大于等于所述永磁转子上永磁体固定盘的宽度。

所述螺旋移动调节结构包括螺旋盘、轨道盘，所述轨道盘与支撑结构固定连接，所述螺旋盘、所述轨道盘与所述永磁转子共轴线，且所述螺旋盘可绕轴线转动，

所述螺旋盘上设有沿径向的、与所述螺旋连接柱配合的螺旋槽，所述轨道盘上设有沿径向的、与所述连接凸台配合的轨道槽。

所述屏蔽部设置在所述螺旋盘与所述轨道盘之间，所述屏蔽部与所述轨道盘通过所述连接凸台、所述轨道槽配合连接，所述连接凸台可沿所述轨道槽滑动，所述屏蔽部与所述螺旋盘通过所述螺旋连接柱、所述螺旋槽配合连接，所述螺旋连接柱可沿所述螺旋槽滑动。

所述导体转子包括电机联轴器、导体盘、铜环，所述导体盘通过所述电机联轴器与电机连接，所述导体盘上设置有所述铜环。

所述永磁转子包括永磁体、永磁体固定盘、负载联轴器，所述永磁体固定盘通过所述负载联轴器与负载相连，所述永磁体设置在所述永磁体固定盘上。

所述径向螺旋磁屏蔽机构与所述永磁转子同轴设置。

还包括与所述径向螺旋移动磁屏蔽机构连接的外部执行机构。

本发明的有益效果是：设置了径向螺旋移动磁屏蔽机构，当螺旋盘沿轴心转动时，屏蔽部沿轨道盘上轨道槽在射线方向移动；当屏蔽部沿射线方向向外移动时，此时导体转子上的铜环切割的永磁体的磁力线增多，铜环上的涡流增大，此时产生的扭矩增大，负载的转速增大，当屏蔽部完全外移时，扭矩最大，负载的转速接近额定转速；当屏蔽部沿射线向轴心移动时，导体转子上铜环的涡流减小，产生的扭矩减小，负载的转速降低，当屏蔽部移动到完全屏蔽住永磁体的磁力线时，导体转子以电机的额定转速运行，而负载转速为零，实现了负载的调速功能。调节过程中，永磁转子没有轴向位移，省去了其复杂的调节结构，设备结构简单易实现，占用空间小，避免了产品轴向尺寸大给现场改造带来的不便；减小了设备的振动，使得轴承不易损坏，设备可靠性好；发热量小，不存在设备散热困难、永磁体易失效的问题，负载转速实现了从零速到导体转子转速之间的任意调节，屏蔽和磁通量调控效果好。本发明应用磁屏蔽原理调节屏蔽部的径向位置，消除了永磁转子驱动负载时驱动扭矩所产生的摩擦力，相比较调节整体永磁转子所需要克服的轴向力大大减小，磁通调节结构的输出力矩随之大大减小，整个调节结构更简单，尺寸更小。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明轨道盘的结构示意图；

图3为本发明螺旋盘的结构示意图；

图4为本发明屏蔽部上连接凸台的结构示意图；

图5为本发明屏蔽部上螺旋连接柱的结构示意图；

图6为本发明永磁体处于完全开放时设备的状态图；

图7为本发明永磁体被屏蔽部完全屏蔽时设备的状态图；

图8为本发明永磁体处于完全开放状态的磁感线分布图；

图9为本发明永磁体处于完全屏蔽状态的磁感线分布图；

图10为现有技术中凸极导磁磁轭对磁感线与铜导体完全屏蔽的结构示意图；

图11为现有技术中凸极导磁磁轭对磁感线与铜导体完全没有屏蔽的结构示意图；

图中，1-电机联轴器，2-导体盘，3-铜环，4-防护罩，5-螺旋盘，6-屏蔽部，7-轨道盘，8-永磁体，9-永磁体固定盘，10-负载联轴器，11-轨道槽，12-螺旋槽，13-连接凸台，14-螺旋连接柱。

具体实施方式

下面结合附图对发明的具体实施方式做出说明。

如图1所示，本发明提供一种径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，包括导体转子、永磁转子，所述导体转子与所述永磁转子之间存在气隙，所述导体转子包括电机联轴器1、导体盘2、铜环3，所述导体盘2通过所述电机联轴器1与电机连接，所述导体盘2上设置有所述铜环3，螺旋移动调节结构的轨道盘7与支撑结构连接，支撑结构对轨道盘7起支撑固定作用，永磁调速器转动时防止轨道盘7转动。

所述永磁转子包括永磁体8、永磁体固定盘9、负载联轴器10，所述永磁体固定盘9通过所述负载联轴器10与负载相连，所述永磁体8设置在所述永磁体固定盘9上。

本发明的永磁调速器还包括径向螺旋移动磁屏蔽机构，所述径向螺旋磁屏蔽机构设置在所述导体转子与所述永磁转子之间，所述径向螺旋磁屏蔽机构与所述永磁转子可以同轴设置，也可以偏轴设置，只要能起到调节磁通量、并实现本发明的结构均可以，所述径向螺旋磁屏蔽机构可相对所述永磁转子在所述径向螺旋磁屏蔽机构的圆周平面内径向移动。

支撑结构选择防护罩4的形式，导体转子、永磁转子、径向螺旋磁屏蔽机构均设置在防护罩4内。防护罩4穿过电机驱动轴和负载驱动轴，与电机的基座固定连接。防护罩4用于支撑轨道盘7的作用，螺旋盘5转动时，轨道盘7是静止不动的，故用防护罩4支撑固定轨道盘7来实现此作用。

所述径向螺旋移动磁屏蔽机构包括磁通屏蔽结构、螺旋移动调节结构，所述磁通屏蔽结构与所述螺旋移动调节结构同轴，且所述磁通屏蔽结构可沿所述螺旋移动调节结构移动。

所述磁通屏蔽结构包括若干个屏蔽部6和与屏蔽部6连接的连接结构，所述连接结构一侧设有连接凸台13，如图4所示，另一侧设有螺旋连接柱14，如图5所示。所述屏蔽部6为扇形环结构，所有的屏蔽部6共同形成一个圆环状结构，所述圆环状结构的宽度大于等于所述永磁转子上永磁体固定盘9的宽度。当所有的屏蔽部6移动到螺旋盘5的最外端时永磁体8处于完全开放状态，磁感线切割最多，产生的扭矩最大；当所有的屏蔽部6移动到最内侧时形成一个圆环状结构，此时永磁体8被完全屏蔽，磁感线被完全屏蔽，铜导体不进行磁感线的切割。

图6-7中屏蔽部6的数量为6个，每个屏蔽部6结构为扇形环结构。屏蔽部6的数量可以改变，具体根据永磁转子上永磁体8的数量确定。

所述螺旋移动调节结构包括螺旋盘5、轨道盘7，所述轨道盘7与支撑结构连接，其中本实施例所用的支撑结构为防护罩4，轨道盘7与防护罩4固定连接，防护罩4只是能实现本发明的一种结构，其他能起到支撑固定轨道盘7静止不动的结构均是本发明的保护范围。

所述螺旋盘5、所述轨道盘7与所述永磁转子共轴线，且所述螺旋盘5可绕轴线转动，所述螺旋盘5上设有沿径向的、与所述螺旋连接柱14配合的螺旋槽12，螺旋盘5的结构示意图如图3所示；所述轨道盘7上设有沿径向的、与所述连接凸台13配合的轨道槽11，轨道盘7的结构示意图如图2所示。

所述屏蔽部6设置在所述螺旋盘5与所述轨道盘7之间，所述屏蔽部6与所述轨道盘7通过所述连接凸台13、所述轨道槽11配合连接，所述连接凸台13可沿所述轨道槽11滑动，所述屏蔽部6与所述螺旋盘5通过所述螺旋连接柱14、所述螺旋槽12配合连接，所述螺旋连接柱14可沿所述螺旋槽12滑动。优选地，所述螺旋槽12的形状为阿基米德螺线。当螺旋盘5转动时，屏蔽部6上的螺旋连接柱14沿着螺旋槽12做螺线运动，屏蔽部6上的连接凸台13沿轨道槽11在径向方向运动，整个运动过程轨道盘7是静止的。

为了能使屏蔽部6实现沿径向向内周和向外周的移动，屏蔽部6与外部执行机构连接，外部执行机构用于控制磁通屏蔽结构的转动，外部执行机构可以为气缸、液压缸等结构，或者为控制更精确的伺服电机或步进电机，亦或者手动调节，凡是能实现本发明的电动的或非电动的控制结构均为本发明的保护范围。

屏蔽部6一侧与轨道盘7相连接，一侧与螺旋盘5相连接，当螺旋盘5沿轴心转动时，屏蔽部6沿轨道盘7上轨道槽11在射线方向移动；当屏蔽部6沿射线方向向外移动时，此时导体转子上的铜环3切割的永磁体8的磁力线增多，铜环3上的涡流增大，此时产生的扭矩增大，负载的转速增大，当屏蔽部6完全外移时，扭矩最大，负载的转速接近额定转速；此时设备的状态图及磁感线分布图如图6、图8所示；当屏蔽部6沿射线向轴心移动时，导体转子上铜环3的涡流减小，产生的扭矩减小，负载的转速降低，当屏蔽部6移动到完全屏蔽住永磁体8的磁力线时，导体转子以电机的额定转速运行，而负载转速为零，实现了负载的调速功能，此时设备的状态图及磁感线分布图如图7、图9所示。

本发明的永磁体8固定在永磁体固定盘9上，并沿永磁体固定盘9的圆周均匀分布，永磁体8包括N极和S极，永磁体8的N极或S极朝向屏蔽部6，且N极朝向屏蔽部6的永磁体8与S极朝向屏蔽部6的永磁体8交错分布，这样，N极发出的、能够被导体转子切割到的这部分磁感线在没有设置屏蔽部6时都要通过导体转子，回到相邻永磁体8的S极，而不会回到自身的S极，保证了产生的磁感线在不被屏蔽时全部通过导体转子，使导体转子对磁感线进行切割，这种排布方式可使磁感线最大程度的通过导体转子，这种结构与屏蔽部6配合时，使得屏蔽部6能够完全屏蔽永磁体8发出的磁感线(导体转子完全不切割磁感线，负载转速为零)，也可完全脱开永磁体8(导体转子最大限度切割磁感线，不存在磁感线漏掉的情况，进而能够产生的扭矩达到最大，负载转速达到最大)。

以上对本发明的实例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，包括导体转子、永磁转子，所述导体转子与所述永磁转子之间存在气隙，其特征在于还包括径向螺旋移动磁屏蔽机构，所述径向螺旋磁屏蔽机构设置在所述导体转子与所述永磁转子之间。

2.根据权利要求1所述的径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，其特征在于所述径向螺旋磁屏蔽机构可相对所述永磁转子在所述径向螺旋磁屏蔽机构的圆周平面内径向移动。

3.根据权利要求1或2所述的径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，其特征在于所述径向螺旋移动磁屏蔽机构包括磁通屏蔽结构、螺旋移动调节结构，所述磁通屏蔽结构与所述螺旋移动调节结构同轴，且所述磁通屏蔽结构可沿所述螺旋移动调节结构移动。

4.根据权利要求3所述的径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，其特征在于所述磁通屏蔽结构包括若干个屏蔽部和与屏蔽部连接的连接结构，所述连接结构一侧设有连接凸台，另一侧设有螺旋连接柱。

5.根据权利要求4所述的径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，其特征在于所述屏蔽部为扇形环结构，所述屏蔽部共同形成一个圆环状结构，所述圆环状结构的宽度大于等于所述永磁转子上永磁体固定盘的宽度。

6.根据权利要求3-5任一项所述的径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，其特征在于所述螺旋移动调节结构包括螺旋盘、轨道盘，所述轨道盘与支撑结构固定连接，所述螺旋盘、所述轨道盘与所述永磁转子共轴线，且所述螺旋盘可绕轴线转动。

7.根据权利要求6所述的径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，其特征在于所述螺旋盘上设有沿径向的、与所述螺旋连接柱配合的螺旋槽，所述轨道盘上设有沿径向的、与所述连接凸台配合的轨道槽。

8.根据权利要求7所述的径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，其特征在于所述屏蔽部设置在所述螺旋盘与所述轨道盘之间，所述屏蔽部与所述轨道盘通过所述连接凸台、所述轨道槽配合连接，所述连接凸台可沿所述轨道槽滑动，所述屏蔽部与所述螺旋盘通过所述螺旋连接柱、所述螺旋槽配合连接，所述螺旋连接柱可沿所述螺旋槽滑动。

9.根据权利要求1所述的径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，其特征在于所述导体转子包括电机联轴器、导体盘、铜环，所述导体盘通过所述电机联轴器与电机连接，所述导体盘上设置有所述铜环。

10.根据权利要求1所述的径向螺旋移动式磁屏蔽永磁调速器，其特征在于所述永磁转子包括永磁体、永磁体固定盘、负载联轴器，所述永磁体固定盘通过所述负载联轴器与负载相连，所述永磁体设置在所述永磁体固定盘上。