CN105720788B - 一种大功率绕组式永磁耦合器 - Google Patents

一种大功率绕组式永磁耦合器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耦合器。具体地说是一种大功率绕组式永磁耦合器，其包括中空的外永磁转子，以及设置在所述外永磁转子内与所述外永磁转子同轴且二者之间可发生相对转动的内绕组转子；所述外永磁转子和所述内绕组转子之间存在有气隙；所述内绕组转子包括轭部铁芯，绕放置中心均匀分布且与所述轭部铁芯卡接固定的若干齿部铁芯和设置在所述齿部铁芯上的硬绕组；所述齿部铁芯之间最外缘圆周间隙小于单根绕组线圈的直径。本发明所要解决的技术问题在于现有技术中高压大功率密度绕组式永磁耦合器永磁体涡流损耗大，易导致永磁体退磁；以及绕组转子槽楔容易脱落，影响耦合器安全运行，进而提供一种运行更安全的大功率绕组式永磁耦合器。

Description

一种大功率绕组式永磁耦合器
技术领域
本发明涉及一种耦合器。具体地说是一种大功率绕组式永磁耦合器。
背景技术
绕组式永磁耦合器由永磁转子和绕组转子组成，当永磁转子随动力轴旋转，绕组转子中产生感应电流，进而产生感应磁场，该感应磁场与旋转磁场相互作用传递转矩，带动负载轴旋转。绕组式永磁耦合器通过控制绕组转子中电流的大小实现调速及软起功能，通过控制绕组回路的接通关断实现离合功能。
绕组式永磁耦合器主要应用在钢铁、发电、化工、矿山等传动领域。应用在上述领域，一般需要大功率绕组式永磁耦合器，且要有较高的功率密度才能满足实际需要。
为了提高绕组式永磁耦合器的功率和功率密度，绕组式永磁耦合器中的绕组转子中的绕组需要承受较大的电压和电流。为了满足上述需求，一般绕组式永磁耦合器中的绕组转子需采用硬绕组(也称成型绕组)，而为了使硬绕组能嵌入绕组转子中，则必需采用开口槽的绕组铁芯；若使用闭口槽形式的绕组铁芯，则只能使用软绕组(也称散嵌绕组)，但使用软绕组时又不能满足大功率和高功率密度的使用要求。此外，采用开口槽设计，一方面导致气隙磁场谐波含量较大，在永磁体中会产生很大的涡流损耗，极易导致永磁体退磁；另一方面绕组旋转产生的离心力全部由槽楔承担，容易引起槽楔脱落的问题。
中国专利CN104767357A公开了一种绕组式永磁耦合传动装置，其包括永磁转子，以及与所述永磁转子同轴且二者之间可发生相对转动的绕组转子；其中，所述永磁转子和所述绕组转子之间存在有气隙；所述绕组转子连接有可对所述绕组转子的电流/电压进行调节的控制结构。所述绕组转子包括铁芯和以分数槽集中绕组方式缠绕在所述铁芯上的线圈绕组，且所述线圈绕组的线圈节距设为1。
上述专利中采用永磁转子在外，绕组转子在内的结构，整体结构占用体积小，绕组转子包括铁芯和绕组，现有技术中的铁芯为齿部和轭部，齿部和轭部为一整体结构，且绕组转子的铁芯槽型是闭口槽，根据现有技术可知其使用的绕组只能是软绕组，由此，上述专利文献所述的绕组式永磁耦合传动装置只能应用在中小型功率上，不能应用到高压大功率耦合器上。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中高压大功率密度绕组式永磁耦合器永磁体涡流损耗大，易导致永磁体退磁；以及绕组转子槽楔容易脱落，影响耦合器安全运行，进而提供一种运行更安全的大功率绕组式永磁耦合器。
为解决上述技术问题，本发明的一种大功率绕组式永磁耦合器，其包括中空的外永磁转子，以及设置在所述外永磁转子内与所述外永磁转子同轴且二者之间可发生相对转动的内绕组转子；所述外永磁转子和所述内绕组转子之间存在有气隙；所述内绕组转子包括轭部铁芯，绕放置中心均匀分布且与所述轭部铁芯卡接固定的若干齿部铁芯和设置在所述齿部铁芯上的硬绕组；所述齿部铁芯之间最外缘圆周间隙小于单根绕组线圈的直径。
所述轭部铁芯上成型有燕尾槽，所述齿部铁芯上成型有与所述燕尾槽相卡接的燕尾部。
所述燕尾槽底部成型有楔键槽，所述燕尾部和所述楔键槽之间设置有在所述楔键槽中的楔键。
所述齿部铁芯与所述硬绕组靠近所述齿部铁芯外缘的间隙中设置有填充间隙的槽楔。
所述齿部铁芯和所述轭部铁芯均为叠片式铁心。
所述齿部铁芯为取向硅钢片。
所述硬绕组以分数槽集中绕组方式缠绕在所述齿部铁芯上，所述硬绕组的绕圈节距为1。
所述外永磁转子包括轭部和安装在所述轭部内表面的若干永磁体，所述永磁体N、S极交错排列。
轭部铁心上还成形有通风孔。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，
1.在本发明所述大功率绕组式永磁耦合器中，其包括中空的外永磁转子，以及设置在所述外永磁转子内与所述外永磁转子同轴且二者之间可发生相对转动的内绕组转子；所述外永磁转子和所述内绕组转子之间存在有气隙；其特征在于，所述内绕组转子包括轭部铁芯，与所述轭部铁芯卡接固定的若干齿部铁芯和及设置在所述齿部铁芯上的硬绕组，即所述轭部铁芯与若干齿部铁芯卡接，在生产时所述齿部铁芯缠绕硬绕组后再组装到所述轭部铁芯上，硬绕组很容易设置在所述齿部铁芯上，生产工艺简单且周期短；所述齿部铁芯最外缘圆周间隙小于单根绕组线圈的直径，即本发明中绕组转子铁心为闭口槽，降低了因开口槽引起的气隙谐波含量，减少了永磁体中的涡流损耗；解决了开口槽大功率绕组式永磁耦合器永磁体发热导致退磁、长期运行极易导致槽楔脱落的问题。。
2.在本发明所述大功率绕组式永磁耦合器中，所述轭部铁芯上成型有燕尾槽，所述齿部铁芯上成型有与所述燕尾槽相卡接的燕尾，结构简单，卡接方便且固定可靠。
3.在本发明所述大功率绕组式永磁耦合器中，所述燕尾槽底部成型有楔键槽，所述燕尾和所述楔键槽之间设置有楔键，所述契键填充在所述燕尾和所述楔键槽之间的缝隙，进一步使所述齿部铁芯与所述轭部铁芯卡紧。
4.在本发明所述大功率绕组式永磁耦合器中，
5.在本发明所述大功率绕组式永磁耦合器中，所述齿部铁芯与所述硬绕组靠近所述齿部铁芯外缘的间隙中设置有填充间隙的槽楔，进一步减少了永磁体中的涡流损耗。
6.在本发明所述大功率绕组式永磁耦合器中，所述齿部铁芯和所述轭部铁芯均为叠片式铁心，所述齿部铁芯为取向硅钢片，减小了齿部铁耗。
7.在本发明所述大功率绕组式永磁耦合器中，所述硬绕组以分数槽集中绕组方式缠绕在所述齿部铁芯上，所述硬绕组的绕圈节距为1，自动消减齿谐波，减小了线圈的端部长度，提高了功率密度。
8.在本发明所述大功率绕组式永磁耦合器中，所述外永磁转子包括轭部和安装在所述轭部内表面的若干永磁体，所述永磁体N、S极交错排列，进一步提高了功率密度，工艺简单可靠。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明一实施例所述大功率绕组式永磁耦合器部分示意图；
图2是图1中绕组转子部分示意图；
图3是图2中齿部铁芯示意图；
图4是图2中轭部铁芯示意图；
图5是图2中绕组缠绕在齿部铁芯后的示意图。
图中附图标记表示为：1-外永磁转子，11-永磁体，12-轭部，2-内绕组转子，21-槽楔，22-硬绕组，23-齿部铁芯，231-燕尾部，232-第一拉紧螺杆用孔，24-楔键，25-轭部铁芯，251-燕尾槽，252-楔键槽，253-键槽，254-通风孔，255-第二拉紧螺杆用孔，3-气隙。
具体实施方式
图1所示为本发明所述的大功率绕组式永磁耦合器，其包括中空的外永磁转子1，以及设置在所述外永磁转子1内与所述外永磁转子1同轴且二者之间可发生相对转动的内绕组转子2；所述外永磁转子1和所述内绕组转子2之间存在有气隙3；如图2所示，所述内绕组转子2包括轭部铁芯25，与所述轭部铁芯25卡接固定的若干齿部铁芯23和及设置在所述齿部铁芯23上的硬绕组22。所述轭部铁芯25上成型有鸽尾槽251，所述齿部铁芯23上成型有与所述鸽尾槽251相卡接的鸽尾部231。所述外永磁转子1包括轭部12和安装在所述轭部12内表面的若干永磁体11，所述永磁体11的N、S极交错排列。
本实施例中，所述齿部铁芯23最外缘圆周间隙小于单根绕组线圈的直径，即本发明采用闭口槽齿部铁芯结构。所述齿部铁芯23和所述轭部铁芯25均为叠片式铁心，图3为本实施例中单片齿部铁心结构示意图，第一拉紧螺杆用孔232用于安装拉紧螺杆，将若干单片齿部铁心固定成一个单元，鸽尾部231用于连接齿部铁心和轭部铁心。所述齿部铁芯23为取向硅钢片。所述硬绕组22以分数槽集中绕组方式缠绕在所述齿部铁芯23上，所述硬绕组22的绕圈节距为1。
进一步地，本实施例在上述实施例的基础上，所述鸽尾槽251底部成型有楔键槽252，所述鸽尾部231和所述楔键槽252之间设置有在所述楔键槽252中的楔键24。所述齿部铁芯23与所述硬绕组22靠近所述齿部铁芯23外缘的间隙中设置有填充间隙的槽楔21。
图4为本实施例中单片轭部铁心的示意图，齿部铁芯23的鸽尾与鸽尾槽卡接，轭部铁心上还成形有用于散热的通风孔254，第二拉紧螺杆用孔255用于安装拉紧螺杆，将若干所述齿部铁芯23固定成一个整体；键槽253用于绕组转子与传动轴的连接，楔键槽252用于安装楔键24涨紧齿部铁心。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种大功率绕组式永磁耦合器，其包括中空的外永磁转子(1)，以及设置在所述外永磁转子(1)内与所述外永磁转子(1)同轴且二者之间可发生相对转动的内绕组转子(2)；所述外永磁转子(1)和所述内绕组转子(2)之间存在有气隙(3)；其特征在于，所述内绕组转子(2)包括轭部铁芯(25)，绕放置中心均匀分布且与所述轭部铁芯(25)卡接固定的若干齿部铁芯(23)和设置在所述齿部铁芯(23)上的硬绕组(22)；所述齿部铁芯(23)之间最外缘圆周间隙小于单根绕组线圈的直径；所述硬绕组(22)以分数槽集中绕组方式缠绕在所述齿部铁芯(23)上。
2.根据权利要求1所述大功率绕组式永磁耦合器，其特征在于，所述轭部铁芯(25)上成型有鸽尾槽(251)，所述齿部铁芯(23)上成型有与所述鸽尾槽(251)相卡接的鸽尾部(231)。
3.根据权利要求2所述大功率绕组式永磁耦合器，其特征在于，所述鸽尾槽(251)底部成型有楔键槽(252)，所述鸽尾部(231)和所述楔键槽(252)之间设置有在所述楔键槽(252)中的楔键(24)。
4.根据权利要求1-3任一所述大功率绕组式永磁耦合器，其特征在于，所述齿部铁芯(23)与所述硬绕组(22)靠近所述齿部铁芯(23)外缘的间隙中设置有填充间隙的槽楔(21)。
5.根据权利要求4所述大功率绕组式永磁耦合器，其特征在于，所述齿部铁芯(23)和所述轭部铁芯(25)均为叠片式铁心。
6.根据权利要求5所述大功率绕组式永磁耦合器，其特征在于，所述齿部铁芯(23)为取向硅钢片。
7.根据权利要求1或2或3或5或6所述大功率绕组式永磁耦合器，其特征在于，所述硬绕组(22)的绕圈节距为1。
8.根据权利要求7所述大功率绕组式永磁耦合器，其特征在于，所述外永磁转子(1)包括轭部(12)和安装在所述轭部(12)内表面的若干永磁体(11)，所述永磁体(11)的N、S极交错排列。
9.根据权利要求1或2或3或5或6或8所述大功率绕组式永磁耦合器，其特征在于，轭部铁心(25)上还成形有通风孔(254)。
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Denomination of invention: A high-power winding type permanent magnet coupler

Effective date of registration: 20230808

Granted publication date: 20190129

Pledgee: Bank of Suzhou Co.,Ltd. Zhenjiang Branch

Pledgor: JIANGSU MAGNET VALLEY TECHNOLOGIES Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980051242