CN105790543A - 一种线圈静止型电磁涡流调速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线圈静止型电磁涡流调速器，属于工业电机调速节能领域。该调速器主要由涡流传动部分、发电机部分和控制部分组成，外转子的外层为外转子A，外转子A由铁磁材质制成；外转子的内层为外转子B，外转子B由铜材质制成；当需要调节传动力矩大小时，控制部分的执行器带动花键轴、发电机矽钢片、发电机电枢轴向滑动，通过改变永磁体和电枢相交面积来调节发电功率，进而改变励磁线圈中的电流大小，磁通量改变，最终传动力矩随之改变。本发明可靠性高、易调节，其自带发电装置，满足节能的要求，该装置用电磁铁代替永磁体，不会出现退磁现象，并且可以在气隙固定的情况下实现调速。

Description

一种线圈静止型电磁涡流调速器

技术领域

本发明涉及一种涡流调速装置，属于工业电机调速节能领域。

背景技术

调速器是机械传动系统中经常被使用的部件，其广泛运用于石油化工、船舶、航空航天、钢铁工业等领域。传统的调速器固定方式多为刚性连接，对电机轴与负载端轴的对中性要求很高，而且随着设备所在环境变化，连接部位会产生振动，从而加速磨损、缩短调速器的寿命并产生噪声，对生产环境产生不利的影响；同时，传统调速器很难在有毒、易燃、易爆等极端环境下运行。为了进一步提高调速器可靠性，需要改善电机主轴与负载轴之间的刚性接触关系，使得电机与负载之间的振动影响弱化，因此，电涡流调速器应运而生。

电涡流调速器是通过导磁转子与永磁转子之间的气隙实现由电机到负载的转矩传输装置，它可以实现电机和负载之间无机械连接的传动方式，其工作原理是：当两者之间相对运动时，导磁转子切割磁力线，在导体中产生涡电流，涡电流进而产生反感磁场，反感磁场与永磁转子产生的磁场交互作用，从而实现两者之间的扭矩传递。电机的起动过程会有很高的起动电流产生，尤其是负载较大场合，为避免起动过程中电流过大造成危险和减少对传动机构产生的冲击，引入软起动技术，以期实现系统的平滑起动。电涡流调速器是一款既环保又节能的产品，应用范围越来越大，其广泛应用于动力与负载转轴间的柔性连接。

目前的电涡流调速器多为永磁电涡流调速器，靠的是永磁体产生的磁场穿过气隙把主动轴、从动轴耦合在一起，通过调节气隙大小来实现调速。这种永磁电涡流调速器具有如下缺点：

(1)大功率难以散热、永磁体高温失磁。用永磁体实现调速不可避免会出现退磁现象，比如永磁体的温度升高到一定值时就会使得永磁体的磁性减少，影响了永磁电涡流调速器的正常运行，因此，永磁电涡流调速器只能适用于小功率范围，不能满足大功率的需要。

(2)气隙调节机构易损坏。目前的永磁电涡流调速器都有两个永磁盘，为了实现调速，需要调节永磁盘和铜盘之间的气隙大小，则要在两个永磁盘之间安装联动装置，这样必须增大永磁盘的直径才能给联动装置留出空间，由于经常在旋转的情况下工作，因此气隙调节机构非常容易损坏。

(3)传动力矩非线性改变。由于永磁电涡流调速器靠的是调节永磁盘和铜盘之间的气隙大小来达到调速的目的，气隙大小的改变并不能使传动力矩呈线性改变。

发明内容

针对以上存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种高效节能的线圈静止型电磁涡流调速器，该电磁涡流调速器的可靠性高、易调节，其自带发电装置，满足节能的要求，该装置用电磁铁代替永磁体，不会出现退磁现象，并且可以在气隙固定的情况下实现调速。

本发明采用如下技术方案为一种线圈静止型电磁涡流调速器，该调速器主要由以下部分组成：

电机输入轴、温度传感器、控制电机、定子支架、外转子、隔磁圈、磁回路、内转子、励磁线圈、定子、发电机矽钢片、花键轴、发电机电枢、发电机永磁体、负载输出轴、速度传感器、负载、拖动电机；外转子分为外转子A和外转子B。

所述外转子A为铁磁材质，外转子B为铜材质。

所述外转子与负载输出轴连接，外转子有内外两层，外转子的外层是由铁磁材质制成，外转子的内层是由铜材质制成。所述内转子与电机输入轴连接，内转子采用双凸极齿构造，两个凸极之间有隔磁圈，隔磁圈与内转子之间通过螺栓连接在一起，其目的是避免两个凸极之间形成磁路。所述定子与定子支架通过螺栓连接在一起，所述定子支架与地面固定。所述励磁线圈环形绕制在定子凹槽里面。所述发电机电枢是绕制在发电机矽钢片上。所述发电机矽钢片固定在定子的花键轴上，发电机矽钢片可以跟随花键轴一起轴向移动，通过改变永磁体和电枢相交面积来调节发电功率，从而改变励磁线圈中的电流大小，磁通量跟随改变，最终传动力矩随之改变。所述发电机永磁体嵌套在内转子内壁上。所述定子、励磁线圈均为静止部件；所述控制电机固定在定子支架上。

该电磁调速装置传递力矩的原理如下：

线圈静止型电磁涡流调速器调速装置主要由涡流传动部分、发电机部分和控制部分组成。涡流传动部分包括外转子(外转子包括铁磁材质的外转子A和铜材质的外转子B)、隔磁圈、磁回路、内转子、励磁线圈和定子，隔磁圈和内转子通过螺栓联接在一起，发电机部分包括发电机矽钢片、发电机电枢和发电机永磁体。工作时，电机输入轴带动内转子和发电机永磁体旋转，静止的发电机电枢切割旋转永磁体发出的磁力线产生电流，电流通过整流器进入励磁线圈中，励磁线圈中获得直流电后，在外转子、内转子和磁轭之间形成磁回路，带齿形结构的内转子在外转子中形成横向磁通并产生相对运动，外转子切割磁力线产生涡流，涡流与内转子相互作用产生传动力矩，带动外转子旋转，从而带动负载输出轴旋转，从而达到涡流传动的功能。由于外转子内层由电导率高且非导磁的铜材质组成，涡流在外转子中产生热损耗，通过旋转外齿散发。当需要调节传动力矩大小时，控制部分的执行器带动花键轴、发电机矽钢片、发电机电枢轴向滑动，通过改变永磁体和电枢相交面积来调节发电功率，从而改变励磁线圈中的电流大小，磁通量跟随改变，最终传动力矩随之改变。

进一步，所述外转子外表面为带斜齿的表面，在高速旋转下可以达到很好的冷却效果。

进一步，所述内转子双凸极齿顶圆弧与所述外转子内表面圆弧之间保持1mm-10mm的间隙；所述内转子内表面圆弧与定子外表面圆弧之间保持1mm-10mm的间隙。

进一步，所述发电机转子永磁体有若干对，各发电机转子永磁体按N、S极交替嵌套在内转子内壁上。

进一步，所述励磁线圈环形绕制在定子凹槽里面。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

1、带斜齿外表面具有风冷的效果，解决了散热的问题，冷却方式也可以采用喷淋液体对外转子进行冷却；励磁线圈环形绕制在定子凹槽里面解决了电磁线圈运动不可靠的问题；非接触式传动，不会产生噪声污染；

2、调节传动力矩的滑动电枢是静止的，与永磁涡流机构比较，运动可靠性更高；

3、采用内嵌发电机结构解决了电磁耗电的问题，实现了电磁涡流调速器的节能；

4、传统电磁涡流结构的线圈是旋转的，而该结构采用横向磁通和带外齿的双凸极结构内转子，解决了电磁线圈运动不可靠的问题；

5、与永磁体相比，带齿的内转子结构能承受更高的辐射温度，而不存在失效问题。

6、本发明最大的特点是自励式装置，不需要提供额外的电流，完全满足节能的要求。非接触式传动，不会产生噪声污染。

附图说明

图1为本发明的电机调速示意图；

图2为本发明的一种线圈静止型电磁涡流调速器结构发电机满载时的主视图；

图3为本发明的一种线圈静止型电磁涡流调速器结构发电机空载时的主视图；

图4为本发明的一种线圈静止型电磁涡流调速器结构发电机满载时的三维剖视图；

图5为本发明的一种线圈静止型电磁涡流调速器结构轴向图；

图6为本发明的一种线圈静止型电磁涡流调速器的另外一种外接电源结构；

图中：1、电机输入轴，2、温度传感器，301、控制电机，302、定子支架，303、外转子，3031、外转子A，3032、外转子B，304、隔磁圈，305、磁回路，306、内转子，307、励磁线圈，308、定子，309、发电机矽钢片，310、花键轴，311、发电机电枢、，312、发电机永磁体，4、负载输出轴，5、速度传感器，6、负载，7、拖动电机，8、电线。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本发明的原理和特征进行描述。

实施例一

一种线圈静止型电磁涡流调速器，包括电机输入轴1、温度传感器2、控制电机301、定子支架302、外转子303、隔磁圈304、磁回路305、内转子306、励磁线圈307、定子308、发电机矽钢片309、花键轴310、发电机电枢311、发电机永磁体312、负载输出轴4、速度传感器5、负载6、拖动电机7；所述外转子303与负载输出轴4连接，外转子303有内外两层，外转子303的外层为铁磁材质的外转子A3031，外转子303的内层是铜材质的外转子B3032。

所述内转子306跟电机输入轴1连接，内转子306采用双凸极齿构造，两个凸极之间设有隔磁圈304，隔磁圈304与内转子306之间通过螺栓连接在一起，其目的是避免两个凸极之间形成磁路。所述定子308与定子支架302通过螺栓连接在一起，所述定子支架302与地面固定。所述励磁线圈307环形绕制在定子308凹槽里面。所述发电机电枢311绕制在发电机矽钢片309上。所述发电机矽钢片309固定在定子的花键轴310上，发电机矽钢片309能够跟随花键轴310一起轴向移动，通过改变永磁体312和电枢311相交面积来调节发电功率，进而改变励磁线圈307中的电流大小，磁通量改变，最终传动力矩随之改变。所述发电机永磁体312嵌套在内转子306内壁上。所述定子308、励磁线圈307均为静止部件；所述控制电机301固定在定子支架302上。

该电磁涡流调速器传递力矩的原理如下：

线圈静止型电磁涡流调速器调速装置主要由涡流传动部分、发电机部分和控制部分组成。涡流传动部分包括外转子303(外转子303包括铁磁材质的外转子A3031和铜材质的外转子B3032)、隔磁圈304、磁回路305、内转子306、励磁线圈307和定子308，隔磁圈304和内转子306通过螺栓联接在一起，发电机部分包括发电机矽钢片310、发电机电枢311和发电机永磁体312。工作时，电机输入轴1带动内转子306和发电机永磁体312旋转，静止的发电机电枢311切割旋转永磁体312发出的磁力线产生电流，电流通过整流器进入励磁线圈307中，励磁线圈307中获得直流电后，在外转子A3031、内转子306和定子308之间形成磁回路305，带齿形结构的内转子306在外转子303中形成横向磁通并产生相对运动，外转子B3032切割磁力线产生涡流，涡流与内转子306相互作用产生传动力矩，带动外转子303旋转，从而带动负载输出轴4旋转，从而达到涡流传动的功能。由于外转子B3032由电导率高且非导磁的铜材质组成，涡流在外转子B3032中产生热损耗，通过旋转外齿散发。当需要调节传动力矩大小时，控制部分的执行器301带动花键轴309、发电机矽钢片310、发电机电枢311轴向滑动，通过改变永磁体和电枢相交面积来调节发电功率，从而改变励磁线圈307中的电流大小，磁通量跟随改变，最终传动力矩随之改变。

负载输出轴4与负载6连接，拖动电机7与电机输入轴1连接，定子支架302上面装有速度传感器5和控制电机301，定子支架302下面装有温度传感器2。

所述外转子A3031外表面为带斜齿的表面，在高速旋转下可以达到很好的冷却效果。

所述内转子306双凸极齿顶圆弧与所述外转子B3032的内表面圆弧之间保持1mm-10mm的间隙；所述内转子内表面B3032圆弧与定子308外表面圆弧之间保持1mm-10mm的间隙。

所述发电机转子永磁体312有若干对，各发电机转子永磁体312按N、S极交替方式嵌套在内转子306内壁上。

所述励磁线圈307环形绕制在定子308凹槽中。

实施例二

本发明一种线圈静止型电磁涡流调速器为外接电源结构，见图6，去掉发电机，将控制电机换成电流控制器，通过电流控制器直接为励磁线圈提供电流，电流控制器(301)固定在定子支架(302)上，通过电线(8)与励磁线圈(307)相连，直接为励磁线圈(307)供电，该外接电源结构更加简单，方便，不足的是需要外加电源，消耗部分电量。

本发明提出的线圈静止型电磁涡流调速器外接电源结构主要由以下几部分组成：

电机输入轴、负载输出轴、外转子(铁磁材质)、外转子(铜材质)、内转子、定子、励磁线圈、隔磁圈、定子支架、速度传感器、电流控制器、温度传感器、拖动电机、负载、磁回路、电线；

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述。

一种线圈静止型电磁涡流调速器，包括电机输入轴1、温度传感器2、控制电机301、定子支架302、外转子303、隔磁圈304、磁回路305、内转子306、励磁线圈307、定子308、发电机矽钢片309、花键轴310、发电机电枢311、发电机永磁体312、负载输出轴4、速度传感器5、负载6、拖动电机7、电线8；所述外转子303与负载输出轴4连接，外转子303有内外两层，外转子外层是铁磁材质的外转子A3031制成，外转子内层是铜材质的外转子B3032制成。所述内转子306跟电机输入轴1连接，内转子306采用双凸极齿构造，两个凸极之间有隔磁圈304，隔磁圈304与内转子306之间通过螺栓连接在一起，其目的是避免两个凸极之间形成磁路。所述定子308与定子支架302通过螺栓连接在一起，所述定子支架302与地面固定。所述励磁线圈307环形绕制在定子308凹槽里面。所述定子支架302、励磁线圈307、定子308均为静止部件；所述励磁线圈307通电后形成环形磁回路305；所述电流控制器301固定在定子支架302上，通过电线8与励磁线圈307相连，直接给励磁线圈307通电。

该电磁涡流调速器传递力矩的原理如下：

线圈静止型电磁涡流调速器外接电源结构主要由涡流传动部分、控制部分组成。涡流传动部分包括外转子303(包括铁磁材质的外转子A3031和铜材质的外转子B3032)、隔磁圈304、磁回路305、内转子306、励磁线圈307和定子308，隔磁圈304和内转子306通过螺栓联接在一起。工作时，电机输入轴1带动内转子306旋转，电流控制器301直接给励磁线圈307供电，励磁线圈307中获得直流电后，在外转子3031、内转子306和定子308之间形成磁回路305，带齿形结构的内转子306在外转子303中形成横向磁通并产生相对运动，外转子3032切割磁力线产生涡流，涡流与内转子306相互作用产生传动力矩，带动外转子303旋转，从而带动负载输出轴4旋转，从而达到涡流传动的功能。由于外转子3032由电导率高且非导磁的铜材质组成，涡流在外转子3032中产生热损耗，通过旋转外齿散发。当需要调节传动力矩大小时，可以通过电流控制器301改变励磁线圈307中的电流大小，磁通量跟随改变，最终传动力矩随之改变。

如图2所示，此时的发电机处于满载状态，发出的电量最多，从而励磁线圈307中的电流最大，外转子303速度也达到最大。

如图3所示，此时的发电机处于空载状态，励磁线圈307中没有电流，也就不能形成磁回路305，外转子303也就没有速度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种线圈静止型电磁涡流调速器，其特征在于：该调速器包括电机输入轴(1)、温度传感器(2)、控制电机(301)、定子支架(302)、外转子(303)、隔磁圈(304)、磁回路(305)、内转子(306)、励磁线圈(307)、定子(308)、发电机矽钢片(309)、花键轴(310)、发电机电枢(311)、发电机永磁体(312)、负载输出轴(4)、速度传感器(5)、负载(6)、拖动电机(7)；所述外转子(303)与负载输出轴(4)连接，外转子(303)有内外两层，外转子(303)的外层为铁磁材质的外转子A(3031)，外转子(303)的内层是铜材质的外转子B(3032)；

所述内转子(306)跟电机输入轴(1)连接，内转子(306)采用双凸极齿构造，两个凸极之间设有隔磁圈(304)，隔磁圈(304)与内转子(306)之间通过螺栓连接在一起，其目的是避免两个凸极之间形成磁路；所述定子(308)与定子支架(302)通过螺栓连接在一起，所述定子支架(302)与地面固定；所述励磁线圈(307)环形绕制在定子(308)凹槽里面；所述发电机电枢(311)绕制在发电机矽钢片(309)上；所述发电机矽钢片(309)固定在定子的花键轴(310)上，发电机矽钢片(309)可以跟随花键轴(310)一起轴向移动，通过改变永磁体(312)和电枢(311)相交面积来调节发电功率，从而改变励磁线圈(307)中的电流大小，磁通量跟随改变，最终传动力矩随之改变；所述发电机永磁体(312)嵌套在内转子(306)内壁上；所述定子(308)、励磁线圈(307)均为静止部件；所述控制电机(301)固定在定子支架(302)上；

该电磁涡流调速器传递力矩的原理如下：

线圈静止型电磁涡流调速器调速装置主要由涡流传动部分、发电机部分和控制部分组成；涡流传动部分包括外转子(303)、隔磁圈(304)、磁回路(305)、内转子(306)、励磁线圈(307)和定子(308)，隔磁圈(304)和内转子(306)通过螺栓联接在一起，发电机部分包括发电机矽钢片(310)、发电机电枢(311)和发电机永磁体(312)；工作时，电机输入轴(1)带动内转子(306)和发电机永磁体(312)旋转，静止的发电机电枢(311)切割旋转永磁体(312)发出的磁力线产生电流，电流通过整流器进入励磁线圈(307)中，励磁线圈(307)中获得直流电后，在外转子A(3031)、内转子(306)和定子(308)之间形成磁回路(305)，带齿形结构的内转子(306)在外转子(303)中形成横向磁通并产生相对运动，外转子B(3032)切割磁力线产生涡流，涡流与内转子(306)相互作用产生传动力矩，带动外转子(303)旋转，从而带动负载输出轴(4)旋转，从而达到涡流传动的功能；由于外转子B(3032)由电导率高且非导磁的铜材质组成，涡流在外转子B(3032)中产生热损耗，通过旋转外齿散发；当需要调节传动力矩大小时，控制部分的执行器(301)带动花键轴(309)、发电机矽钢片(310)、发电机电枢(311)轴向滑动，通过改变永磁体和电枢相交面积来调节发电功率，从而改变励磁线圈(307)中的电流大小，磁通量跟随改变，最终传动力矩随之改变；

负载输出轴(4)与负载(6)连接，拖动电机(7)与电机输入轴(1)连接，定子支架(302)上面装有速度传感器(5)和控制电机(301)，定子支架(302)下面装有温度传感器(2)。

2.根据权利要求1所述的一种线圈静止型电磁涡流调速器，其特征在于：所述外转子A(3031)的外表面为带斜齿的表面，在高速旋转下可以达到很好的冷却效果。

3.根据权利要求1所述的一种线圈静止型电磁涡流调速器，其特征在于：所述内转子(306)双凸极齿顶圆弧与所述外转子B(3032)的内表面圆弧之间保持1mm-10mm的间隙；所述内转子内表面B(3032)圆弧与定子(308)外表面圆弧之间保持1mm-10mm的间隙。

4.根据权利要求1所述的一种线圈静止型电磁涡流调速器，其特征在于：所述发电机转子永磁体(312)有若干对，各发电机转子永磁体312按N、S极交替方式嵌套在内转子(306)内壁上。

5.根据权利要求1所述的一种线圈静止型电磁涡流调速器，其特征在于：所述励磁线圈(307)环形绕制在定子(308)凹槽中。

6.根据权利要求1所述的一种线圈静止型电磁涡流调速器，其特征在于：去掉发电机，将控制电机换成电流控制器，通过电流控制器直接为励磁线圈提供电流，电流控制器(301)固定在定子支架(302)上，通过电线(8)与励磁线圈(307)相连，直接为励磁线圈(307)供电。