CN106300890A - 一种高功率密度径向永磁耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耦合器，具体涉及一种高功率密度径向永磁耦合器。该耦合器包括外基体、外隔板、外磁体、外包封、内包封、内磁体及内基体，内磁体和外磁体的数量分别为十四个，通过十四个内外磁体间相互作用的磁力来实现功率沿径向方向的传递，两相邻磁体的充磁方向相反，相邻外磁体间放置外隔板，外隔板为隔磁材料，典型材料为铜，相邻内磁体紧密排列，且不放置隔板；外隔板的总厚度；为外磁体平均半径；处周长的13.8%至14.2%。本发明能节约永磁体的用量，减少相邻磁极间的无效磁通量，从而提高了径向永磁耦合器所能传递的功率密度，可以大规模地推广和使用。

Description

一种高功率密度径向永磁耦合器

技术领域：

本发明涉及一种耦合器，具体涉及一种高功率密度径向永磁耦合器。

背景技术：

径向永磁耦合器依靠永磁体间的相互作用力传递功率，使得输入端与输出端无需接触即可传扭。径向永磁耦合器工作原理简单、结构紧凑、运转可靠性高、使用寿命较长，已经被广泛地应用于军工、化工、石油、医药、节能等工业生产领域。由于传统径向永磁耦合器中相邻磁体紧密排列，会导致相邻磁体间的部分磁感线在磁体内部产生闭合回路，不能达到传递功率的目的。这部分磁通属于无效磁通，严重影响了径向永磁耦合器所能传递的功率密度。故此，设计一种高功率密度径向永磁耦合器是十分必要的。

发明内容：

为了解决传统径向永磁耦合器内部存在大量无效磁通，从而影响装置所能传递的功率密度问题，本发明在传统径向永磁耦合器的基础上，对其永磁体的结构布置进行改进，提供了一种新型径向永磁耦合器，能节约永磁体的用量，减少相邻磁极间的无效磁通量，从而提高了径向永磁耦合器所能传递的功率密度，可以大规模地推广和使用。

本发明采用的技术方案为：一种高功率密度径向永磁耦合器，该耦合器包括外基体、外隔板、外磁体、外包封、内包封、内磁体及内基体，内磁体和外磁体的数量分别为十四个，通过十四个内外磁体间相互作用的磁力来实现功率沿径向方向的传递，两相邻磁体的充磁方向相反，相邻外磁体间放置外隔板，外隔板为隔磁材料，典型材料为铜，相邻内磁体紧密排列，且不放置隔板。

所述的外隔板的总厚度（隔板总厚度=隔板数量×每个隔板厚度）为外磁体平均半径{平均半径=1/2(外磁体外径+外磁体内径)}处周长的13.8%至14.2%。

本发明的有益效果：能节约永磁体的用量，减少相邻磁极间的无效磁通量，从而提高了径向永磁耦合器所能传递的功率密度，可以大规模地推广和使用。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是对传统径向永磁耦合器仿真所得磁感线分布图；

图3是图2中相邻永磁体间磁通量分布情况的局部放大图；

图4是利用ANSY软件计算本发明径向永磁耦合器所得磁感线分布图；

图5为图4中相邻永磁体及其隔板间磁通量分布情况的局部放大图。

具体实施方式：

参照各图，一种高功率密度径向永磁耦合器。如图1所示，径向永磁耦合器相邻两磁体的充磁方向相反，输入端与输出端依靠异性磁极间的引力F₁与同性磁极间的斥力F₂实现转矩的传递。本耦合器在保留传统径向永磁耦合器结构的基础上，在相邻外磁体间增加外隔板20，外隔板20的材料为隔磁材料，典型材料为铜。铜的相对磁导率较低，能起到阻碍一部分磁通通过的作用，从而减少相邻外磁体间的无效磁通，增加装置的传扭能力。但增加隔板的同时会减少永磁体的体积，也就是减少了装置包含的磁能，会在一定程度上导致装置的传扭能力降低，因此在内磁体间没有安装隔板，在给定永磁耦合器内外径尺寸比例关系下，选择了合理的外隔板20的宽度，从而达到了最高传扭能力，实现耦合器的高功率密度。

利用ANSYS分别对传统结构径向永磁耦合器以及该径向永磁耦合器的传扭能力进行有限元仿真计算(保证结构磁极数及各零件内外径尺寸均相同)，验证本径向永磁耦合器较传统结构相比传扭能力的提升的效果。在传统永磁耦合器的磁感线分布图中可以看到，相邻两充磁方向相反的内/外磁体间存在很大一部分的无效磁通量31，在两磁体内部闭合，没有流经外/内磁体，这部分磁通不能起到传递功率的作用，属于无效磁通。从图中可以看到每块外磁体中的无效磁通占总磁通量的51.85%（14/27=51.85%）左右。观察本耦合器的磁感线分布情况，可以看出相邻外磁极间的无效磁通量32明显减少，受磁导率较低的铜隔板影响，大部分磁感线在内外磁体间流动，起到传递功率的作用。从图5中的80为外磁场，31为传统径向永磁耦合器的无效磁通量，32为新型径向永磁耦合器的无效磁通量，可以看到外隔板20的总厚度（隔板总厚度=隔板数量×每个隔板厚度）占外磁体平均半径{平均半径=1/2(外磁体外径+外磁体内径)}处周长的14%左右时，每块外磁体30中的无效磁通仅占总磁通量的44.4%（12/27=44.4%），传扭能力较传统结构提升4.25%左右。由仿真计算结果可知，在保证装置磁极数以及各个零件的内外径尺寸均相同的前提下，该耦合器的传递功率密度要高于传统径向永磁体所能传递的功率密度。

Claims (2)

1.一种高功率密度径向永磁耦合器，其特征在于：该耦合器包括外基体（10）、外隔板（20）、外磁体（30）、外包封（40）、内包封（50）、内磁体（60）及内基体（70），内磁体（60）和外磁体（30）的数量分别为十四个，通过十四个内外磁体间相互作用的磁力来实现功率沿径向方向的传递，两相邻磁体的充磁方向相反，相邻外磁体间放置外隔板（20），外隔板（20）为隔磁材料，相邻内磁体紧密排列。

2.根据权利要求1所述的一种高功率密度径向永磁耦合器，其特征在于：所述外隔板（20）的总厚度为外磁体（60）平均半径处周长的13.8%至14.2%。