CN106877627A - 一种盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置 - Google Patents

一种盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置，包括同心设置的输入轴和输出轴，输入轴上沿其轴向依次同心设置永磁定子和磁转子，永磁定子可沿输入轴的轴向进行平移，输出轴上同心设置导体转子；永磁定子包括依次嵌套的外环铁心、径向充磁的永磁环和内环铁心，磁转子包括沿周向相错排布的内、外环永磁极，内、外环永磁极均与相应铁极间隔排布，且内、外环永磁极极性相反。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过轴向平移永磁定子，实现了速度调节功能，从而简化调速机构，降低维护成本，延长使用寿命，结构简单，操作方便，并适用于不同要求的场合，兼具永磁耦合联轴器、软起动器以及永磁调速器三者的功能。

Description

一种盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置
技术领域
本发明属于电动机制造的技术领域，涉及一种盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置。
背景技术
随着高性能永磁材料推广应用而迅速发展起来的永磁调速技术，是一种新型电机驱动系统调速节能技术，其原动机和负载间无接触，无振动传递及轴心偏移问题，从而大大提高系统可靠性。永磁传动技术的应用己有几十年的历史，它的应用是通过磁场耦合，实现原动机和负载间转矩的无接触传递。主要应用于化学工业、石油化工、煤炭水泥、冶金钢铁、舰船等很多领域的大功率风机泵类负载的电机驱动系统调速节能。
按照永磁涡流调速装置的主磁通方向可以分为轴向磁通结构(盘式)和径向磁通结构(筒式)两大类。轴向磁通结构的永磁调速装置通常采用调整磁转子与导体转子之间的轴向气隙长度来控制气隙磁场大小，进而控制负载侧的运行速度。而径向磁通结构的永磁涡流调速装置，通常采用改变导体转子和磁转子之间的磁通耦合程度来控制负载侧的转速。
目前已经有相当多的产品应用到工厂中，有一部分可以实现在线调速。通过电动执行机构，调整两个部分的轴向位置，控制耦合面积或者气隙长度。由于调整两个转动转子相对轴向位置的难度是较大，尤其对于轴向结构，磁转子与导体转子之间存在相当大的轴向磁拉力。因此，有必要对永磁涡流调速装置的调磁方式进行一定的改进。
发明内容
本发明需要解决的问题是针对传统的涡流调速装置通过改变磁转子与导体转子轴向相对位置，控制两转子之间的耦合磁通量的多少，实现装置的调速功能，由于调节转子的轴向位置对操动装置的机械工艺要求较高，使得系统冗杂，从而造成了速度在线调节稳定性和可靠性较差的不足，而提供一种是将永磁定子与转子部分隔离实现了对非旋转物件的轴向平移，简化了传统永磁涡流耦合器气隙调节结构，从而实现调速装置在线调速系统的稳定性、可靠性的盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置，包括同心设置的输入轴和输出轴，输入轴上沿其轴向依次同心设置永磁定子和磁转子，永磁定子可沿输入轴的轴向进行平移，输出轴上同心设置导体转子；
永磁定子包括径向充磁的永磁环、外环铁心和内环铁心，径向充磁的永磁环同心镶嵌于外环铁心和内环铁心之间；
磁转子包括非导磁材料支架、外环永磁极、外环铁极、内环永磁极和内环铁极；外环永磁极与外环铁极沿圆周方向相间嵌于非导磁材料支架的外环孔内，内环永磁极和内环铁极沿圆周方向相间嵌于非导磁材料支架的内环孔内，且，外环永磁极与内环铁极位于同一扇形区域内，外环永磁极与内环永磁极的极性相反；
导体转子包括金属导体层和导体转子铁心，金属导体层固定在导体转子铁心上。
当外环永磁极的充磁方向为沿轴向指向导体转子时，永磁定子的径向充磁的永磁环的充磁方向为径向向内，当外环永磁极的充磁方向为沿轴向背向导体转子时，永磁定子的径向充磁的永磁环的充磁方向为径向向外。
永磁定子与磁转子之间的气隙长度通过沿输入轴轴向平移永磁定子进行调节，磁转子和导体转子之间的气隙长度固定。
永磁环励磁的主磁通路径为外环铁心、外环铁极、铜层、导体转子、与外环铁极相邻的内环铁极、内环铁心和径向充磁的永磁环，从而构成磁通回路。随着永磁定子与磁转子之间距离的增大，该磁路的总磁阻增大，永磁环励磁作用减弱，外环铁极和内环铁极表面气隙磁密幅值下降。
永磁极励磁的主磁通路径为内环永磁极、导体转子、铜层、与内环永磁极相邻的外环永磁极、外环铁心、径向充磁的永磁环、内环铁心，然后与内环永磁极构成磁回路。随着永磁定子与磁转子之间气隙长度的增加，该磁路的总磁阻增加，从而造成永磁极表面气隙磁密降低。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明创新性的改善磁路结构，将原本沿轴向平移磁转子或者导体转子的操动机构，简化为轴向平移一个非旋转的永磁定子实现永磁涡流调速器调速功能，降低调速执行机构的复杂性，提高了装置的稳定性，降低维护费用，更加方便的实现了速度在线调节。
附图说明
图1是本发明的一种盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置的剖面示意图；
图2是本发明的永磁定子、磁转子和导体转子的爆炸图；
图3是辐条式导体转子的爆炸图。
其中，1-输入轴，2-径向充磁的永磁环，3-永磁定子，4-外环铁心，5-内环铁极，6-外环永磁极，7-非导磁材料支架，8-内环铁心，9-外环铁极，10-磁转子，11-内环永磁极，12-铜层，13-导体转子铁心，14-输出轴，15-导体转子，16-辐条式导体盘，17-带齿盘式铁心。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明提供的盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置，一种盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置，包括同心设置的输入轴1和输出轴14，输入轴1上沿其轴向依次同心设置永磁定子3和磁转子10，永磁定子3可沿输入轴1的轴向进行平移，输出轴14上同心设置导体转子15；
通常情况下，永磁涡流调速装置的输入轴1连接原动机，输出轴14连接泵和风机类负载，磁转子转速保持恒定。
永磁定子3包括径向充磁的永磁环2、外环铁心4和内环铁心8，径向充磁的永磁环2同心镶嵌于外环铁心4和内环铁心8之间；
磁转子10包括非导磁材料支架7、外环永磁极6、外环铁极9、内环永磁极11和内环铁极5；外环永磁极6与外环铁极9沿圆周方向相间嵌于非导磁材料支架7的外环孔内，内环永磁极11和内环铁极5沿圆周方向相间嵌于非导磁材料支架7的内环孔内，且，外环永磁极6与内环铁极5位于同一扇形区域内，外环永磁极6与内环永磁极11的极性相反；
导体转子15包括金属导体层12和导体转子铁心13，金属导体层12固定在导体转子铁心13上。
当外环永磁极6的充磁方向为沿轴向指向导体转子15时，永磁定子3的径向充磁的永磁环2的充磁方向为径向向内，当外环永磁极6的充磁方向为沿轴向背向导体转子15时，永磁定子3的径向充磁的永磁环2的充磁方向为径向向外。
永磁定子3与磁转子10之间的气隙长度通过沿输入轴1轴向平移永磁定子3进行调节，磁转子10和导体转子15之间的气隙长度固定。
非导磁材料支架7为铝架。
金属导体层12为实心铜层。
优选的，导体转子15为辐条式导体转子，金属导体层12采用辐条式导体盘16，导体转子铁心13采用带齿盘式铁心17，辐条式导体盘16嵌套在带齿盘式铁心17上，以提高转矩密度。
永磁环励磁的主磁通路径为外环铁心4、外环铁极9、铜层12、导体转子15、与外环铁极9相邻的内环铁极5、内环铁心8和径向充磁的永磁环2，从而构成磁通回路。随着永磁定子与磁转子之间距离的增大，该磁路的总磁阻增大，永磁环励磁作用减弱，外环铁极9和内环铁极5表面气隙磁密幅值下降。
永磁极励磁的主磁通路径为内环永磁极11、导体转子15、铜层12、与内环永磁极11相邻的外环永磁极6、外环铁心4、径向充磁的永磁环2、内环铁心8，然后与内环永磁极11构成磁回路。随着永磁定子3与磁转子10之间气隙长度的增加，该磁路的总磁阻增加，从而造成永磁极表面气隙磁密降低。
因此，通过调整永磁定子3与磁转子10之间的气隙长度可以实现磁转子10与导体转子15之间气隙磁场强弱的变化，从而可以在给定负载转矩的情况下，实现磁转子10与导体转子15之间滑差速度的灵活调节。即实现了该装置的调速功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特点和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。

Claims (5)

1.一种盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置，包括同心设置的输入轴(1)和输出轴(14)，其特征在于：输入轴(1)上沿其轴向依次同心设置永磁定子(3)和磁转子(10)，永磁定子(3)可沿输入轴(1)的轴向进行平移，输出轴(14)上同心设置导体转子(15)；
永磁定子(3)包括径向充磁的永磁环(2)、外环铁心(4)和内环铁心(8)，径向充磁的永磁环(2)同心镶嵌于外环铁心(4)和内环铁心(8)之间；
磁转子(10)包括非导磁材料支架(7)、外环永磁极(6)、外环铁极(9)、内环永磁极(11)和内环铁极(5)；外环永磁极(6)与外环铁极(9)沿圆周方向相间嵌于非导磁材料支架(7)的外环孔内，内环永磁极(11)和内环铁极(5)沿圆周方向相间嵌于非导磁材料支架(7)的内环孔内，且，外环永磁极(6)与内环铁极(5)位于同一扇形区域内，外环永磁极(6)与内环永磁极(11)的极性相反；
导体转子(15)包括金属导体层(12)和导体转子铁心(13)，金属导体层(12)固定在导体转子铁心(13)上。
2.根据权利要求1所述的盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置，其特征在于：当外环永磁极(6)的充磁方向为沿轴向指向导体转子(15)时，永磁定子(3)的径向充磁的永磁环(2)的充磁方向为径向向内，当外环永磁极(6)的充磁方向为沿轴向背向导体转子(15)时，永磁定子(3)的径向充磁的永磁环(2)的充磁方向为径向向外。
3.根据权利要求1所述的盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置，其特征在于：永磁定子(3)与磁转子(10)之间的气隙长度通过沿输入轴(1)轴向平移永磁定子(3)进行调节，磁转子(10)和导体转子(15)之间的气隙长度固定。
4.根据权利要求1所述的盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置，其特征在于：永磁环励磁的主磁通路径为外环铁心(4)、外环铁极(9)、铜层(12)、导体转子(15)、与外环铁极(9)相邻的内环铁极(5)、内环铁心(8)和径向充磁的永磁环(2)，从而构成磁通回路，随着永磁定子与磁转子之间距离的增大，该磁路的总磁阻增大，永磁环励磁作用减弱，外环铁极(9)和内环铁极(5)表面气隙磁密幅值下降。
5.根据权利要求1所述的盘式平移永磁定子型永磁涡流调速装置，其特征在于：永磁极励磁的主磁通路径为内环永磁极(11)、导体转子(15)、铜层(12)、与内环永磁极(11)相邻的外环永磁极(6)、外环铁心(4)、径向充磁的永磁环(2)、内环铁心(8)，然后与内环永磁极(11)构成磁回路，随着永磁定子(3)与磁转子(10)之间气隙长度的增加，该磁路的总磁阻增加，从而造成永磁极表面气隙磁密降低。
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