CN107147274A - 一种转矩可调的记忆永磁耦合器 - Google Patents

一种转矩可调的记忆永磁耦合器 Download PDF

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李建贵
王保国
罗瑞仁
艾东
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K51/00—Dynamo-electric gears, i.e. dynamo-electric means for transmitting mechanical power from a driving shaft to a driven shaft and comprising structurally interrelated motor and generator parts

Abstract

本发明公开了一种转矩可调的记忆永磁耦合器，包括机壳，在机壳内沿其轴向方向依次设有主动转子、记忆永磁体、调磁环、从动永磁体、从动转子，在主动转子的内侧壁上设有呈环形布置的记忆永磁体，在记忆永磁体上绕有充磁绕组，所述充磁绕组通过电刷与充磁控制器相连，所述调磁环与机壳固定相连，所述调磁环的一面与记忆永磁体相对，中间设有第一气隙，所述从动永磁体呈环形布置在从动转子的内侧壁上，从动永磁体与调磁环的另一面相对设置，并设有第二气隙。本发明在取消了复杂传统机械调节机构的同时，实现了永磁耦合器的传递转矩调节，同时结合磁齿轮效应，实现了大转矩的传递，具有结构紧凑，不增加轴向长度，转矩可调，隔离减震等优点。

Description

一种转矩可调的记忆永磁耦合器
技术领域
本发明涉及一种永磁传动设备技术领域，尤其涉及一种转矩可调的记忆永磁耦合器。
背景技术
目前在工业场合常用的传统机械联轴器会将振动从联轴器的一端传递到另一端，在对精度和振动要求高的场合下应用十分不便。同时，现有的电机系统电能浪费较为严重，传统联轴器不具备节能特性。
永磁磁力耦合器是一种具有节能和减振降噪的性能的新型连接结构。现在存在的永磁耦合器存在不能调节，或者调节机构复杂的缺陷，也存在传递转矩固定，转矩较小等问题。例如永磁耦合器气隙调节机构，推进机构，电动执行器等具有的机械结构结构复杂，体积大，安装不便，故障率高等问题限制了永磁耦合器的应用范围。
专利申请号(CN201510243928.7)发明中涉及一种可手动调速的永磁耦合器，其中涉及到复杂的手动调节机构，同时会增加耦合器轴向距离。这种纯机械式的调节方式在当前不能满足自动化和高精度的要求。
专利申请号(CN201510157118.X)发明中涉及一种电永磁耦合器，其中涉及到较为复杂接触系统，同时带来装配和加工复杂的问题，同时，其没有考虑大转矩的传递问题，应用范围窄。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种结构紧凑、能实现传递转矩调节、大转矩的传递的转矩可调的记忆永磁耦合器。
本发明所采用的技术方案为：
一种转矩可调的记忆永磁耦合器，其特征在于：包括机壳，在机壳内沿其轴向方向依次设有主动转子、记忆永磁体、调磁环、从动永磁体、从动转子，两转子平行且相对设置，在主动转子的内侧壁上设有呈环形布置的记忆永磁体，在记忆永磁体上绕有充磁绕组，所述充磁绕组通过电刷与充磁控制器相连，所述调磁环与机壳固定相连，所述调磁环的一面与记忆永磁体相对，中间设有第一气隙，所述从动永磁体呈环形布置在从动转子的内侧壁上，从动永磁体与调磁环的另一面相对设置，并设有第二气隙。
按上述技术方案，所述调磁环包括导磁块和非导磁块，两者大小相同，交替布置，构成环形调磁环。
按上述技术方案，第一气隙和第二气隙的距离相同。
按上述技术方案，所述调磁环、记忆永磁体、从动永磁体满足NS＝Pr1+Pr2，其中NS为所述调磁环中导磁块的个数，Pr1为所述从动永磁体产生的极对数，Pr2为所述记忆永磁体的极对数。
按上述技术方案，所述记忆永磁体为铝镍钴记忆永磁体。
按上述技术方案，所述主动转子为环状，其中心孔内插装有主动轴，所述从动转子为环状，其中心孔内插装有从动轴，主动轴和从动轴分别通过轴承与端盖相连，所述端盖安设在机壳的两侧。
按上述技术方案，充磁绕组的布置方式是：将同极性下的所有线圈按一定规律全部串联起来，使相邻记忆永磁体充磁方向相反，即N-S级交替分布。
按上述技术方案，第一气隙的距离为0.5～1.5㎜，第二气隙的距离为0.5～1.5㎜。
按上述技术方案，所述主动转子和从动转子的材料均为导磁材料。本发明所取得的有益效果为：
1、本发明取消了机械式可调转矩耦合器的机械调节机构，减小了永磁耦合器的体积，在不增加轴向长度，保持结构紧凑的同时实现了传递转矩的可调节，在安装时不需要额外的空间。
2、本发明相对于传统的永磁耦合器采用了新的记忆永磁技术，将记忆永磁体引入到永磁耦合器，通过充磁线圈调节记忆永磁体的磁场大小，从而得到不同大小的磁通强度。通过不同的磁场大小控制永磁耦合器所传递的转矩大小。
3、本发明相对于传统永磁耦合器采用了新的磁齿轮效应，通过调制环对磁场进行调制，在不增加电磁转差离合器体积的情况下，达到传递大转矩的目的，大幅提高传动装置的转矩密度，实现更好的转矩传动，同时，调制环处于外转子与内转子中间，将内外转子上的磁场相隔开，起到了抗干扰的作用。
4、本发明使用范围广，适用于风电，印刷，造纸，汽车变速器等行业，主动与从动部分间无直接机械联系，隔离了主动轴的振动，同时具有节能效果。
附图说明
图1为本发明的三维分解示意图；
图2为本发明的另一角度的三维分解示意图；
图3为本发明中主动转子上记忆永磁体的布置示意图；
图4为本发明中从动转子示意图；
图5为本发明的主剖视图。
图中1为主动转子，2为充磁绕组，3为记忆永磁体，4为非导磁块，5调磁块，6从动转子，7永磁体，8主动轴，9从动轴，10电刷，11充磁控制器，12端盖，13机壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-5所示，本实施例提供了一种转矩可调的记忆永磁耦合器，包括机壳13，在机壳13内沿轴向方向依次设有主动转子1、记忆永磁体3、调磁环、从动永磁体7、从动转子6，两转子平行且相对设置，在主动转子1的内侧壁上设有呈环形布置的记忆永磁体3，在记忆永磁体3上绕有充磁绕组2，充磁绕组2固定在主动转子1上，所述充磁绕组2的引线穿过主动转子1的穿线孔后通过电刷10与充磁控制器11相连，所述调磁环固定在机壳上，所述调磁环的一面与记忆永磁体3相对，中间设有第一气隙，所述从动永磁体7呈环形布置在从动转子7的内侧壁上，从动永磁体7与调磁环的另一面相对设置，并设有第二气隙，其中，所述主动转子1为环状，其中心孔内插装有主动轴8，所述主动转子1跟随所述主动轴8转动，主动轴8连接动力机，将运动传递给主动转子1。所述从动转子6为环状，其中心孔内插装有从动轴9。在机壳的两侧分别设有端盖12，主动轴8和从动轴9分别通过轴承(图中省略)与端盖相连，从动转子6转动时带动所述从动轴9转动。其中，主动转子1和从动转子6的材料均为导磁材料。通常转矩随着两气隙长度的增大而减小，因此气隙长度越小则转矩越大，性能越优，但气隙过小将显著增大装配难度。故气隙长度选取应综合考虑，在满足转矩要求的同时，还应便于装配，其中，第一气隙和第二气隙的距离可以相同，即都可以优选1.4㎜。
本实施例中，记忆永磁体3为铝镍钴(AlNiCo)材料，具有记忆永磁效应，记忆永磁体外绕有充磁绕组2，用于给记忆永磁体充去磁，记忆永磁体3设有多块，各记忆永磁体3沿主动转子的内侧壁周向间隔均匀布置。记忆永磁体材料具有记忆效应，通过充磁控制器进行充去磁，可以使记忆永磁体得到相应的磁感应强度。作为本发明较佳的实施例，附图3中，8组线圈使记忆永磁体N-S极交替配置，共计4对极。充磁绕组类似于电机的励磁绕组，本例采用的充磁线圈布置方式，其特点是将同极性下的所有线圈按一定规律全部串联起来，形成一条并联支路，即采用单波绕组。充磁效果为相邻记忆永磁体充磁方向相反，即N-S级交替分布。
本实施例中，所述调磁环包括导磁块5和非导磁块4，两者大小相同，交替布置呈环形，调磁环位于两转子中间，与机壳相连，固定不动，两侧分别与记忆永磁体和永磁体相对，中间存在气隙，调磁环起到调制两个转子磁场的目的。
本实施例中，附图1例中选用导磁块5个数为7，所述调磁环、AlNiCo永磁体3、从动永磁体7满足“磁齿轮效应”，即NS＝Pr1+Pr2。其中NS为所述调磁环中导磁块5导磁块的个数，Pr1为所述从动永磁体7产生的极对数，Pr2为AlNiCo永磁体3的极对数。所述调制块5能对AlNiCo记忆永磁体3所产生的磁场与永磁体7所产生的磁场进行调制，使调制后的磁场谐波与永磁体7作用，从而带动所述从动转子6运动。其中，从动永磁体设有多块，各从动永磁体沿从动转子的内侧壁周向间隔均匀布置，从动永磁体为稀土永磁材料，从动永磁体极性交替排布，共有3对极。
本发明的工作过程：通过调节充磁控制电路11可以通过脉冲来控制记忆永磁体3的磁通强度，通过充磁绕组调节记忆永磁体的磁场大小，从而得到不同大小的磁通强度。通过不同的磁场大小控制永磁耦合器所传递的转矩大小；同时，记忆永磁体的磁场通过调磁环进行调制，可以实现传递大转矩的目的，大幅提高传动装置的转矩密度，实现更好的转矩传动。

Claims (9)

1.一种转矩可调的记忆永磁耦合器，其特征在于：包括机壳，在机壳内沿其轴向方向依次设有主动转子、记忆永磁体、调磁环、从动永磁体、从动转子，两转子平行且相对设置，在主动转子的内侧壁上设有呈环形布置的记忆永磁体，在记忆永磁体上绕有充磁绕组，所述充磁绕组通过电刷与充磁控制器相连，所述调磁环与机壳固定相连，所述调磁环的一面与记忆永磁体相对，中间设有第一气隙，所述从动永磁体呈环形布置在从动转子的内侧壁上，从动永磁体与调磁环的另一面相对设置，并设有第二气隙。
2.根据权利要求1所述的记忆永磁耦合器，其特征在于：所述调磁环包括导磁块和非导磁块，两者大小相同，交替布置，构成环形。
3.根据权利要求1或2所述的记忆永磁耦合器，其特征在于：第一气隙和第二气隙的距离相同。
4.根据权利要求1或2所述的记忆永磁耦合器，其特征在于：所述调磁环、记忆永磁体、从动永磁体满足NS＝Pr1+Pr2，其中NS为所述调磁环中导磁块的个数，Pr1为所述从动永磁体产生的极对数，Pr2为所述记忆永磁体的极对数。
5.根据权利要求1或2所述的记忆永磁耦合器，其特征在于：所述记忆永磁体为铝镍钴记忆永磁体。
6.根据权利要求1或2所述的记忆永磁耦合器，其特征在于：所述主动转子为环状，其中心孔内插装有主动轴，所述从动转子为环状，其中心孔内插装有从动轴，主动轴和从动轴分别通过轴承与端盖相连，所述端盖安设在机壳的两侧。
7.根据权利要求1或2所述的记忆永磁耦合器，其特征在于：充磁绕组的布置方式是：将同极性下的所有线圈按一定规律全部串联起来，使相邻记忆永磁体充磁方向相反，即N-S级交替分布。
8.根据权利要求1或2所述的记忆永磁耦合器，其特征在于：第一气隙的距离为0.5～1.5㎜，第二气隙的距离为0.5～1.5㎜。
9.根据权利要求1或2所述的记忆永磁耦合器，其特征在于：所述主动转子和从动转子的材料均为导磁材料。
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