CN107248804A - 一种盘式永磁耦合机构及应用其的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盘式永磁耦合机构及应用其的装置，包括应用其的盘式永磁耦合调速器、恒功率运行的磁耦合调速装置及无刷双馈耦合传动装置。前述机构包括永磁转子和导体转子，导体转子包括设置有槽的导体盘和引接线，导体盘中的感应电流按照设定的方向流动，并通过引接线将电流引出到导体盘外的其他装置上，对电流加以控制或利用。本发明的盘式永磁耦合调速器通过控制单元对导体转子的电流或电压进行控制，从而调节输出转矩的大小以适应转速要求，实现调速功能。本发明的恒功率调速运行的磁耦合调速装置，实现了恒功率调速运行。本发明的无刷双馈耦合传动装置，采用盘式结构和轴向结构结合的方式，减小了径向尺寸和轴向尺寸，节省了设备的安装空间。

Description

一种盘式永磁耦合机构及应用其的装置

技术领域

本发明涉及永磁耦合调速技术领域，具体地，涉及一种盘式永磁耦合机构及应用其的装置。

背景技术

永磁耦合调速理论的出现开始于20世纪80年代，该理论出现初期的研究大部分集中于密封、磁力传动连接方向。直到1999年，美国的MagnaDrive公司利用永磁磁力耦合器成功地实现了对风机、水泵类旋转负载的调速，从此使这一技术得以推广。

永磁耦合调速技术作为一个无接触的新兴调速技术，主要具有以下优点：①具有离合功能和软启动功能；②无机械动作，不产生摩擦和磨损；③有效隔离振动，保护设备，避免冲击负载对设备的危害；④传递扭矩可调，具有节能效果；⑤无谐波污染；⑥属非接触式传动，可承受较大的对中误差，对中要求低；⑦具有过载保护功能。

依据不同的调速原理，永磁耦合调速装置主要可分为涡流式永磁耦合调速装置和绕组式永磁耦合调速装置。

如图1所示，为一种涡流式永磁耦合调速装置，其驱动轴和负载轴上分别设置有永磁转子1'和导体转子2'，当两者存在速度差时，导体转子中的导体盘受到永磁体的影响产生感应涡流，进而产生感应磁场，通过感应磁场与永磁体磁场相互耦合传递转矩。

但是，导体转子上所产生的感应涡流，因没有设定的流向及导体内部微观金属结构的杂乱性，因而是紊乱的、不一致的和无边际的；同样，由于感应涡流所产生的磁场也没有设定的磁通路径，在磁耦合过程中就会有一部分相邻且方向相反的或杂乱的感应涡流所产生的感应磁场相互抵消了，而且由于没有设定的磁通路径还导致感应磁通量的密度分散，致使大量感应电能和磁能耗散在导体上，使得导体转子发热甚至导致一系列较为严重的后果。比如：温度升高，导体电阻率增大，感应涡流减小，磁扭矩也跟着减小，磁扭矩传输或驱动效率不高；同时，温度升高，永磁体的退磁效应也会加速，导致永磁耦合及调速器的工作寿命也减少，这些在很大程度上限制了永磁耦合技术的发展和相关产品的推广应用。另外，为了调节扭矩，还需要一套执行结构来调节导体与永磁体的距离。

综上，涡流式永磁耦合调速装置从本质上存在以下缺点：

1)不能提供大转矩起动。涡流式永磁耦合器的两个转子分别是永磁体和导体。起动时两个转子转差很大，如果永磁体和导体相距较近，电流非常大，电枢反应将对磁场去磁，从而得不到大的转矩。如果两者相距较远，则磁场会相应减弱，也得不到大的转矩。因此，涡流式永磁耦合器只适合于风机、泵类负载。

2)不能大范围调速。涡流式永磁耦合器在调速过程中的转差功率全部转换为铜盘转子中的发热。而在大范围调速时，转差很大，这意味着转差功率很大，这将导致铜盘发热较为严重。因此，涡流式永磁耦合器不适合于大范围的调速运行，只适合于转动惯量不大、调速范围不大、短时运行的场合。

3)需要机械式的操作机构。涡流式永磁耦合器在起动过程中，需要一套机械式的操作机构来调节永磁体转子与导体转子的间距，达到调节转矩的目的。这种机械式操作机构不仅使得整体系统较为臃肿，也降低了工作可靠性，增加了维护工作量。

如图2所示，为一种绕组式永磁耦合调速装置，其包括本体和控制单元。本体上有两个轴，分别设置有永磁转子1”和绕组转子2”。驱动电机与绕组永磁调速装置连在一起带动其永磁转子旋转产生旋转磁场，绕组切割旋转磁场磁力线产生感应电流，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，通过控制绕组转子的电流大小来控制其传递转矩的大小以适应转速要求，实现调速功能。其中，控制单元4”具有以下三个作用：一是接通或者关断绕组，使绕组永磁调速装置具有离合功能；二是在接通绕组的时候通过控制绕组转子的电流大小来控制其传递转矩的大小以适应转速要求，实现调速功能；三是将转差功率回馈给电网，实现节能。

绕组式永磁耦合装置的关键在于采用一套绕组替代导体盘。在不同的使用场合中，绕组中产生的电流可以采用不同的方法加以控制，克服了涡流式永磁耦合传动装置的缺点，相对于涡流式永磁耦合传动装置，绕组式永磁耦合装置的有以下优势：

1)无机械执行机构，结构更简单、操作更快捷；

2)彻底解决涡流温升问题，设备在工作状态时的温升仅为发电机正常工作的温升；

3)调速精度高，效率高。

依据不同的结构，永磁耦合调速装置又可以分为筒式结构和盘式结构。盘式结构相比于筒式结构而言，又具有轴向尺寸短、可显著地减小设备的轴向长度的优势。

对于盘式绕组永磁耦合调速装置而言，其绕组转子包括铁心和绕组，铁心由硅钢片卷绕而成，并设置有槽，绕组设置在铁心槽中，其生产加工上的主要难点就在于盘式铁心的卷绕。为了保证铁心的叠压系数，盘式铁心的卷绕需要采取边卷边冲的工艺，这需要在硅钢片上施加预紧力，而铁心直径越大要求的预紧力越大。根据目前国内外的加工工艺，当铁心直径大于500mm时，将很难保证铁心的叠压系数。受限于盘式铁心加工工艺的限制，绕组式盘式永磁耦合调速装置的功率做不大，且制造成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供方案1、一种盘式永磁耦合机构，包括永磁转子和导体转子，其二者之间设置有气隙，所述永磁转子与所述导体转子之间可发生相对转动；其中，所述导体转子包括导体转子铁心、导体盘和引接线，所述导体盘设置有槽，使得导体盘中的感应电流按照设定的方向流动，并通过引接线将电流引出到导体盘外，对所述电流加以控制或利用。

方案2、如方案1所述的一种盘式永磁耦合机构，所述导体盘由多个设置有槽的扇形片组成，所述槽包括始于扇形片内周缘沿径向向外开设的第一槽以及始于扇形片外周缘沿径向向内开设的第二槽，第一槽和第二槽交错布置，第一槽和第二槽均不连通扇形片内、外周缘。

方案3、如方案2所述的一种盘式永磁耦合机构，第一槽止于距离扇形片外周缘一定距离处，第二槽止于距离扇形片内周缘一定距离处，第一槽的第一槽底直径D1大于等于导体转子铁心外径Di1，第二槽的第二槽底直径D2小于等于导体转子铁心内径Di2。

方案4、如方案1-3之任一项所述的一种盘式永磁耦合机构，所述导体盘可以设置为单层或多层，每层导体盘均设置有绝缘层。

方案5、如方案1-4之任一项所述的一种盘式永磁耦合机构，所述导体盘根据其设置槽的数量和设置方式，可以为单相分布或多相分布。

方案6、如方案1-5之任一项所述的一种盘式永磁耦合机构，所述导体盘为导电性能良好的金属盘。

方案7、如方案6所述的一种盘式永磁耦合机构，所述金属为铜盘、铝盘或合金盘。

方案8、如方案1-7之任一项所述的一种盘式永磁耦合机构，所述永磁转子包括永磁转子铁心和永磁体，所述永磁体设置在所述永磁转子铁心上。

方案9、如方案8所述的一种盘式永磁耦合机构，所述永磁体排列方式为N、S极交替排列。

方案10、一种应用如方案1-9所述的盘式永磁耦合机构的盘式永磁耦合调速器，所述调速器还包括电流引出装置、控制单元、第一轴和第二轴；

其中，永磁转子设置于所述第一轴上并与其同步转动，所述第一轴连接动力轴和负载轴之一；

导体转子设置于第二轴上并与其同步转动，所述第二轴连接动力轴和负载轴中的另一个，与所述第一轴同轴且独立设置；

所述引接线通过电流引出装置与控制单元连接；所述控制单元可以对所述导体转子的电流或电压进行控制。

方案11、如方案10所述的盘式永磁耦合调速器，其特征在于，所述电流引出装置可以为集电环和碳刷，或旋转变压器，或其他可将电流从旋转导体中引出的装置。

方案12、一种恒功率运行的磁耦合调速装置，其特征在于：所述磁耦合调速装置包括第一电磁感应组件和第二电磁感应组件；

其中，第一电磁感应组件应用如方案1-9所述的盘式永磁耦合机构，第二电磁感应组件包括定子和第二永磁转子；

所述磁耦合调速装置还包括电流引出装置、控制单元、第一轴和第二轴；

其中，永磁转子和第二永磁转子设置于所述第一轴上并与其同步转动，所述第一轴连接动力轴和负载轴之一；

导体转子设置于第二轴上并与其同步转动，所述第二轴连接动力轴和负载轴中的另一个，与所述第一轴同轴且独立设置；

所述引接线通过电流引出装置与控制单元连接；所述控制单元可以对导体转子的电流或电压进行控制；

定子固定在机座上，包括定子绕组和定子铁心，所述定子绕组通过第二引接线与控制单元连接。

方案13、如方案12所述的恒功率运行的磁耦合调速装置，其特征在于，所述第二永磁转子包括第二永磁体和第二永磁铁心，所述第二永磁转子是表贴式或嵌入式。

方案14、如方案12或13所述的恒功率运行的磁耦合调速装置，其特征在于，所述控制单元包括变流装置，所述变流装置调制来自所述第一电磁感应组件中的导体盘的电能的频率和电压，并将调制后的该电能输入到所述第二电磁感应组件中的定子绕组，从而使所述第二感应组件产生辅助电磁力矩。

方案15、如方案12-14之任一项所述的恒功率运行的磁耦合调速装置，其特征在于，所述电流引出装置可以为集电环和碳刷，或旋转变压器，或其他可将电流从旋转导体中引出的装置。

方案16、一种无刷双馈耦合传动装置，其特征在于：所述无刷双馈耦合传动装置包括第一电磁感应组件和第二电磁感应组件；

其中，第一电磁感应组件应用如方案1-9所述的盘式永磁耦合机构，第二电磁感应组件包括定子和绕组转子；定子和绕组转子之间设置有气隙；

所述无刷双馈耦合传动装置还包括控制单元、第一轴和第二轴；

其中，永磁转子设置于所述第一轴上并与其同步转动，所述第一轴连接动力轴和负载轴之一；

导体转子和绕组转子设置于第二轴上并与其同步转动，所述第二轴连接动力轴和负载轴中的另一个，与所述第一轴同轴且独立设置；

绕组转子包括绕组转子铁心和转子绕组，导体转子的引接线与转子绕组电连接；

所述定子固定在机壳上，包括定子铁心和定子绕组，所述定子绕组与控制单元连接。

方案17、如方案16所述的无刷双馈耦合传动装置，其特征在于，所述控制单元包括变流装置，所述变流装置对所述定子绕组的电流进行调制，以实现对永磁转子与所述导体转子之间电磁转矩的调节。

方案18、如方案17所述的无刷双馈耦合传动装置，其特征在于，所述变流装置为可调电阻。

方案19、如方案17所述的无刷双馈耦合传动装置，其特征在于，所述变流装置包括引入到所述定子绕组上、与所述定子绕组同相或反相串接的可控交流附加电动势的装置，所述可控交流附加电动势与所述定子绕组的电动势具有相同的频率或在允许的频率误差范围内相近的频率，通过改变所述可控交流附加电动势以改变所述定子绕组的电流。

方案20、如方案17-19之任一项所述的无刷双馈耦合传动装置，其特征在于，所述变流装置还包括能够四象限运行的变频器。

通过上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、与涡流式永磁耦合调速装置相比，本发明的导体盘设置有槽，使得导体中的感应电流可以按照设定的方向流动，且能够被引出至导体外，并且通过控制单元对导体转子的电流/电压进行控制，调节其输出转矩的大小。

2、彻底解决了涡流式永磁耦合调速装置铜盘发热的问题，本发明在任何工作状态的温升都是发电机正常工作的温升；无机械执行机构，结构更简单，操作更快捷；调速范围大，调速精度高，效率高。

3、与绕组式永磁耦合调速器相比，本发明的导体转子的铁心制作容易，不受加工工艺限制，彻底解决了绕组式盘式永磁耦合调速装置铁心无法做大的问题，且成本明显较低。

4、本发明的恒功率调速运行的永磁耦合调速装置，能够将输入轴与输出轴之间因存在转速差而产生的转差功率充分收集，并利用其驱动输出轴转动，从而使来自驱动装置的输入功率，在忽略损耗的情况下，能够几乎全部转化为输出轴的输出功率，并且使输出轴的输出功率大小与驱动装置的输入功率大小相当，实现了永磁耦合传动装置的恒功率调速运行。

5、本发明的恒功率调速运行的永磁耦合调速装置体积小、成本低，极具推广应用价值。

6、本发明的磁耦合调速装置无齿轮等机械传动装置，完全通过气隙来传递转矩，基本实现无油操作，无摩擦、磨损，使用寿命长。

7、本发明的磁耦合调速装置是纯电气系统控制，更方便实现开环或闭环运行、就地控制与远方控制，更方便实现与DCS系统或其它计算机网络连接。

8、本发明的无刷双馈耦合传动装置，将导体转子电流直接供给绕组转子，无需其他电流引出装置，结构可靠。

9、本发明的无刷双馈耦合传动装置，采用盘式结构和轴向结构结合的方式，减小了径向尺寸，进而避免因转动惯量大导致系统响应时间长、响应速度慢的的问题；同时也缩短了轴向尺寸，节省了设备的安装空间。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中涡流式永磁耦合调速装置的结构示意图；

图2是现有技术中绕组式永磁耦合调速装置的结构示意图；

图3是本发明的一种优选的盘式永磁耦合机构的结构示意图；

图4是本发明的一种优选的盘式永磁耦合机构的永磁体排列方式示意图；

图5是本发明的一种优选的盘式永磁耦合机构的铜盘示意图；

图6是本发明的一种优选的盘式永磁耦合调速器的结构示意图；

图7是本发明的一种优选的恒功率运行的磁耦合调速装置的结构示意图；

图8是本发明的一种优选的无刷双馈耦合传动装置的结构示意图。

附图标记说明

1、1'、1” 永磁转子

11 永磁转子铁心

12 永磁体

2、2' 导体转子

2”、9 绕组转子

21 导体转子铁心

22 导体盘

23 引接线

24 第二引接线

3 电流引出装置

4、4”、4”'、4”” 控制单元

5 第一轴

6 第二轴

7、7' 定子

71、71' 定子铁心

72、72' 定子绕组

8 第二永磁转子

91 绕组转子铁心

92 转子绕组

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例一

如图3-5所示，本发明的一种优选地具体实施方式，涉及一种盘式永磁耦合机构，该盘式永磁耦合机构包括永磁转子1、导体转子2。永磁转子1和导体转子2之间设置有气隙，永磁转子1与所述导体转子2之间可发生相对转动。

所述永磁转子1包括永磁转子铁心11和永磁体12，所述永磁体12设置在所述永磁转子铁心11上。如图4所示，所述永磁体12排列方式为N、S极交替排列。所述永磁转子可以是表贴式或嵌入式。

所述导体转子2包括导体转子铁心21、铜盘22和引接线23，所述铜盘22设置在所述导体转子铁心21表面，所述铜盘22与引接线23相连。

其中，所述导体转子铁心21由硅钢片卷绕而成，铁心表面无槽，叠压系数要求不高，铁心制作容易，不受加工工艺限制。铜盘22通过绝缘螺钉与导体转子铁心21的支架固连。

所述铜盘22设置有槽，所述槽在轴向上贯通导体铜盘，使得感应电流可以按照设定的方向流动，并通过引接线将电流引出到导体盘外的其他装置上，对所述电流加以控制或利用。所述铜盘22也可以为其他导电性能良好的导体盘，优选金属盘如铜盘、铝盘或合金盘，其可以是单层或多层，且每层导体盘均设置有绝缘层，并根据其设置槽的数量和方式，可以为单相分布或多相分布。

本实施例中，导体盘为单层铜盘，如图5所示，本实施例的铜盘由6个扇形片组成，每个扇形片均设置有槽，该铜盘为三相对称分布，每相由两个扇形片串联而成(亦可并联)。图5右侧示出了其中任一相的两个扇形片串联的连接方式。

参考图5所示，所述槽包括始于扇形片内周缘沿径向向外开设的第一槽221以及始于扇形片外周缘沿径向向内开设的第二槽222，第一槽221、第二槽222在轴向上均贯通导体铜盘。第一槽221和第二槽222交错布置。第一槽221和第二槽222均不连通扇形片内、外周缘。第一槽221止于距离扇形片外周缘一定距离处，第二槽222止于距离扇形片内周缘一定距离处。第一槽221的止点形成的外圆直径即第一槽底直径D1，第二槽222的止点形成的内圆直径即第二槽底直径D2。

导体转子铁心21具有外径D_i1和内径D_i2，第一槽底直径D1大于等于导体转子铁心外径D_i1，第二槽底直径D2小于等于导体转子铁心内径D_i2。即沿轴向看，导体转子铁心21设置于图5所示铜盘的内、外虚线圆之间，也即导体转子铁心的覆盖面积位于第一槽底直径D1和第二槽底直径D2之间。

在本机构中，感应电流I按照设定的方向流动，设定的方向如图5左侧所示，在与引接线23直接相连的导体部分中，电流在位于第一槽221的止点形成的外圆与扇形片外周缘之间的导体部分流动时，沿铜盘的径向流动。电流在第一槽221的止点形成的外圆和第二槽222的止点形成的内圆之间的导体部分流动时，沿铜盘的径向依序流动；除与引接线23直接相连的导体部分外，电流在第一槽221的止点与扇形片外周缘之间的导体部分流动时、以及在第二槽222的止点与扇形片内周缘之间的导体部分流动时，均沿铜盘的周向流动。上述径向和周向流动依序组成完整的电流I流动方向。电流流动方向在类似W形的路径上流动。电流在被前述槽分隔出的各个导体部分中依序流动，即设定的电流流动方向为电流依序在被前述槽分隔出的各个导体部分中流动。

在铁心的覆盖面积内，导体铜盘被其设置的槽分割为N个导体，当永磁转子与导体转子相对转动时，导体切割磁场产生感应电动势，单个导体内的感应电动势e应为：

e＝Blv

则导体盘每相的相反电势E为：

E＝eNk/m (1)

式(1)中，B为导体所处位置的磁通密度；l为导体长度，l＝(D_i1-D_i2)/2；v为导体线速度，n_s为永磁转子与导体转子转速差；N为导体铜盘被其设置的槽分割的导体数；k为导体盘的串联层数，k≥1；m为相数。

根据前述式(1)中可知，增加导体盘的串联层数，可以提高相反电势E，相同功率下，相反电势越高，电流越小，所以合理的设计相反电势E和电流I，可以减小电流引出装置的体积，有助于控制单元中功率器件的选择，进而合理控制成本。

本发明的一种实施例中，采用单层导体盘，单层导体盘的厚度介于1mm-15mm之间。本发明的另一种优选实施例设置有多层导体盘，每层导体盘均设置有绝缘层，即采用增加导体盘的串联层数的技术方案，多层导体盘的总厚度介于1mm-15mm之间。

可选地，槽的横截面可以是矩形、梯形或波浪形等。

可选地，导体盘可以采用组合盘，组合盘具有组合盘支架，组合盘支架可以采用具有内缘和外缘的圆环支架，组合盘支架上排列上有模块化导体片，各模块化导体片例如为扇形圆环片等。组合盘支架上各模块化导体片之间设置有槽或者填充其他绝缘材料，各模块化导体片之间根据需要进行电连接，采用的电连接结构不高于组合式导体盘表面。在应用中，可以根据不同的应用条件和参数要求选用具有不同宽度、厚度、导电率、材料的模块化导体片组合成导体盘，具有导体片可批量生产、导体盘组装方便、可根据需要任意组合、产品多样化的优点。

实施例二

本发明还涉及一种盘式永磁耦合调速器，应用前述的盘式永磁耦合结构，如图6所示，包括第一轴5、与第一轴5同步转动的永磁转子1、第二轴6、与第二轴6同步转动的导体转子2、电流引出装置3和控制单元4，永磁转子1和导体转子2，其二者之间设置有气隙，所述永磁转子1与所述导体转子2之间可发生相对转动。

所述引接线23通过电流引出装置3与控制单元4连接。

所述电流引出装置可以为集电环和碳刷，或旋转变压器，或其他可将电流从旋转导体中引出的装置。

所述控制单元4可以对所述导体转子的电流或电压进行控制，从而来调节该盘式永磁耦合调速器输出转矩的大小以适应转速要求，实现调速功能。所述控制单元有三个作用，一是接通或者关断导体盘，使本发明具有离合功能。二是在接通导体的时候通过控制导体转子的电流大小来控制其传递转矩的大小以适应转速要求，实现调速功能。三是将转差功率回馈给电网，实现节能。

实施例三

本发明还涉及一种恒功率运行的磁耦合调速装置，应用前述的盘式永磁耦合结构，如图7所示，包括第一轴5、与第一轴5同步转动的永磁转子1和第二永磁转子8，第二轴6、与第二轴6同步转动的导体转子2，定子7、电流引出装置3和控制单元4”'。前述的盘式永磁耦合结构构成第一电磁感应组件，所述定子7和所述第二永磁转子8构成第二电磁感应组件。

所述第二永磁转子8和所述永磁转子1固定设置在第一轴5上，所述第二永磁转子8包括第二永磁体和第二永磁铁心，所述第二永磁转子8可以是表贴式或嵌入式。

所述定子7固定在机座上，包括定子铁心71和定子绕组72，所述定子绕组72通过第二引接线24与控制单元4”'连接。

所述引接线23通过电流引出装置3与控制单元4”'连接。

所述控制单元4”'，包括变流装置；所述变流装置用于调制来自所述第一电磁感应组件中的导体盘22的电能的频率和电压，并将调制后的该电能输入到所述第二电磁感应组件中的定子绕组72，从而使所述第二感应组件产生辅助电磁力矩。

所述电流引出装置可以为集电环和碳刷，或旋转变压器，或其他可将电流从旋转导体中引出的装置。

本实施例的工作原理如下。工作中，所述第二轴6在外部驱动装置的驱动动力带动下转动，此时安装在所述第二轴6上的导体转子2也一同转动，根据电磁感应原理，导体转子2带动永磁转子1转动，并在导体转子2的导体盘中产生电能，该电能经由所述控制单元4”'对电能的电压调制后，输送到所述定子7的绕组中，定子绕组72通电产生旋转磁场，该旋转磁场与第二永磁转子8的永磁磁场相互作用，产生与第一轴5转动方向相同的附加力矩。该力矩做功的功率理论上讲即为第一电磁感应组件的转差功率，本技术方案将该转差功率转换为电能输送到第二电磁感应组件，使其产生与第一轴5转动方向相同的附加转矩，进而增大第一轴5的输出转矩，从而使来自驱动装置的输入功率，在忽略机械损耗和杂散损耗的情况下，能够全部转化为输出轴的输出功率，并且使第一轴5的输出功率大小与驱动装置的输入功率大小相当，其中，输出功率为sPm+(1-s)Pm，实现了磁耦合传动装置的恒功率调速运行。

本发明的恒功率调速运行的磁耦合传动装置，由于设置第二电磁感应组件；控制单元中的变流装置接收来自第一电磁感应组件中的导体盘的电能，将其调制后输入到该第二电磁感应组件中的定子绕组，从而使该第二电磁感应组件产生辅助电磁力矩。也就是说，本发明的恒功率调速运行的永磁耦合传动装置，能够将输入轴与输出轴之间因存在转速差而产生的转差功率充分收集，并利用其驱动输出轴转动，从而使来自驱动装置的输入功率，在忽略损耗的情况下，能够几乎全部转化为输出轴的输出功率，并且使输出轴的输出功率大小与驱动装置的输入功率大小相当，实现了永磁耦合传动装置的恒功率调速运行；本发明的恒功率调速运行的永磁耦合传动装置体积小、成本低，极具推广应用价值。

本发明的恒功率调速运行的磁耦合传动装置，转差功率得到全部回收并传递给了负载端，功率的传送与转差率s的大小无关，这样就在全调速范围内都能基本上做到恒功率传动，则其输出转矩T＝(n1/n)×T1(式中：T1为输入转矩、n1为输入转速、n为输出转速)，这在机械传动领域是革命性的无级调速传动技术。本发明的磁耦合传动装置无齿轮等机械传动装置，完全通过气隙来传递转矩，基本实现无油操作，无摩擦、磨损，使用寿命长。本发明磁耦合传动装置是纯电气系统控制，更方便实现开环或闭环运行、就地控制与远方控制，更方便实现与DCS系统或其它计算机网络连接。

实施例四

本发明还涉及一种无刷双馈耦合传动装置，应用本发明所述的盘式永磁耦合结构，如图8所示，包括第一轴5、与第一轴5同步转动的永磁转子1、第二轴6、与第二轴6同步转动的导体转子2和绕组转子9，定子7'和控制单元4””。所述绕组转子9和所述定子7'之间设置有气隙。本发明所述的盘式永磁耦合结构构成第一电磁组件，所述绕组转子9和所述定子7'构成第二电磁组件。

所述导体转子2和所述绕组转子9固定设置在第二轴6上，与第二轴6同步旋转。所述绕组转子包括绕组转子铁心91和转子绕组92。

所述导体转子2中引接线23与转子绕组32电连接。

所述定子7'固定在机壳上，包括定子铁心71'和定子绕组72'，所述定子绕组72'与控制单元4””连接。

所述控制单元4””包括变流装置，所述变流装置能对所述定子绕组72'的电流进行调制，以实现对所述永磁转子1与所述导体转子2之间电磁转矩的调节。

优选地，所述变流装置为可调电阻。或可优选地，所述变流装置包括引入到所述定子绕组72'上、与所述定子绕组72'同相或反相串接的可控交流附加电动势的装置，所述可控交流附加电动势与所述定子绕组的电动势具有相同的频率或在允许的频率误差范围内相近的频率，通过改变所述可控交流附加电动势以改变所述定子绕组的电流。

所述变流装置还包括能够四象限运行的变频器。

本实施例的工作原理如下。工作中，所述第一轴5在外部驱动装置的驱动动力带动下转动，此时安装在所述第一轴5上的永磁转子1也一同转动，根据电磁感应原理永磁转子1带动导体转子2转动，并在导体转子2的导体盘中产生电能，该电能通过引接线23直接输送到绕组转子9的绕组92中，转子绕组92通电产生旋转磁场，定子绕组72'切割该旋转磁场产生感应电流，进而产生感应磁场，该感应磁场与绕组转子的旋转磁场相互作用，产生与第二轴6转动方向相同的附加力矩。该力矩做功的功率理论上讲即为第一电磁组件的转差功率，本技术方案将该转差功率转换为电能输送到第二电磁组件，使其产生与第二轴6转动方向相同的附加转矩，进而增大第二轴6的输出转矩，从而使来自驱动装置的输入功率，在忽略机械损耗和杂散损耗的情况下，能够全部转化为输出轴的输出功率，并且使第二轴6的输出功率大小与驱动装置的输入功率大小相当，其中，输出功率为sPm+(1-s)Pm，实现了恒功率调速运行。

定子绕组72'与控制单元4””连接，通过控制单元4””控制定子绕组72'中电流的大小来控制绕组转子9和导体转子2中电流的大小，进而控制第二轴6输出转速和转矩的大小，实现无级调速功能。本发明的无刷双馈耦合传动装置，导体转子2的引接线23与绕组转子9的转子绕组92直接电连接，导体转子电流直接供给绕组转子，无需其他电流引出装置，使得本发明结构更可靠。

本发明的无刷双馈耦合传动装置，采用盘式结构(本发明中的永磁耦合转动装置)和轴向结构(本发明无刷双馈耦合传动装置中的绕组转子和定子)结合的方式，减小了径向尺寸，进而避免因转动惯量大，导致系统响应时间长、响应速度慢的的问题；同时也缩短了轴向尺寸，节省了设备的安装空间。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种盘式永磁耦合机构，包括永磁转子(1)和导体转子(2)，其二者之间设置有气隙，所述永磁转子(1)与所述导体转子(2)之间可发生相对转动；其中，所述导体转子(2)包括导体转子铁心(21)、导体盘(22)和引接线(23)，其特征在于，所述导体盘(22)设置有槽，使得导体盘(22)中的感应电流按照设定的方向流动，并通过引接线(23)将电流引出到导体盘(22)外，对所述电流加以控制或利用。

2.如权利要求1所述的一种盘式永磁耦合机构，其特征在于：所述导体盘(22)由多个设置有槽的扇形片组成，所述槽包括始于扇形片内周缘沿径向向外开设的第一槽(221)以及始于扇形片外周缘沿径向向内开设的第二槽(222)，第一槽(221)和第二槽(222)交错布置，第一槽(221)和第二槽(222)均不连通扇形片内、外周缘。

3.如权利要求2所述的一种盘式永磁耦合机构，其特征在于：第一槽(221)止于距离扇形片外周缘一定距离处，第二槽(222)止于距离扇形片内周缘一定距离处，第一槽(221)的第一槽底直径D1大于等于导体转子铁心(21)外径D_i1，第二槽(221)的第二槽底直径D2小于等于导体转子铁心(21)内径D_i2。

4.如权利要求1-3之任一项所述的一种盘式永磁耦合机构，其特征在于：所述导体盘(22)可以设置为单层或多层，每层导体盘均设置有绝缘层。

5.如权利要求1-4之任一项所述的一种盘式永磁耦合机构，其特征在于：所述导体盘(22)根据其设置槽的数量和设置方式，可以为单相分布或多相分布。

6.如权利要求1-5之任一项所述的一种盘式永磁耦合机构，其特征在于：所述导体盘(22)为导电性能良好的金属盘。

7.如权利要求6所述的一种盘式永磁耦合机构，其特征在于：所述金属为铜盘、铝盘或合金盘。

8.如权利要求1-7之任一项所述的一种盘式永磁耦合机构，其特征在于：所述永磁转子(1)包括永磁转子铁心(11)和永磁体(12)，所述永磁体(12)设置在所述永磁转子铁心(11)上。

9.如权利要求8所述的一种盘式永磁耦合机构，其特征在于：所述永磁体(12)排列方式为N、S极交替排列。

10.一种应用如权利要求1-9所述的盘式永磁耦合机构的盘式永磁耦合调速器，其特征在于：所述调速器还包括电流引出装置(3)、控制单元(4)、第一轴(5)和第二轴(6)；

其中，永磁转子(1)设置于所述第一轴(5)上并与其同步转动，所述第一轴(5)连接动力轴和负载轴之一；

导体转子(2)设置于第二轴(6)上并与其同步转动，所述第二轴(6)连接动力轴和负载轴中的另一个，与所述第一轴(5)同轴且独立设置；

所述引接线(23)通过电流引出装置(3)与控制单元(4)连接；所述控制单元(4)可以对所述导体转子的电流或电压进行控制。