CN107528445A - 一种混合励磁式涡流调速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合励磁式涡流调速器，属于工业电机调速节能领域。该调速器包括电机输入轴、负载输出轴、控制电机、支架、外转子、内转子、第一磁回路、第二磁回路、励磁线圈、调速器永磁体、发电机矽钢片、花键轴、发电机电枢、发电机永磁体、发电机永磁体支架。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、发电机永磁体支架、发电机永磁体轴向滑动，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。本发明优化了外转子外表面风冷效果而且解决了散热的问题，其不会产生噪声污染、运动可靠性更高，同时不需要提供额外的电流，满足节能的要求。

Description

一种混合励磁式涡流调速器
技术领域
本发明涉及一种涡流调速装置，尤其涉及一种混合励磁式涡流调速器，属于工业电机调速节能领域。
背景技术
涡流调速装置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。未来调速器的发展理念是绿色环保、节约能源、可控化，然而常见的调速装置存在很多缺点，比如变频器结构复杂、需要大的安装空间、对环境要求高、并且会制造谐波污染电网；串级调速工作原理是改变电机转子涡流，需要对电机进行改造，安装精度要求较高、维修困难、成本高；而阀门工作原理是阻塞流量，既不节能也不能过载保护。
涡流调速器是利用涡流传动原理，磁体和导体之间实现无接触传动，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，由楞次定律可知，涡电流感应出的磁场与永磁转子产生的磁场进行耦合作用，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。
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。
目前的涡流调速器多为永磁涡流调速器，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，影响了永磁涡流调速器的正常运行，因此，永磁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。目前的永磁涡流调速器均设有两个永磁盘，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。
专利CN201610154193.5公开了一种线圈静止型电磁涡流调速器，该结构采用电磁铁代替永磁体，并利用自励式发电机供电，避开了永磁涡流调速器的以上缺点，且具备节能特点，但是仍有以下不足之处：
风冷式涡流调速器利用旋转的翅片或风道散热，产生涡流的导体一般联结在高速的电机输出端，利于散热，而该结构的导体只能联结在负载输入端，调速时，导体会在低速时运转，散热能力下降，导体盘(筒)温度上升，从而导致调速器性能下降。
发明内容
针对以上存在的技术问题，本发明提供了一种永磁和电磁混合励磁式涡流调速器，利用永磁涡流提供一定比例的力矩，通过电磁涡流调节负载转速，避免了导体盘(筒)只能联结在负载输入端的问题，提升了散热效率；无需外接电源，且具有节能环保的优点；传动力矩通过静止的发电装置永磁励磁部分调节，结构简单可靠；普通筒式永磁涡流调速器在调速时，需要轴向移动永磁体，会占用更多的轴向空间，与普通筒式永磁涡流调速器相比较，本发明能有效缩短设备的轴向距离。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种混合励磁式涡流调速器，该混合励磁式涡流调速器主要由以下部分组成：电机输入轴、控制电机、支架、外转子(铁磁材质)、外转子(铜材质)、磁回路、内转子、励磁线圈、调速器永磁体、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、发电机永磁体支架。所述外转子与电机输入轴连接，外转子有内外两层，外转子外层是铁磁材质制成，外转子内层是铜材质制成。所述内转子跟负载输出轴连接，内转子磁极采用T形构造。所述励磁线圈环形绕制在内转子T形磁极上。所述调速器永磁体嵌套在内转子外表面上。所述发电机电枢是绕制在发电机矽钢片上。所述发电机矽钢片通过螺栓固定在内转子内壁上。所述发电机永磁体嵌套在发电机永磁体支架上。所述发电机永磁体支架固定在支架的花键轴上，发电机永磁体支架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，达到调速的目的。所述支架为静止部件；所述控制电机固定在支架上。
该混合励磁式涡流调速器传递力矩的原理如下：
混合励磁式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(包括铁磁材质和铜材质)、磁回路、调速器永磁体、内转子、励磁线圈，发电机部分包括发电机矽钢片、发电机电枢、发电机永磁体、发电机永磁体支架。工作时，电机输入轴带动外转子旋转，旋转的外转子切割静止的调速器永磁体发出的磁力线产生涡流，涡流与内转子相互作用产生传动力矩,带动内转子和发电机电枢旋转，旋转的发电机电枢切割静止的发电机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，在外转子和相邻两个内转子磁极之间形成第一磁回路，外转子切割励磁线圈发出的磁力线产生涡流，涡流与内转子相互作用产生传动力矩，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、发电机永磁体支架、发电机永磁体轴向滑动，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，所述调速器永磁体有若干对，各调速器永磁体按N、S极交替方式嵌套在内转子外表面上。
进一步，所述励磁线圈环形绕制在内转子T形磁极上，与相邻永磁体的极性相同，避免两者之间形成磁路。
进一步，所述外转子外表面带斜齿，或所述外转子外表面安装散热片，在高速旋转下可以达到很好的冷却效果。
进一步，所述内转子外表面与所述外转子内表面圆弧之间保持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极交替方式嵌套在发电机永磁体支架上。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1、优化了外转子外表面风冷效果，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；非接触式传动，不会产生噪声污染；
2、调节传动力矩的发电机永磁体是静止的，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、与永磁体相比，T形磁极结构能承受更高的辐射温度，而不存在失效问题。
5、本发明最大的特点是完全自励式装置，不需要提供额外的电流，满足节能的要求。
附图说明
图1为本发明的一种混合励磁式涡流调速器结构的主视图；
图2为本发明的一种混合励磁式涡流调速器带斜齿外表面结构的三维剖视图；
图3为本发明的一种混合励磁式涡流调速器带散热片外表面结构的三维剖视图；
图4为本发明的一种混合励磁式涡流调速器结构的轴向图；
图5为本发明的一种混合励磁式涡流调速器结构的轴向图；
图6为本发明的一种混合励磁式涡流调速器的另一种外接电源结构的发电机轴向剖视图；
图7为本发明的一种混合励磁式涡流调速器的另一种盘式结构主视图。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本发明的原理和特征进行描述。
一种混合励磁式涡流调速器，该调速器包括电机输入轴1、负载输出轴2、控制电机301、支架302、外转子、内转子304、第一磁回路3051、第二磁回路3052、励磁线圈306、调速器永磁体307、发电机矽钢片308、花键轴309、发电机电枢310、发电机永磁体311、发电机永磁体支架312。
外转子包括外转子A3031、外转子B3032，外转子A3031为铁磁材质，外转子B3032为铜材质；第一磁回路3051为电磁回路，第二磁回路3052为永磁回路。
所述外转子与电机输入轴1连接，外转子有内外两层，外转子的外层为外转子A3031，外转子的内层为外转子B3032。所述内转子304与负载输出轴2连接，内转子304的磁极采用T形构造。所述励磁线圈306环形绕制在内转子304的T形磁极上。所述调速器永磁体307嵌套在内转子304的外表面上。所述发电机电枢310绕制在发电机矽钢片308上。所述发电机矽钢片308通过螺栓安装在内转子304内壁上。所述发电机永磁体311嵌套在发电机永磁体支架312上。所述发电机永磁体支架312固定在支架302的花键轴309上，发电机永磁体支架312能够跟随花键轴309一起绕轴向运动，通过改变永磁体311和电枢310的相交面积来调节发电功率，从而改变励磁线圈306中的电流大小，磁通量跟随改变，最终传动力矩随之改变，达到调速的目的。所述支架302为静止部件；所述控制电机301固定在支架302上。
该混合励磁式涡流调速器传递力矩的原理如下：
混合励磁式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(包括铁磁材质和铜材质)、内转子304、第一磁回路3051(电磁)、第二磁回路3052(永磁)、励磁线圈306、调速器永磁体307，发电机部分包括发电机矽钢片308、花键轴309、发电机电枢310、发电机永磁体311、发电机永磁体支架312。工作时，电机输入轴1带动外转子旋转，旋转的外转子切割静止的调速器永磁体307发出的磁力线产生涡流，涡流与内转子304相互作用产生传动力矩,带动内转子304和发电机电枢310旋转，旋转的发电机电枢310切割静止的发电机永磁体311发出的磁力线产生电流，电流通过整流器进入励磁线圈306中，励磁线圈306中获得直流电后，在外转子和相邻两个内转子304磁极之间形成第一磁回路3051，外转子切割励磁线圈306发出的磁力线产生涡流，涡流与内转子304相互作用产生传动力矩，从而达到涡流传动的功能。由于外转子内层3032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309、发电机永磁体支架312、发电机永磁体311轴向滑动，通过改变永磁体311和电枢310相交面积来调节发电功率，从而改变励磁线圈306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，所述调速器永磁体307有若干对，各调速器永磁体307按N、S极交替方式嵌套在内转子304外表面上。
进一步，所述励磁线圈306环形绕制在内转子304的T形磁极上，所述T形磁极与相邻调速器永磁体307的极性相同，避免两者之间形成磁路。
进一步，所述外转子外表面带斜齿，见图2，或所述外转子外表面安装散热片，见图3，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304外表面与所述外转子内表面圆弧之间保持1mm-10mm的间隙。
进一步，所述发电机转子永磁体311有若干对，各发电机转子永磁体311按N、S极交替方式嵌套在发电机永磁体支架312上。
本发明一种混合励磁式涡流调速器中的发电机部分的发电机永磁体也可以设计成电磁铁结构，如图6所示，此时控制电机换成电流控制器，通过导线与电磁铁励磁线圈相连。
本发明一种混合励磁式涡流调速器还可以设计成盘式结构，见图7。
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 (9)

1.一种混合励磁式涡流调速器，其特征在于：该调速器包括电机输入轴(1)、负载输出轴(2)、控制电机(301)、支架(302)、外转子、内转子(304)、第一磁回路(3051)、第二磁回路(3052)、励磁线圈(306)、调速器永磁体(307)、发电机矽钢片(308)、花键轴(309)、发电机电枢(310)、发电机永磁体(311)、发电机永磁体支架(312)；
外转子包括外转子A(3031)、外转子B(3032)，外转子A(3031)为铁磁材质，外转子B(3032)为铜材质；第一磁回路(3051)为电磁回路，第二磁回路(3052)为永磁回路；
所述外转子与电机输入轴(1)连接，外转子有内外两层，外转子的外层为外转子A(3031)，外转子的内层为外转子B(3032)；所述内转子(304)与负载输出轴(2)连接，内转子(304)的磁极采用T形构造；所述励磁线圈(306)环形绕制在内转子(304)的T形磁极上；所述调速器永磁体(307)嵌套在内转子(304)的外表面上；所述发电机电枢(310)绕制在发电机矽钢片(308)上；所述发电机矽钢片(308)通过螺栓安装在内转子(304)内壁上；所述发电机永磁体(311)嵌套在发电机永磁体支架(312)上；所述发电机永磁体支架(312)固定在支架(302)的花键轴(309)上，发电机永磁体支架(312)能够跟随花键轴(309)一起绕轴向运动，通过改变永磁体(311)和电枢(310)的相交面积来调节发电功率，从而改变励磁线圈(306)中的电流大小，磁通量跟随改变，最终传动力矩随之改变，达到调速的目的；所述支架(302)为静止部件；所述控制电机(301)固定在支架(302)上。
2.根据权利要求1所述的一种混合励磁式涡流调速器，其特征在于：该混合励磁式涡流调速器传递力矩的原理如下，
混合励磁式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(包括铁磁材质和铜材质)、内转子(304)、第一磁回路(3051)(电磁)、第二磁回路(3052)(永磁)、励磁线圈(306)、调速器永磁体(307)，发电机部分包括发电机矽钢片(308)、花键轴(309)、发电机电枢(310)、发电机永磁体(311)、发电机永磁体支架(312)；工作时，电机输入轴(1)带动外转子旋转，旋转的外转子切割静止的调速器永磁体(307)发出的磁力线产生涡流，涡流与内转子(304)相互作用产生传动力矩,带动内转子(304)和发电机电枢(310)旋转，旋转的发电机电枢(310)切割静止的发电机永磁体(311)发出的磁力线产生电流，电流通过整流器进入励磁线圈(306)中，励磁线圈(306)中获得直流电后，在外转子和相邻两个内转子(304)磁极之间形成第一磁回路(3051)，外转子切割励磁线圈(306)发出的磁力线产生涡流，涡流与内转子(304)相互作用产生传动力矩，从而达到涡流传动的功能；由于外转子内层(3032)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(309)、发电机永磁体支架(312)、发电机永磁体(311)轴向滑动，通过改变永磁体(311)和电枢(310)相交面积来调节发电功率，从而改变励磁线圈(306)中的电流大小，磁通量跟随改变，最终传动力矩随之改变。
3.根据权利要求1所述的一种混合励磁式涡流调速器，其特征在于：所述调速器永磁体(307)有若干对，各调速器永磁体(307)按N、S极交替方式嵌套在内转子(304)外表面上。
4.根据权利要求1所述的一种混合励磁式涡流调速器，其特征在于：所述励磁线圈(306)环形绕制在内转子(304)的T形磁极上，所述T形磁极与相邻调速器永磁体(307)的极性相同，避免两者之间形成磁路。
5.根据权利要求1所述的一种混合励磁式涡流调速器，其特征在于：所述外转子外表面带斜齿安装散热片，在高速旋转下可以达到很好的冷却效果。
6.根据权利要求1所述的一种混合励磁式涡流调速器，其特征在于：所述内转子(304)外表面与所述外转子内表面圆弧之间保持1mm-10mm的间隙。
7.根据权利要求1所述的一种混合励磁式涡流调速器，其特征在于：所述发电机转子永磁体(311)有若干对，各发电机转子永磁体(311)按N、S极交替方式嵌套在发电机永磁体支架(312)上。
8.根据权利要求1所述的一种混合励磁式涡流调速器，其特征在于：发电机永磁体或为电磁铁结构，此时控制电机换成电流控制器，通过导线与电磁铁励磁线圈相连。
9.根据权利要求1所述的一种混合励磁式涡流调速器，其特征在于：一种混合励磁式涡流调速器或为盘式结构。
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