CN109546842B - 复合式励磁永磁调速器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种复合式励磁永磁调速器，包括：磁转子组件和可轴向移动的感应转子组件；磁转子组件包括带轴套的第一端板、磁转子外圈、磁转子内圈、永磁体、励磁线圈和滑环碳刷，磁转子外圈和磁转子内圈同轴间隔设置于第一端板的同一侧，磁转子外圈设于磁转子内圈外侧；永磁体和励磁线圈中的任意一个设于磁转子外圈，另一个设于磁转子内圈，永磁体和励磁线圈相对间隔设置，滑环碳刷设于第一端板的轴套外侧，并与励磁线圈通过导线连接；感应转子组件包括带轴套的第二端板和感应环，感应环设于第二端板。该复合式励磁永磁调速器的调速区域可达到98％‑70％范围内，保证设备能稳定运行，在小于所需要的速度时能快速进入脱开力矩传输状态。

Description

复合式励磁永磁调速器

技术领域

本发明涉及永磁传动技术领域，尤其涉及一种复合式励磁永磁调速 器。

背景技术

目前，在大功率旋转机械调速和传动方面，永磁调速器和电永磁调速 器产品已经得到用户的认可和好评，其功率范围覆盖200KW到5000KW， 所具备的优势十分明显，在各种文献和资料及用户推广上均有评价。特别 是在环保节能方面表现突出。

现有永磁调速器的常规设计，其调速方式为调整涡流转子在磁转子中 所插入部分的深度，从而使得感应环有效长度得以变化，进而调节其力矩 的传递，另一种方式为局部屏蔽磁转子的磁场，等效于改变感应环的有效 长度，进而调节其力矩的传递。经实际使用和分析，由于感应集中于其中 的局部区域，受材料的导电率限制，实际调速区域仅限于98％-85％范围内， 当超过该区域时，运行极不稳定，且发热严重。

发明内容

本发明针对上述问题，克服至少一个不足，提出了一种复合式励磁永 磁调速器。

本发明采取的技术方案如下：

一种复合式励磁永磁调速器，包括：磁转子组件和可轴向移动的感应 转子组件；

磁转子组件包括带轴套的第一端板、磁转子外圈、磁转子内圈、永磁 体、励磁线圈和滑环碳刷，磁转子外圈和磁转子内圈同轴间隔设置于第一 端板的同一侧，磁转子外圈设于磁转子内圈外侧；永磁体和励磁线圈中的 任意一个设置于磁转子外圈上，另一个设置于磁转子内圈上，且永磁体和 励磁线圈相对且间隔设置，滑环碳刷设于第一端板的轴套外侧，并与励磁 线圈通过导线连接；

感应转子组件包括带轴套的第二端板和感应环，感应环设于第二端板 上，当轴向移动感应转子组件时，感应环的自由端可插入永磁体和励磁线 圈之间或从中脱离。

于本发明一实施例中，所述励磁线圈设于磁转子外圈的内侧，所述永 磁体设于磁转子内圈的外侧。

于本发明一实施例中，所述永磁体设于磁转子外圈的内侧，所述励磁 线圈设于磁转子内圈的外侧。

于本发明一实施例中，所述永磁体外侧设有由不导磁材料制成的防护 罩。

于本发明一实施例中，所述永磁体在圆周上呈N极、S极相间排列， 永磁体的数量为偶数列。

于本发明一实施例中，永磁体的相邻列间设有由不导磁材料制成的压 条，压条将永磁体压紧在磁转子内圈或磁转子外圈上。

于本发明一实施例中，所述永磁体呈矩形、瓦形或梯形。

于本发明一实施例中，磁转子组件还包括由导磁材料制成的线圈基 座，所述励磁线圈通过线圈基座安装于磁转子外圈或磁转子内圈上。

于本发明一实施例中，所述线圈基座周向均匀设置有数个线槽，所述 励磁线圈为集中绕组式励磁线圈，所述励磁线圈设于所述线槽内，励磁线 圈的出线端穿过第一端板连接滑环碳刷，并通过滑环碳刷连接励磁电源， 励磁电源采用直流电源。

于本发明一实施例中，所述永磁体通过胶水粘合、螺钉固定或卡槽固 定的方式安装于磁转子内圈或磁转子外圈。

于本发明一实施例中，所述感应环采用紫铜或紫铜合金制成。

于本发明一实施例中，所述感应环通过螺钉固定于第二端板上或焊接 于第二端板上。

于本发明一实施例中，所述感应环和与之相连的轴套为一体式结构， 或通过螺钉连接。

于本发明一实施例中，磁转子外圈上还设有永磁体，磁转子外圈上的 励磁线圈为m个，磁转子外圈上的永磁体数量为n个，磁转子内圈上的永 磁体为m+n个，m、n均为偶数。

于本发明一实施例中，磁转子内圈上还设有永磁体，磁转子内圈上的 励磁线圈为m个，磁转子内圈上的永磁体数量为n个，磁转子外圈上的永 磁体为m+n个，m、n均为偶数。

本发明相比于现有技术的有益效果是：本发明中，由永磁体提供基础 磁场B1，由励磁线圈提供调节磁场B2，改变励磁电流和方向，感应环所 处磁场可以在B1+B2至B1-B2的范围内变化，从而使得感应环上产生不 同的感应电流，得以使传递扭矩有相应的变化，当需要改变的扭矩超过设 定的范围时，通过移动感应转子组件可把感应环从磁间隙中部分或全部脱 离，以达到全转速度范围内的调速。该复合式励磁永磁调速器的调速区域 可达到98％-70％范围内，保证设备能稳定运行，在小于所需要的速度时能 快速进入脱开力矩传输状态。

附图说明

图1是本发明复合式励磁永磁调速器一实施例的径向剖面视图；

图2是图1中沿B-B线的剖面视图；

图3是图1中A处的局部放大图；

图4是图3处于不通电状态的视图；

图5是图3处于磁场正向叠加状态的视图；

图6是图3处于磁场反向抵消状态的视图；

图7是图2所示实施例感应转子组件处于脱开状态的结构示意图；

图8是本发明复合式励磁永磁调速器另一实施例的轴向剖面视图。

具体实施方式

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

请参考图1-3所示，本发明提供一种复合式励磁永磁调速器，包括： 磁转子组件1和可轴向移动的感应转子组件2。

磁转子组件1包括带轴套10的第一端板11、磁转子外圈12、磁转子 内圈13、永磁体14、励磁线圈15和滑环碳刷16，磁转子外圈12和磁转 子内圈13同轴间隔设置于第一端板11的同一侧，磁转子外圈12设于磁 转子内圈13外侧；永磁体14和励磁线圈15中的任意一个设置于磁转子 外圈12上，另一个设置于磁转子内圈13上，且永磁体14和励磁线圈15 相对且间隔设置，滑环碳刷16设于第一端板11的轴套10外侧，并与励 磁线圈15通过导线连接。

感应转子组件2包括带轴套10’的第二端板21和感应环22，感应环 22设于第二端板21上，当轴向移动感应转子组件2时，感应环22的自由 端可插入永磁体14和励磁线圈15之间或从中脱离。

磁转子组件1的轴套10套于A轴上；感应转子组件2的轴套10’套 于B轴上，轴套10’与B轴可采用花键连接，轴套10’可沿B轴移动， 从而感应转子组件2可相对磁转子组件1轴向移动，使得感应转子组件2 可与磁转子组件1耦合，或从磁转子组件1中脱离。A轴、B轴指的是复 合式励磁永磁调速器的输入轴和输出轴。复合式励磁永磁调速器还包括执 行组件，执行组件通过连杆或螺旋套连接感应转子组件2的轴套10’，从 而通过执行组件驱动感应转子组件2移动。

本发明的复合式励磁永磁调速器，在磁转子组件1上同时设置永磁体 14和励磁线圈15，在耦合状态下(如图2)，当励磁线圈15的磁场方向与 永磁体14磁向一致时(如图5)，设定磁场强度为传动所需要的额定磁场 强度，当励磁线圈15的磁场方向与永磁体14磁向相反时(如图6)，设定 磁场强度为传动所需要最低稳定转速的额定磁场强度，如此，感应环22 在设定的转速范围内始终处于整体有效状态，运行状态稳定性较好。当超 过所需要的调速范围时，移动感应转子组件2从磁转子组件1中脱离(如 图4、图7)，从而达到进入脱开力矩传输状态的目的。

本发明中，由永磁体14提供基础磁场B1，由励磁线圈15提供调节 磁场B2，改变励磁电流和方向，感应环22所处磁场可以在B1+B2至B1-B2 的范围内变化，从而使得感应环22上产生不同的感应电流，得以使传递 扭矩有相应的变化，当需要改变的扭矩超过设定的范围时，通过移动感应 转子组件2可把感应环22从磁间隙中部分或全部脱离，以达到全转速度 范围内的调速。

该复合式励磁永磁调速器的调速区域可达到98％-70％范围内，保证设 备能稳定运行，在小于所需要的速度时能快速进入脱开力矩传输状态。

进一步地，磁转子组件1还包括由导磁材料制成的线圈基座17，所述 励磁线圈15通过线圈基座17安装于磁转子外圈12或磁转子内圈13上。 线圈基座17可由叠压式硅钢片制成，但不限于此，线圈基座17也可以由 其他导磁材料制成，本发明对此不作限制。

进一步地，所述线圈基座17周向均匀设置有数个线槽171，所述励磁 线圈15为集中绕组式励磁线圈15，所述励磁线圈15设于所述线槽171 内，励磁线圈15的出线端穿过第一端板11连接滑环碳刷16，并通过滑环 碳刷16连接励磁电源，励磁电源采用直流电源，直流电源大小、方向可 调，从而可以根据需要调节励磁线圈15产生的磁场。

所述永磁体14通过胶水粘合、螺钉固定或卡槽固定的方式安装于磁 转子内圈13或磁转子外圈12。

所述永磁体14外侧设有由不导磁材料制成的防护罩18，用于保护永 磁体14，避免永磁体14发生损坏而导致磁力衰减。

所述永磁体14在圆周上呈N极、S极相间排列，永磁体14的数量为 偶数列。

永磁体14的相邻列间设有由不导磁材料制成的压条19，压条19将永 磁体14压紧在磁转子内圈13或磁转子外圈12上，确保永磁体14安装稳 定。所述防护罩18同时将压条19罩住，进一步固定永磁体14。

所述永磁体14可以有多种形状，所述永磁体14可以呈矩形、瓦形或 梯形，本发明对此不作限制。

进一步地，所述感应环22采用紫铜或紫铜合金制成，具有非常好的 导电性和较高的机械强度。

一实施例中，所述感应环22通过螺钉固定于第二端板21上，如图2 所示，所述第二端板21上设有台阶，感应环22通过螺钉安装于台阶上。 但不限于此，于另一实施例中，所述感应环22也可焊接于第二端板21上。

所述感应环22和与之相连的轴套10为一体式结构，或通过螺钉连接。 图2所示实施例中，感应环22和与之相连的轴套10为一体式结构。

请参考图1、2所示，一实施例中，所述励磁线圈15设于磁转子外圈 12的内侧，所述永磁体14设于磁转子内圈13的外侧。

作为图2实施例的一个变形，磁转子外圈12上还设有永磁体14，磁 转子外圈12上的励磁线圈15为m个，磁转子外圈12上的永磁体14数量 为n个，磁转子内圈13上的永磁体14为m+n个，m、n均为偶数。该实 施例中，磁转子外圈12上的磁场由永磁体14和励磁线圈15一起提供。 然而，磁转子外圈12也可以不设置永磁体14，如图2所示，磁转子外圈 12上的磁场全部由励磁线圈15提供。

请参考图8所示，另一实施例中，所述永磁体14设于磁转子外圈12 的内侧，所述励磁线圈15设于磁转子内圈13的外侧。

作为图8实施例的一个变形，磁转子内圈13上还设有永磁体14，磁 转子内圈13上的励磁线圈15为m个，磁转子内圈13上的永磁体14数量 为n个，磁转子外圈12上的永磁体14为m+n个，m、n均为偶数。该实 施例中，磁转子内圈13上的磁场由永磁体14和励磁线圈15一起提供。 然而，磁转子内圈13也可以不设置永磁体14，如图所示，磁转子内圈13 上的磁场全部由励磁线圈15提供。

实施例1

如图1，磁转子外圈12为全励磁绕组，磁转子内圈13为永磁体14。 其调速范围为设计的最高转速到最低转速，不励磁时转速为(最高转速+ 最低转速)x0.5。

实例2

如图8，磁转子内圈13为全励磁绕组，磁转子外圈12为永磁体14。 其调速范围为设计的最高转速到最低转速，不励磁时转速为(最高转速+ 最低转速)x0.5。

实例3

参考图1所示，磁转子外圈12部分为励磁绕组，部分为永磁体14， 磁转子内圈13为永磁体14。其调速范围为设计的最高转速到最低转速， 不励磁时转速为高于(最高转速+最低转速)x0.5的某一个值。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保 护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或 间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种复合式励磁永磁调速器，其特征在于，包括：磁转子组件和可轴向移动的感应转子组件；

磁转子组件包括带轴套的第一端板、磁转子外圈、磁转子内圈、永磁体、励磁线圈和滑环碳刷，磁转子外圈和磁转子内圈同轴间隔设置于第一端板的同一侧，磁转子外圈设于磁转子内圈外侧；永磁体和励磁线圈中的任意一个设置于磁转子外圈上，另一个设置于磁转子内圈上，且永磁体和励磁线圈相对且间隔设置，滑环碳刷设于第一端板的轴套外侧，并与励磁线圈通过导线连接；

感应转子组件包括带轴套的第二端板和感应环，感应环设于第二端板上，当轴向移动感应转子组件时，感应环的自由端可插入永磁体和励磁线圈之间或从中脱离；

所述磁转子组件还包括由导磁材料制成的线圈基座，所述励磁线圈通过线圈基座安装于磁转子外圈或磁转子内圈上；所述线圈基座周向均匀设置有数个线槽，所述励磁线圈为集中绕组式励磁线圈，所述励磁线圈设于所述线槽内，励磁线圈的出线端穿过第一端板连接滑环碳刷，并通过滑环碳刷连接励磁电源，励磁电源采用直流电源。

2.如权利要求1所述的复合式励磁永磁调速器，其特征在于，所述励磁线圈设于磁转子外圈的内侧，所述永磁体设于磁转子内圈的外侧；或所述永磁体设于磁转子外圈的内侧，所述励磁线圈设于磁转子内圈的外侧。

3.如权利要求1所述的复合式励磁永磁调速器，其特征在于，所述永磁体外侧设有由不导磁材料制成的防护罩。

4.如权利要求1所述的复合式励磁永磁调速器，其特征在于，所述永磁体在圆周上呈N极、S极相间排列，永磁体的数量为偶数列；永磁体的相邻列间设有由不导磁材料制成的压条，压条将永磁体压紧在磁转子内圈或磁转子外圈上。

5.如权利要求4所述的复合式励磁永磁调速器，其特征在于，所述永磁体呈矩形、瓦形或梯形。

6.如权利要求1所述的复合式励磁永磁调速器，其特征在于，所述永磁体通过胶水粘合、螺钉固定或卡槽固定的方式安装于磁转子内圈或磁转子外圈。

7.如权利要求1所述的复合式励磁永磁调速器，其特征在于，所述感应环采用紫铜或紫铜合金制成。

8.如权利要求1所述的复合式励磁永磁调速器，其特征在于，所述感应环通过螺钉固定于第二端板上或焊接于第二端板上；所述感应环和与之相连的轴套为一体式结构，或通过螺钉连接。

9.如权利要求1所述的复合式励磁永磁调速器，其特征在于，所述励磁线圈设于磁转子外圈的内侧，所述永磁体设于磁转子内圈的外侧；磁转子外圈上还设有永磁体，磁转子外圈上的励磁线圈为m个，磁转子外圈上的永磁体数量为n个，磁转子内圈上的永磁体为m+n个，m、n均为偶数。