CN110299815B - 一种同轴双转子变速电磁传动器 - Google Patents

一种同轴双转子变速电磁传动器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种同轴双转子变速电磁传动器，包括：外转子、端盖、负载轴、定子、内转子，外转子、负载轴、定子与内转子同轴设置，端盖包括分别设置在传动器两端的第一端盖和第二端盖，外转子通过轴承分别与两个端盖滑动连接；负载轴通过轴承分别与第一端盖和外转子内侧滑动连接；定子固定于第一端盖内侧，设置于外转子内部，并分别与内、外转子之间留有气隙；内转子套设在负载轴上，设置于定子内部，内转子和定子之间留有气隙。本发明采用双转子结构，无机械磨损，系统运行平稳且噪声小；转速可以大于输入转速，调速范围变宽，且传动比低，传递效率高；动力源与负载之间为电磁结构，系统可靠性高，寿命长。此外，能够实现传输功率的主动调节。

Description

一种同轴双转子变速电磁传动器
技术领域
本发明属于电磁调速传动技术领域，涉及一种电磁传动装置，尤其涉及一种同轴双转子变速电磁传动器。
背景技术
目前常规的动力传动系统采用的是齿轮组传动系统，系统中齿轮之间存在接触和间隙，运行时容易产生噪声和磨损。此外，这种传动系统一般只能以特定的传动比输出速度，调速只能通过改变动力源速度。并且，一旦负载运行状态发生突变，容易造成动力源的损坏，经济损失较大。
中国专利201420266548.6公开了“一种新型永磁涡流耦合调速器”，实现了动力源与负载之间无机械连接的传动方式，能够满足较为恶劣的现场环境，其次减振和隔振的效果明显，噪声小，增加了整个系统的可靠性和使用寿命。该技术虽然能够实现动力源与负载之间无机械连接的传动方式，但其负载端输出速度小于动力源的输入速度，传动比大于1:1，调速范围较窄且不能调节传输功率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种能够调节传输功率、传动比小、调速范围宽的同轴双转子变速电磁传动器，在实现动力源与负载之间无机械连接的同时，解决现有涡流调速耦合器等传动技术存在的传动比大、调速范围窄、减速输出等缺点。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种同轴双转子变速电磁传动器，包括：外转子、端盖、负载轴、定子、内转子，所述外转子、负载轴、定子与内转子同轴设置，所述端盖包括分别设置在传动器两端的第一端盖和第二端盖，外转子通过轴承分别与两个端盖滑动连接；负载轴通过轴承分别与第一端盖和外转子内侧滑动连接；定子固定于第一端盖内侧，设置于外转子内部，并分别与内、外转子之间留有气隙；内转子套设在负载轴上，设置于定子内部，内转子和定子之间留有气隙。
进一步的，所述外转子包括驱动轴、转子铁心和永磁体，转子铁心与驱动轴为一体结构，永磁体两极交替排列，且均匀分布于转子铁心内表面。
进一步的，所述定子包括定子铁心，交叉绕组和隔磁环，定子铁心内外表面均有开槽，且内、外槽数相等，所述隔磁环设置在定子铁心轭部，所述交叉绕组两边分别设置于定子内、外槽中。
进一步的，所述定子铁心由硅钢片沿轴向堆叠而成。
进一步的，所述交叉绕组所有线圈具有相同的缠绕方向，相邻两个线圈端部相互交叉。
进一步的，所述外转子永磁体磁场的极对数是定子内侧绕组所产生的磁场极对数的2n倍，n为整数。
进一步的，所述定子交叉绕组外槽绕组排列方式为ABCABCABCABC，内槽绕组排列方式可以为AABBCCAABBCC或AAAABBBBCCCCC，对应的传动比为1:2或1:4。
进一步的，所述交叉绕组串接滑动变阻器。
进一步的，所述内转子由实心铁磁材料、或实心覆铜材料制成。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明采用双转子结构，无机械磨损，系统运行平稳且噪声小；采用本发明结构输出转速可以大于输入转速，调速范围变宽，且传动比低，传递效率高；动力源与负载之间为电磁结构，系统可靠性高，寿命长。此外，绕组可以串接滑动变阻器实现传输功率的主动调节。
附图说明
图1为本发明提供的一种同轴双转子变速电磁传动器整体横截面示意图。
图2为本发明提供的一种同轴双转子变速电磁传动器整体结构爆炸示意图。
图3为外转子、定子和内转子的安装示意图。
图4为输入输出转速比1：2时绕线示意图。
图5为输入输出转速比1：4时单相绕线示意图。
图6为本发明提供的同轴双转子变速电磁传动器工作时内部定转子磁链分布图。
图7为内外转子转速有限元仿真示意图。
1-外转子，2.1-第一端盖，2.2-第二端盖，3-负载轴，4-隔磁环，5Z-定子，5-定子铁心6-内转子，7-交叉绕组。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明提供了一种同轴双转子变速电磁传动器，其整体结构如图1和图2所示，包括外转子1、端盖、负载轴3、定子5Z、内转子6等部件。其中，外转子1、负载轴3、定子5Z与内转子6四者同轴且外转子1、内转子6与定子5Z之间留有一定气隙。端盖包括分别设置在传动器两端的第一端盖2.1和第二端盖2.2两部分，外转子1通过轴承分别与第一端盖2.1和第二端盖2.2滑动连接；负载轴3通过轴承分别与第一端盖2.1和外转子1内侧滑动连接，负载轴3与外转子1同轴心；定子5Z通过固定螺母等方式固定于第一端盖2.1内侧，设置于外转子内部，分别与内、外转子之间留有一定气隙。内转子6套设在负载轴3中部，设置于定子5Z内部，内转子6和定子5Z之间留有一定气隙。
具体地说，外转子的结构如图1、图2所示，由转子铁心1.2、永磁体1.3和驱动轴1.1组成。驱动轴1.1与转子铁心1.2为一体结构，驱动轴1.1是与外动力源相连接的部件；永磁体1.3均匀地贴在外转子铁心1.2内表面，N极与S极交替分布；外转子通过轴承分别与第一端盖2.1和第二端盖2.2滑动连接；外转子内侧设置有轴承，外转子与负载轴同轴心且与负载轴一端滑动连接。
内转子为圆柱形实心铁磁材料构成，内部中空，内转子可以为实心覆铜结构，也可以为鼠笼等异步电机转子结构。
定子结构5Z如图3，图4和图5所示，包括定子铁心5，交叉绕组7和隔磁环4。定子铁心5由硅钢片沿轴向堆叠而成，其外表面与内表面分别沿轴向均匀开定子外槽5.1与定子内槽5.2，定子内、外槽数相等。交叉绕组线圈一边置于定子外槽中，另一边置于定子内侧槽中；隔磁环设置在定子铁心轭部，限制定子内外磁场的耦合。
交叉绕组7结构如图3和图4所示，所有绕组线圈具有相同的缠绕方向，相邻两个绕组线圈端部呈交叉结构。根据绕组结构的不同，外转子永磁体磁场的极对数是定子内侧绕组所产生的磁场极对数的2n倍，n为整数。以三相绕组为例，定子外侧绕组线圈排布沿图4中逆时针方向为ABCABCABCABC顺序，内侧绕组线圈沿图4中顺时针方向为AABBCCAABBCC，传动比为1:2，如图4所示。
进一步的，内侧线圈可以为AAAABBBBCCCC，传动比为1:4，如图5所示。更进一步可以设置为1:8，1:16等不同传动比的传动结构。采用本发明所提供的方案，输出轴输出的转速能够大于外转子的输入转速。
作为改进，交叉绕组可以串接滑动变阻器，能够调节外转子侧传输至内转子侧的传输功率。
上述结构的同轴双转子变速电磁传动器的工作原理如下：
外转子1与外动力源连接之后，外转子1跟随外动力源旋转，定子外侧线圈切割永磁体磁场产生交变电动势，在绕组中产生交变电流，然后定子内侧线圈形成旋转磁场，如图6所示。根据电磁感应定律与异步电机原理，转子内侧旋转磁场将驱动内转子做旋转运动，如图7所示。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种同轴双转子变速电磁传动器，包括：外转子、端盖、负载轴、定子、内转子，所述外转子、负载轴、定子与内转子同轴设置，其特征在于：所述端盖包括分别设置在传动器两端的第一端盖和第二端盖，外转子通过轴承分别与两个端盖滑动连接；负载轴通过轴承分别与第一端盖和外转子内侧滑动连接；定子固定于第一端盖内侧，设置于外转子内部，并分别与内、外转子之间留有气隙，所述定子包括定子铁心，交叉绕组和隔磁环，定子铁心内外表面均有开槽，且内、外槽数相等，所述隔磁环设置在定子铁心轭部，所述交叉绕组两边分别设置于定子内、外槽中；所述外转子永磁体磁场的极对数是定子内侧绕组所产生的磁场极对数的2n倍，n为整数；所述定子交叉绕组外槽绕组排列方式为ABCABCABCABC，内槽绕组排列方式为AABBCCAABBCC或AAAABBBBCCCCC；内转子套设在负载轴上，设置于定子内部，内转子和定子之间留有气隙。
2.根据权利要求1所述的同轴双转子变速电磁传动器，其特征在于：所述内转子由实心铁磁材料、或实心覆铜材料制成，所述外转子包括驱动轴、转子铁心和永磁体，转子铁心与驱动轴为一体结构，永磁体两极交替排列，且均匀分布于转子铁心内表面。
3.根据权利要求2所述的同轴双转子变速电磁传动器，其特征在于：所述定子铁心由硅钢片沿轴向堆叠而成。
4.根据权利要求1所述的同轴双转子变速电磁传动器，其特征在于：所述交叉绕组所有线圈具有相同的缠绕方向，相邻两个线圈端部相互交叉。
5.根据权利要求1所述的同轴双转子变速电磁传动器，其特征在于：内槽绕组排列方式AABBCCAABBCC或AAAABBBBCCCCC对应的传动比为1:2或1:4。
6.根据权利要求1所述的同轴双转子变速电磁传动器，其特征在于：所述交叉绕组串接滑动变阻器。
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