CN113346709A - 一种组合式电磁耦合型减速装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式电磁耦合型减速装置，其包括输出轴、多个驱动组件以及控制器。输出轴上套设有从动电磁轮，驱动组件包括驱动电机和驱动电磁轮。凹型永磁体的旋转磁场对从动电磁轮电磁耦合产生电磁转矩，实现能量传递，运行过程中无机械接触、无磨损、无机械噪声，并且驱动电磁轮与从动电磁轮之间无需油性润滑，两者之间柔性传递能量，有益于各驱动电机功率柔性分配。旋转的凹型永磁体驱动对凸极结构的从动电磁轮产生强烈的磁阻效应，形成电磁力矩，有益于提高系统效率。多个驱动组件并联运行，多个具有凹型永磁体的驱动电磁轮多点对同一个从动电磁轮产生合成拖动转矩，系统效率高，其容错允余性能好，总装集成度高，体积小，便于安装维修。

Description

一种组合式电磁耦合型减速装置

技术领域

本发明涉及电磁耦合技术领域，尤其涉及一种组合式电磁耦合型减速装置。

背景技术

一般来说，传统的机械减速机是基于主、从动轮的齿轮耦合传递能量，主动齿轮齿数与从动齿轮齿数之比小于1的原理制造而成。主从齿轮直接接触传递能量，在工作过程中产生噪音，存在齿部磨损，齿部耗能，主从齿轮发热，需要油性润滑，以便减少磨损能耗，降低主从齿轮温度，机械减速装置系统往往是用一台能与负载功率匹配的电机，通过轴连接器驱动减速机，由单电机和机械减速机构构成的机械减速装置系统，存在占地面积大，重量重，现场安装困难等诸多问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种组合式电磁耦合型减速装置，其解决了减速机的主、从动轮之间存在磨损的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的组合式电磁耦合型减速装置包括：

可选地，所述组合式电磁耦合型减速装置包括：

输出轴，所述输出轴上套设有从动电磁轮，所述从动电磁轮的外圆周上均匀设置有多个凸磁极；

多个驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机和驱动电磁轮，所述驱动电机的转轴与所述输出轴平行，所述驱动电磁轮套设在所述驱动电机的转轴上，多个所述驱动组件的所述驱动电磁轮环形阵列分布于所述从动电磁轮的圆周；

所述驱动电磁轮包括驱动铁芯和多个凹型永磁体，所述驱动铁芯套设在所述驱动电机的转轴上，多个所述凹型永磁体环形阵列设置于所述驱动铁芯的外圆周上；所述凹型永磁体的开口远离所述驱动铁芯的外圆周；所述凸磁极位于所述凹型永磁体的相对的两个面之间，所述驱动电磁轮旋转时能够通过电磁耦合驱动所述从动电磁轮旋转；

控制器，所述驱动电机与所述控制器连接。

可选地，多个所述驱动组件的所述驱动电机均为同型号同额定参数的动力电机，且均同向同步并联运行。

可选地，所述驱动电磁轮的半径为R1，所述从动电磁轮的半径为R2，R1小于R2；

所述驱动电磁轮与所述从动电磁轮之间的传动比为K₀，则有K₀＝R1/R2<1。

可选地，多个所述驱动组件的所述凹型永磁体均沿所述驱动铁芯的轴向充磁，且充磁方向一致；所述凹型永磁体的相对的两个分别为S极和N极；

S极和N极的极面距离为H1，则有H1＝H5+2δ，其中，H5为所述凸磁极的厚度，δ为S极或者N极的极面与所述凸磁极之间的气隙宽度。

可选地，所述驱动电磁轮与所述从动电磁轮之间通过电磁耦合传递能量产生电磁转矩，驱动所述从动电磁轮旋转；

所述从动电磁轮的转速与所述驱动电磁轮转速满足n₂＝K₀*n₁，其中，n₁为所述驱动电机的转速，n₂为所述从动电机的转速；

所述输出轴的输出功率满足：

其中，P为所述输出轴的输出功率，η为所述组合式电磁耦合型减速装置的总效率，P_i为第i台所述驱动电机的输出功率。

可选地，所述驱动铁芯的外圆周上均匀开设有多个安装槽，所述凹型永磁体设置于所述安装槽内。

可选地，所述驱动铁芯的外圆周上均匀开设有6个安装槽；

所述驱动电磁轮包括6个所述凹型永磁体，任意两个相邻所述凹型永磁体沿所述驱动铁芯的径向的中垂面之间的夹角均为60°。

可选地，所述从动电磁轮包括多片叠置的硅钢片。

可选地，所述驱动组件至少包括第一驱动组件和第二驱动组件；

所述第一驱动组件包括第一驱动电机和第一驱动电磁轮，所述第二驱动组件包括第二驱动电机和第二驱动电磁轮；

所述第一驱动电机的转轴和所述第二驱动电机的转轴以所述输出轴对称。

可选地，所述组合式电磁耦合型减速装置还包括壳体和安装盘；

所述壳体的内部为圆筒型中空结构；所述安装盘设置于所述壳体内，所述安装盘与所述壳体的中轴线垂直；所述驱动电机设置于所述安装盘上；

所述输出轴与所述安装盘转动连接，且所述输出轴与所述壳体转动连接。

(三)有益效果

本发明的组合式电磁耦合型减速装置从电网输入能量到输出轴输出机械能是通过旋转的凹型永磁体驱动从动电磁轮，相当于旋转磁场对从动电磁轮电磁耦合产生电磁转矩，实现能量传递，运行过程中无机械接触、无磨损、无机械噪声，并且驱动电磁轮与从动电磁轮之间无需油性润滑，两者之间柔性传递能量，有益于各驱动电机功率柔性分配。并且，驱动电磁轮上旋转的凹型永磁体驱动对凸极结构的从动电磁轮产生强烈的磁阻效应，形成电磁力矩，有益于提高系统效率。多个驱动组件并联运行，多个具有凹型永磁体的驱动电磁轮多点对同一个从动电磁轮产生合成拖动转矩，系统效率高，其容错允余性能好，总装集成度高，体积小，便于安装维修。

附图说明

图1为本发明的组合式电磁耦合型减速装置的整体结构示意图；

图2为本发明的组合式电磁耦合型减速装置的驱动电磁轮的轴向剖视结构示意图；

图3为本发明的组合式电磁耦合型减速装置的从动电磁轮的结构示意图；

图4为本发明的组合式电磁耦合型减速装置的驱动电磁轮的结构示意图；

图5为本发明的组合式电磁耦合型减速装置的驱动电磁轮的N极面示意图；

图6为本发明的组合式电磁耦合型减速装置的驱动电磁轮的S极面示意图；

图7为本发明的组合式电磁耦合型减速装置的从动电磁轮的硅钢片的结构示意图；

图8为本发明的组合式电磁耦合型减速装置的凹型永磁体的结构示意图；

图9为本发明的组合式电磁耦合型减速装置的驱动电磁轮与从动电磁轮的安装结构示意图。

【附图标记说明】

01：后端盖；02：前端盖；03：筒身；04：控制器；05：驱动电机；06：安装盘；07：转轴；08：驱动电磁轮；09：凹型永磁体；10：输出轴；11：从动电磁轮；15：轴承；16：驱动铁芯；18：气隙；20：N极；21：S极；24：凸磁极。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。

为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种组合式电磁耦合型减速装置，如图1所示，组合式电磁耦合型减速装置包括输出轴10、多个驱动组件以及控制器04，驱动电机05与控制器04连接，控制器04为一拖多的变频器。其中，输出轴10上套设有从动电磁轮11，从动电磁轮11的外圆周上均匀设置有多个凸磁极24。驱动组件包括驱动电机05和驱动电磁轮08，驱动电机05的转轴07与输出轴10平行，驱动电磁轮08固定套设在驱动电机05的转轴07上，多个驱动组件的驱动电磁轮08环形阵列分布于从动电磁轮11的周围，多个驱动电磁轮08同时对从动电磁轮11产生驱动力，而驱动电磁轮08与从动电磁轮11之间并无接触。具体地，驱动电磁轮08包括驱动铁芯16和多个具有高磁通密度的凹型永磁体09，驱动铁芯16为轮状结构，采用非导磁金属材料制作成的空心立体“工”字形载体。驱动铁芯16套设在驱动电机05的转轴07上，多个凹型永磁体09环形阵列设置于驱动铁芯16的外圆周上。凹型永磁体09的开口远离驱动铁芯16的外圆周，凹型永磁体09的开口朝向从动电磁轮11的外圆周，从动电磁轮11的凸磁极24位于凹型永磁体09的相对的两个面之间，驱动电磁轮08旋转时通过电磁耦合驱动从动电磁轮11旋转。本装置从电网输入能量到输出轴10输出机械能是通过旋转的凹型永磁体09驱动从动电磁轮11，相当于旋转磁场对从动电磁轮11电磁耦合产生电磁转矩，实现能量传递，运行过程中无机械接触、无磨损、无机械噪声，并且驱动电磁轮08与从动电磁轮11之间无需油性润滑，两者之间柔性传递能量，有益于各驱动电机05功率柔性分配。并且，驱动电磁轮08上旋转的凹型永磁体09驱动对凸极结构的从动电磁轮11产生强烈的磁阻效应，形成电磁力矩，有益于提高系统效率。多个驱动组件并联运行，多个具有凹型永磁体09的驱动电磁轮08多点对同一个从动电磁轮11产生合成拖动转矩，系统效率高，其容错允余性能好，总装集成度高，体积小，便于安装维修。

优选地，参见图1，多个驱动组件的驱动电机05均采用同型号同额定参数的动力电机，且均同向同步并联运行，提高运行的稳定性。驱动电机05优选为鼠笼式异步电动机，驱动电磁轮08对从动电磁轮11的电磁作用传递能量，产生电磁转矩，拖动从动电磁轮11旋转。

如图2和图3所示，从动电磁轮11的半径为R2，驱动电磁轮08的半径为R1，R1小于R2。驱动电磁轮08与从动电磁轮11之间的传动比为K₀，则有K₀＝R1/R2<1，组合式电磁耦合型减速装置在恒功率条件下具备低速大转矩的输出特性。多台同型同额定参数的笼式异步电动机在一台变频器控制下组成一拖多机组调速系统，在固有减速比K₀下，可以获得无级的更宽范围的低速工作状态。对于某些无需调速工况下运行的减速装置，可取消变频调速器，改为交流电网直接供电。

如图2所示，多个驱动组件的凹型永磁体09均沿驱动铁芯16的轴向充磁，且充磁方向一致，凹型永磁体09的相对的两个分别为S极21和N极20。所有N极20面嵌入到驱动铁芯16的左段，所有S极21面嵌入到驱动铁芯16的右段，反之亦然。每个驱动电磁轮08直接由对应的电机驱动，多个驱动电磁轮08对同一个从动电磁轮11多处圆周上的凸极产生电磁转矩，凸极从动电磁轮11输出轴10输出机械能。S极21和N极20的极面距离为H1，则有H1＝H5+2δ，其中，H5为凸磁极24的厚度，δ为S极21或者N极20的极面与凸磁极24之间的气隙18宽度。驱动电磁轮08旋转时，旋转磁场对从动电磁轮11电磁耦合产生电磁转矩，实现能量传递，运行过程中无机械接触、无磨损、无机械噪声。

关于输出轴10的输出功率，驱动电磁轮08与从动电磁轮11之间通过电磁耦合传递能量产生电磁转矩，驱动从动电磁轮11旋转。从动电磁轮11的转速与驱动电磁轮08转速满足n₂＝K₀*n₁，其中，n₁为驱动电机05的转速，n₂为从动电机的转速。输出轴10的输出功率满足：

其中，P为输出轴10的输出功率，η为组合式电磁耦合型减速装置的总效率，P_i为第i台驱动电机05的输出功率。

如图4所示，驱动铁芯16的外圆周上均匀开设有多个安装槽，凹型永磁体09设置于安装槽内，提高了凹型永磁体09安装的稳定性，同时，有效地缩小了驱动电磁轮08的整体体积。

如图5、图6、图7、图8所示，驱动铁芯16的外圆周上均匀开设有6个安装槽，驱动电磁轮08包括6个凹型永磁体09，任意两个相邻凹型永磁体09沿驱动铁芯16的径向的中垂面之间的夹角均为60°。从动电磁轮11铁芯的厚度为H5，从动电磁轮11具有良好的导磁性能，半径为R2，远大于驱动电磁轮08的半径R1，从动电磁轮11硅钢片结构如图所示，凸极磁极的宽为H7，等于凹型永磁体09的极面宽H4，即H7＝H4；凸磁极24高为H6，等于凹型永磁体09极面高H3减去两倍的单边气隙18δ，H6＝H3-2δ，δ为气隙18的宽度，极距τ等于半径为R1的驱动电磁轮08的60°圆心角所对应的弦长L1，L1＝2*R1*sin(60°/2)＝R1，即极距τ＝L1＝R1，从动电磁轮11凸极极数为m，m＝(2*π*R2)/τ＝(2*π*R2)/R1＝(2*π)/k₀取整后的极数。

优选地，如图3所示，从动电磁轮11包括多片叠置的硅钢片，从动电磁轮11为轴向充磁的凹型永磁体09的磁力线提供了良好的磁通路径，强烈的凸极磁阻效应，最大化地产生电磁转矩，有益于减速装置高效率运行。

优选的实施例中，参见图9，驱动组件至少包括第一驱动组件和第二驱动组件。第一驱动组件包括第一驱动电机05和第一驱动电磁轮08，第二驱动组件包括第二驱动电机05和第二驱动电磁轮08，第一驱动电机05的转轴07和第二驱动电机05的转轴07以输出轴10对称。两个具有凹型永磁体09的驱动电磁轮08通过两个对称点对同一个从动电磁轮11产生合成拖动转矩，系统效率高，其容错允余性能好，总装集成度高，体积小，便于安装维修。

如图1所示，组合式电磁耦合型减速装置还包括壳体和安装盘06。壳体的内部为圆筒型中空结构，安装盘06设置于壳体内，安装盘06与壳体的中轴线垂直。驱动电机05设置于安装盘06上。壳体包括筒身03、前端盖02和后端盖01，安装盘06和前端盖02上均开设有用于安装输出轴10的通孔，通孔内套设有轴承15，输出轴10固定套设在轴承15的内圆周中，用以输出动力。

本装置从电网输入能量到输出轴10输出机械能是通过旋转的凹型永磁体09驱动从动电磁轮11，相当于旋转磁场对从动电磁轮11电磁耦合产生电磁转矩，实现能量传递，运行过程中无机械接触、无磨损、无机械噪声，并且驱动电磁轮08与从动电磁轮11之间无需油性润滑，两者之间柔性传递能量，有益于各驱动电机05功率柔性分配。并且，驱动电磁轮08上旋转的凹型永磁体09驱动对凸极结构的从动电磁轮11产生强烈的磁阻效应，形成电磁力矩，有益于提高系统效率。多个驱动组件并联运行，多个具有凹型永磁体09的驱动电磁轮08多点对同一个从动电磁轮11产生合成拖动转矩，系统效率高，其容错允余性能好，总装集成度高，体积小，便于安装维修。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种组合式电磁耦合型减速装置，其特征在于，所述组合式电磁耦合型减速装置包括：

输出轴，所述输出轴上套设有从动电磁轮，所述从动电磁轮的外圆周上均匀设置有多个凸磁极；

多个驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机和驱动电磁轮，所述驱动电机的转轴与所述输出轴平行，所述驱动电磁轮套设在所述驱动电机的转轴上，多个所述驱动组件的所述驱动电磁轮环形阵列分布于所述从动电磁轮的圆周；其中，所述驱动电磁轮包括驱动铁芯和多个凹型永磁体，所述驱动铁芯套设在所述驱动电机的转轴上，多个所述凹型永磁体环形阵列设置于所述驱动铁芯的外圆周上；所述凹型永磁体的开口远离所述驱动铁芯的外圆周；所述凸磁极位于所述凹型永磁体的相对的两个面之间，所述驱动电磁轮旋转时能够通过电磁耦合驱动所述从动电磁轮旋转；以及，

控制器，所述驱动电机与所述控制器连接。

2.如权利要求1所述的组合式电磁耦合型减速装置，其特征在于，多个所述驱动组件的所述驱动电机均为同型号同额定参数的动力电机，且均同向同步并联运行。

3.如权利要求2所述的组合式电磁耦合型减速装置，其特征在于，所述驱动电磁轮的半径为R1，所述从动电磁轮的半径为R2，R1小于R2；

所述驱动电磁轮与所述从动电磁轮之间的传动比为K₀，则有K₀＝R1/R2<1。

4.如权利要求1所述的组合式电磁耦合型减速装置，其特征在于，多个所述驱动组件的所述凹型永磁体均沿所述驱动铁芯的轴向充磁，且充磁方向一致；所述凹型永磁体的相对的两个分别为S极和N极；

S极和N极的极面距离为H1，则有H1＝H5+2δ，其中，H5为所述凸磁极的厚度，δ为S极或者N极的极面与所述凸磁极之间的气隙宽度。

5.如权利要求1所述的组合式电磁耦合型减速装置，其特征在于，所述驱动电磁轮与所述从动电磁轮之间通过电磁耦合传递能量产生电磁转矩，驱动所述从动电磁轮旋转；

所述从动电磁轮的转速与所述驱动电磁轮转速满足n₂＝K₀*n₁，其中，n₁为所述驱动电机的转速，n₂为所述从动电机的转速；

所述输出轴的输出功率满足：

其中，P为所述输出轴的输出功率，η为所述组合式电磁耦合型减速装置的总效率，P_i为第i台所述驱动电机的输出功率。

6.如权利要求1-5任意一项所述的组合式电磁耦合型减速装置，其特征在于，所述驱动铁芯的外圆周上均匀开设有多个安装槽，所述凹型永磁体设置于所述安装槽内。

7.如权利要求6所述的组合式电磁耦合型减速装置，其特征在于，所述驱动铁芯的外圆周上均匀开设有6个安装槽；

所述驱动电磁轮包括6个所述凹型永磁体，任意两个相邻所述凹型永磁体沿所述驱动铁芯的径向的中垂面之间的夹角均为60°。

8.如权利要求1-5任意一项所述的组合式电磁耦合型减速装置，其特征在于，所述从动电磁轮包括多片叠置的硅钢片。

9.如权利要求1-5任意一项所述的组合式电磁耦合型减速装置，其特征在于，所述驱动组件至少包括第一驱动组件和第二驱动组件；

所述第一驱动组件包括第一驱动电机和第一驱动电磁轮，所述第二驱动组件包括第二驱动电机和第二驱动电磁轮；

所述第一驱动电机的转轴和所述第二驱动电机的转轴以所述输出轴对称。

10.如权利要求1-5任意一项所述的组合式电磁耦合型减速装置，其特征在于，所述组合式电磁耦合型减速装置还包括壳体和安装盘；

所述壳体的内部为圆筒型中空结构，所述安装盘设置于所述壳体内，所述安装盘与所述壳体的中轴线垂直；

所述驱动电机设置于所述安装盘上；

所述输出轴与所述安装盘转动连接，且所述输出轴与所述壳体转动连接。

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