CN203617876U - 一种可调磁永磁涡流调速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可调磁永磁涡流调速器，该可调磁永磁涡流调速器包括减速马达（1）、电刷（2）、伞齿轮机构（3）、负载轴（4）、滑环（5）、右轴承（6）、凸轮转子（7）、永磁转子右端盖（8）、右端环（9）、永磁转子（10）、永磁转子左端盖（11）、下导磁环（12）、左端盖（13）、左轴承（14）、驱动轴（15）、上导磁环（16）、左端环（17）、导条（18）、驱动端铁心（19）；其中，所述减速马达（1）安装于凸轮转子（7）的轴伸端。本实用新型通过凸轮转子调整永磁转子内侧与上下导磁环之间的间隙，改变永磁转子励磁的能力从而改变气隙磁场的大小，实现耦合力矩和速度调节的目的。

Description

一种可调磁永磁涡流调速器

技术领域：

本实用新型涉及的是一种永磁涡流调速装置，尤其涉及到一种可调磁的永磁涡流调速器，属于涡流传动的技术领域。

背景技术：

一般机械传动主要通过链条传动、摩擦传动、液压传动、齿轮传动以及皮带式传动等方式，将负载经过机械设备直接联接到动力轴上，机械传动存在着机械磨损、高频振荡等问题。另外，虽然电机启动时，启动电流的峰值与所带负载大小无关，但接大负载直接启动会延长电动机启动时间，增加电机发热和温升，影响电动机使用寿命。为了避免此问题，用户在对电机选型时尽可能的增大电机容量，这既增加了一次成本投入，又造成了电机大马拉小车现象，降低了效率和增加电力损耗，浪费大量能源。

永磁涡流传动装置可以隔离电动机和从动轴，减少高频振动和噪声，通过永磁涡流调速，降低了负载扰动对电机工作点的不良影响，大大提高整个系统的运行效率，并且具有工作寿命长，不存在谐波污染的优点。并且永磁传动器可以起到软启动的作用，增强电动机带负载启动的能力。

永磁涡流传动的一般结构是：在内转子内侧或外转子外侧以表贴或内嵌的方式布置磁极相间的永磁体，称为永磁转子；相应地，与永磁体相对的是导体转子。永磁转子与导体转子同轴安置，均可以自由独立旋转。

永磁涡流传动的工作原理是：当电机驱动轴带动导体转子旋转时，由于永磁转子和导体转子间存在着相对运动，根据电磁感应定律，磁力线切割导体转子上导条，在导条上产生动生电势，在动生电势激励下产生涡流，同时电流产生的感生磁场与永磁体磁场相互作用，牵引永磁转子运动。由能量的双向流动，永磁体转子也可以作为驱动轴，导体转子作为从动轴，调速方式相同。

专利ZL200710134483.4提出通过调整永磁转子与导体转子间的气隙长度来调节气隙磁场强度，对耦合力矩的大小进行控制，达到负载调速的目的，并提出了相应的装置——气隙调节器。但实际应用中，由于气隙长度本来就不大，范围仅在几毫米到几厘米之间，永磁转子和导体转子之间的吸引力非常大，调整气隙长度要克服的磁力很大，不仅该机构难于实现，而且气隙调整的精度和平滑度得不到保证。另外还可以采用调整永磁转子与导体转子间的啮合长度来调节耦合力矩大小，从而实现负载调速，但随着永磁转子啮合面积减小，部分永磁体将直接暴露在外，它会吸引周围的金属碎片、空气中的磁性尘埃、机床工具等，这些杂物被吸引到永磁转子表面甚至进入工作气隙内，将严重影响调速器的正常工作。

本实用新型采用既不改变工作气隙长度也不改变永磁转子啮合面积的办法，通过对永磁涡流调速器的巧妙设计，对气隙磁场强度灵活调整，达到轴传递力矩和速度无级调整目的。

发明内容：

技术问题：本实用新型需要解决的技术问题是提供一种传递功率大，输出转矩调节范围大，单位体积出力多，并且能够实时调整工况（包括转矩转速和输出功率）的可调磁永磁涡流调速器。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种可调磁永磁涡流调速器，该可调磁永磁涡流调速器包括减速马达、电刷、伞齿轮机构、负载轴、滑环、右轴承、凸轮转子、永磁转子右端盖、右端环、永磁转子、永磁转子左端盖、下导磁环、左端盖、左轴承、驱动轴、上导磁环、左端环、导条、驱动端铁心；

其中，所述减速马达安装于凸轮转子的轴伸端，减速马达的输出轴与伞齿轮机构连接，电刷与滑环滑动接触并保持电气相连，通过电刷和滑环提供了减速马达所需的工作电源，伞齿轮机构的一端与负载轴固定连接；

所述的凸轮转子内侧与左轴承、右轴承连接，通过左轴承、右轴承使得凸轮转子与负载轴之间相对运动；凸轮转子外侧具有椭圆状表面并与下导磁环、上导磁环滑动接触，下导磁环、上导磁环外围为环状永磁转子，永磁转子的两侧面分别与永磁转子的右端盖和永磁转子的左端盖连接，永磁转子的左端盖与负载轴刚性连接，围绕永磁转子的外侧为环状驱动端铁心，驱动端铁心和永磁转子之间通过气隙实现磁场耦合，在驱动端铁心面向气隙开有多个沿圆周均匀分布的槽孔并在每个槽孔中置有导条，导条的两端分别由左端环和右端环短接，形成一个笼型结构导体；

所述的驱动端铁心左侧与左端盖连接，左端盖与驱动轴刚性连接；所述的电机驱动轴、左端环、右端环、左端盖、驱动端铁心和导条形成调速器的驱动部分，减速马达、电刷、伞齿轮机构、负载轴、滑环、右轴承、凸轮转子、永磁转子右端盖、永磁转子、永磁转子左端盖、下导磁环、左轴承、上导磁环组成从动部分。

优选的，上导磁环和下导磁环被限制为沿径向上下移动，上导磁环和下导磁环两端通过弹簧组合成一体。

有益效果：本实用新型通过凸轮转子调整永磁转子内侧与上下导磁环之间的间隙，改变永磁转子励磁的能力从而改变气隙磁场的大小，实现耦合力矩和速度调节的的目的。

由于采用了椭圆形凸轮转子，调节间隙所需的垂直力转变为旋转内转子所需的扭矩，极大减少驱动力，另外采用固定于凸轮转子上的减速马达和伞齿轮调节机构，提高了实时调速的灵活性和稳定性，具有结构紧凑、适用于大功率传动装置的优点。同时，本实用新型的调磁结构避免了永磁转子存在暴露于气隙之外的部分，较好地解决了气隙吸入杂质的问题。

附图说明

图1为本实用新型的永磁涡流调速器的剖面图

图2为永磁转子的俯视图

图3为凸轮转子和导磁环组件的俯视图

图4为最小出力状态的示意图

图5为最大出力状态的示意图

图6为伞齿轮调速器安装示意图

减速马达1、电刷2、伞齿轮调速器3、负载轴4、滑环5、右轴承6、凸轮转子7、永磁转子右端盖8、右端环9、永磁转子10、永磁转子左端盖11、下铁心环12、左端盖13、左轴承14、驱动轴15、上铁心环16、左端环17、导条18、驱动端铁心19、永磁体20、铁心21、弹簧22、减速马达输出轴23、伞齿轮头24、伞齿轮座25。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图1可知：所述可调磁的永磁涡流调速器采用凸轮转子推动上下导磁环来调节气隙磁场强度，包括减速马达1、电刷2、伞齿轮调速器3、负载轴4、滑环5、右轴承6、凸轮转子7、永磁转子右端盖8、右端环9、永磁转子10、永磁转子左端盖11、下铁心环12、左端盖13、左轴承14、驱动轴15、上铁心环16、左端环17、导条18、驱动端铁心19。

所述的减速马达1安装于凸轮转子7的轴伸端，减速马达的输出轴与伞齿轮机构3连接，电刷2与滑环5滑动接触并保持电气相连，通过电刷和滑环提供了减速马达1所需的工作电源，伞齿轮机构3的一端与负载轴4固定连接，所述的凸轮转子7内侧与左轴承13、右轴承6连接，通过轴承凸轮转子7与负载轴4之间可相对运动，凸轮转子7外侧具有椭圆状表面并与下导磁环12、上导磁环16滑动接触，上、下导磁环外围为环状永磁转子10，永磁转子10的两侧面分别与永磁转子右端盖8和永磁转子左端盖11连接，永磁转子左端盖11与负载轴4刚性连接，永磁转子10的外侧有环状驱动端铁心19，驱动端铁心19和永磁转子10之间通过气隙耦合，在驱动端铁心19面向气隙开有多个沿圆周均匀分布的槽孔并在每个槽孔中置有导条18，导条18的两端分别由左端环17和右端环9短接，形成一个笼型结构导体。所述的驱动端铁心19左侧与左端盖13连接，左端盖13与驱动轴15刚性连接。所述的永磁转子10、电机驱动轴15、左端环17、右端环9、驱动端铁心19和导条18形成调速器的驱动部分，减速马达1、电刷2、伞齿轮机构3、负载轴4、滑环5、右轴承6、凸轮转子7、永磁转子右端盖8、永磁转子10、永磁转子左端盖11、下导磁环12、左轴承14、上导磁环16组成从动部分。

由图2可知：永磁转子10采用永磁体20和铁心21相间的结构。

由图3可知：凸轮转子外表面为椭圆形，椭圆形的内转子半径不同，为不同情况下调磁调速提供了可能，椭圆长短轴之比越大，调磁范围越大。上导磁环16和下导磁环12被限制为沿径向上下移动，上、下导磁环两端通过弹簧22组合成一体。

由图4、5可知本实用新型的调速原理：由于椭圆半径不同，在凸轮转子长轴处支撑导磁环（如图4），提供克服弹簧拉力的反作用力时，导磁环与永磁体距离最近，永磁体内侧磁阻最小，此时大部分永磁磁场被导磁环短路，永磁转子在气隙建立的磁场强度最小，永磁涡流调速器传递的力矩最小；当凸轮转子短轴处支撑导磁环时（如图5），永磁体与导磁环之间间隙大、磁阻大，永磁转子在气隙建立的磁场最强，永磁涡流调速器传递的力矩最大。正常情况下调磁环的位置介于图4和图5两个极限位置之间，可根据工况实时调整，实现对输出功率和输出转速的实时调节。

由图6可见，减速马达固定在凸轮转子延伸轴上，减速马达输出轴和伞齿轮头连接，伞齿轮座固定在负载轴上，伞齿轮头和伞齿轮座通过机械啮合连接，当减速马达转动时带动转轴并伞齿轮头转动，使凸轮转子相对负载轴、导磁环、永磁转子左端盖等的位置发生相对改变。

椭圆状凸轮转子7用来调节气隙磁场从而实现速度调节，调磁原理如下：椭圆长轴和短轴分别对应速度调节的两个极限，当凸轮转子长轴轴线垂直于与上下导磁环的运动方向时，导磁环与永磁转子之间的间隙最大，永磁转子和驱动端铁心之间的气隙磁场最强，永磁涡流调速器的耦合扭矩最大，此时运行于高速状态；当凸轮转子短轴轴线垂直于与上下导磁环的运动方向时，导磁环与永磁转子之间的间隙最小，永磁转子的永磁励磁被消弱，气隙磁场最弱，永磁涡流调速器提供的扭矩最小，此时运行于低速状态。

驱动轴15与负载轴4可以互换，实现能量的双向流动

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征做出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种可调磁永磁涡流调速器，其特征在于：该可调磁永磁涡流调速器包括减速马达（1）、电刷（2）、伞齿轮机构（3）、负载轴（4）、滑环（5）、右轴承（6）、凸轮转子（7）、永磁转子右端盖（8）、右端环（9）、永磁转子（10）、永磁转子左端盖（11）、下导磁环（12）、左端盖（13）、左轴承（14）、驱动轴（15）、上导磁环（16）、左端环（17）、导条（18）、驱动端铁心（19）；

其中，所述减速马达（1）安装于凸轮转子（7）的轴伸端，减速马达（1）的输出轴与伞齿轮机构（3）连接，电刷（2）与滑环（5）滑动接触并保持电气相连，通过电刷（2）和滑环（5）提供了减速马达（1）所需的工作电源，伞齿轮机构（3）的一端与负载轴（4）固定连接；

所述的凸轮转子（7）内侧与左轴承（13）、右轴承（6）连接，通过左轴承（13）、右轴承（6）使得凸轮转子（7）与负载轴（4）之间相对运动；凸轮转子（7）外侧具有椭圆状表面并与下导磁环（12）、上导磁环（16）滑动接触，下导磁环（12）、上导磁环（16）外围为环状永磁转子（10），永磁转子（10）的两侧面分别与永磁转子（10）的右端盖（8）和永磁转子（10）的左端盖（11）连接，永磁转子的（10）左端盖（11）与负载轴（4）刚性连接，围绕永磁转子（10）的外侧为环状驱动端铁心（19），驱动端铁心（19）和永磁转子（10）之间通过气隙实现磁场耦合，在驱动端铁心（19）面向气隙开有多个沿圆周均匀分布的槽孔并在每个槽孔中置有导条（18），导条（18）的两端分别由左端环（17）和右端环（9）短接，形成一个笼型结构导体；

所述的驱动端铁心（19）左侧与左端盖（13）连接，左端盖（13）与驱动轴（15）刚性连接；所述的电机驱动轴（15）、左端环（17）、右端环（9）、左端盖（13）、驱动端铁心（19）和导条（18）形成调速器的驱动部分，减速马达（1）、电刷（2）、伞齿轮机构（3）、负载轴（4）、滑环（5）、右轴承（6）、凸轮转子（7）、永磁转子右端盖（8）、永磁转子（10）、永磁转子左端盖（11）、下导磁环（12）、左轴承（14）、上导磁环（16）组成从动部分。

2.根据权利要求1所述的可调磁永磁涡流调速器，其特征在于：上导磁环（16）和下导磁环（12）被限制为沿径向上下移动，上导磁环（16）和下导磁环（12）两端通过弹簧（22）组合成一体。

3.根据权利要求1或2所述的可调磁永磁涡流调速器，其特征在于：椭圆状凸轮转子（7）用来调节气隙磁场从而实现速度调节。

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