磁屏蔽式永磁调速器
技术领域
本发明属于永磁调速技术领域,尤其涉及一种磁屏蔽式永磁调速器。
背景技术
在大型采矿、石油化工、电力及冶金等行业中,由于节能环保的需要,永磁调速装置的应用越来越广泛。永磁调速装置能适应各种恶劣环境,包括电网电压波动大、谐波严重、易燃易爆、潮湿、粉尘等场所,可在线调节负载的转速,以满足系统实际运行需要,实现调速节能,调速范围0-98%,节能率10%~65%。工作时,电机带动永磁调速器的导体转子转动,导体转子上的铜导体切割永磁转子上永磁体发出的磁感线产生涡流,涡流产生感应磁场,感应磁场与永磁体源磁场耦合作用进而产生扭矩,使永磁转子带动负载转动,由于永磁调速技术简单、可靠,设备使用寿命长;无电磁波干扰问题;所以很多条件艰难的场所的调速装置逐渐被永磁调速器代替。
现有的永磁调速器主要有筒形永磁调速器和盘式永磁调速器,筒形调速器靠调节筒形永磁转子与筒形导体转子在轴线方向的相对位置,以改变永磁转子和导体转子耦合的有效部分,进而调节转矩,这就需要的较大的轴向空间以利于永磁转子和导体转子之间进行相对轴向的移动;而盘式永磁调速器通过调节盘形永磁转子和导体转子之间的气隙来进行转矩的调节,进而实现对负载的调速。也需要较大的轴向空间进行气隙的调节,产品轴向尺寸大,给现场改造带来很大的不便;调速时,永磁转子需要移动,设备悬臂长、振动大、容易损坏轴承、设备可靠性不好;调节时,由于永磁转子质量、转动惯量大、易冲击;调节装置负载、调节轴承受力过大易损坏;设备振动大、发热高、永磁体易失效;同时调节气隙时还需要克服较大的永磁吸力的作用。这样在一些空间受限的地方难以应用。
中国专利CN 104883030 A提供了一种新型旋转凸极调节磁通的永磁调速器,包括驱动轴和从动轴,驱动轴固定设置有筒形导体转子,筒形导体转子形成的腔室内设置有一端固定在从动轴的永磁转子,且永磁转子和筒形导体转子之间存在径向间隙,永磁转子另一端的下部设置有与从动轴一起旋转的棘轮套和可在棘轮套上相对转动的凸极导磁磁轭21,永磁转子内等间距设置有多个切向式永磁磁钢。避免了传统的筒形永磁调速器靠调节永磁转子与筒形导体转子在轴线方向的相对位置来调节永磁转子和导体转子耦合面积的有效部分所占空间较大的问题,不需要额外的轴向空间,也不需要额外复杂的气缸等调节机构,使得整个调速器的结构更加紧凑、合理,相 同体积下的传递转矩得到大幅提高。但是,此种结构中,每个永磁体只能从自身的N极发出回到自身的S极,相邻永磁体的N极和N极是相互排斥的,凸极导磁磁轭21只能屏蔽一部分磁感线,甚至对磁感线基本起不到屏蔽作用,起不到调节磁通量的作用,其原理图如图1、图2所示,磁感线从N极发出回到S极时,一部分从永磁体朝向铜导体22的一侧通过,这部分磁感线被铜导体22切割,而且通过铜导体22的磁通量不会随凸极导磁磁轭21的位置改变而改变,另一部从永磁体朝向凸极导磁磁轭21的一侧通过,这部分磁感线不论凸极导磁磁轭21如何转动,都不会被铜导体22切割,也不会产生涡流和扭矩,综上所述,该结构对负载的速度调节范围是极其有限的,甚至几乎不能调节转速,不能从零速进行调节,也不能达到磁感线的百分之百传递,造成了能量的浪费,达不到预期的效果,要想实现导体转子与永磁转子之间转速从零到最大的调节非常难,现有技术没有能到达这种效果的结构。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明针对现有的永磁调速器磁感线通过调节轴向距离调节负载转速导致的设备体积大不方便操作、径向调节距离时调节效果不佳等问题,提供了一种磁屏蔽式永磁调速器,设备轴向尺寸小、现场改造方便;只需要调节磁屏蔽机构即可,重量轻,调节力小,调节机构简单,可靠性高;发热量小,实现了转速从零到最大之间的任意调节。
一种磁屏蔽式永磁调速器,包括导体转子、永磁转子,所述导体转子与所述永磁转子之间存在气隙,其特征在于还包括磁屏蔽机构,所述磁屏蔽机构设置在所述导体转子与所述永磁转子之间。
所述磁屏蔽机构包括磁通屏蔽结构、磁通调节结构,所述磁通屏蔽结构与所述磁通调节结构连接,所述磁通屏蔽结构上设有磁通孔。
还包括与所述磁屏蔽机构连接的外部执行机构。
所述磁通屏蔽结构为盘式磁通屏蔽结构,所述盘式磁通屏蔽结构包括两个同轴连接的屏蔽盘,所述屏蔽盘上设有磁通孔,所述永磁转子设置在两个所述屏蔽盘之间,并与所述屏蔽盘同轴设置;所述屏蔽盘上有所述磁通孔。
所述磁通屏蔽结构为筒式磁通屏蔽结构,所述筒式磁通屏蔽结构包括屏蔽筒,所述屏蔽筒设置在所述永磁转子外周,并位于所述导体转子内周;所述屏蔽筒上设有所述磁通孔。
所述磁通孔的形状、尺寸、数量与设置在所述永磁转子上的永磁体相同。
所述磁通调节结构包括设置在联轴器二外周并与其同步转动的螺旋套,所述螺旋套与 所述磁通屏蔽结构连接并同步转动,所述联轴器二与所述永磁转子连接。
还包括凸轮轴承、轴承室、轴承、轴承端盖,所述磁通屏蔽结构、所述螺旋套通过所述凸轮轴承连接,所述螺旋套与所述联轴器二连接,并可在所述联轴器二上左右移动,使所述磁通屏蔽结构与所述永磁转子相对转动一定角度。
所述螺旋套上设有导向键和螺旋槽,所述导向键设置在所述螺旋套内壁上,所述导向键与设置在所述联轴器二外壁的导向槽配合连接,所述螺旋槽设置在所述螺旋套的外壁上,所述凸轮轴承设置在所述螺旋槽内。
所述磁屏蔽机构与所述永磁转子同轴设置,并可相对所述永磁转子转动。
所述永磁转子位于所述磁屏蔽机构的空间内。
本发明的有益效果是:设置了磁屏蔽机构,磁屏蔽机构中磁通屏蔽结构通过外部执行机构调节磁通调节结构进行调节,调节过程中,永磁转子没有轴向位移,避免了产品轴向尺寸大给现场改造带来的不便;其中磁屏蔽机构的轴向移动通过联轴器二上的导向槽与螺旋套上的导向键配合实现,磁屏蔽机构与永磁转子的相对转动是通过螺旋套上的螺旋槽与凸轮轴承实现的;调速时,永磁转子不需要移动,减小了设备的振动,使得轴承不易损坏,设备可靠性好;由于永磁转子不需要移动,省去了其复杂的调节结构,设备结构简单易实现,设备占用空间小;同时永磁转子不需要移动,减小了设备的发热量,不存在设备散热困难、永磁体易失效的问题;磁通屏蔽结构转动时不要调节气隙,避免了调节气隙需要克服较大的永磁吸力作用。当磁屏蔽机构旋转到某一角度时,永磁体完全露出,此时当磁屏蔽机构旋转到另一角度时,永磁体完全遮挡;永磁转子无需轴向移动调节,受力结构好,设备振动小,重量轻,调节力小,调节机构简单,发热量小,运转稳定可靠,使用寿命长;负载转速实现了从零速到导体转子转速之间的任意调节,屏蔽和磁通量调控效果好。
附图说明
图1为现有技术中凸极导磁磁轭对磁感线与铜导体完全屏蔽的结构示意图;
图2为现有技术中凸极导磁磁轭对磁感线与铜导体完全没有屏蔽的结构示意图;
图3为本发明实施例1的结构示意图;
图4为本发明实施例1的局部放大图;
图5为本发明盘式磁通屏蔽结构的示意图;
图6为本发明螺旋套的结构示意图;
图7为本发明联轴器二的结构示意图;
图8为本发明实施例1盘式磁通屏蔽结构对永磁体完全开放的结构示意图;
图9为本发明实施例1盘式磁通屏蔽结构结构对永磁体完全屏蔽的结构示意图;
图10为本发明实施例2的结构示意图;
图11为发明实施例2屏蔽筒的结构示意图;
图12为本发明磁通屏蔽结构的筒式结构对永磁转子完全屏蔽的示意图;
图13为本发明磁通屏蔽结构的筒式结构对永磁转子完全开放的示意图;
图14为本发明实施例2永磁转子的结构示意图;
图15为本发明实施例2导体转子的结构示意图;
图16为本发明永磁体的磁感线最大程度穿过磁通孔的示意图;
图17为本发明永磁体的磁感线被完全屏蔽的结构示意图。
图中,1-联轴器一,2-背铁一,3-铜环一,4-背铁连接件,5-铜环二,6-背铁二,7-永磁体,8-筒式或盘式磁通屏蔽结构,9-磁铁固定盘,10-螺母,11-凸轮轴承,12-轴承室,13-轴承,14-轴承端盖,15-螺旋套,16-联轴器二,17-磁通孔,18-屏蔽盘,19-导向键,20-螺旋槽,21-凸极导磁磁轭,22-铜导体,23-屏蔽筒,24、导向槽。
具体实施方式
下面结合附图对发明的具体实施方式做出说明。
本发明提供一种磁屏蔽式永磁调速器,包括导体转子、永磁转子,所述导体转子与所述永磁转子之间存在气隙,其特征在于还包括磁屏蔽机构,所述磁屏蔽机构设置所述导体转子与所述永磁转子之间。
所述磁屏蔽机构包括磁通屏蔽结构、磁通调节结构,所述磁通屏蔽结构与所述磁通调节结构连接,所述磁通屏蔽结构上设有磁通孔。
还包括与所述磁屏蔽机构连接的外部执行机构,具体为所述磁通调节结构与所述外部执行机构连接。
所述磁通屏蔽结构为盘式磁通屏蔽结构,所述盘式磁通屏蔽结构包括两个同轴连接的屏蔽盘,所述屏蔽盘上设有磁通孔,所述永磁转子设置在两个所述屏蔽盘之间,并与所述屏蔽盘同轴设置;优选地,所述屏蔽盘上有磁通孔。
所述磁通屏蔽结构为筒式磁通屏蔽结构,所述筒式磁通屏蔽结构包括屏蔽筒,所述屏蔽筒设置在所述永磁转子外周,并位于所述导体转子内周;优选地,所述屏蔽筒上设有磁通孔。
所述磁通孔的形状、尺寸、数量与设置在所述永磁转子上的永磁体相同。
所述磁通孔的形状为方孔。
所述磁通调节结构包括设置在联轴器二外周并与其同步转动的螺旋套,螺旋套通过轴承由外部执行机构控制,所述螺旋套与所述磁通屏蔽结构连接并同步转动,所述联轴器二与所述永磁转子连接。
还包括凸轮轴承、轴承室、轴承、轴承端盖,所述磁通屏蔽结构、所述螺旋套通过所述凸轮轴承连接,所述螺旋套与所述联轴器二连接,并可在所述联轴器二上左右移动,使所述磁通屏蔽结构与所述永磁转子相对转动一定角度,所述轴承设置在所述螺旋套后端,并位于轴承室内,所述轴承室端部设有轴承端盖。
所述螺旋套上设有导向键和螺旋槽,所述导向键设置在所述螺旋套内壁上,所述导向键与设置在所述联轴器二外壁的导向槽配合连接,所述螺旋槽设置在所述螺旋套的外壁上,所述凸轮轴承设置在所述螺旋槽内。
所述磁屏蔽机构与所述永磁转子同轴,并可相对所述永磁转子转动。
所述永磁转子位于所述磁屏蔽机构的空间内。
实施例1:
如图3、4所示,本实施例的磁屏蔽式永磁调速器为盘式永磁调速器结构,具体包括导体转子、设置在导体转子两铜环之间的永磁转子、设置导体转子与永磁转子之间的盘式磁屏蔽机构,所述导体转子与所述永磁转子之间存在间隙,所述盘式磁屏蔽机构与所述永磁转子同轴设置,并可相对所述永磁转子转动。
其中永磁转子可以全部位于所述盘式磁屏蔽机构的空间内,也可以部分位于盘式磁屏蔽机构的空间内,能够实现屏蔽磁感线、调节负载转速的目的即可。
其中,本发明的导体转子包括联轴器一1、背铁一2、铜环一3、背铁连接件4、铜环二5以及背铁二6,导体转子通过联轴器一1与电机驱动轴连接;铜环一3固定在背铁一2上,铜环二5固定在背铁二6上,背铁一2与背铁二6通过背铁连接件4相连接,背铁一2与联轴器一1相连接;
本发明的永磁转子包括联轴器二16、永磁体7以及磁铁固定盘9,永磁体7固定在磁铁固定盘9上,沿圆周均匀分布,永磁转子通过联轴器二16与负载驱动轴相连接,使负载产生相应转速,负载可以为风机、水泵等设备。
盘式磁屏蔽机构包括盘式磁通屏蔽结构8和盘式磁通调节结构、与盘式磁通调节结构连接的外部执行机构,盘式磁通屏蔽结构8与盘式磁通调节结构连接。其中在所述盘式磁通屏蔽结构8上设有磁通孔17,作为本方案的优选,所述磁通孔17的形状、尺寸与设置在所述永磁转子上的永磁体7相同,磁通孔17的位置在盘式磁通屏蔽结构8旋转到某一角度能与永磁体7位置平行并完全重合,使得磁通孔17能完全通过永磁转子产生的磁感线。其中盘式磁通调节结构包括设置在联轴器二16外周并与其同步转动的螺旋套15,螺旋套15随联轴器二16同步转动,从而可以带动屏蔽盘18与永磁转子同步转动;所述联轴器二16与所述永磁转子连接。
外部执行机构用于控制盘式磁通调节结构,进而控制盘式磁通屏蔽结构8的转动,外部执行机构可以为气缸、液压缸等结构,或者为控制更精确的伺服电机或步进电机,亦或者手动调节,凡是能实现本发明的电动的或非电动的控制结构均为本发明的保护范围。
如图5所示,本发明的盘式磁通屏蔽结构8包括两个同轴连接的屏蔽盘18,所述屏蔽盘18上设有磁通孔17,所述永磁转子设置在两个所述屏蔽盘18之间,并与所述屏蔽盘18同轴设置;两个屏蔽盘18的大小可以一样,也可不同,当时磁通孔17的位置要和永磁体7的位置对应、重合,最好均匀分布。屏蔽盘18结构的磁通屏蔽结构形状类似工字形。
安装时,永磁转子是安装在两个屏蔽盘18之间的,且永磁转子与屏蔽盘18具有相同的中心线。永磁体7可以部分位于两个屏蔽盘18之间,也可以局部位于两个屏蔽盘18之间,根据实际负载的需要,能起到调节负载转速的目的即可。
为了便于螺旋套15的安装及螺旋套15在联轴器二16上移动,磁通调节结构还包括凸轮轴承11、轴承室12、轴承13、轴承端盖14,所述磁通屏蔽结构、所述螺旋套15通过所述凸轮轴承11连接,所述螺旋套15与所述联轴器二16通过导向键19和导向槽24的配合连接,这种结构实现了螺旋套15在联轴器二16上的轴向移动,螺旋套15轴向移动时,通过其上的螺旋槽20和凸轮轴承11带动屏蔽盘18与永磁转子相对转动一定角度,达到控制盘式磁通屏蔽结构8的磁通孔17与永磁转子上的永磁体7的相对位置关系的目的,螺旋套15通过轴承13由外部执行机构控制,所述轴承13设置在所述轴承室12内,并位于螺旋套15的后端,所述轴承室12端部设有轴承端盖14。
如图6所示,螺旋套15是连接盘式磁通屏蔽结构8和联轴器二16、并实现盘式磁通屏蔽结构8相对永磁体7转动的主要结构,在螺旋套15上设置导向键19,并开有螺旋槽20,所述导向键19设置在所述螺旋套15内壁上,所述导向键19与设置在所述联轴器二16外壁的导向槽24(如图7所示)配合连接,所述螺旋槽20设置在所述螺旋套15的外壁上,所述凸轮轴承11设置在所述螺旋槽20内,屏蔽盘18与凸轮轴承11通过螺母10固定连接。
当屏蔽盘18上的磁通孔17与永磁体7完全重合时,磁感线能最大程度通过导体转子,并最大限度切割磁感线,产生的扭矩最大,负载以最大转速转动,如图8所示;当永磁体7被屏蔽盘18完全挡住时,磁感线被屏蔽盘18最大程度屏蔽,导体转子不切割磁感线,负载转速为零,如图9所示。
实施例2:
作为本发明的另一种优选结构,所述磁通屏蔽结构为筒式磁通屏蔽结构8,图10为本实施例的整体结构示意图,具体包括导体转子、设置在导体转子内周的永磁转子、设置导体转子与永磁转子之间的筒式磁屏蔽机构,所述导体转子与所述永磁转子之间存在间隙,所述筒式磁屏蔽机构与所述永磁转子可以同轴设置,可也不同轴,筒式磁屏蔽机构可相对所述永磁转子转动,为了便于实现本实施例优选同轴设置,所述永磁转子位于所述筒式磁屏蔽机构的空间内。
筒式磁屏蔽机构包括筒式磁通屏蔽结构8和筒式磁通调节结构、与筒式磁通调节结构连接的外部执行机构,筒式磁通屏蔽结构8与筒式磁通调节结构连接。其中在所述筒式磁通屏蔽结构8上设有磁通孔17,作为本方案的优选,所述磁通孔17的形状、尺寸与设置在所述永磁转子上的永磁体7相同,磁通孔17的位置在筒式磁通屏蔽结构8旋转到某一角度能与永磁体7位置平行并完全重合,使得磁通孔17能完全通过永磁转子产生的磁感线。
其中,所述筒式磁通屏蔽结构8包括屏蔽筒23,如图11所示,所述屏蔽筒23设置在所述永磁转子外周,并位于所述导体转子内周;在屏蔽筒23上设置磁通孔17,屏蔽筒23一端通过螺旋套15与联轴器二16连接,另一端为敞开结构。永磁体7或者永磁转子可以完全位于屏蔽筒23内,也可以部分位于屏蔽筒23内,能够用本发明的这种结构实现调节负载转速的目的即可。本实施例的永磁转子是套在屏蔽筒23内部的。
筒式磁通调节结构包括设置在联轴器二16外周并与其同步转动的螺旋套15,螺旋套15随联轴器二16同步转动,从而可以带动屏蔽筒23与永磁转子同步转动;所述联轴器二16与所述永磁转子连接。如图6所示,螺旋套15是连接筒式磁通屏蔽结构8和联轴器二16、并实现筒式磁通屏蔽结构8相对永磁体7转动的主要结构,在螺旋套15上设置导向键19,并开有螺旋槽20,所述导向键19设置在所述螺旋套15内壁上,所述导向键19与设置在所述联轴器二16外壁的导向槽24(如图7所示)配合连接,所述螺旋槽20设置在所述螺旋套15的外壁上,所述凸轮轴承11设置在所述螺旋槽20内。屏蔽筒23与凸轮轴承11通过螺母10固定连接。
所述导体转子包括联轴器一1、背铁一2、铜环一3,导体转子通过联轴器一1与电机驱动轴连接;铜环一3固定在背铁一2上,背铁一2与联轴器一1相连接;导体转子的示 意图如图15所示。
本发明的永磁转子包括联轴器二16、永磁体7以及磁铁固定盘9,永磁体7固定在磁铁固定盘9上,沿圆周均匀分布,永磁转子通过联轴器二16与负载驱动轴相连接,使负载产生相应转速,负载可以为风机、水泵等设备。永磁转子的示意图如图14所示。
本实施例的外部执行机构与实施例1相同,用于控制筒式磁通调节结构,进而控制筒式磁通屏蔽结构8的转动,外部执行机构可以为气缸、液压缸等结构,或者为控制更精确的伺服电机或步进电机,亦或者手动调节,凡是能实现本发明的电动的或非电动的控制结构均为本发明的保护范围。
当屏蔽筒23上的磁通孔17与永磁体7完全重合时,磁感线能最大程度通过导体转子,并最大限度切割磁感线,产生的扭矩最大,负载以最大转速转动,如图13所示;当永磁体7被屏蔽筒23完全挡住时,磁感线被屏蔽筒23最大程度屏蔽,导体转子不切割磁感线,负载转速为零,如图12所示。
另外,不论是筒式永磁调速器还是盘式永磁调速器,本发明的永磁体7均包括N极和S极,永磁体7的N极或S极朝向导体转子的内壁方向,且N极朝向导体转子内壁的永磁体7与S极朝向导体转子内壁的永磁体7交错分布,这样,N极发出的、能够被导体转子切割到的这部分磁感线都要通过导体转子,回到相邻永磁体7的S极,而不会回到自身的S极,使得产生的磁感线全部从导体转子的一侧通过,不会从靠近轴线的一侧经过,使导体转子对磁感线进行切割,这种排布方式可使磁感线最大程度的通过导体转子,不存在磁感线漏掉的情况,进而能够产生的扭矩达到最大。
本发明的工作原理:
螺旋套15可以在联轴器二16上轴向移动,永磁体7沿永磁转子的圆周均匀分布,筒式或盘式磁通屏蔽结构8上开有与永磁体7尺寸、形状相当的磁通孔17,并且数量与永磁体7相同,磁通孔17沿筒式或盘式磁通屏蔽结构8的圆周均匀分布;当螺旋套15移动到某一位置,筒式或盘式磁通屏蔽结构8相对于永磁转子旋转一个角度,筒式或盘式磁通屏蔽结构8上的磁通孔17与永磁体7对应,此时永磁体7的磁力线全部通过导体转子,其磁感线通过导体转子的状态如图16所示,导体转子上的铜环一3和铜环二5上产生的涡流最大,产生的扭矩最大,永磁转子速度最大,负载转速最大;当螺旋套15移动到某一位置时,筒式或盘式磁通屏蔽结构8上的磁通孔17与永磁体7不对应,筒式或盘式磁通屏蔽结构8完全遮挡永磁体7,其磁感线通过导体转子的状态如图17所示,此时永磁体7的磁力线不通过导体转子,导体转子上的铜环不切割磁力线,不产生涡流,不产生扭矩,永磁转子的 速度为零,负载转速为零;所以当螺旋套15沿联轴器二16左右移动时,筒式或盘式磁通屏蔽结构8相对于永磁转子会转动一个角度,在这个过程中通过对永磁体7磁力线的屏蔽与开放来调节扭矩的大小,进而达到调节负载转速的目的。
使用过程:外部执行机构通过轴承13作用在螺旋套15上;螺旋套15沿联轴器上的导向槽24左右移动;筒式或盘式磁通屏蔽结构8与螺旋套15通过凸轮轴承11连接,螺旋套15左右移动时,筒式或盘式磁通屏蔽结构8沿轴线旋转;筒式或盘式磁通屏蔽结构8上开有磁通孔17,磁通孔17与永磁体7尺寸相当,筒式或盘式当磁通屏蔽结构旋转到某一角度时,永磁体7完全露出,此时当筒式或盘式磁通屏蔽结构8旋转到另一角度时,永磁体7完全遮挡;外部执行机构通过控制螺旋套15控制筒式或盘式磁通屏蔽结构8运动,使得筒式或盘式磁通屏蔽结构8的磁通孔17与永磁转子上的永磁体7相对转动一定角度,进而达到调节负载驱动轴转速的目的,然后负载保持该转速持续运转。
以上对本发明的实例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。