CN206962682U - 一种轴向移动磁屏蔽式永磁调速器 - Google Patents

Abstract

一种轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，包括导体转子、永磁转子、轴向移动磁屏蔽机构，所述轴向移动磁屏蔽机构包括轴向屏蔽结构、磁通调节结构，所述轴向屏蔽结构与所述磁通调节结构连接；所述磁通调节结构通过螺杆、螺母、导杆的传动机构实现轴向移动；应用磁屏蔽原理，调节轴向屏蔽结构的轴向位置，相比较调节整体永磁转子所需要克服的轴向力大大减小，磁通调节结构的输出力矩随之大大减小，整个调节结构更简单，尺寸更小。

Description

一种轴向移动磁屏蔽式永磁调速器

技术领域

本实用新型属于永磁调速技术领域，尤其涉及一种轴向移动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，感应磁场与永磁体的源磁场发生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，同样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；另外调速时，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。这都导致在一些空间受限的地方难以应用。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型针对永磁调速器中调节移动整体永磁转子所需要克服的轴向力很大的问题，提供了一种轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，调节结构更简单，尺寸更小，同时不用移动整体设备结构，使得设备的质量中心、安装位置始终保持固定。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，包括导体转子、永磁转子、轴向移动磁屏蔽机构，所述导体转子与所述永磁转子之间存在间隙，所述轴向移动磁屏蔽机构设置在所述导体转子与所述永磁转子之间；其特征在于，所述轴向移动磁屏蔽机构包括轴向屏蔽结构、磁通调节结构，所述轴向屏蔽结构与所述磁通调节结构连接；所述磁通调节结构通过具有螺杆、螺母、导杆的传动机构实现轴向移动，所述轴向屏蔽结构安装于螺母上，导杆安装于所述永磁转子上，所述轴向屏蔽结构相对于导杆轴向滑动。

进一步地，通过螺杆相对于所述永磁转子的转速变化来带动螺母轴向移动。

进一步地，通过调节电机的转速调整实现螺杆转速的变化。

进一步地，调节电机的转速通过转速控制器实现调速。

进一步地，通过编码器获得驱动电机和调节电机的转速信号。

进一步地，所述轴向屏蔽结构与所述永磁转子采用间隙配合连接。

进一步地，所述轴向屏蔽结构与所述永磁转子同轴设置。

进一步地，转速控制器采用单变频器控制系统，调节电机由变频器结合脉冲编码器控制，做速度闭环，速度由PLC动态PID调整。

进一步地，转速控制器采用伺服驱动系统，调节电机采用伺服电机，做速度闭环或者以驱动电机为主动轴，调节电机实时追随。

进一步地，转速控制器需要转速信号反馈，于驱动电机和调节电机同轴上安装编码器，编码器的信号反馈到转速控制器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、可以实现屏蔽套筒在与电机同步转动情况下沿轴向的移动，屏蔽套筒的移动可以改变导体转子与永磁转子之间的磁通量变化。

2、采用变频器的调速后，可以实现螺杆(12)的转速与电机转速的转速差，螺杆(12)的转速与电机转速的转速差可以使螺母(11)进行轴向位移，从而使屏蔽套筒移动。螺杆上安装皮带轮用于传动，可以使螺杆(12)、连接套II(7)的轴向尺寸减少，可以保证使永磁转子的长度尺寸能安装固定在电机轴长度范围内。在应用时将电机和负载之间连接的传统联轴器取下，即可更换轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，无需调整电机和负载设备的安装位置，在工厂应用改造时便于操作。

3、提高了调速过程的安全性、可靠性，产品设备更稳定更可靠，并且能将负载的转速从零速到导体转子的速度之间任意调节。

附图说明

图1为永磁调速器结构图；

图2为导体转子示意图；

图3为永磁转子示意图；

图4为完全屏蔽永磁铁时的磁场示意图；

图5为完全脱开永磁铁时的磁场示意图；

图6为屏蔽套筒示意图；

图中：1负载，2负载连接键，3螺栓，4连接套I，5螺栓，6永磁转子连接盘，7连接套II，8轴套I，9驱动连接键，10螺钉，11调节螺母，12调节螺杆，13皮带轮键，14轴套II，15垫圈螺母，16驱动电机，17导体转子连接盘，18螺钉，19导体转子，20屏蔽套筒，21螺钉， 22导杆，23螺钉，24导套，25皮带轮I，26键，27皮带轮II，28螺栓，29支架，30电缆，31转速控制器，32调节电机，33皮带，34永磁转子，35电磁离合器，36轴用挡圈，37轴承，38螺钉，39轴用挡圈，40挡盖，41读数头I，42编码器I，43反馈线I，44反馈线II，45读数头I， 46编码器II。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细的说明。

如图1-6所示，本实用新型提供一种轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，包括导体转子19、永磁转子34，所述导体转子19与所述永磁转子34之间存在气隙，还包括轴向移动磁屏蔽机构，所述轴向移动磁屏蔽机构设置在所述导体转子19与所述永磁转子34之间。

所述轴向移动磁屏蔽机构可相对所述永磁转子34轴向移动。

所述轴向移动磁屏蔽机构包括屏蔽套筒20、磁通调节结构，所述屏蔽套筒20与所述磁通调节结构连接。

所述磁通调节结构包括调节螺杆12、调节螺母11、所述屏蔽套筒20通过螺钉固定在所述调节螺母11上，调节螺杆12的一端固定安装有皮带轮25。屏蔽套筒20的端部平面上设置有均布的凸缘孔，凸缘孔中安装有导套24，固定在永磁转子连接盘6 上的导杆22穿过导套24，起到对屏蔽套筒20的轴向移动导向作用。

皮带轮25通过皮带33连接调节电机32上所安装的皮带轮II 27，调节螺杆12为中空筒状，套在轴套14外面，两者之间可自由滑动旋转。

所述轴向移动磁屏蔽机构与所述永磁转子34采用间隙配合连接。

所述轴向移动磁屏蔽机构与所述永磁转子34同轴设置。

还包括与所述轴向移动磁屏蔽机构连接的外部驱动机构，所述外部驱动机构与所述皮带轮25之间采用皮带传动连接。

所述导体转子19呈筒形，通过连接套I套装在负载1的轴上。

所述永磁转子34通过连接套II套装在电机16的轴上，所述永磁转子34内部设置有沿圆周均匀分布的永磁体。

实施例：

本实施例的轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，包括筒式导体转子19、设置在筒式导体转子19内周的永磁转子34、设置在导体转子19与永磁转子34之间的轴向移动磁屏蔽机构。

筒式导体转子19通过负载联轴器安装在负载轴上，筒式导体转子19的外周安装有铜导体环，如图2所示。其中，永磁转子34通过驱动轴联轴器安装在电机驱动轴上，永磁转子34内部设置有沿圆周均匀分布的永磁体，其示意图如图3所示。导体转子19与永磁转子34之间存在气隙，无接触，轴向移动磁屏蔽机构与永磁转子34 间隙配合连接，轴向移动磁屏蔽机构与永磁转子34同轴设置；此外，轴向移动磁屏蔽机构可相对永磁转子34轴向移动。

本实施例的轴向移动磁屏蔽机构包括连接的屏蔽套筒20和磁通调节结构，磁通调节结构包括调节螺杆12、调节螺母11；

屏蔽套筒20以轴向移动的形式实现磁通量的改变。屏蔽套筒20设置在导体转子19与所述永磁转子34之间的空隙内，屏蔽套筒20的示意图如图6所示，为便于本实用新型的实施，屏蔽套筒20为一个中空的圆柱体，屏蔽套筒20与螺母11固定连接，屏蔽套筒20的宽度要大于等于永磁体的宽度，这样才能在移动调节后将永磁体实现完全屏蔽。另外，中空圆柱体形的屏蔽套筒20不是本实用新型的唯一实施方式，其他类似此结构的形状，如采用截面为几何多边形的结构(多边形棱柱体)，凡是屏蔽原理相同、并能实现本实用新型的结构形式均属于本实用新型的保护范围。

设置外部驱动机构，通过皮带传动带动皮带轮转动，并驱动螺杆12，用于控制磁通调节结构，进而控制磁通屏蔽结构的轴向移动，外部执行机构可以采用气动、液动方式，也可采用控制更精确的伺服电机或步进电机，亦或者采用手动调节，凡是能实现本实用新型的电动的或非电动的控制结构均为本实用新型的保护范围。

具体应用时，连接套I套装在负载1的轴上，连接套I和负载1通过键2连接，力矩可以传递到负载1上。导体转子连接盘17套装在连接套I上，并用螺栓3将导体连接盘17和连接套I刚性连接起来，导体转子19安装在导体转子连接盘I 17上。

导体转子19形状如图2所示，导体转子19采用的环形的铜导体。

连接套II套装在电机16的轴上，并用键9将连接套筒II套装在电机16连接起来，永磁转子连接盘6套装在连接套II外径上，采用螺栓5将永磁转子连接盘6和连接套II刚性连接起来，永磁转子34安装在永磁转子连接盘6上，并用螺钉21连接固定。

导杆22一端螺纹拧紧在永磁转子连接盘6的螺纹孔内。将轴套I(8)，轴套II (14)安装在连接套II的外径上。

皮带轮I套装在螺杆12的外径处，并用键13使皮带轮I与螺杆12连接起来。

螺母11安装在屏蔽套筒20的端部平面内孔上，并将螺钉10拧在屏蔽套筒的内孔的凸缘处，使螺母11与屏蔽套筒20紧固。所述的屏蔽套筒20如图6所示。

导套24安装在屏蔽套筒20端部平面上的凸缘孔内，将螺钉23拧在屏蔽套筒20 凸缘孔的外径上，固定导套24。

安装在导体转子连接盘6上的导杆插入导套24的内孔上，可以起到对屏蔽套筒 20的轴向移动导向作用。

旋转屏蔽套筒连接盘6，使螺母11旋入螺杆12中形成螺纹配合连接。

将上述各部件连接形成一整体，套装在连接套II上，将垫圈螺母15旋入连接套 II的螺纹处，挡住了轴套II 14。

调节电机32安装在外部支架29上，并用螺栓28将调节电机32固定。调节电机 32的轴上安装上电磁离合器35，并用键26将电磁离合器35与调节电机32的轴连接起来，并在调节电机轴上安装上轴用挡圈36将电磁离合器35轴向固定，皮带轮II 与电磁离合器35输出端相连，在调节电机32轴上安装上轴用挡圈39。

皮带33安装在皮带轮I和皮带轮II的皮带轮槽内，调整张紧力。

在电机16轴一端套装上编码器46、并在编码器46圆周外部固定读数头45，读数头45对外引出的反馈线44与转速控制器31连接。

在调节电机32轴一端套装上编码器42、并在编码器42圆周外部固定读数头41，读数头41外引出的反馈线43与转速控制器31连接。

调节电机32通过电缆30与转速控制器31连接起来。将电缆30与调节电机32 与转速控制器31相连接。

转速控制器31可采用单变频器控制系统，即调节电机32由变频器+PG控制，做速度闭环，速度由PLC动态PID进行调整。

转速控制器31还可采用单伺服驱动系统，即调节电机32采用伺服电机，可做速度闭环或者以主电机为主动轴，副电机实时追随方式。

当电磁力合器35不吸合时，皮带33带动皮带轮II空转，此时电机16转速N与螺杆12的转速n相等。则此时屏蔽套筒20不会发生轴向移动。

当电磁离合器35吸合时，皮带轮II被调节电机32驱动，皮带33被皮带轮II所带动，进而带动皮带轮I及螺杆12转动，调节电机32进行转动时，电机16转速N 与螺杆12的转速n如不相等。则屏蔽套筒20会发生轴向移动。而调节电机32的转速通过转速控制器31来调节。

永磁转子34形状如图3所示，永磁体固定在永磁转子34上，并沿磁铁固定盘的圆周均匀分布，永磁体包括N极和S极，永磁体的N极或S极朝向导体转子19的内壁方向，且N极朝向导体转子19内壁的永磁体与S极朝向导体转子19内壁的永磁体交错分布，如图4所示，这样，N极发出的、能够被导体转子19切割到的这部分磁感线都要通过导体转子34，回到相邻永磁体的S极，而不会回到自身的S极，保证了产生的磁感线在不被屏蔽作用时会全部通过导体转子19，使导体转子对磁感线进行切割，这种排列布置方式可使磁感线最大程度的通过导体转子19，这种结构与轴向屏蔽套筒20配合，使得轴向屏蔽套筒20能够实现完全屏蔽永磁体(即导体转子 19完全不切割磁感线，负载转速为零或最低)，也可实现完全脱开永磁体(即导体转子19最大限度切割磁感线，不存在磁感线漏掉的情况，进而能够产生的扭矩达到最大，负载转速达到最大)。两种情形如图4、图5所示。

本实用新型工作原理：当轴向屏蔽结构与永磁体的磁极完全脱开，对永磁体无屏蔽作用，永磁体的磁感线全部通过铜导体，铜导体切割磁感线量最大，传递扭矩最大。具体如图5所示，此时轴向屏蔽结构沿轴向移动到最右端，完全露出永磁转子，轴向屏蔽结构对永磁体无屏蔽作用，扭矩最大。

当电机16启动，电机驱动轴带动永磁转子34转动，导体转子19内铜导体切割永磁转子34中永磁体中的磁感线，在铜导体上产生感应电流，进而形成感应磁场，感应磁场与永磁体的磁场相互耦合作用产生扭矩驱动负载转动。

当轴向屏蔽结构完全覆盖永磁体的磁极时，如图4所示，轴向屏蔽结构沿轴向移动到最左端将永磁转子完全覆盖，由于轴向屏蔽结构的磁导率为间隙处介质的近千倍以上，此时永磁体的磁感线回路全部限制在轴向屏蔽结构内部，通过铜导体的磁感线为零，铜导体与磁感线无切割作用，传递扭矩为零，此时负载静止不动。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的解释，并不用于限制本实用新型，尽管对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，包括导体转子、永磁转子、轴向移动磁屏蔽机构，所述导体转子与所述永磁转子之间存在间隙，所述轴向移动磁屏蔽机构设置在所述导体转子与所述永磁转子之间；其特征在于，所述轴向移动磁屏蔽机构包括轴向屏蔽结构、磁通调节结构，所述轴向屏蔽结构与所述磁通调节结构连接；所述磁通调节结构通过具有螺杆、螺母、导杆的传动机构实现轴向移动，所述轴向屏蔽结构安装于螺母上，导杆安装于所述永磁转子上，所述轴向屏蔽结构相对于导杆轴向滑动。

2.根据权利要求1所述的轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，其特征在于，通过螺杆相对于所述永磁转子的转速变化来带动螺母轴向移动。

3.根据权利要求2所述的轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，其特征在于，通过调节电机的转速调整实现螺杆转速的变化。

4.根据权利要求3所述的轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，其特征在于，调节电机的转速通过转速控制器实现调速。

5.根据权利要求3所述的轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，其特征在于，通过编码器获得驱动电机和调节电机的转速信号。

6.根据权利要求1所述的轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，其特征在于，所述轴向屏蔽结构与所述永磁转子采用间隙配合连接。

7.根据权利要求1或2所述的轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，其特征在于，所述轴向屏蔽结构与所述永磁转子同轴设置。

8.根据权利要求4所述的轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，其特征在于，转速控制器采用单变频器控制系统，调节电机由变频器结合脉冲编码器控制，做速度闭环，速度由PLC动态PID调整。

9.根据权利要求4所述的轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，其特征在于，转速控制器采用伺服驱动系统，调节电机采用伺服电机，做速度闭环或者以驱动电机为主动轴，调节电机实时追随。

10.根据权利要求4所述的轴向移动磁屏蔽式永磁调速器，其特征在于，转速控制器需要转速信号反馈，于驱动电机和调节电机同轴上安装编码器，编码器的信号反馈到转速控制器。