CN103414312A

CN103414312A - 叠形永磁调速器

Info

Publication number: CN103414312A
Application number: CN2013103543965A
Authority: CN
Inventors: 赵克中; 闫雪兰; 李成军; 杜海宽; 韩爱国
Original assignee: INSTITUTE OF MAGNETIC DEVICES GANSU ACADEMY OF SCIENCES
Current assignee: INSTITUTE OF MAGNETIC DEVICES GANSU ACADEMY OF SCIENCES
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明公开一种叠形永磁调速器，其上的主动转子轴和从动转子轴磁传动上分别设置有凹凸状多环壳结构的磁传动件和磁感应部件，且磁传动件或磁感应部件的凸环部位分别***磁感应部件或磁传动件的凹环部位，并使磁传动件的凸环圆周表面与磁感应部件的凸环圆周表面间以气隙相隔，其中的磁传动件的凸环壳圆周表面的上有用软铁构成的导磁体用软铁隔开的至少两个磁力线方向与转子轴线垂直永磁体；磁感应部件的凸环壳圆周表面由软铁材料和设置于软铁上的沿其圆周表面均匀固定设置的截面为矩形的铜条构成。本发明的叠形永磁调速器可以传递大的扭矩，具有响应速度快，运行振动小，可无级调速的优点。

Description

叠形永磁调速器

技术领域

本发明涉及一种采用导磁体及永磁体部件进行扭矩传递的调速器，特别是一种传递扭矩可变的永磁调速器。

背景技术

在大型采矿、水泥、纸浆、石油化工、冶金、电力等行业中，由于节能的需要和操作方便，大量减速机、变频调速器、液力耦合器等被应用于生产过程当中。虽然达到了设备所需的参数要求，但不一定节能环保，而且对环境要求高，因而其缺点是：***复杂，可维护性差，设备适应环境能力差，易受周围环境的干扰；现有的永磁调速器的永磁体一为平面形或圆筒形。

中国发明专利申请201210478239.0公开了一种利用磁性器件传递扭矩的调速器。这种由分别设置于驱动轴和从动轴上的驱动磁性转子和从动转子、轴承、支架构成，在驱动轴上固定设置有由软铁制成的锥形壳和固定于锥形壳内表面上的永磁体组构成的驱动磁转子，在从动轴上固定设置有由软磁材料构成的锥形的从动转子，且锥形体的从动转子位于驱动磁转子的锥形壳内，并与驱动磁转子间以气隙相隔，其中：驱动磁转子上设置由四块等截面的极性方向相同且其磁力线方向与径向平行的永磁体块构成的永磁体组，各组永磁体组间用一个宽度等于一个永磁体块宽度的软材料隔开，相邻的两个永磁体组极性相反设置；从动转子（即感应部件）是用软铁制成。这种调整器可在0-98%的范围内对负载进行无级调速，并有可在温差大、温度高、阴雨天、高粉尘、防爆等恶劣的环境下工作，设备结构简单，故障率低等多方面的优点，但当这种调速器用于大功率负载时其体积将很庞大，特别是其轴向尺寸将会很大，如果使用场合有一所限制的话，将可能无法适用。

发明内容

本发明提供一种可克服目前使用的变频器、减速机、液力耦合器不利于传递大功率负载的不足的永磁调速器。

本发明的叠形永磁调速器，包括分别固定设置于驱动轴上的主动转子和设置于从动轴上从动转子，在从动轴上固定有一个可沿轴向运动的其截面呈T形的滑套，T形滑套的横端呈碗状结构，碗状结构的边缘上开有沿轴向倾斜的定位槽，T形滑套直端的外缘与从动转子轴承的内圈相配合，从动转子轴承的外圈与锥形的从动转子固定配合，T形滑套的横端碗状边缘上开有的沿轴向倾斜定位槽，倾斜定位槽与一个操纵杆相配合，转动操纵杆可使从动转子沿轴向运动。本发明的叠形调速器的主动转子轴和从动转子轴磁传动上分别设置有凹凸状多环壳结构的磁传动件和磁感应部件，且磁传动件或磁感应部件的凸环部位分别***磁感应部件或磁传动件的凹环部位，并使磁传动件的凸环圆周表面与磁感应部件的凸环圆周表面间以气隙相隔。本发明的有凹凸状多环壳结构的磁传动件和磁感应部件沿轴向截面的形状类似齿啮合状，其具体的结构参见附图1和附图2。在磁传动件的凸环壳圆周表面的上由用软铁构成的导磁体和固定于导磁体上的至少两个永磁体构成，永磁体的磁力线方向与转子轴线垂直，相邻的两个永磁体的极性相反设置，且各永磁体之间用一个宽度等于一个永磁体宽度的软铁隔开；磁感应部件的凸环壳圆周表面由软铁材料和设置于软铁上的沿其圆周表面均匀固定设置的截面为矩形的铜条构成，各铜条长度方向沿从动轴的轴向设置，各铜条间以软铁相隔，且各铜条的截面宽度与相隔铜条的软铁截面宽度相等。

本发明的最佳实施方式中，其每个永磁体为由四块极性方向相同的永磁体块固定构成的永磁体组，各永磁体组间以宽度等于一个永磁块宽度的软铁相隔开。本发明的这一结构特征可使磁体优化，节省材料，增加磁性能，并减小体积。

另外在本发明的叠形永磁调速器的驱动轴和从动轴上分别固定设置有以气隙相隔的两个端面永磁体，其中的每个端面永磁体由两块磁力线方向沿驱动轴或从动轴的轴向放置的磁极方向相反的至少一对永磁体块，永磁体块相对于气隙的外侧设置有软铁构成的磁短路，且每个端面永磁体的永磁体块、磁短路均处于软铁包封内，两个端面永磁体极性相对设置。

本发明的优点是：

1、可通过从动转子与主动转子间轴向位置的调整改变磁感应部件与磁传动件间的相互作用的面积，实现传递扭矩量的改变，这样在空载启动时，可将磁感应部件与磁传动件间相互作用面积调节到最小，使启动电流变小，改善对电网的冲击，在正常工作时，可使将磁感应部件与磁传动件间相互作用面积调节到最大，以传递大的扭矩；

2、可实现过程控制，本发明可根据信号调节负载转速，满足***需求，响应速度快；

3、由于永磁调速器是非机械连接的调速装置，负荷与电机间没有机械硬连接，完全是通过气隙传递扭矩的，隔离了振动的传递，减小了振动；

4、本发明的永磁调速可在0-98%的范围对负载进行大范围的无级调速；

5、本发明可在温差大、温度高、阴雨天、高粉尘、防爆等恶劣的环境下工作。（在高温、低温、潮湿；易燃易爆、电压不稳及雷电等各种恶劣环境下工作。）环境适应性强；

6、本发明的结构简单，故障率低，维护成本低，可靠性高，维护少；

7、由于本发明的永磁耦合是机械的电磁调速，电网的稳定性对电力品质无要求；

8、采用本发明有交好的节能效果，通过调节负载转速，可提高负载的效率，减少能量损失，减低电机负荷，节能效果明显；

9、理论上永磁调速器的使用寿命中可达30年，因此本发明的使用寿命长；

10、本发明属非接触性的机械联结，不产生谐波干扰，无谐波干扰；

11、本发明是完全的软起动，并有堵转自动保护的功能；

12、相对于现有的各类永磁调速器，本发明的体积小，功率范围大，特别是可以传递更大的扭矩。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图，图2为图1局部放大示意，图3为图 2中K-K向剖面示意图，本发明的端面永磁体设置示意图，图4为端面永磁体示意图。

附图中：1为从动轴；2为用调整轴向位置的操纵杆；3为从动转轴子上设置的凹凸状多环壳形的磁感应部件；4为主动转子轴上设置的凹凸状多环壳形的磁传动件；5为轴承；6为T形滑套；7为设置于磁感应部件3上的铜条；8为磁感应部件3上软铁导磁体；9为设置于磁传动件4上的永磁体组，其中9a为由四块同磁极性方向（NNNN）的永磁块构成的永磁体组，9b为由四块另一个同磁极性方向（SSSS）的永磁块构成的永磁体组；10为磁传动件4上的导磁体；11为固定于从动轴端面上的一对永磁体块，其上面一块永磁体的N极指向右边的N极，其下面一块永磁体的S极指向右边的S极； 12为固定于驱动轴端面上的另一对永磁体块，其上面一块永磁体的N极指向左边的N极，其下面一块永磁体的S极指向左边的S极；13为永磁块13的磁短路；14为包封永磁体块13和磁短路14的软铁包封；15为永磁块11的磁短路；16为包封永磁体块11和磁短路10的软铁包封。

具体实施方式

本发明以下结合附图给出的实施例详细说明。

由附图1可见，本发明的叠形永磁调速器包括分别设置于主动转子轴（输入轴）上的凹凸状多环壳结构的磁传动件4、设置于从动轴（输出轴）1上的凹凸状多环壳结构的磁感应部件3、轴承5以及支架。由图1可见于主动转子轴和从动转子轴上分别设置的凹凸状多环壳结构的磁传动件4和磁感应部件3，在附图给出的实施例中，磁传动件4和磁感应部件3的凹凸状多环壳结构分别为三层。磁传动件4和磁感应部件3的凸环壳部位分别***磁感应部件或磁传动件的凹环壳部位，从附图1及附图2中可见，在磁感应部件4或磁传动件3间形成齿插状的结合，其沿轴向截面类似于两个矩形齿相啮合状，参见附图1和附图2，磁传动件4的凸环圆周表面与磁感应部件3的凸环圆周表面间并不相互接触，而是以气隙相隔。另外，在从动轴1上固定有一个可沿轴向运动的其截面呈T形的滑套6，T形滑套6的横端呈碗状结构，碗状结构的边缘上开有沿轴向倾斜定位槽，T形滑套直端的外缘与从动转子轴承的内圈相配合，从动转子轴承的外圈与从动转子固定配合，T形滑套的横端碗状边缘上开有的沿轴向倾斜定位槽内部与一个操纵杆2相配合，转动操纵杆可使从动转子并带动其上的磁感应部件沿轴向运动，用以调整磁传动件和磁感应部件间相互作用的区域大小。

由附图3可见，在驱动轴上固定设置的磁传动件4由位于凸环圆周表面的上由用软铁构成的导磁体10和固定于导磁体10上的永磁体9构成，在本发明中永磁体至少应当是两个，而附图1给出的实施例中共设置8组永磁体，在本实施例中的每个永磁体是由固定在一起的四块同极性的永磁块构成的永磁体组构成，每4的两个永磁体组极性相反，如一个永磁体组的极性为N时（如图3示9a），相邻的永磁体组则为S（如图示9b），且永磁体组的磁力线与驱动轴相垂直。本发明的实施例中每两个永磁体间用软件相隔，这一软铁的宽度等于一个永磁块的宽度，采用这一结构的好处是可增加磁能极，减小整体设备的体积。

本发明的从动转子轴1上固定的磁感应部件结构是：在以软铁材料为基体的磁感应部件3上的软铁导磁体8的环壳圆周表面上均匀固定设置（例如采用镶嵌方式）的截面为矩形的铜条7，铜条7的长度方向沿从动轴的轴向设置，各铜条7间以软铁相隔，且各铜条7的截面宽度与相隔的软铁截面宽度相等。本发明的附图3的实施例中在磁感应器件上其设置有42个铜条。

驱动轴和从动转子轴1上分别固定设置有以气隙相隔的两个端面永磁体11和12，其中的每个端面永磁体是两块磁力线方向沿驱动轴或从动轴的轴向放置的且磁极方向相反的至少一对永磁体块，其上面一块永磁体块的N极指向右边的永磁体块的N极，其下面一块永磁体块的S极指向右边的永磁体块的S极，参见图4；永磁体块相对于气隙的外侧设置有软铁15或13构成的磁短路，且每个端面永磁体的永磁体块、磁短路均处于软铁包封16和14内。

本发明在工作时，当主动转子轴上的磁传动件4转动时与设置于从动转子轴上的磁感应部件3间产生切割磁力线的相对运动，于是在磁感应部件3上产生涡流，同时涡流又产生感应磁场与磁传动件4的磁场产生相互作用，从而带动磁感应部件3随同磁传动件4产生相同的方向转动，结果是将主动轴的转矩传递至从动轴上，同时由于磁传动件与磁感应件均为有凹凸状多环壳形结构，使其在较短的轴向尺寸的条件下可有较现有技术更大的磁耦合面积，因此可以传递更大的扭矩。当负载发生变化时，调节器可沿转动轴线调整传动件与磁感应部件之间的磁耦合面积，用来达到调节速度的目的。本发明所设置的端面永磁体可平衡磁传动件与磁感应部件间产生的轴向力。

Claims

1.一种叠形永磁调速器，包括分别固定设置于驱动轴上的主动转子和设置于从动轴上从动转子，在从动轴上固定有一个可沿轴向运动的其截面呈T形的滑套，T形滑套的横端呈碗状结构，碗状结构的边缘上开有沿轴向倾斜的定位槽，T形滑套直端的外缘与从动转子轴承的内圈相配合，从动转子轴承的外圈与锥形的从动转子固定配合，T形滑套的横端碗状边缘上开有的沿轴向倾斜定位槽的内部与一个操纵杆相配合，转动操纵杆可使从动转子沿轴向运动，其特征在于主动转子轴和从动转子轴磁传动上分别设置有凹凸状多环壳形结构的磁传动件和磁感应部件，且磁传动件或磁感应部件的凸环部位分别***磁感应部件或磁传动件的凹形部位，并使磁传动件的凸环圆周表面与磁感应部件的凸环圆周表面间以气隙相隔，在磁传动件的凸环圆周表面的上由用软铁构成的导磁体和固定于导磁体上的至少两个永磁体构成，永磁体的磁力线方向与转子轴线垂直，相邻的两个永磁体的极性相反设置，且各永磁体之间用一个宽度等于一个永磁体宽度的软铁隔开；磁感应部件由软铁材料和设置于软铁上的沿其圆周表面均匀固定设置的截面为矩形的铜条构成，各铜条长度方向沿从转轴轴向设置，各铜条间以软铁相隔，且各铜条的截面宽度与相隔的软铁截面宽度相等。

2.权利要求1所述的叠形永磁调速器，其特征在于每个永磁体为由四块极性方向相同的永磁体块固定构成的永磁体组，各永磁体组间以宽度等于一个永磁块宽度的软铁相隔开。

3.根据权利要求1或2所述的锥形永磁调速器，其特征在于驱动轴和从动轴上分别固定设置有以气隙相隔的两个端面永磁体，其中的每个端面永磁体由两块磁力线方向沿驱动轴或从动轴的轴向放置的磁极方向相反的至少一对永磁体块，永磁体块相对于气隙的外侧设置有软铁构成的磁短路，且每个端面永磁体的永磁体块、磁短路均处于软铁包封内，两个端面永磁体极性相对设置。