CN104135136A - 绕组式永磁转差离合器及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绕组式永磁转差离合器，包括有同轴设置的永磁转子和绕组转子，两者之间有气隙，转轴二上设置有集电环和碳刷，与线圈绕组形成能由电气开关控制通、断的回路。利用两转子的转差在线圈绕组中产生感应电流，有电流的线圈绕组在永磁体磁场中就会受到电磁力的作用从而实现转矩的传递，通过电气开关来控制回路的通、断，从而控制永磁转差离合器的接合与分离。本发明能够提供一种采用电气开关的通、断来达到控制离合器的接合和分离功能，并且具有超速保护功能、过载保护功能、软起动功能、优异的调速功能，还可以当作一种无摩擦接触的制动器来使用。

Description

绕组式永磁转差离合器及应用

技术领域

本发明是一种无摩擦离合器的新结构，属于离合器范畴，其工作过程中离合器没有机械动作，通过电气开关的通断来控制离合器的接合与分离，并且在此基础上还可实现超速保护、过载保护、软起动、调速等功能，固定一端则又可成为一种无摩擦的制动器。

背景技术

离合器是一种可以通过各种操纵方式来实现主、从动部分在同轴线上传递运动和功率时具有接合或分离功能的装置。传统离合器按接合元件传动的工作原理，可分为嵌合式离合器和摩擦式离合器，按实现离、合动作的过程可分为操纵式和自控式，按离合器的操纵方式又可分为机械式、气压式、液压式和电磁式等，以上种种的传统离合器，无不存在摩擦、磨损，或为实现离、合功能增加各种繁琐的执行机构等缺点。一种电磁转差离合器很好地解决了上面的种种问题，其离合器的接合与分离和本发明一样，也是通过电气开关的通断来控制的，但电磁转差离合器需要附加整流电路或直流电源，工作时需长期通以直流电流，效率低。另外，永磁离合器的研究在目前也取得了不少成果，例如：专利号为CN101030726A，也很好地解决了摩擦、磨损的问题，但其执行机构仍嫌繁琐，不能做到离、合自如。专利号CN101707461A为一种无摩擦的涡流制动器，与本发明的离合器实现制动功能时有点类似，其涡流转子为铜环加端环的结构，制动时能够做到无磨损，但缺点是：当涡流转子与永磁式定子间有相对运动时，其电磁制动力矩永远存在不能断开，当机构不需要制动时却无法控制、消除制动力矩，也就是说它没有离合器的分离功能。本发明机构很好地解决了以上种种问题，填补了此类离合器的空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：对传统离合器的彻底革新，对现有电磁或磁力离合器的进一步改进，提供一种安装、调试简单，结构紧凑，操控自如，无摩擦、磨损，安全可靠的离合器产品，并且还增加了离合器的超速保护、过载保护、软起动、调速等功能。

具体方案如下：

一种绕组式永磁转差离合器，包括有同轴设置的永磁转子和绕组转子，永磁转子与转轴一联接，绕组转子与转轴二联接，永磁转子和绕组转子之间有气隙，永磁转子包括永磁体和固定永磁体的壳体；绕组转子包括线圈绕组和叠片铁芯或者卷绕式铁芯，线圈绕组形成回路，通过电气开关控制回路的接通与断开；永磁转子与绕组转子的安装满足如下条件：线圈绕组回路闭合状态下，且两根转轴旋转方向一致、转速不同时，实现转矩传递，离合器处于结合状态；线圈绕组回路断开状态下，离合器处于分离状态。

永磁体N极、S极在壳体上交替排布；绕组线圈上缠绕一相绕组或者对称连接的任意多相绕组；叠片铁芯沿轴向开有若干个槽，线圈绕组嵌在槽内；槽是斜槽，斜槽度是一个齿槽宽度；叠片铁芯或卷绕式铁芯材料为电工硅钢片，片间为绝缘结构；电气开关直接固定在转轴二上，用无线控制其通断，或者转轴二上安装有集电环和与之配合的碳刷，线圈绕组通过集电环和碳刷与电气开关相连接；转轴二上还可以安装一个离心开关或速度传感器，实现超速保护功能；当然电气开关还可以是一种限流开关，电气开关还可外接可调电阻，电气开关也可外接串级调速控制***。

一种绕组式永磁转差离合器的应用，固定永磁转子或绕组转子，永磁转子与绕组转子的安装满足如下条件:线圈绕组回路通电状态下，绕组转子转轴或永磁转子转轴逐步制动。

本发明的离合器工作原理是：当永磁转子和绕组转子之间有相对运动时，即转轴一和转轴二之间转速不同，存在转速差所以称为转差离合器，则线圈绕组就会在永磁转子产生的磁场中切割磁力线产生感应电动势，当线圈绕组回路的电气开关是处于联通状态时，则此时线圈绕组内就会产生感应电流，有电流的线圈绕组在永磁体产生的磁场中就会受到电磁力的作用从而实现转矩的传递，此时相当于离合器处于接合状态，这类似于绕线转子异步电动机的工作原理，只不过绕线转子异步电动机中的旋转磁场是定子三相绕组通以三相对称交流电流产生的，而本发明的永磁转差离合器的旋转磁场是通过驱动轴带动绕组转子或永磁转子使两者间发生相对运动而产生的。

当外接电气开关处于断开状态时，线圈绕组内虽然有感应电势但没有感应电流，因而不会产生电磁转矩，相当于离合器处于分离状态。

创新点：

1.本发明采用电气开关的通、断来控制永磁转差离合器的接合和分离，使得离合器的操控简单、自如，可手工控制离合也可自动控制离合。

2.本发明的永磁转差离合器没有摩擦和磨损，还可兼具超速保护、过载保护等功能。

3.本发明的永磁转差离合器外接可调电阻，例如：频敏电阻或水电阻，可做到软起动，且起动转矩大，非常适合大转动惯量负载的起动。

4.本发明的永磁转差离合器外接已成熟应用于绕线转子异步电机的串级调速控制***，则可以具有优异的调速性能。

5.本发明还可以当作一种无摩擦的制动器来使用。

附图说明

图1是本发明实施例的截面结构示意图。

图2是本发明实施例的加装离心开关的截面结构示意图。

图3是本发明实施例的盘式结构截面示意图。

图4是本发明实施例作为制动器固定绕组转子的截面示意图。

图5是本发明实施例作为制动器固定永磁转子时的截面示意图。

图6是本发明实施例实现软起动时外接频敏电阻示意图。

图7是本发明实施例实现调速功能时外接串级调速电路示意图。

图中：1.永磁体、2.转轴一、3.壳体、4.叠片铁芯、5.线圈绕组、6.碳刷、7.集电环、8.转轴二、9.气隙、10.离心开关、11.固定盘、12.固定机座、K为外接电气开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一：图1所示为一种最基本的绕组式永磁转差离合器结构，绕组转子与永磁转子同轴垂直布置，永磁转子安装在转轴一2上，绕组转子安装在转轴二8上，绕组转子外径小于永磁转子内径；永磁转子包括永磁体1和固定永磁体的壳体3，壳体3安装在永磁转子转轴二8上，永磁体N极和S极在壳体3上交替均匀分布；永磁转子与绕组转子之间具有气隙9，线圈绕组5可以是一相或能对称连接的多相，实施例为三相绕组Y形接法，为了使永磁转差离合器达到最佳效果需要采取一系列的措施，如下：

1、为了消除齿槽定位转矩，通常的做法是斜槽或永磁转子斜极，而且斜槽或斜极还有一个好处是：能削弱叠片铁芯4开槽引起的齿谐波，从而改善绕组转子中的电流波形。

2、根据绕线转子异步电机理论，线圈绕组5通常是整距式分布绕组。

3、事实上当线圈绕组5断开时，离合器内部之间还是有很小的转矩存在，这是因为叠片铁芯4在交变磁场的作用下表面会产生涡流从而产生转矩，为了最大程度地削弱这种影响，叠片铁芯4最好采用尽量薄的冷轧硅钢片，例如：0.2mm厚或更薄或类似导磁性能好又能减小涡流的材料，并且片间绝缘一定要处理好。

在实施例一中，采用的是外接电气开关K，也可以采用内置电气开关，即将电气开关K固定在转轴二8上，用无线控制其通断，这样做的好处是可以取消集电环7和碳刷6的设置。

实施例二：在实施例一中，增加设置离心开关10，如图2，则可以实现超速保护功能，当实际转速超过离心开关10设定的转速后，离心开关10的配重块因离心力的作用发生偏转，则触点开关断开线圈绕组5，离合器分离，实现了保护***的功能；当然也可以采用设置速度传感器给出超速信号，然后断开电气开关K实现超速保护功能。

实施例三：在实施例一中，外接开关K采用过流保护开关，当负载增加，绕组转子的线圈绕组5的电流上升，当电流上升超过限定值时，即***过载外接开关跳断，离合器分离，自动实现保护***功能。

实施例四：图3是一种盘式结构的绕组式永磁转差离合器，绕组转子采用卷绕式铁芯，绕组转子与永磁转子同轴水平布置，绕组转子通过固定盘11安装在绕组转子转轴二8上，在电机行业中，盘式电机的卷绕式铁芯工艺已经很成熟，这种卷绕式铁芯的生产很容易可以实现。该实施例要达到最佳效果需采取的措施和实施例一中的一样。

实施例五：图4和图5是本发明作为制动器来使用的案例，从图中可以看出，将绕组转子设计成外转子然后作为固定端，绕组转子安装在固定机座12上，永磁转子安装在转轴上，则***可以不需要集电环7和碳刷6。如图5，还可以将永磁转子作为固定端，实现制动应用。显而易见地，盘式结构的绕组式永磁转差离合器同样可以实现制动器功能。

实施例六：图6是实施例一外接频敏电阻以实现软起动功能，图中电路部分就是频敏电阻的电路。该实施例适用于驱动端没有软起动功能；负载端为大转动惯量或重载的***。

实施例七：图7是实施例一外接串级调速控制***以实现调速功能，图中电路部分就是串级调速的电路。众所周知，串级调速技术在绕线转子异步电机中的应用已经非常成熟，该实施例采用了这一技术实施起来就比较容易，由此使得本发明的永磁转差离合器实现了优异的调速功能，堪比变频调速技术。

Claims (12)

1.一种绕组式永磁转差离合器，其特征在于：包括有同轴设置的永磁转子和绕组转子，永磁转子与转轴一联接，绕组转子与转轴二联接，永磁转子和绕组转子之间有气隙，永磁转子包括永磁体和固定永磁体的壳体；绕组转子包括线圈绕组和叠片铁芯或者卷绕式铁芯，线圈绕组形成回路，通过电气开关控制回路的接通与断开；永磁转子与绕组转子的安装满足如下条件：线圈绕组回路闭合状态下，且两根转轴旋转方向一致、转速不同时，实现转矩传递，离合器处于结合状态；线圈绕组回路断开状态下，离合器处于分离状态。

2.根据权利要求1所述的绕组式永磁转差离合器，其特征是：所述永磁体N极、S极在壳体上交替排布。

3.根据权利要求1所述的绕组式永磁转差离合器，其特征是：所述绕组线圈上缠绕一相绕组或者对称连接的任意多相绕组。

4.根据权利要求1所述的绕组式永磁转差离合器，其特征是：所述叠片铁芯沿轴向开有若干个槽，线圈绕组嵌在槽内；槽是斜槽，斜槽度是一个齿槽宽度。

5.根据权利要求1所述的绕组式永磁转差离合器，其特征是：所述叠片铁芯或卷绕式铁芯材料为电工硅钢片，片间为绝缘结构。

6.根据权利要求1所述的绕组式永磁转差离合器，其特征是：所述电气开关直接固定在转轴二上，用无线控制其通断。

7.根据权利要求1所述的绕组式永磁转差离合器，其特征是：所述转轴二上安装有集电环和与之配合的碳刷，所述的线圈绕组通过集电环和碳刷与电气开关相连接。

8.根据权利要求1所述的绕组式永磁转差离合器，其特征是：所述转轴二上安装有一个离心开关或速度传感器，实现超速保护功能。

9.根据权利要求1所述的绕组式永磁转差离合器，其特征是：所述电气开关是一种限流开关。

10.根据权利要求1所述的绕组式永磁转差离合器，其特征是：所述电气开关外接可调电阻。

11.根据权利要求1所述的绕组式永磁转差离合器，其特征是：所述电气开关外接串级调速控制***。

12.一种权利要求1-11任一项所述的绕组式永磁转差离合器的应用，其特征是：固定永磁转子，线圈绕组回路闭合状态下，绕组转子的转轴二逐步制动，实现制动器功能；或固定绕组转子，线圈绕组回路闭合状态下，永磁转子的转轴一逐步制动，实现制动器功能。