CN104518641A - 永磁调速联轴器 - Google Patents

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CN104518641A
CN104518641A CN201310461605.6A CN201310461605A CN104518641A CN 104518641 A CN104518641 A CN 104518641A CN 201310461605 A CN201310461605 A CN 201310461605A CN 104518641 A CN104518641 A CN 104518641A
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CN
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magnetic
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speed
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朱红柳
艾祖华
许宏成
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Delta Electronics Shanghai Co Ltd
Delta Greentech China Co Ltd
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Delta Electronics Shanghai Co Ltd
Delta Greentech China Co Ltd
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Abstract

本发明揭露一种永磁调速联轴器，包含导体转子、永磁转子以及多个永磁体。永磁转子包含导磁圆环，导磁圆环包含交错排列的多个凸部以及多个凹部，凸部与导体转子之间分别具有第一气流通道，凹部与导体转子之间分别具有第二气流通道，且第二气流通道的截面积大于第一气流通道的截面积。永磁转子还包含多个设置于凹部的嵌入槽，永磁体分别嵌合于嵌入槽中。

Description

永磁调速联轴器
技术领域
本发明是有关于一种永磁调速联轴器。
背景技术
永磁调速联轴器(Permanent Magnetic Coupling Device)是一种透过气隙传递转矩的传动设备，现有的永磁调速联轴器主要由导体转子、永磁转子两部分组成。导体转子固定在主动轴上，与电动机端相连；永磁转子则固定在负载轴上，与负载相连。在导体转子和永磁转子之间有间隙。这样马达和负载的连接会由原来的机械连结变为磁性连结。通过调节永磁转子相对于导体转子间的气隙距离或面积，即可改变负载轴上的输出转矩，从而调节负载转速。
永磁调速联轴器在实际应用上具有以下优点：可使驱动马达空载启动，降低马达的启动电流，延长马达寿命，减少对电力***的影响；由于采用气隙传递转矩，因而降低了对电机和负载设备的连接精度，减少了机械振动和噪声；采用永磁调速联轴器可实现流量或压力的连续调节，相较于采用阀门或风门挡板相比要节约电能。
但由于永磁调速联轴器需要将转差功率消耗在导体转子上，因此永磁调速联轴器功率越大，导体转子上的温度就越高，若温度传递给永磁转子，会使其上的永磁体发生永久退磁，导致永磁调速联轴器损坏。
现有技术中的一种解决方案是采用在导体转子一侧表面外边缘上安放散热叶片的方式增加散热能力，当导体转子旋转时，散热叶片可产生气流进行散热。但这种方式会增加散热叶片的噪声，且满载运行时，气隙狭小，风阻很大，产生的气流较小，散热能力受到限制。对于筒形永磁调速器，整个调速过程中气隙均处于最小状态，散热能力受到很大制约。
现有技术中的另一种解决方案是采用水冷方式对导体转子进行散热，冷却水进入旋转的导体转子需要连接旋转接头。旋转接头由芯轴及外套构成，芯轴和外套之间有轴承，两者可以相对运动。芯轴和外套可以根据工况作为旋子或定子，旋子同旋转的导体转子同轴旋转，定子上油口与输送流体的固定管路相连，旋子上的油口与导体转子上的管路相连。为了防止冷却水从旋子与定子间漏出，在旋子与定子间设有密封圈。密封圈每年都要更换，维护成本高。
发明内容
本发明提供了一种具有较大气流通道的永磁调速联轴器，用以提升永磁调速联轴器的散热能力。
本发明的一实施方式提供了一种永磁调速联轴器，包含导体转子、永磁转子以及多个永磁体。永磁转子包含导磁圆环，导磁圆环包含交错排列的多个凸部以及多个凹部，凸部与导体转子之间分别具有第一气流通道，凹部与导体转子之间分别具有第二气流通道，且第二气流通道的截面积大于第一气流通道的截面积。永磁转子还包含多个设置于凹部的嵌入槽，永磁体分别嵌合于嵌入槽中。
于一或多个实施例中，导体转子包含容置腔，永磁转子置于容置腔内。
于一或多个实施例中，第一气流通道与第二气流通道平行于永磁转子的轴向设置。
于一或多个实施例中，导磁圆环为低碳钢导磁圆环或硅钢片导磁圆环，永磁体为钕铁硼永磁体。
于一或多个实施例中，导体转子包含一导磁圆筒和一导体环，导体环设置于导磁圆筒的内表面，其中，第一气流通道位于凸部与导体环之间，第二气流通道位于凹部与导体环之间。
于一或多个实施例中，导磁圆筒为低碳钢导磁圆筒或硅钢片导磁圆筒，导体环为铜导体环或铝导体环。
于一或多个实施例中，导磁圆环的一凸部两侧的永磁体的磁极性相同。
于一或多个实施例中，其中凸部两侧的永磁体的磁极为N极。
于一或多个实施例中，其中凸部两侧的永磁体的磁极为S极。
于一或多个实施例中，凸部与永磁转子的轴向夹有一夹角，夹角介于0～240/p，其中p为磁极对数。
于一或多个实施例中，永磁转子包含有负载轴，以及套设于负载轴并位于负载轴与导磁圆环之间的铝环。
于一或多个实施例中，铝环包含数个凹槽，导磁圆环包含数个凸块，凸块卡合于凹槽中，使导磁圆环固定于铝环。
于一或多个实施例中，凸块设置于凸部的对侧，凸块分别具有一颈部，凹槽的形状与凸块相匹配。
于一或多个实施例中，永磁调速联轴器还包含一紧固件以及数个螺柱，螺柱锁合导磁圆环与紧固件，以及锁合紧固件与铝环。
于一或多个实施例中，永磁调速联轴器还包含一负载轴连接至导磁圆环，其中导磁圆环包含与凸部一一对应的数个隔磁桥，设置于负载轴与凸部之间。
于一或多个实施例中，导磁圆环由多个层叠的导磁环片构成，每一导磁环片包含凹部与凸部，任意相邻的导磁环片之间错位一固定角度。
于一或多个实施例中，导磁圆环由多个层叠的导磁环片构成，每一导磁环片包含凹部与凸部，任意相邻的导磁环片之间错位一预定角度，预定角度从导磁圆环的一端至另一端单调递增或单调递减。
于一或多个实施例中，导磁环片包含设置于凸部的数个穿孔，永磁转子还包含数个定位柱，定位柱贯穿相邻的导磁环片上的穿孔，以组合导磁环片为导磁圆环。
于一或多个实施例中，导磁环片的高度为H，定位柱的高度为h，且H<h<2H。
于一或多个实施例中，第一气流通道的宽度为2-8毫米，第二气流通道的宽度为6-20毫米。
于一或多个实施例中，永磁调速联轴器为盘式永磁调速联轴器或筒形永磁调速联轴器。
永磁调速联轴器的永磁转子与导体转子之间具有截面积不同的第一气流通道以及第二气流通道，第二气流通道的截面积大于第一气流通道的截面积，因此增加了气流量，进而增加了永磁调速联轴器的散热能力。同时，由于永磁调速联轴器的损耗主要集中在导体转子上的导体环内，当永磁体所设置的位置位于凹部而得以远离导体环时，永磁体的温升会下降，永磁体的热退磁风险随的降低。此外，从加工制造来看，将永磁体***嵌入槽的固定方式亦较传统的在导磁圆环的表面粘贴永磁体的固定方式更为方便。
附图说明
图1为本发明的永磁调速联轴器一实施例的剖面示意图；
图2为图1中的永磁转子一实施例的立体视图；
图3为图1中的永磁调速联轴器的永磁体极性与磁力线示意图；
图4为图3中的铝环一固定方式的示意图；
图5为图3中的铝环另一固定方式的示意图；
图6为本发明的永磁调速联轴器的永磁转子另一实施例的剖面示意图；
图7为本发明的永磁调速联轴器的永磁转子另一实施例的立体视图；
图8为本发明的永磁调速联轴器的永磁转子再一实施例的立体视图；
图9为本发明的永磁调速联轴器的永磁转子再一实施例的立体视图；
图10为图8的永磁转子组装的示意图。
具体实施方式
以下将以附图及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
请同时参照图1与图2，其中图1为本发明的永磁调速联轴器一实施例的剖面示意图，图2为图1中的永磁转子一实施例的立体视图。永磁调速联轴器100包含有一导体转子110以及一永磁转子120，其中永磁转子120包含有导磁圆环130，导磁圆环130包含有交错排列的多个凸部132以及多个凹部134。凸部132与导体转子110之间分别具有第一气流通道140，而凹部134与导体转子110之间分别具有第二气流通道150，并且第二气流通道150的截面积大于第一气流通道140的截面积。更具体地说，第一气流通道140的宽度W1为2-8毫米(mm)，第二气流通道150的宽度W2为6-20毫米(mm)。第一气流通道140以及第二气流通道150为平行于永磁转子120的轴向设置。
永磁转子120还包含有多个设置于凹部134的嵌入槽136。永磁调速联轴器100还包含有多个永磁体160，永磁体160分别嵌合于嵌入槽136中。导磁圆环130的材料可以为低碳钢或硅钢片，即导磁圆环130可以为低碳钢导磁圆环或硅钢片导磁圆环。永磁体160的材料可以为钕铁硼永磁材料，即永磁体160可以为钕铁硼永磁体。永磁体160为一对一地***嵌入槽136中。永磁体160位于导磁圆环130的凹部134，并位于凸部132之间。第二气流通道150则是位于凹部134以及导体转子110之间。
导体转子110包含有导磁圆筒112以及导体环114。导体环114设置于导磁圆筒112的内表面。导磁圆筒112的材料可以为低碳钢或硅钢片，即导磁圆筒112可以为低碳钢导磁圆筒或硅钢片导磁圆筒，导体环114的材料可以为铜或铝，即导体环114可以为铜导体环或铝导体环。
第二气流通道150的截面积大于第一气流通道140的截面积，因此增加了气流量，因而增加了永磁调速联轴器的散热能力。同时，由于损耗集中在导体转子110上的导体环114内，当永磁体160所设置的位置位于凹部134而得以远离导体环114时，永磁体160的温升会下降，永磁体160的热退磁风险随的降低。此外，从加工制造来看，将永磁体160***嵌入槽136的固定方式亦较传统的在导磁圆环130的表面粘贴永磁体160的固定方式更为方便。
本实施例中的永磁调速联轴器100可以为筒形永磁调速联轴器，即导体转子110具有容置腔118，而永磁转子120置于容置腔118中。但是本实施例中永磁转子120具有交错的凹凸部的设计，或是永磁体160***嵌入槽136的固定方式亦可以应用于盘形永磁调速联轴器中，在此不再赘述。
在300kw的永磁调速联轴器中，传统筒形永磁调速器气隙宽度为4公厘，气隙面积为0.005m2，永磁转子转速为120rpm时，轴向平均风速为0.30m/s。应用本实施例的结构后，在永磁转子120表面增加了具有较大截面积的第二气流通道150，第二气流通道150的宽度为13.25mm，气隙总面积为0.011m2，此时轴向平均风速为0.60m/s，风速提高2倍。由此得知，本实施例的设计除了可以增加气隙总面积以提升散热能力之外，更可提升轴向平均风速。
参照图3，其为图1中的永磁调速联轴器100的永磁体160极性与磁力线示意图。永磁体160具有N极和S极。磁力线从N极出来进入导磁圆环130，然后穿过第一气流通道140进入导体环114，到达导磁圆筒112，接着从导体环114出发穿过第一气流通道140进入导磁圆环130，回到永磁体160的S极构成回路。相邻两块永磁体160的极性相同，例如永磁体160的N极会面对相邻永磁体160的N极。
永磁转子120包含有负载轴170，负载轴170为连接至负载端。为了避免永磁体160的磁力线从负载轴170漏掉，永磁调速联轴器100还包含有铝环180，铝环180为套设于负载轴170，并且位于负载轴170以及导磁圆环130之间，以避免永磁体160的磁力线从负载轴170溢出。
参照图4，其为图3中的铝环180一固定方式的示意图。永磁调速联轴器还包含有一紧固件190以及多个螺柱192。导磁圆环130以及铝环180上分别具有多个螺孔，紧固件190上亦具有对应的开口，螺柱192为穿过紧固件190上的开口而分别与导磁圆环130与铝环180上的螺孔锁合，使得螺柱192锁合导磁圆环130与紧固件190，以及锁合紧固件190与铝环180，以固定套设于负载轴170上的铝环180。
参照图5，其为图3中的铝环180另一固定方式的示意图。除了采用如图4中的紧固件190与螺柱192固定铝环外，亦可如本实施例一般透过结构设计来固定铝环180。例如，导磁圆环130包含有多个凸块138，铝环180包含有多个凹槽182，凸块138为卡合于凹槽182之中，使得导磁圆环130固定于铝环180。
更具体地说，铝环180可以套装于负载轴170上。导磁圆环130的凸块138为设置于凸部132的对侧，并且凸块138具有内缩的颈部139，凹槽182的形状则是与凸块138相匹配，使得凸块138与凹槽182得以稳固地卡合，以连接铝环180与导磁圆环130。
参照图6，其为本发明的永磁调速联轴器的永磁转子另一实施例的剖面示意图。永磁转子220包含有导磁圆环230，导磁圆环230包含有交错排列的多个凸部232以及多个凹部234。凸部232与导体转子(见图1)之间分别具有第一气流通道，而凹部234与导体转子之间分别具有第二气流通道250，并且第二气流通道250的截面积大于第一气流通道的截面积。
导磁圆环230连接至负载轴270。导磁圆环230还包含有多个隔磁桥236，设置于负载轴270与凸部232之间。导磁圆环230还包含有导磁内环238，导磁内环238为套设在负载轴270上，隔磁桥236连接导磁内环238以及凸部232，以在隔磁桥236之间形成空腔235，其中空腔235位于永磁体260以及导磁内环238之间。
本实施例通过隔磁桥236的设计可以避免永磁体260的磁力线从负载轴270溢出的状况，并可以省略图3至图5中关于铝环180的设计。
本发明的永磁调速联轴器还可以通过改变第一气流通道与第二气流通道和负载轴的轴向之间的夹角，达到提升永磁转子的风压而增进散热能力的功效，以下将以实施例具体说明的。
参照图7，其为本发明的永磁调速联轴器的永磁转子另一实施例的立体视图。永磁转子320包含有导磁圆环330，导磁圆环330包含有交错排列的多个凸部332以及多个凹部334。凸部332会与导体转子(见图1)之间形成有第一气流通道，而凹部334与导体转子之间形成有第二气流通道350，并且第二气流通道350的截面积大于第一气流通道的截面积。永磁体360设置于位于凹部334的嵌入槽336中。
于本实施例中，凸部332以及凹部334大致上相互平行设置。凸部332与凹部334以及第二气流通道350和永磁转子320的轴向夹有一夹角θ，夹角θ介于0～240/p，其中p为磁极对数。举例来说，如果放10块永磁体360，则磁极数为10，磁极对数为5，此时夹角θ为0～48度。
此实施例中，因为永磁体360的形状为扭曲的矩形方块，因此，较佳地可用两块特殊形状的粘结磁钢与一块斜棱柱烧结磁钢组成。
此种将凸部332与凹部334与第二气流通道350和永磁转子320的轴向倾斜配置的设计，可以进一步地强化永磁转子320的风压。在300kw的永磁调速联轴器中，传统筒形永磁调速联轴器的气隙宽度为4mm，气隙面积为0.005m2，永磁转子转速为120rpm时，轴向平均风速为0.30m/s。应用本实施例的结构后，若是第二气流通道350与轴向倾斜10.8度(即夹角θ为10.8度)，此时的轴向平均风速为0.93m/s，风速提高3.1倍。
参照图8，其为本发明的永磁调速联轴器的永磁转子再一实施例的立体视图。永磁转子420中的导磁圆环430可以由多个层叠的导磁环片435所组成，每一个导磁环片435包含有交错设置的凸部432以及凹部434。凸部432会与导体转子(见图1)之间形成有第一气流通道，而凹部434与导体转子之间形成有第二气流通道450，并且第二气流通道450的截面积大于第一气流通道的截面积。多个永磁体460亦分别设置于位于凹部434的嵌入槽436中。
导磁环片435之间会错位一个固定角度。此固定角度可以介于0～240/p，其中p为磁极对数。以本图中的永磁转子420为例，上下两片的导磁环片435之间错位3度，即每一个导磁环片435都比其上方一个的导磁环片435左移3度。如此一来，第二气流通道450亦会与负载轴470倾斜的配置，同样可以达到提升风压的功效。
参照图9，其为本发明的永磁调速联轴器的永磁转子再一实施例的立体视图。永磁转子420中的导磁圆环430可以由多个层叠的导磁环片435所组成，每一个导磁环片435包含有交错设置的凸部432以及凹部434。本实施例与前一实施例的差别在于，导磁环片435之间会错位一个预定角度，并且此预定角度会从导磁圆环430的一端至另一端单调递增或单调递减。预定角度可以介于0～240/p，其中p为磁极对数。以本图中的永磁转子420为例，第一片与第二片的导磁环片435之间错位3度，第二片与第三片的导磁环片435之间错位4度，第三片与第四片的导磁环片435之间错位5度等。此种设计可以提供近似于风扇扇叶的外形，而可以进一步提升风压。
参照图10，其为图8的永磁转子420组装的示意图。导磁环片435包含有设置于凸部432的多个穿孔438，永磁转子420还包含有多个定位柱480，定位柱480会贯穿相邻的导磁环片435上的穿孔438，以组合多个导磁环片435为导磁圆环430。
假设每片导磁环片435的高度为H，定位柱480的高度为h，则两者的关系是：H<h<2H。本图中设置有4层相互错位的导磁环片435，相邻导磁环片435之间***8个定位柱480进行连接固定，相应地，图中最上层和最下层导磁环片435上开8个槽，中间两层导磁环片435上开16个槽。装配的时候，先将最下层导磁环片435与负载轴470装好，然后***永磁体460和定位柱480，再接着装第二层的导磁环片435，同样***永磁体460和定位柱480，依此类推，直至最后一层(最上层)的导磁环片435和永磁体460。这种装配方法能够简单并且准确地实现导磁环片435之间不同或是相同错位角度的安置。
永磁调速联轴器的永磁转子与导体转子之间具有截面积不同的第一气流通道以及第二气流通道，第二气流通道的截面积大于第一气流通道的截面积，因此增加了气流量，进而增加了永磁调速联轴器的散热能力。同时，由于永磁调速联轴器的损耗主要集中在导体转子上的导体环内，当永磁体所设置的位置位于凹部而得以远离导体环时，永磁体的温升会下降，永磁体的热退磁风险随的降低。此外，从加工制造来看，将永磁体***嵌入槽的固定方式亦较传统的在导磁圆环的表面粘贴永磁体的固定方式更为方便。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (22)

1.一种永磁调速联轴器，其特征在于，包含：
一导体转子；
一永磁转子，该永磁转子包含：一导磁圆环，该导磁圆环包含交错排列的多个凸部以及多个凹部，所述多个凸部与该导体转子之间分别具有一第一气流通道，所述多个凹部与该导体转子之间分别具有一第二气流通道，且该第二气流通道的截面积大于该第一气流通道的截面积；以及
多个永磁体，设置于所述凹部的嵌入槽，所述永磁体分别嵌合于所述嵌入槽中。
2.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该导体转子包含一容置腔，该永磁转子置于该容置腔内。
3.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，所述第一气流通道与所述第二气流通道平行于该永磁转子的轴向设置。
4.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该导磁圆环为低碳钢导磁圆环或硅钢片导磁圆环，该永磁体为钕铁硼永磁体。
5.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该导体转子包含一导磁圆筒和一导体环，该导体环设置于该导磁圆筒的内表面，其中，所述第一气流通道位于所述凸部与该导体环之间，所述第二气流通道位于所述凹部与该导体环之间。
6.如权利要求5所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该导磁圆筒为低碳钢导磁圆筒或硅钢片导磁圆筒，该导体环为铜导体环或铝导体环。
7.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该导磁圆环的一凸部两侧的永磁体的磁极性相同。
8.如权利要求7所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该凸部两侧的永磁体的磁极为N极。
9.如权利要求7所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该凸部两侧的永磁体的磁极为S极。
10.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，所述凸部与该永磁转子的轴向夹有一夹角，该夹角介于0～240/p，其中p为磁极对数。
11.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该永磁转子包含一负载轴以及一铝环，该铝环套设于该负载轴并位于该负载轴与该导磁圆环之间。
12.如权利要求11所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该铝环包含多个凹槽，该导磁圆环包含多个凸块，所述凸块卡合于所述凹槽中，使该导磁圆环固定于该铝环。
13.如权利要求12所述的永磁调速联轴器，其特征在于，所述凸块设置于所述凸部的对侧，所述凸块分别具有一颈部，所述凹槽的形状与所述凸块相匹配。
14.如权利要求11所述的永磁调速联轴器，其特征在于，还包含一紧固件以及多个螺柱，所述螺柱穿设该紧固件的开口并锁附至该导磁圆环的螺孔，从而锁合该紧固件和该导磁圆环。
15.如权利要求11所述的永磁调速联轴器，其特征在于，还包含一紧固件以及多个螺柱，所述螺柱穿设该紧固件的开口并锁附至该铝环的螺孔，从而锁合该紧固件和该铝环。
16.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，还包含一负载轴连接至该导磁圆环，其中该导磁圆环包含与所述多个凸部一一对应的数个隔磁桥，设置于该负载轴与所述凸部之间。
17.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该导磁圆环由多个层叠的导磁环片构成，每一所述导磁环片包含所述凹部与所述凸部，任意相邻的所述导磁环片之间错位一固定角度。
18.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该导磁圆环由多个层叠的导磁环片构成，每一所述导磁环片包含所述凹部与所述凸部，相邻的所述导磁环片之间错位一预定角度，该预定角度从该导磁圆环的一端至另一端单调递增或单调递减。
19.如权利要求17或18所述的永磁调速联轴器，其特征在于，每一所述导磁环片包含设置于所述凸部的多个穿孔，该永磁转子还包含多个定位柱，所述定位柱贯穿相邻的所述导磁环片上的所述穿孔，以组合所述导磁环片为该导磁圆环。
20.如权利要求19所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该导磁环片的高度为H，该定位柱的高度为h，且H<h<2H。
21.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，所述第一气流通道的宽度为2-8毫米，所述第二气流通道的宽度为6-20毫米。
22.如权利要求1所述的永磁调速联轴器，其特征在于，该永磁调速联轴器为一盘式永磁调速联轴器或一筒形永磁调速联轴器。
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