CN105790545A - 一种具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，包括绕组转子和永磁转子，所述绕组转子为内转子，永磁转子为外转子，所述绕组转子包含第一铁芯和绕组，第一铁芯开设有若干个半闭口槽，绕组位于半闭口槽中，在半闭口槽中***有固定绕组的槽楔。本发明的一种具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，由于半闭口槽的槽口宽度远小于开口槽，有效地改善了气隙磁密的波形，降低了永磁体中产生的涡流损耗；由于过渡段为斜肩状，绕组产生的离心力就由半闭口槽的斜肩承受，槽楔不会脱落，解决了大功率的绕组式永磁耦合器长期运行极易导致槽楔脱落的问题；采用波绕组可以减少极间连线，降低绕组有效材料的消耗。

Description

一种具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器
技术领域
本发明涉及具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，属于机械驱动领域。
背景技术
目前，绕组式永磁耦合器由永磁转子和绕组转子组成，当绕组转子随动力轴旋转，绕组被永磁转子的磁场切割产生电动势，继而产生电流。绕组中的电流与永磁磁场耦合产生转矩，带动负载轴旋转。
在体积相同条件下，采用永磁转子为外转子，绕组转子为内转子时，永磁耦合器的功率密度更高，所能提供的转矩也更大。
对于大功率的绕组式永磁耦合器而言，由于绕组转子的电压、电流较大，采用散嵌绕组已不能满足生产要求，一般设计成由多个串联线匝组成的硬绕组成型线圈，其绕组铁芯只能设计成开口槽，这就带来了以下问题：一方面，耦合器运行时绕组高速旋转产生很大的离心力，长期运行极易导致槽楔脱落，影响耦合器正常运行；另一方面，开口槽设计导致气隙磁场谐波含量较大，在永磁体中会产生很大的涡流损耗，极易导致永磁体退磁，虽然采用磁性槽楔可以起到改善气隙磁密波形，降低永磁体涡流损耗的作用，但是磁性槽楔的性能欠佳，经常出现起层或者破损等现象，同时也存在脱落的可能。
为了最大程度的利用永磁体的性能，永磁转子通常设计成表贴式，在永磁电机领域，由于转子与定子磁场同步旋转，常常忽略永磁体表面的涡流损耗，但是对于永磁耦合器而言，存在离合状态，此时内、外转子的转差很大，永磁体表面的涡流损耗足以使永磁体温度升高并退磁，不能被忽略。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，由于半闭口槽的槽口宽度远小于开口槽，有效地改善了气隙磁密的波形，降低了永磁体中产生的涡流损耗。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，包括绕组转子和永磁转子，所述绕组转子为内转子，永磁转子为外转子，所述绕组转子包含第一铁芯和绕组，第一铁芯开设有若干个半闭口槽，绕组位于半闭口槽中，在半闭口槽中***有固定绕组的槽楔。
为了降低了永磁体中产生的涡流损耗，所述半闭口槽包含矩形槽、槽口和过渡段，所述槽口的宽度为0.5-10mm，所述过渡段为斜肩，斜肩用来放置槽楔，绕组***到矩形槽中，用槽楔塞紧。
更进一步的，所述槽口的宽度为1-6mm。
更进一步的，所述槽口位于半闭口槽的正中间。
更进一步的，所述槽口位于半闭口槽的一侧。
更进一步的，所述斜肩限制槽楔移动的面为平面或圆弧曲面。
更进一步的，所述绕组为单匝线圈。
更进一步的，为了减少极间连线，降低绕组有效材料的消耗，所述绕组包含上层绕组和下层绕组，转子的绕组为波绕组结构。
更进一步的，所述波绕组的连线按短距与长距交替进行，最后将两个大线圈串联起来构成一相绕组。
更进一步的，所述绕组是三相或者多相分布，绕组接成星形接法。
更进一步的，所述永磁转子包含第二铁芯和永磁体，所述第二铁芯中有若干个槽，永磁体嵌入槽中。
更进一步的，永磁体的截面形状为矩形或瓦片形。
有益效果：本发明的一种具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，由于半闭口槽的槽口宽度远小于开口槽，有效地改善了气隙磁密的波形，降低了永磁体中产生的涡流损耗；由于过渡段为斜肩状，绕组产生的离心力就由半闭口槽的斜肩承受，槽楔不会脱落，解决了大功率的绕组式永磁耦合器长期运行极易导致槽楔脱落的问题；采用波绕组可以减少极间连线，降低绕组有效材料的消耗。
附图说明
图1为本发明中波绕组的原理示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明中半闭口槽的结构示意图。
图4为本发明中半闭口槽的另一种结构示意图。
图5为本发明中半闭口槽的第三种结构示意图。
图6为本发明中半闭口槽的第四种结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明的一种具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器的剖面图见附图2所示，包含绕组转子1、永磁转子2以及它们之间的气隙3，绕组转子1为内转子，永磁转子2为外转子，这样设计电枢直径(也就是绕组转子1的外径)大，功率密度高。永磁转子2包含永磁体21和第二铁芯22，第二铁芯22为叠片式铁芯，第二铁芯由硅钢片沿轴向叠压而成，永磁体21嵌入在第二铁芯22中。绕组转子1包含第一铁芯11、槽楔12、上层绕组13和下层绕组14，第一铁芯11由硅钢片沿轴向叠压而成，并设置有一定数量的半闭口槽，半闭口槽的结构如图3所示，半闭口槽包含矩形槽、槽口和过渡段，槽口的宽度15mm，槽口位于半闭口槽的正中间，过渡段为斜肩，斜肩限制槽楔移动的面为平面，如图3所示，上层绕组13和下层绕组14***到矩形槽中，用槽楔12塞紧，上层绕组13和下层绕组14产生的离心力就由半闭口槽的斜肩承受，槽楔12不会脱落。上层绕组13和下层绕组14均采用扁铜线包绝缘制成，安装在第一铁芯的半闭口槽中，上层绕组13和下层绕组14从铁芯端部***到第一铁芯11的半闭口槽内，之后用槽楔12塞紧。按照波绕组的接线规则将端部焊接，波绕组的特征是把同一极性(例如N1、N2……)下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起来，组成一组，如图2所示。以A相为例：将绕组AB***3号槽，B’E’***11号槽，EF***21号槽，F’J’***29号槽，之后分别将BB’、EE’、FF’、JJ’焊接，ABEFJK就组成了一个线圈。再把另一极性(S1、S2……)下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起来，组成另一组，最后将两个大线圈串联起来构成一相绕组，绕组如果是三相或者多相分布，绕组最后接成星形接法。
本发明在使用时，绕组转子1与动力轴相连，永磁转子2与负载轴相连(反之亦可)。当绕组转子1随动力轴旋转，绕组切割在永磁转子2产生的磁场产生电动势，继而产生电流。绕组中的电流与永磁体21磁场耦合产生转矩，带动负载轴旋转。
按照本实施例设计的半闭口槽，气隙磁密呈正弦波，相比开口槽，气隙磁密波形的畸变率变小，永磁体中产生的涡流损耗下降了50％，解决了因永磁体涡流损耗过大而引起的永磁体局部退磁。
实施例2
本实施例中，只有半闭口槽与实施例1不同，半闭口槽中槽口的宽度为6mm，槽口位于半闭口槽的一侧，斜肩限制槽楔移动的面为平面，如图4所示。按照本实施例设计的半闭口槽，气隙磁密呈正弦波，相比开口槽，气隙磁密波形的畸变率变小，永磁体中产生的涡流损耗下降了28％，解决了因永磁体涡流损耗过大而引起的永磁体局部退磁。
实施例3
本实施例中，只有半闭口槽与实施例1不同，半闭口槽中槽口的宽度为6mm，槽口位于半闭口槽的一侧，斜肩限制槽楔移动的面为曲面，如图6所示。按照本实施例设计的半闭口槽，气隙磁密呈正弦波，相比开口槽，气隙磁密波形的畸变率变小，永磁体中产生的涡流损耗下降了28％，解决了因永磁体涡流损耗过大而引起的永磁体局部退磁。
实施例4
本实施例中，只有半闭口槽与实施例1不同，半闭口槽中槽口的宽度为5mm，槽口位于半闭口槽的正中间，斜肩限制槽楔移动的面为平面，如图3所示。按照本实施例设计的半闭口槽，气隙磁密呈正弦波，相比实施例2，气隙磁密波形的畸变率变小，永磁体中产生的涡流损耗下降了5.5％，解决了因永磁体涡流损耗过大而引起的永磁体局部退磁。
实施例5
本实施例中，只有半闭口槽与实施例1不同，半闭口槽中槽口的宽度为5mm，槽口位于半闭口槽的正中间，斜肩限制槽楔移动的面为曲面，如图5所示。按照本实施例设计的半闭口槽，气隙磁密呈正弦波，相比实施例3，气隙磁密波形的畸变率变小，永磁体中产生的涡流损耗下降了5.5％，解决了因永磁体涡流损耗过大而引起的永磁体局部退磁。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：包括绕组转子和永磁转子，所述绕组转子为内转子，永磁转子为外转子，所述绕组转子包含第一铁芯和绕组，第一铁芯开设有若干个半闭口槽，绕组位于半闭口槽中，在半闭口槽中***有固定绕组的槽楔。
2.根据权利要求1所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述半闭口槽包含矩形槽、槽口和过渡段，所述槽口的宽度为0.5-10mm，所述过渡段为斜肩，斜肩用来放置槽楔，绕组***到矩形槽中，用槽楔塞紧。
3.根据权利要求2所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述槽口的宽度为1-6mm。
4.根据权利要求3所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述槽口位于半闭口槽的正中间。
5.根据权利要求3所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述槽口位于半闭口槽的一侧。
6.根据权利要求4或5所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述斜肩限制槽楔移动的面为平面或圆弧曲面。
7.根据权利要求1所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述绕组为单匝线圈。
8.根据权利要求7所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述绕组包含上层绕组和下层绕组，所述绕组为波绕组结构。
9.根据权利要求8所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述波绕组结构是把同一极性下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起来，组成一组，再把另一极性下属于同一相的线圈按波浪形依次串联起来，组成另一组。
10.根据权利要求9所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述波绕组结构的连线要按短距与长距交替进行，最后将两个大线圈串联起来构成一相绕组。
11.根据权利要求1所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述绕组是三相或者多相分布，绕组接成星形接法。
12.根据权利要求1所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述永磁转子包含第二铁芯和永磁体，所述第二铁芯中有若干个槽，永磁体嵌入槽中。
13.根据权利要求12所述的具有单匝波绕组的大功率永磁耦合器，其特征在于：所述永磁体的截面形状为矩形或瓦片形。
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