CN208849647U - 一种盘式永磁涡流联轴器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种盘式永磁涡流联轴器，属于电动机制造领域，解决了现有开槽型盘式永磁涡流联轴器的传输转矩波动增大的问题。本实用新型包括驱动轴、负载轴、以及相互平行的两个永磁盘转子和两个导体盘转子，两个导体盘背钢之间通过导体连杆相连形成腔体，两个永磁盘转子位于所述腔体内，相邻的永磁盘转子和导体盘转子上的永磁盘和导体盘相对设置，永磁盘上设有轴向永磁体，轴向永磁体的N极和S极交替布置，在导体盘周向均匀设有凹槽，在相邻的轴向永磁体之间设有切向永磁体，切向永磁体的磁力线沿圆周切向且均指向轴向永磁体的N极，轴向永磁体的极数与凹槽数量的最大公约数为1。本实用新型可大幅降低转矩波动，提高输出转矩。

Description

一种盘式永磁涡流联轴器

技术领域

本实用新型属于电动机制造领域，具体涉及一种盘式永磁涡流联轴器。

背景技术

永磁涡流传动技术已经在工业生产中取得了广泛的应用，主要应用在钢铁、煤炭、石油、冶金等领域的大功率风机泵类等负载的传动领域，具有节能、寿命长、维护简单等优点。利用高性能的钕铁硼永磁体可以提高轴向气隙磁密，使装置的体积减小，节约占用空间。由于在传递转矩的过程之中没有机械轴之间的刚性耦合，使得装置具有吸收震动、缓冲起动、过载保护、容忍对中偏差等特点，大大提高了装置运行的适用性及可靠性。

盘式永磁涡流联轴器的基本工作原理是：与驱动轴相连的铜导体转子和与负载轴相连的的永磁转子分别随着各自的转轴独立旋转，两者之间存在一定的气隙。铜导体转子和永磁转子分别固定在各自的背钢之上，背钢的作用是固定支撑和为磁通提供回路。正常运行时，驱动轴和负载轴始终存在转差速度，此时在铜导体盘上会感应出涡流，涡流产生的磁场与永磁体磁场相互作用产生转矩带动负载轴旋转。当气隙调节器控制气隙长度不断变化时，渗入铜盘的磁场强度也在不断变化，因此涡流大小也在不断变化，涡流产生的磁场与永磁体磁场相互作用力也随之不断变化，可见，通过调节气隙长度可以控制传输转矩的大小，可以达到调速和节能的目的。

盘式永磁涡流联轴器是永磁涡流传动技术的重要实施载体。2006年,伦敦帝国学院的Hamideh K.Razavi和Michael U.Lampérth提出对盘式永磁涡流联轴器的铜导体盘进行开槽，并在开槽空间填充导磁材料，这样可以提高装置的传输转矩，但是此时因齿槽转矩会引起传输转矩波动大大增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种盘式永磁涡流联轴器，以解决现有开槽型盘式永磁涡流联轴器的传输转矩波动增大的问题。

本实用新型的技术方案是：一种盘式永磁涡流联轴器，包括驱动轴、负载轴、以及相互平行的两个永磁盘转子和两个导体盘转子，驱动轴和负载轴同轴，驱动轴与其中一个导体盘转子相连，负载轴上设有两个永磁盘转子，导体盘转子包括导体盘和导体盘背钢，导体盘连接在导体盘背钢上，两个导体盘背钢之间通过导体连杆相连形成腔体，两个永磁盘转子位于所述腔体内，永磁盘转子包括永磁盘和永磁盘背钢，永磁盘连接在永磁盘背钢上，相邻的永磁盘转子和导体盘转子上的永磁盘和导体盘相对设置，永磁盘上设有轴向永磁体，轴向永磁体的N极和S极交替布置在永磁盘的圆周上，在导体盘周向均匀设有凹槽，凹槽内填充有导磁材料，在相邻的轴向永磁体之间设有切向永磁体，切向永磁体的磁力线沿圆周切向且均指向轴向永磁体的N极，轴向永磁体的极数与凹槽数量的最大公约数为1。

作为本实用新型的进一步改进，两个永磁盘背钢之间连接有气隙调节器，可以调节气隙宽度、改变输出转矩，以调节负载轴的转速。

作为本实用新型的进一步改进，导体盘采用铜制作而成。

作为本实用新型的进一步改进，在导体盘和导磁材料之间涂抹有绝缘漆。

作为本实用新型的进一步改进，导磁材料采用硅钢片。

作为本实用新型的进一步改进，导磁材料采用叠加的硅钢片。

本实用新型的有益效果是：本发明对导体盘的开槽数量进行了特定的设置，使永磁侧的轴向永磁体数量和导体侧的开槽数量达到合理的匹配(极槽配合),不仅可以增强气隙磁密,提高转矩输出，同时可以进一步抑制开槽结构引起的齿槽转矩，降低传输转矩的波动；由于在相邻的轴向永磁体之间设置了切向永磁体，提高了气隙磁密，且同样可提高转矩输出，有效提高了永磁体的利用率，提高了联轴器的转矩密度和性价比；将这两种简单的方式结合起来，既提高了输出转矩又降低了转矩波动，可以提高联轴器的转矩密度和稳定性、达到转矩波动最小的效果；本实用新型不必采用其他额外的措施，即可达到预期的目的，降低了工艺的复杂性，简单实用。

附图说明

图1是本实用新型的剖面结构示意图；

图2是是图1中的A-A视图；

图3是未开槽的盘式永磁涡流联轴器的主磁路示意图；

图4是开槽型盘式永磁涡流联轴器的主磁路示意图；

图5是本实用新型的主磁路示意图；

图6是本实用新型实施例1中导体盘的结构示意图；

图7是本实用新型实施例2中导体盘的结构示意图。

图中，1-永磁盘；101-轴向永磁体；102-切向永磁体；2-负载轴；3-永磁盘背钢；4-导体盘背钢；41-导体连杆；5-气隙调节器；6-驱动轴；7-导体盘；8-气隙；9-凹槽。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1、图2所示，一种盘式永磁涡流联轴器，包括驱动轴、负载轴、以及相互平行的两个永磁盘转子和两个导体盘转子，驱动轴和负载轴同轴，驱动轴与其中一个导体盘转子相连，负载轴上设有两个永磁盘转子，导体盘转子包括导体盘和导体盘背钢，导体盘连接在导体盘背钢上，两个导体盘背钢之间通过导体连杆相连形成腔体，两个永磁盘转子位于所述腔体内，永磁盘转子包括永磁盘和永磁盘背钢，永磁盘连接在永磁盘背钢上，相邻的永磁盘转子和导体盘转子上的永磁盘和导体盘相对设置，永磁盘上设有轴向永磁体，轴向永磁体的N极和S极交替布置在永磁盘的圆周上，在导体盘周向均匀设有凹槽，凹槽内填充有导磁材料，在相邻的轴向永磁体之间设有切向永磁体，切向永磁体的磁力线沿圆周切向且均指向轴向永磁体的N极，轴向永磁体的极数与凹槽数量的最大公约数为1。

两个永磁盘背钢之间连接有气隙调节器。

导体盘采用铜制作而成。

在导体盘和导磁材料之间涂抹有绝缘漆。

导磁材料采用硅钢片。

导磁材料采用叠加的硅钢片。

对于未开槽的盘式永磁涡流联轴器，正常运行时，如图3所示，主磁通穿过的路径为：轴向永磁体101的N极、气隙8、导体盘7、导体盘背钢4、导体盘7、气隙8、相邻的轴向永磁体101的S极、永磁盘背钢3，最后通过轴向永磁体101的N极形成闭合磁路。导体盘7感应产生的涡流路径为近似圆形或椭圆形，数量与轴向永磁体101极数相同，其中径向涡流密度较大，与气隙磁力线垂直，同时有很多杂散涡流（非径向），与磁力线有不同夹角，其中只有径向分量对输出转矩有作用，而非径向分量对输出转矩没有贡献且会加大损耗，引起装置发热。

对于开槽型盘式永磁涡流联轴器，当导体盘7周向均匀开设凹槽9并且在凹槽9内填充导磁材料（如硅钢片）时，如图4所示，主磁通穿过的路径为（忽略漏磁）：轴向永磁体101的N极、气隙8、导磁材料、导体盘背钢4、导磁材料、气隙8、相邻的轴向永磁体101的S极、永磁体背钢3，最后通过轴向永磁体101的N极形成闭合磁路。由磁力线经过的路径可知,由于凹槽9内填充了导磁材料,磁阻远小于导体盘7的磁阻,故整个磁路的磁阻相比原来没开槽时明显降低,根据磁路的欧姆定律,此时气隙磁场的磁密比原来会有较大提升,所以开槽之后输出转矩会有大幅提升。

开槽之后，涡流流动路径由于受到了强迫规划，导磁材料的电阻远大于导体盘7的电阻，涡流只能沿着径向路径流动，减少了杂散涡流的大小，为了进一步增强这种效果，可以在导体盘7和导磁材料之间涂抹绝缘漆或者用叠压的硅钢片充当导磁材料，类似于变压器的铁芯。

由于在导体盘7上开设凹槽9并且填充了导磁材料，当永磁侧和导体侧发生相对运动时，周向磁共能发生变化，根据电机学中的基础知识可知，此时会有齿槽转矩产生。总的传输转矩T=T_em+T_cog，其中T_em为电磁转矩，T_cog为齿槽转矩，齿槽转矩的存在使涡流联轴器的传输转矩波动大大增加，这会使传输***变得不稳定，对整个传动***造成不良影响。导体盘7没开槽时不存在齿槽转矩。

对一个盘式永磁涡流联轴器来讲，可以通过合理的开槽数量来抑制齿槽转矩，这种方法优点在于，既然决定采用铜导体盘开槽这种结构，那么可以仅通过合理的开槽数量来抑制齿槽转矩，而不必采用其他复杂的方法。这种方法的基本原则是，保证轴向永磁体101极数与凹槽9数量的最大公约数为1，即除了1以外没有其它公约数，这样可以保证齿槽转矩得到最大的削弱。当导体盘7相对永磁盘7转动一个齿槽的圆周距离时，齿槽转矩的周期取决于开槽数和极数的配合，其周期数为使nz/2p为整数时的最小整数值，其中z为开槽数量、p为极对数、n为使nz/2p为整数时的整数值，波动周期N=2p/GCD(z,2p)，GCD为最大公约数。一个槽距内的周期数N越大,对应齿槽转矩幅值越小。在以上极槽配合的基础上，在相邻的轴向永磁体101之间设置切向永磁体102，切向永磁体102的磁力线沿圆周切向且均指向轴向永磁体101的N极。如图5所示，其中一部分主磁通穿过的路径为：轴向永磁体101的N极、气隙8、导磁材料、导体盘背钢4、导磁材料、气隙8、相邻的轴向永磁体101的S极、切向永磁体102，最后通过轴向永磁体101的N极形成闭合磁路。由此可见，这种设置方式具有单边聚磁性，可以提高永磁盘1的利用率，使气隙磁密得到提升。显然，这可以使联轴器的输出转矩进一步提升。

当开槽不满足极槽配合原理时，转矩波动为15%左右，远大于未开槽时情况。如果只采用极槽配合，在较高转差速度时，转矩波动可降低至4%左右，在较低转差速度时，转矩波动为8%左右，接近未开槽时的情况。当极槽配合和以上充磁方式相结合时，转矩波动能够进一步降低，在较高转差速度时，转矩波动降低至1%左右，远小于未开槽时的情况，在较低转差速度时，转矩波动降低至3%左右，转矩波动得到了进一步改善。总之，本实用新型可以使开槽的盘式涡流联轴器齿槽转矩得到大幅抑制，可以有效降低转矩波动，同时，使同等情况下的输出转矩得到大幅提升。而单独采用极槽配合则效果不佳。

其中，轴向永磁体101和切向永磁体102的宽度比例应有合理的优化以达到更好的聚磁效果，凹槽9的宽度应该根据实际优化以达到更高的输出转矩。

实施例1、

如图2所示，轴向永磁体101的极数为12，在相邻的轴向永磁体101之间设有切向永磁体102，切向永磁体102的磁力线沿圆周切向且均指向轴向永磁体101的N极。如图6所示，导体盘7上的凹槽9数量为37，凹槽9内填充有导磁材料，并且在导体盘7和导磁材料之间涂抹有绝缘漆，以减少杂散涡流的流动路径。根据前述对凹槽9数量的要求，满足轴向永磁体101的极数与凹槽9数量的最大公约数为1，即GCD(37,12)=1。

实施例2、

本实施例与实施例1的区别如图7所示，凹槽9数量为25，满足GCD(25,12)=1。

不同的开槽数量对转矩提升幅度稍有影响，应当在把握极槽配合的前提下，寻求最优的组合。

显然，本实用新型并不受以上两个实施例的限制。因为，根据实际的应用情况可知，永磁涡流联轴器最优的轴向永磁体101极数会因功率大小而变化，并不是固定的12极最优，导体盘7的开槽数量不一定限制在37或25这两个固定数值，在不脱离本实用新型的原理和思路的前提下，会因上述情况出现不同的变化和改进，因此都属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种盘式永磁涡流联轴器，包括驱动轴、负载轴、以及相互平行的两个永磁盘转子和两个导体盘转子，所述驱动轴和负载轴同轴，驱动轴与其中一个导体盘转子相连，负载轴上设有两个永磁盘转子，导体盘转子包括导体盘和导体盘背钢，导体盘连接在导体盘背钢上，两个导体盘背钢之间通过导体连杆相连形成腔体，两个永磁盘转子位于所述腔体内，永磁盘转子包括永磁盘和永磁盘背钢，永磁盘连接在永磁盘背钢上，相邻的永磁盘转子和导体盘转子上的永磁盘和导体盘相对设置，永磁盘上设有轴向永磁体，轴向永磁体的N极和S极交替布置在永磁盘的圆周上，在导体盘周向均匀设有凹槽，凹槽内填充有导磁材料，其特征在于：在相邻的轴向永磁体（101）之间设有切向永磁体（102），所述切向永磁体（102）的磁力线沿圆周切向且均指向轴向永磁体（101）的N极，轴向永磁体（101）的极数与凹槽（9）数量的最大公约数为1。

2.根据权利要求1所述的一种盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：两个永磁盘背钢（3）之间连接有气隙调节器（5）。

3.根据权利要求1或2所述的一种盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：所述导体盘（7）采用铜制作而成。

4.根据权利要求3所述的一种盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：在导体盘（7）和导磁材料之间涂抹有绝缘漆。

5.根据权利要求4所述的一种盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：所述导磁材料采用硅钢片。

6.根据权利要求3所述的一种盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：所述导磁材料采用叠加的硅钢片。