專利名稱：混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置，屬于電動機制造的技術(shù) 領(lǐng)域。
技術(shù)背景永磁傳動技術(shù)的應(yīng)用已有幾十年的歷史，它的應(yīng)用之一是將原動機的動力 通過其軸上的外磁部件傳遞給工作軸上的內(nèi)磁部件，內(nèi)外磁部件由隔離罩分開， 從而工作軸無須伸出所要封閉的空間，取消了動密封，實現(xiàn)了無密封、零泄漏。 主要應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、石油化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)中的泵和壓縮機、攪拌機與 閥門等。目前我國流體機械大量使用的傳統(tǒng)機械密封在國外的這些部門已逐漸 被永磁傳動所取代。永磁傳動技術(shù)的另一應(yīng)用是電勵磁渦流傳動裝置，電勵磁渦流傳動裝置使 用了磁滯材料，是該裝置的一大特色。磁滯材料與永磁材料的區(qū)別是前者容易 改變極性，所以容易調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，提供了優(yōu)良的操作性能，目前它得到了廣泛的 應(yīng)用。但它的額定轉(zhuǎn)矩小，因為在額定轉(zhuǎn)矩時，離合器開始滑動，磁滯材料由 系統(tǒng)吸收能量，由于磁極的變化，動能變成熱量，這部分熱量應(yīng)及時的散失和 冷卻。電勵磁渦流傳動裝置轉(zhuǎn)矩的調(diào)整控制由勵磁線圈提供，需要直流電源及 控制系統(tǒng)，它在自動控制系統(tǒng)中是最佳的選擇。磁力裝置與傳感器、微處理器 的集成可為某些工藝過程實現(xiàn)自動化。例如當(dāng)巻繞機的巻徑不斷增加時，通過 控制勵磁電流變化，從而轉(zhuǎn)矩亦隨之相應(yīng)地變化，以保證獲得恒定的張力。這 對印刷機類一凹印機,紡織機類一驗布機，紙張?zhí)幚頇C類一裁紙機，金屬處理機類 一鍍膜機、線切割機、鋼條熱處理機、巻材機，包裝機類一制袋機等是十分可 貴的。因此，它是幾乎任何材料的拉伸和巻曲過程控制的優(yōu)良選擇。永磁傳動無勵磁消耗，但由于它通過機械方式或伺服機構(gòu)調(diào)節(jié)氣隙大小， 因此使得使用操作不方便。而電勵磁傳動調(diào)節(jié)方便，但電勵磁功率消耗較大。 此外，傳統(tǒng)電勵磁傳動由于采用爪極結(jié)構(gòu)，其散熱性能較差。本發(fā)明討論的混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置技術(shù)結(jié)合了永磁、電勵磁渦流傳動技術(shù)的優(yōu)點，將永磁傳動的高功率密度與電勵磁渦流傳動的磁場可調(diào)結(jié) 合起來，充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢，克服了各自的缺點，減小了電勵磁損耗。通 過高強度永磁極、可調(diào)磁鐵心極和銅盤的相互作用，實現(xiàn)電機和負(fù)載之間通過 氣隙進(jìn)行扭矩的傳遞；電機和負(fù)載之間相互保持獨立運行，沒有機械連結(jié)。此 外，本發(fā)明采用了磁極盤式結(jié)構(gòu)，其散熱性能比電勵磁傳動的更好。它主要由 兩部分組成， 一部分是由連接在驅(qū)動側(cè)的高強度永磁(釹鐵硼)極和可調(diào)磁鐵 心極轉(zhuǎn)子組成；另一部分是由連接在負(fù)載側(cè)的銅盤組成的銅轉(zhuǎn)子上。本發(fā)明討論的混合勵磁傳動技術(shù)的工作原理是銅轉(zhuǎn)子和磁極轉(zhuǎn)子可以自 由地獨立旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁極轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，銅轉(zhuǎn)子與磁鋼轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對運動，交變磁 場通過氣隙在銅轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，同時渦流產(chǎn)生感應(yīng)磁場與磁極合成磁場(包 括永磁磁場和電勵磁磁場)相互作用，從而帶動銅轉(zhuǎn)子沿著與永磁轉(zhuǎn)子相同的 方向旋轉(zhuǎn)，結(jié)果是在負(fù)載側(cè)輸出軸上產(chǎn)生扭矩，從而帶動負(fù)載做旋轉(zhuǎn)運動。通 過調(diào)節(jié)直流勵磁繞組的電流大小和方向，實現(xiàn)氣隙磁場的增磁和弱磁，從而控 制傳遞的扭矩，以獲得可控制的負(fù)載轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率，從而實現(xiàn)負(fù) 載轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率的調(diào)節(jié)。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種輸出功率、轉(zhuǎn)矩大，并 能實時調(diào)節(jié)輸出功率、轉(zhuǎn)矩的混合勵磁渦流傳動裝置。技術(shù)方案為了提高電機的輸出功率、轉(zhuǎn)矩，本發(fā)明釆用了特殊的電機結(jié) 構(gòu)，即在被動轉(zhuǎn)子的銅盤上進(jìn)行開槽，槽內(nèi)釆用高導(dǎo)磁的填充材料填充，該結(jié) 構(gòu)比平板銅盤(不開槽)結(jié)構(gòu)功率密度大，使得傳動裝置的傳遞功率更大，而 在相同功率時，該結(jié)構(gòu)比平板銅盤(不開槽)結(jié)構(gòu)體積更小；為了調(diào)節(jié)輸出功 率、轉(zhuǎn)矩，本發(fā)明引入了交錯磁極和直流勵磁繞組部分，從而實現(xiàn)混合勵磁， 交錯磁極結(jié)構(gòu)使得電機結(jié)構(gòu)更為簡單，勵磁線圈長度比電勵磁傳動下的更短， 因此電勵磁損耗更小；此外，由于采用磁極盤式結(jié)構(gòu)，其散熱性能比電勵磁傳 動更好。銅盤開槽并采用高導(dǎo)磁的填充材料填充使得氣隙磁通穿過髙導(dǎo)磁物質(zhì)進(jìn)入 到被動轉(zhuǎn)子背軛，從而在銅盤中產(chǎn)生渦流。充分利用了銅的導(dǎo)電性和高導(dǎo)磁物 質(zhì)的導(dǎo)磁性，使得輸出功率得以提高。為了減小傳動機構(gòu)的附加同步轉(zhuǎn)矩、附加異步轉(zhuǎn)矩和單相振動力，被動轉(zhuǎn)子銅盤上的開槽數(shù)遵循近槽配合原則，同時滿足仏9^2; 0i^2±p; &-G2#(±P±l)。 2i為銅盤開槽數(shù)；02為永磁體數(shù)(為外環(huán)永磁極與內(nèi)環(huán)永磁極 的總數(shù))；p=02/2表示主動轉(zhuǎn)動體極數(shù)。本發(fā)明的混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置包括主動轉(zhuǎn)動體、被動轉(zhuǎn)動體、 外環(huán)永磁極、內(nèi)環(huán)永磁極、外環(huán)鐵心極、內(nèi)環(huán)鐵心極和直流勵磁繞組；該混合 勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置的主動轉(zhuǎn)動體有對稱的兩塊，其軸心處固定于輸入 轉(zhuǎn)軸上，主動轉(zhuǎn)動體的外表面貼有交錯排列的外環(huán)永磁極、內(nèi)環(huán)永磁極、外環(huán) 鐵心極和內(nèi)環(huán)鐵心極，主動轉(zhuǎn)動體表面的環(huán)形磁極凹槽內(nèi)安裝直流勵磁繞組； 被動轉(zhuǎn)動體包括開槽的銅盤、背軛，背軛位于該裝置的外側(cè)，銅盤槽內(nèi)采用高導(dǎo)磁的填充材料填充；開槽的銅盤位于背軛的內(nèi)側(cè)，被動轉(zhuǎn)動體固定于輸出轉(zhuǎn) 軸上。主動轉(zhuǎn)動體表面的永磁極分為兩部分，主動轉(zhuǎn)動體外圈的永磁極為外環(huán) 永磁極，主動轉(zhuǎn)動體內(nèi)圈的永磁極為內(nèi)環(huán)永磁極；主動轉(zhuǎn)動體表面的鐵心極分 為兩部分，主動轉(zhuǎn)動體外圈的鐵心極為外環(huán)鐵心極，主動轉(zhuǎn)動體內(nèi)圈的鐵心極 為內(nèi)環(huán)鐵心極；主動轉(zhuǎn)動體表面的外環(huán)永磁極和內(nèi)環(huán)永磁極的極性相異且交錯 排列；主動轉(zhuǎn)動體表面的外環(huán)鐵心極與內(nèi)環(huán)鐵心極交錯排列；外環(huán)永磁極與外 環(huán)鐵心極交錯排列；內(nèi)環(huán)永磁極與內(nèi)環(huán)鐵心極交錯排列。被動轉(zhuǎn)動體采用開槽 的銅盤，銅盤槽在銅盤的圓周上均勻分布，槽口朝向主動轉(zhuǎn)動體，銅盤槽內(nèi)由 高導(dǎo)磁的填充材料填充。無直流勵磁電流時磁通路徑為外環(huán)永磁極、內(nèi)環(huán)永磁極、被動轉(zhuǎn)子銅盤 槽、被動轉(zhuǎn)子背軛、相鄰銅盤槽、相鄰的極性相異的內(nèi)環(huán)永磁極外環(huán)永磁極、 主動轉(zhuǎn)子，最后回到外環(huán)永磁極、內(nèi)環(huán)永磁極。當(dāng)直流勵磁繞組中通入正向直流勵磁電流時，勵磁電流對氣隙磁場起增磁 作用。此時，同一轉(zhuǎn)子極上的外環(huán)永磁極與內(nèi)環(huán)鐵心極、內(nèi)環(huán)永磁極與外環(huán)鐵 心極極性相同。當(dāng)直流勵磁繞組中通入反向直流勵磁電流時，勵磁電流對氣隙磁場起弱磁 作用。此時，同一轉(zhuǎn)子極上的外環(huán)永磁極與內(nèi)環(huán)鐵心極、內(nèi)環(huán)永磁極與外環(huán)鐵 心極極性相反。渦流路徑在開槽的銅盤上，環(huán)繞槽口在外圍銅盤上形成環(huán)流。 有益效果本發(fā)明由于引入了交錯磁極(永磁極與鐵心極交錯排列)結(jié)構(gòu)、高強度永磁極、可調(diào)磁鐵心極和直流勵磁繞組，氣隙磁場可得以有效調(diào)節(jié)，氣 隙磁密可在零至兩倍永磁氣隙磁密的寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、輸出功率、 輸出轉(zhuǎn)矩的自由調(diào)節(jié)，減小了電勵磁損耗，充分結(jié)合了永磁傳動與電勵磁傳動 的優(yōu)點又克服了各自的缺點。此外，由于被動轉(zhuǎn)子銅盤開槽并采用高導(dǎo)磁的填 充材料填充，可獲得比永磁渦流傳動裝置更高的輸出功率、轉(zhuǎn)矩，從而提高裝 置的功率密度。


圖1本發(fā)明是混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置剖面示意圖；圖2是本發(fā)明混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置主動轉(zhuǎn)動體表面磁極(未放 置勵磁繞組)分布示意圖；圖3是本發(fā)明混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置主動轉(zhuǎn)動體表面磁極(放置 勵磁繞組)分布示意圖；圖4是本發(fā)明混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置開槽銅盤(銅盤槽內(nèi)未放置 填充材料)示意圖；圖5是本發(fā)明混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置開槽銅盤(銅盤槽內(nèi)放置高 導(dǎo)磁填充材料)及渦流示意圖。以上的圖中有主動轉(zhuǎn)子l、外環(huán)永磁極21、內(nèi)環(huán)永磁極22、銅盤3、銅 盤槽31、填充材料32、背軛4、輸入轉(zhuǎn)軸5、輸出轉(zhuǎn)軸6、外環(huán)鐵心極71、內(nèi) 環(huán)鐵心極72、直流勵磁繞組8、軸承9、被動轉(zhuǎn)動體IO、環(huán)形磁極凹槽ll。
具體實施方式
本發(fā)明的混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置包括主動轉(zhuǎn)動體1、被動轉(zhuǎn)動體 10、外環(huán)永磁極21、內(nèi)環(huán)永磁極22、外環(huán)鐵心極71、內(nèi)環(huán)鐵心極72和直流勵 磁繞組8:該混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置的主動轉(zhuǎn)動體1有對稱的兩塊， 其軸心處固定于輸入轉(zhuǎn)軸5上，主動轉(zhuǎn)動體1的外表面貼有交錯排列的外環(huán)永 磁極21、內(nèi)環(huán)永磁極22、外環(huán)鐵心極71和內(nèi)環(huán)鐵心極72，主動轉(zhuǎn)動體l表面 的環(huán)形磁極凹槽11內(nèi)安裝直流勵磁繞組8;被動轉(zhuǎn)動體10包括開槽的銅盤3、 背軛4，背軛4位于該裝置的外側(cè)，銅盤槽31內(nèi)釆用高導(dǎo)磁的填充材料32填 充；開槽的銅盤3位于背軛4的內(nèi)側(cè)，被動轉(zhuǎn)動體10固定于輸出轉(zhuǎn)軸6上。主動轉(zhuǎn)動體1表面的永磁極分為兩部分主動轉(zhuǎn)動體1外圈的永磁極為外環(huán)永磁 極21,主動轉(zhuǎn)動體l內(nèi)圈的永磁極為內(nèi)環(huán)永磁極22;主動轉(zhuǎn)動體l表面的鐵心 極分為兩部分主動轉(zhuǎn)動體1外圈的鐵心極為外環(huán)鐵心極71,主動轉(zhuǎn)動體l內(nèi) 圈的鐵心極為內(nèi)環(huán)鐵心極72;主動轉(zhuǎn)動體1表面的外環(huán)永磁極21和內(nèi)環(huán)永磁 極22的極性相異且交錯排列；主動轉(zhuǎn)動體1表面的外環(huán)鐵心極71與內(nèi)環(huán)鐵心 極72交錯排列；外環(huán)永磁極21與外環(huán)鐵心極71交錯排列；內(nèi)環(huán)永磁極22與 內(nèi)環(huán)鐵心極72交錯排列。被動轉(zhuǎn)動體IO采用開槽的銅盤3，銅盤槽31在銅盤 3的圓周上均勻分布，槽口朝向主動轉(zhuǎn)動體l,銅盤槽31內(nèi)由高導(dǎo)磁的填充材 料32填充。本發(fā)明采用了特殊的混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)，即在被動轉(zhuǎn)子 的銅盤3中開槽并釆用高導(dǎo)磁的填充材料32填充。主動轉(zhuǎn)子1固定于輸入轉(zhuǎn)軸 5上；極性相異的外環(huán)永磁極21、內(nèi)環(huán)永磁極22和外環(huán)鐵心極71、內(nèi)環(huán)鐵心 極72交錯排列粘貼在主動轉(zhuǎn)子1的外表面；被動轉(zhuǎn)動體10由銅盤3與背軛4 構(gòu)成并固定于輸出轉(zhuǎn)軸6上；外環(huán)鐵心極71、內(nèi)環(huán)鐵心極72、主動轉(zhuǎn)動體l、 被動轉(zhuǎn)動體10的背軛4和銅盤槽31內(nèi)填充材料32均采用高導(dǎo)磁材料制成，輸 入轉(zhuǎn)軸5和輸出轉(zhuǎn)軸6均采用非導(dǎo)磁鋼。此外，從提高電機氣隙磁密和磁鋼的熱穩(wěn)定性考慮，選擇具有較高內(nèi)稟矯 頑力的釹鐵硼永磁材料作為主動轉(zhuǎn)動體1的外環(huán)永磁極21和內(nèi)環(huán)永磁極22的 材料。銅盤開槽并釆用高導(dǎo)磁材料填充使得氣隙磁通穿過高導(dǎo)磁物質(zhì)進(jìn)入被動轉(zhuǎn) 子背軛，從而在銅盤中產(chǎn)生渦流。充分利用了銅的導(dǎo)電性和高導(dǎo)磁物質(zhì)的導(dǎo)磁 性，使得輸出功率得以提高。
權(quán)利要求
1.一種混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置，包括主動轉(zhuǎn)動體(1)、被動轉(zhuǎn)動體(10)、外環(huán)永磁極(21)、內(nèi)環(huán)永磁極(22)、外環(huán)鐵心極(71)、內(nèi)環(huán)鐵心極(72)和直流勵磁繞組(8)，其特征是該混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置的主動轉(zhuǎn)動體(1)有對稱的兩塊，其軸心處固定于輸入轉(zhuǎn)軸(5)上，主動轉(zhuǎn)動體(1)的外表面貼有交錯排列的外環(huán)永磁極(21)、內(nèi)環(huán)永磁極(22)、外環(huán)鐵心極(71)和內(nèi)環(huán)鐵心極(72)，主動轉(zhuǎn)動體(1)表面的環(huán)形磁極凹槽(11)內(nèi)安裝直流勵磁繞組(8)；被動轉(zhuǎn)動體包括開槽的銅盤(3)和背軛(4)，背軛(4)位于該裝置的外側(cè)，銅盤槽(31)內(nèi)采用高導(dǎo)磁的填充材料(32)填充；開槽的銅盤(3)位于背軛(4)的內(nèi)側(cè)，被動轉(zhuǎn)動體(10)固定于輸出轉(zhuǎn)軸(6)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置，其特征是主 動轉(zhuǎn)動體(1)表面的永磁極分為兩部分，主動轉(zhuǎn)動體(1)外圈的永磁極為外 環(huán)永磁極(21)，主動轉(zhuǎn)動體(1)內(nèi)圈的永磁極為內(nèi)環(huán)永磁極(22);主動轉(zhuǎn)動 體(1)表面的鐵心極分為兩部分，主動轉(zhuǎn)動體(1)外圈的鐵心極為外環(huán)鐵心 極(71)，主動轉(zhuǎn)動體(1)內(nèi)圈的鐵心極為內(nèi)環(huán)鐵心極(72);主動轉(zhuǎn)動體(1) 表面的外環(huán)永磁極(21)和內(nèi)環(huán)永磁極(22)的極性相異且交錯排列；主動轉(zhuǎn) 動體(1)表面的外環(huán)鐵心極(71)與內(nèi)環(huán)鐵心極(72)交錯排列；外環(huán)永磁極(21)與外環(huán)鐵心極(71)交錯排列；內(nèi)環(huán)永磁極(22)與內(nèi)環(huán)鐵心極(72) 交錯排列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置，其特征是被 動轉(zhuǎn)動體(10)采用開槽的銅盤(3)，銅盤槽(31)在銅盤(3)的圓周上均勻 分布，槽口朝向主動轉(zhuǎn)動體(1),銅盤槽(31)內(nèi)由高導(dǎo)磁的填充材料(32) 填充。
全文摘要
混合勵磁盤式渦流傳動調(diào)速裝置是一種輸出功率、轉(zhuǎn)矩大，并能實時調(diào)節(jié)輸出功率、轉(zhuǎn)矩的混合勵磁渦流傳動裝置，該裝置的主動轉(zhuǎn)動體(1)表面貼有外環(huán)永磁極(21)、內(nèi)環(huán)永磁極(22)、外環(huán)鐵心極(71)和內(nèi)環(huán)鐵心極(72)，在主動轉(zhuǎn)動體(1)表面的環(huán)形磁極凹槽(11)內(nèi)安裝直流勵磁繞組(8)；被動轉(zhuǎn)動體(10)由開槽的銅盤(3)和背軛(4)構(gòu)成，銅盤槽(31)內(nèi)采用高導(dǎo)磁的填充材料(32)填充。主動轉(zhuǎn)動體(1)固定于輸入轉(zhuǎn)軸(5)，被動轉(zhuǎn)動體(10)固定于輸出轉(zhuǎn)軸(6)；該電機采用銅盤開槽結(jié)構(gòu)提高了輸出功率，通過調(diào)節(jié)直流勵磁繞組(8)的電流大小和方向可方便地調(diào)節(jié)氣隙磁場的大小，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩。
文檔編號H02K51/00GK101252306SQ20081001906
公開日2008年8月27日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者桃 李, 楊成峰, 林鶴云, 健 郭 申請人:東南大學(xué)