[发明专利]一种新型高速永磁调速器设计

说明书

本发明公开一种新型高速永磁调速器设计，该方法是针对磁力齿轮结构的特殊性，对磁力齿轮两转子永磁体采用Halbach 阵列充磁，建立Halbach充磁解析模型；应用全局解析法分析Halbach 阵列同心式磁力齿轮。其次，详细分析了在传动比不变的情况下，调磁环铁心宽度、调磁环高度及外转子轭部厚度等参数与磁力齿轮最大静态转矩之间的关系。以一台内转子4对极、外转子17对极的Halbach 阵列同心式磁力齿轮样机为例，计算了气隙磁场和电磁转矩，并与有限元法结果比较。合理选择结构参数可以提高磁力齿轮的转矩密度，为同心式磁力齿轮结构参数的设计与优化提供依据及方向。

技术领域

本发明属于磁传动领域，尤其涉及一种新型高速永磁调速器设计方法。

背景技术

永磁调速器是在永磁磁力耦合器的基础上发展而来的。从1995年开始，一种利用导体圆盘与永磁体磁钢圆盘的相对运动产生涡流，利用感应磁场与永磁场相互作用，以连接电机和负载的高效率永磁磁力耦合器处于开发和研究中。此后，一种气隙大小固定的永磁磁力耦合器得到了广泛的应用。在应用中，永磁磁力耦合器表现了良好的隔振效果，能够适应很难达到或保持对中性的场合，例如泵、 空气压缩机等。近几年，永磁磁力耦合器的开发工作着重于一种可调速类型（即永磁调速器）的研究。

参考永磁磁力耦合器及永磁电机的相关理论，设计了小功率永磁调速器，建立了涡流数学模型。利用软件对该装置进行三维建模、动态磁场仿真，对形成的磁路进行研究。分析涡流的形成机理、电磁的转换机理、磁路的耦合原理，并对磁路相关参数进行了优化计算。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供了一种新型高速永磁调速器设计方法，该方法是针对永磁调速器结构的特殊性，作为一种新型的调速节能设备，安装在电机与负载之间，采用全新的磁路耦合原理，通过调节气隙实现转速的控制，结合永磁耦合器与永磁电机的相关理论，设计了小功率永磁调速器，通过对磁路结构进行三维动态磁场仿真，分析磁路的形成机理、耦合原理。仿真结果表明这种磁路结构设计合理、可行，在此基础上，完成了磁路相关参数的优化设计。

本发明采用的技术方案是，一种新型高速永磁调速器设计方法，包括机械设计与工作原理、涡流的数学模型以及磁路的优化设计。

所述机械设计与工作原理，高速永磁调速器主要由三个部分组成：一是和电机连接的主动转子；二是与负载连接的从动转子；三是气隙调节装置，包括手动控制和信号电控两种，主动转子由钢盘和铜环两部分组成，固定在输入轴上；从动转子由铝盘、钢盘、钕铁硼永磁体三部分组成，浮动安装在销轴上，主、从动转子之间隔开一定的空气间隙，当电机带动主动转子转动时，拉动从动转子一同转动，最终带动负载一同转动，气隙调节装置安装在负载端，通过带动内筒使从动转子在转动的同时水平移动，可选择常用的丝杠调节装置。

所述的涡流的数学模型，永磁调速器的主、从动转子可以自由的独立旋转，当电机带动主动转子旋转时，铜环通过切割从动转子中永磁体的磁力线，在铜环表面上产生涡流，进而形成了感应磁场，感应磁场对永磁体产生耦合力，即感应磁场对相邻永磁体的吸力与斥力；这两种力在旋转方向相叠加，从而带动从动转子与主动转子同方向旋转，最终带动负载做旋转运动，气隙调节装置可以进行手动和电动调节，其与步进电机相连时可以实现闭环的自动控制，控制步进电机转速和转向，驱动手轮调节气隙，实现PMD输出速度的控制。

所述的磁路的优化设计，随着气隙宽度的增大，转矩迅速减小；气隙宽度为2.5mm时，传递转矩最大；气隙宽度为12mm时，传递转矩最小，气隙有效的调节范围是2.5~12mm；这是因为感应磁场与永磁体为磁源，气隙和永磁体中的磁阻要比钢盘中大得多，所以磁势主要消耗在气隙和永磁体的磁阻中，气隙增大消耗在气隙磁阻中的磁通密度增大，导致气隙中的磁通密度减小，导致转矩下降。