[发明专利]一种盘式永磁耦合机构及应用其的装置

说明书

本发明涉及一种盘式永磁耦合机构及应用其的装置，包括应用其的盘式永磁耦合调速器、恒功率运行的磁耦合调速装置及无刷双馈耦合传动装置。前述机构包括永磁转子和导体转子，导体转子包括设置有槽的导体盘和引接线，导体盘中的感应电流按照设定的方向流动，并通过引接线将电流引出到导体盘外的其他装置上，对电流加以控制或利用。本发明的盘式永磁耦合调速器通过控制单元对导体转子的电流或电压进行控制，从而调节输出转矩的大小以适应转速要求，实现调速功能。本发明的恒功率调速运行的磁耦合调速装置，实现了恒功率调速运行。本发明的无刷双馈耦合传动装置，采用盘式结构和轴向结构结合的方式，减小了径向尺寸和轴向尺寸，节省了设备的安装空间。

技术领域

本发明涉及永磁耦合调速技术领域，具体地，涉及一种盘式永磁耦合机构及应用其的装置。

背景技术

永磁耦合调速理论的出现开始于20世纪80年代，该理论出现初期的研究大部分集中于密封、磁力传动连接方向。直到1999年，美国的MagnaDrive公司利用永磁磁力耦合器成功地实现了对风机、水泵类旋转负载的调速，从此使这一技术得以推广。

永磁耦合调速技术作为一个无接触的新兴调速技术，主要具有以下优点：①具有离合功能和软启动功能；②无机械动作，不产生摩擦和磨损；③有效隔离振动，保护设备，避免冲击负载对设备的危害；④传递扭矩可调，具有节能效果；⑤无谐波污染；⑥属非接触式传动，可承受较大的对中误差，对中要求低；⑦具有过载保护功能。

依据不同的调速原理，永磁耦合调速装置主要可分为涡流式永磁耦合调速装置和绕组式永磁耦合调速装置。

如图1所示，为一种涡流式永磁耦合调速装置，其驱动轴和负载轴上分别设置有永磁转子1'和导体转子2'，当两者存在速度差时，导体转子中的导体盘受到永磁体的影响产生感应涡流，进而产生感应磁场，通过感应磁场与永磁体磁场相互耦合传递转矩。

但是，导体转子上所产生的感应涡流，因没有设定的流向及导体内部微观金属结构的杂乱性，因而是紊乱的、不一致的和无边际的；同样，由于感应涡流所产生的磁场也没有设定的磁通路径，在磁耦合过程中就会有一部分相邻且方向相反的或杂乱的感应涡流所产生的感应磁场相互抵消了，而且由于没有设定的磁通路径还导致感应磁通量的密度分散，致使大量感应电能和磁能耗散在导体上，使得导体转子发热甚至导致一系列较为严重的后果。比如：温度升高，导体电阻率增大，感应涡流减小，磁扭矩也跟着减小，磁扭矩传输或驱动效率不高；同时，温度升高，永磁体的退磁效应也会加速，导致永磁耦合及调速器的工作寿命也减少，这些在很大程度上限制了永磁耦合技术的发展和相关产品的推广应用。另外，为了调节扭矩，还需要一套执行结构来调节导体与永磁体的距离。

综上，涡流式永磁耦合调速装置从本质上存在以下缺点：

1)不能提供大转矩起动。涡流式永磁耦合器的两个转子分别是永磁体和导体。起动时两个转子转差很大，如果永磁体和导体相距较近，电流非常大，电枢反应将对磁场去磁，从而得不到大的转矩。如果两者相距较远，则磁场会相应减弱，也得不到大的转矩。因此，涡流式永磁耦合器只适合于风机、泵类负载。

2)不能大范围调速。涡流式永磁耦合器在调速过程中的转差功率全部转换为铜盘转子中的发热。而在大范围调速时，转差很大，这意味着转差功率很大，这将导致铜盘发热较为严重。因此，涡流式永磁耦合器不适合于大范围的调速运行，只适合于转动惯量不大、调速范围不大、短时运行的场合。

3)需要机械式的操作机构。涡流式永磁耦合器在起动过程中，需要一套机械式的操作机构来调节永磁体转子与导体转子的间距，达到调节转矩的目的。这种机械式操作机构不仅使得整体系统较为臃肿，也降低了工作可靠性，增加了维护工作量。