[实用新型]盘式永磁耦合机构、盘式永磁耦合调速器、磁耦合调速装置、无刷双馈耦合传动装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

如图2所示，为一种绕组式永磁耦合调速装置，其包括本体和控制单元。本体上有两个轴，分别设置有永磁转子1″和绕组转子2″。驱动电机与绕组永磁调速装置连在一起带动其永磁转子旋转产生旋转磁场，绕组切割旋转磁场磁力线产生感应电流，进而产生感应磁场，该感应磁场与旋转磁场相互作用传递转矩，通过控制绕组转子的电流大小来控制其传递转矩的大小以适应转速要求，实现调速功能。其中，控制单元4″具有以下三个作用：一是接通或者关断绕组，使绕组永磁调速装置具有离合功能；二是在接通绕组的时候通过控制绕组转子的电流大小来控制其传递转矩的大小以适应转速要求，实现调速功能；三是将转差功率回馈给电网，实现节能。

绕组式永磁耦合装置的关键在于采用一套绕组替代导体盘。在不同的使用场合中，绕组中产生的电流可以采用不同的方法加以控制，克服了涡流式永磁耦合传动装置的缺点，相对于涡流式永磁耦合传动装置，绕组式永磁耦合装置的有以下优势：

1)无机械执行机构，结构更简单、操作更快捷；

2)彻底解决涡流温升问题，设备在工作状态时的温升仅为发电机正常工作的温升；

3)调速精度高，效率高。

依据不同的结构，永磁耦合调速装置又可以分为筒式结构和盘式结构。盘式结构相比于筒式结构而言，又具有轴向尺寸短、可显著地减小设备的轴向长度的优势。