高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器

摘要

本发明公开了一种高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器，包括同一中心轴线设置的与动力源相连的导体转子和与负载相连的永磁转子，该永磁转子与导体转子之间相隔有空气隙；所述导体转子包括同一中心轴线设置的导体背铁盘和靠近永磁转子复合结构导体盘，该复合结构导体盘包括辐条状导体盘和均布在该辐条状导体盘上的铁磁楔子，所述永磁转子包括永磁体背铁盘和设于该永磁背铁盘上的永磁体阵列。本发明的高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器起动转矩大、涡流损耗低、传递效率高，适用于对起到性能、设备节能及散热要求较高的应用场合。

权利要求

1.一种高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：包括导体转子(1)和永磁转子(2)，所述导体转子(1)包括同一中心轴线设置的导体背铁盘(101)和靠近永磁转子(2)的复合结构导体盘(102)，该复合结构导体盘(102)包括辐条状导体盘(104)和均布在该辐条状导体盘(104)上的铁磁楔子(103)，所述永磁转子(2)包括永磁体背铁盘(201)和设于该永磁体背铁盘(201)上的永磁体阵列(202)；所述辐条状导体盘(104)包括靠近永磁转子(2)的沿周向间隔均布的若干个上层扇形导条(105)和与该上层扇形导条(105)轴向间隔对应均布的下层扇形导条(106)，该下层扇形导条(106)与上层扇形导条(105)的两端通过两同心端环(107)相连接；所述上层扇形导条(105)的轴向厚度小于下层扇形导条(106)的轴向厚度。

2.根据权利要求1所述的高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：所述上层扇形导条(105)与端环(107)是由高电导率的纯铜材料制成，所述下层扇形导条(106)是由纯铜或铜合金材料制成。

3.根据权利要求1所述的高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：所述永磁体阵列(202)由若干个同心均布的呈偶数对磁极的永磁体构成，该永磁体阵列采用N、S极交替分布磁极阵列或海尔贝克永磁阵列。

4.根据权利要求1所述的高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：所述铁磁楔子(103)的轴向厚度与辐条状导体盘(104)的轴向厚度相同。

5.根据权利要求1所述的高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：所述铁磁楔子(103)是由相对导磁率为300～500的软磁复合材料制成。

6.根据权利要求1所述的高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器，其特征在于：所述导体背铁盘(101)和永磁体背铁盘(201)是由电工纯铁材料制成。

说明书

高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器

技术领域

[0001] 本发明涉及联轴器，尤其涉及一种高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器。

背景技术

[0002] 永磁涡流联轴器将永磁转子安装在负载轴上，将导体转子与电机轴连接。导体转子随电动机旋转时，由于导体转子与永磁转子产生相对运动，从而生成涡流并产生切向电磁力即扭力，扭力由电机侧通过气隙传递给负载端，而改变永磁转子和导体转子之间的距离即气隙的大小可以改变磁场的强度，可以实现对负载的无级调速。永磁涡流联轴器具有不产生电磁谐波、减振效果好、总成本低、维护费用低、使用寿命长等优点，在诸多工业领域具有广泛的应用前景。按照结构形式分类，永磁涡流联轴器可分为盘式(即轴向磁通)和筒式(即径向磁通)两大类。相比较之下，盘式永磁涡流联轴器具有级联时不需要精确对准、轴向尺寸小、气隙调节所需轴向空间小、散热性能好、过载保护、软起动/制动、能削弱或吸收负载振动等优势，更容易实现大功率、大转矩的有效传递。

[0003] 目前，已实现市场化的轴向磁通永磁涡流传动技术以及现有相关专利技术，导体转子通常采用两种结构方案：一是导体盘采用整体平滑的环状盘，导体盘与导体背铁盘固定；二是导体盘采用辐条状开槽结构，导体盘固定在表面平滑或者具有突出部的导体背铁盘上，具有突出部的导体背铁盘的突出部分与辐条状导体盘槽形状一致，导体背铁盘整体采用电工纯铁整体铸造而成。以上两种结构方案均存在导体区对产生扭力无贡献的无效涡流比重较大，从而增加了多余的涡流损耗，由于涡流损耗是永磁涡流传动装置主要的功率损耗，因此降低了效率。同时，多余的涡流损耗最终转化为热能，加重了设备的散热负担。另一方面，现有永磁涡流传动技术通常只注重稳态运行转矩特性，而对起动转矩的关注度不够，从而导致现有永磁涡流传动技术下的起动转矩普遍不高，对于实际应用尤其是需要频繁启停的应用场合往往不能满足起动要求。

[0004] 因此，亟待解决上述问题。

发明内容

[0005] 发明目的：本发明的目的是提供一种可减少无效涡流、降低涡流损耗并提高设备效率的高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器。

[0006] 技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器，包括同一中心轴线设置的与动力源相连的导体转子和与负载相连的永磁转子，该永磁转子与导体转子之间相隔有空气隙；所述导体转子包括同一中心轴线设置的导体背铁盘和靠近永磁转子的复合结构导体盘，该复合结构导体盘包括辐条状导体盘和均布在该辐条状导体盘上的铁磁楔子，所述永磁转子包括永磁体背铁盘和设于该永磁背铁盘上的永磁体阵列。

[0007] 其中，所述辐条状导体盘包括靠近永磁转子的沿周向间隔均布的若干个上层扇形导条和与该上层扇形导条轴向间隔对应均布的下层扇形导条，该下层扇形导条与上层扇形导条的两端通过两同心端环相连接。

[0008] 优选的，所述上层扇形导条的轴向厚度小于下层扇形导条的轴向厚度。

[0009] 再者，所述上层扇形导条与端环是由高电导率的纯铜材料制成，所述下层扇形导条是由纯铜或铜合金材料制成。

[0010] 优选的，所述永磁体阵列由若干个同心均布的呈偶数对磁极的永磁体构成，永磁体阵列采用N、S极交替分布磁极阵列或海尔贝克永磁阵列。

[0011] 再者，所述铁磁楔子的轴向厚度与辐条状导体盘的轴向厚度相同。

[0012] 进一步，所述铁磁楔子是由相对导磁率为300～500的软磁复合材料制成。

[0013] 优选的，所述导体背铁盘和永磁体背铁盘是由高强度、高导磁率的电工纯铁材料制成。

[0014] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：首先，本发明的永磁涡流联轴器在起动时，由于导体盘的集肤深度往往远小于导体盘厚度，并且随着磁极和电动机转速的增加，集肤深度将进一步减小；同时辐条状导体盘中的上层扇形导条和下层扇形导条在电路上是并联的，由于上层扇形导条的轴向厚度小于下层扇形导条的轴向厚度且靠近永磁转子，因此上层扇形导条具有较大的电阻和较小的漏抗；起动瞬间，由于小集肤深度和下层扇形导条的高电抗，感应电流主要流经上层扇形导条，此时导体转子的电阻即为上层扇形导条电阻，因此该永磁涡流联轴器可获得较高的起动转矩；其次，联轴器进入稳态运行后，磁场频率迅速下降，此时辐条状导体盘的电阻为上层扇形导条和下层扇形导条电阻的并联值，因此联轴器的稳态运行转矩低于起动转矩，且该稳态运行转矩较为平稳；再者，由于采用了辐条状导体盘，并且周向相邻辐条之间的间隙由软磁复合(SMC)材料楔子填充，而软磁复合(SMC)材料中的涡流几乎可以忽略不计，从而涡流仅存在于辐条状导体盘中，并且此部分涡流均为对产生扭力有直接贡献，可大大减少对生成扭力无贡献的无效涡流，从而降低涡流损耗，提高设备效率。

附图说明

[0015] 图1是本发明的结构示意图；

[0016] 图2是本发明的爆炸示意图；

[0017] 图3是本发明中辐条状导体盘的结构示意图；

[0018] 图4是本发明中铁磁楔子的分布示意图；

[0019] 图5是本发明中辐条状导体盘的剖视图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

[0021] 如图1所示，本发明高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器，包括同一中心轴线设置的导体转子1和永磁转子2，导体转子1与动力源即电机轴连接，永磁转子2安装在负载轴上，该永磁转子2与导体转子1之间相隔有空气隙。永磁转子2随着电动机旋转时，由于导体转子1与永磁转子2产生相对运动，从而生成涡流并产生切向电磁力即扭力，扭力由电机侧通过气隙传递给负载端，而改变永磁转子2和导体转子1之间的距离即空气隙的大小可以改变磁场的强度，可以实现对负载的无级调速。

[0022] 如图2所示，本发明中导体转子1包括同一中心轴线设置的导体背铁盘101和靠近永磁转子2的复合结构导体盘102。该复合结构导体盘102包括辐条状导体盘104和均布在该辐条状导体盘104上的铁磁楔子103。永磁转子2包括永磁体背铁盘201和设于该永磁背铁盘201上的永磁体阵列202。其中永磁体阵列202由若干个同心均布的呈偶数对磁极的永磁体构成，永磁体阵列采用N、S极交替分布磁极阵列或海尔贝克永磁阵列(Halbach Array)，导体背铁盘101和永磁体背铁盘201是由高强度、高导磁率的电工纯铁材料制成。

[0023] 如图3和图5所示，辐条状导体盘104包括靠近永磁转子2的沿周向间隔均布的若干个上层扇形导条105和与该上层扇形导条105轴向间隔对应均布的下层扇形导条106，该下层扇形导条106与上层扇形导条105的两端通过两同心端环107相连接。其中上层扇形导条105的轴向厚度小于下层扇形导条106的轴向厚度。上层扇形导条105与端环107是由高电导率的纯铜材料制成，下层扇形导条106是由纯铜或铜合金材料制成。本发明两相邻的上层扇形导条105、对应的两相邻的下层扇形导条106与两端同心端环107围成间隔槽，铁磁楔子
103嵌入至该间隙槽中。

[0024] 如图4所示，本发明的铁磁楔子103的轴向厚度与辐条状导体盘104的轴向厚度相同。该铁磁楔子103是由较高导磁率、低涡流损耗的软磁复合(SMC)材料制成。

[0025] 本发明盘式永磁涡流联轴器工作原理：本发明的永磁涡流联轴器在起动时，导体盘的集肤深度往往远小于导体盘厚度，例如，1台6对磁极永磁涡流联轴器，电动机转速为3000r/min，启动瞬间导体盘集肤深度约为4mm，并且随着磁极和电动机转速的增加，集肤深度将进一步减小；同时辐条状导体盘104中的上层扇形导条105和下层扇形导条106在电路上是并联的，由于上层扇形导条105的轴向厚度小于下层扇形导条106的轴向厚度且靠近永磁转子2，因此上层扇形导条105具有较大的电阻和较小的漏抗；起动瞬间，由于小集肤深度和下层扇形导条106的高电抗，感应电流主要流经上层扇形导条105，此时导体转子1的电阻即为上层扇形导条105电阻，因此该永磁涡流联轴器可获得较高的起动转矩；其次联轴器进入稳态运行后，磁场频率迅速下降，此时辐条状导体盘102的电阻为上层扇形导条105和下层扇形导条106电阻的并联值，因此联轴器的稳态运行转矩低于起动转矩，且该稳态运行转矩较为平稳；再者由于采用了辐条状导体盘104，并且周向相邻辐条之间的间隙槽由软磁复合(SMC)材料制成的铁磁楔子103填充，而SMC材料的涡流基本可以忽略不计，从而涡流仅存在于辐条状导体盘104中，并且此部分涡流均为对产生扭力有直接贡献，可大大减少对生成扭力无贡献的无效涡流，从而降低涡流损耗，提高设备效率。因此本发明的高效高起动转矩盘式永磁涡流联轴器起动转矩大、涡流损耗低、传递效率高，适用于对起到性能、设备节能及散热要求较高的应用场合。