[发明专利]一种绕组式永磁耦合器

说明书

本发明公开了一种绕组式永磁耦合器，包括永磁转子和绕组转子，永磁转子包括永磁转子铁心和永磁体，绕组转子包括绕组转子铁心、感应绕组和调制齿。通过在感应绕组中引入附加电势实现了无级调速并且调速精度高。将磁场调制理论引入永磁耦合器设计中，提高了永磁耦合器的转矩密度和功率密度，永磁体采用聚磁阵列，使得气隙磁通增加而永磁转子轭部磁通减小，进一步提高了永磁耦合器的转矩密度和功率密度，当该调速器内置于电机中时，聚磁阵列还可实现电机磁场与永磁耦合器磁场的低耦合。同时，感应绕组所产生感应电流可以回馈电网，实现节能。

技术领域：

本发明涉及永磁耦合器领域，尤其涉及一种绕组式永磁耦合器。

背景技术：

《国家重点节能技术准广目录》(第1-6批)中批准了变频器调速、永磁涡流柔性传动等节能技术的改进方案，旨在引领更多相关单位采用新型的节能工艺和设备，提高能源利用效率。目前调速装置主要包括机械挠性联轴器、变频器、液力耦合器和磁力耦合等。其中机械挠性联轴器调速结构简单，效率较低，应用范围比较少；变频器虽具有无级调速、高频和自动控制等优点，但易造成谐波污染，成本较高，对环境要求较高；液力耦合器同样具有无级调速、过载保护等特点，但其调节精度不高，更换维修成本较高；永磁耦合器是一种新型的无接触式永磁驱动装置，不仅具有结构简单、无级调速、软启动、过载保护、无环境污染等优点，而且适用于采矿、化工、发电等复杂恶劣环境下的调速，因此，永磁耦合调速装置的应用范围日益广泛。

永磁耦合器是美国Magna Drive公司于1999年开发出来的，随后被广泛应用于电力、冶金、矿山、石油、水泥及化工等领域。根据机构形式不同，永磁耦合器可以分为盘式和筒式两种结构。盘式永磁转子中布有永磁材料，与负载轴连接，盘式导体转子与电机相连接。电机启动后，导体在切割永磁体发出的磁力线时产生感应涡流，感应涡流产生磁场与永磁体产生磁场相互作用实现主动机与工作机之间的转矩传递，通过调节永磁转子与导体转子的气隙的大小可以实现转速的调节。由于导体转子产生的环形涡流未作为能量向外输出，而是损耗在导体转子中，产生较大的热量，对永磁体产生不良影响，因此传递效率相对较低。此外，涡流在产生感应磁场的同时还会产生轴向的斥力，由于盘式永磁耦合器的磁力方向为轴向，轴向力难以完全平衡，影响输出转矩和转速的调节精度。

筒式永磁耦合器的永磁转子在筒式导体转子内部，其间由空气隙隔开，导体转子和永磁转子分别于电动机和负载相连。电动机启动时带动筒式导体转子转动，与筒式永磁转子间产生运动，筒式导体转子切割永磁体发出的磁力线产生涡流，涡流产生的感应磁场与永磁体产生的磁场相互作用实现转矩的传递。调节永磁转子和导体转子在轴线方向上的相对位置，改变二者之间的啮合面积，即可调节永磁转子与导体转子间传递转矩的大小，从而实现对转速的调节。传递转矩的大小与二者啮合面积有关，啮合面积越大，穿过导体转子的磁力线越多，传递转矩越大，反之亦然。与盘式永磁耦合器相比，同等功率条件下，筒式永磁耦合器比盘式永磁耦合器体积小、重量轻、转动惯量小、效率更高。然而筒式永磁耦合器也存在一定的缺陷，筒式永磁转子与筒式导体转子相对运动时，在导体转子上会产生涡流，大功率差运行时，集肤效应比较强烈，涡流和磁通大部分都集中在筒式导体转子内侧，而不是平均分布于整个导体的截面积中，导致导体转子的电阻增加，造成较大的损耗。筒式永磁耦合器除了与电机轴向连接外，还可径向放置于电机内部进行调速，简化调速系统轴向结构。理论上来说，电机磁场与永磁耦合器磁场各司其职，应当互不干扰，然而径向放置永磁耦合器时会出现电机磁场与永磁耦合器磁场互相耦合的情况，干扰电机的正常运行。

技术目的：

本发明为解决上述盘式和筒式永磁耦合器存在的问题，提出一种高调速精度、高转矩密度、高功率密度、节能且低耦合的绕组式永磁耦合器。

技术方案：