[實用新型]一種繞組式永磁耦合器

有效

• 申請號: 201921918689.0
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN211377865U
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 趙啟明;楊向東;柳倩;祝銳
• 申請（專利權）人: 國家能源集團諫壁發電廠
• 主分類號: H02K49/04
• 分類號: H02K49/04;H02K49/10
• 代理公司: 南京源古知識產權代理事務所(普通合伙) 32300
• 代理人: 吳麗娜

本實用新型公開了一種繞組式永磁耦合器，包括永磁轉子和繞組轉子，永磁轉子包括永磁轉子鐵芯和永磁體，繞組轉子包括繞組轉子鐵芯、感應繞組和調制齒。通過在感應繞組中引入附加電勢實現了無級調速并且調速精度高。將磁場調制理論引入永磁耦合器設計中，提高了永磁耦合器的轉矩密度和功率密度，永磁體采用聚磁陣列，使得氣隙磁通增加而永磁轉子軛部磁通減小，進一步提高了永磁耦合器的轉矩密度和功率密度，當該調速器內置于電機中時，聚磁陣列還可實現電機磁場與永磁耦合器磁場的低耦合。同時，感應繞組所產生感應電流可以回饋電網，實現節能。

技術領域：

本實用新型涉及永磁耦合器領域，尤其涉及一種繞組式永磁耦合器。

背景技術：

《國家重點節能技術準廣目錄》(第1-6批)中批準了變頻器調速、永磁渦流柔性傳動等節能技術的改進方案，旨在引領更多相關單位采用新型的節能工藝和設備，提高能源利用效率。目前調速裝置主要包括機械撓性聯軸器、變頻器、液力耦合器和磁力耦合等。其中機械撓性聯軸器調速結構簡單，效率較低，應用范圍比較少；變頻器雖具有無級調速、高頻和自動控制等優點，但易造成諧波污染，成本較高，對環境要求較高；液力耦合器同樣具有無級調速、過載保護等特點，但其調節精度不高，更換維修成本較高；永磁耦合器是一種新型的無接觸式永磁驅動裝置，不僅具有結構簡單、無級調速、軟啟動、過載保護、無環境污染等優點，而且適用于采礦、化工、發電等復雜惡劣環境下的調速，因此，永磁耦合調速裝置的應用范圍日益廣泛。

永磁耦合器是美國Magna Drive公司于1999年開發出來的，隨后被廣泛應用于電力、冶金、礦山、石油、水泥及化工等領域。根據機構形式不同，永磁耦合器可以分為盤式和筒式兩種結構。盤式永磁轉子中布有永磁材料，與負載軸連接，盤式導體轉子與電機相連接。電機啟動后，導體在切割永磁體發出的磁力線時產生感應渦流，感應渦流產生磁場與永磁體產生磁場相互作用實現主動機與工作機之間的轉矩傳遞，通過調節永磁轉子與導體轉子的氣隙的大小可以實現轉速的調節。由于導體轉子產生的環形渦流未作為能量向外輸出，而是損耗在導體轉子中，產生較大的熱量，對永磁體產生不良影響，因此傳遞效率相對較低。此外，渦流在產生感應磁場的同時還會產生軸向的斥力，由于盤式永磁耦合器的磁力方向為軸向，軸向力難以完全平衡，影響輸出轉矩和轉速的調節精度。

筒式永磁耦合器的永磁轉子在筒式導體轉子內部，其間由空氣隙隔開，導體轉子和永磁轉子分別于電動機和負載相連。電動機啟動時帶動筒式導體轉子轉動，與筒式永磁轉子間產生運動，筒式導體轉子切割永磁體發出的磁力線產生渦流，渦流產生的感應磁場與永磁體產生的磁場相互作用實現轉矩的傳遞。調節永磁轉子和導體轉子在軸線方向上的相對位置，改變二者之間的嚙合面積，即可調節永磁轉子與導體轉子間傳遞轉矩的大小，從而實現對轉速的調節。傳遞轉矩的大小與二者嚙合面積有關，嚙合面積越大，穿過導體轉子的磁力線越多，傳遞轉矩越大，反之亦然。與盤式永磁耦合器相比，同等功率條件下，筒式永磁耦合器比盤式永磁耦合器體積小、重量輕、轉動慣量小、效率更高。然而筒式永磁耦合器也存在一定的缺陷，筒式永磁轉子與筒式導體轉子相對運動時，在導體轉子上會產生渦流，大功率差運行時，集膚效應比較強烈，渦流和磁通大部分都集中在筒式導體轉子內側，而不是平均分布于整個導體的截面積中，導致導體轉子的電阻增加，造成較大的損耗。筒式永磁耦合器除了與電機軸向連接外，還可徑向放置于電機內部進行調速，簡化調速系統軸向結構。理論上來說，電機磁場與永磁耦合器磁場各司其職，應當互不干擾，然而徑向放置永磁耦合器時會出現電機磁場與永磁耦合器磁場互相耦合的情況，干擾電機的正常運行。

實用新型內容

技術目的：

本實用新型為解決上述盤式和筒式永磁耦合器存在的問題，提出一種高調速精度、高轉矩密度、高功率密度、節能且低耦合的繞組式永磁耦合器。

技術方案：