一種繞組式永磁耦合傳動裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及永磁耦合傳動領(lǐng)域,具體的涉及一種繞組式永磁耦合傳動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,在現(xiàn)有技術(shù)的大型旋轉(zhuǎn)機械調(diào)速方面,永磁調(diào)速裝置(也有叫永磁耦合器或永磁渦流調(diào)速器等等)產(chǎn)品已經(jīng)得到了用戶的認可和好評,其主要特點為:①通過氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩,無機械接觸。②能做到無極調(diào)速。③輕載軟起動,減小電機起動對電網(wǎng)的沖擊。④隔離負載振動,減緩沖擊負載對設(shè)備的傷害。⑤具有過載保護功能。⑥安全可靠,減少設(shè)備的維修率和維護費用。⑦無電磁波干擾。這其中比較有代表性的是美國麥格納驅(qū)動公司的相關(guān)產(chǎn)品(美國專利N0.5477094),上述的永磁調(diào)速裝置的基本工作原理如下:導體轉(zhuǎn)子盤與永磁轉(zhuǎn)子盤有相對運動,導體轉(zhuǎn)子盤在永磁轉(zhuǎn)子盤產(chǎn)生的交變磁場中旋轉(zhuǎn)切割磁力線,產(chǎn)生感應渦流,該感應渦流反過來產(chǎn)生反向感應磁場,該感應磁場與永磁盤磁場相互作用,從而在導體轉(zhuǎn)子盤和永磁轉(zhuǎn)子盤之間產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。通過調(diào)節(jié)兩個轉(zhuǎn)子盤之間的氣隙大小或?qū)τ谕彩降慕Y(jié)構(gòu)是通過調(diào)節(jié)兩轉(zhuǎn)子間的耦合面積來降低電磁轉(zhuǎn)矩的大小。
[0003]另外,中國專利文獻CN101931309A公開了一種高效的傳動軸永磁耦合裝置,其由至少一副電樞繞組轉(zhuǎn)子盤和與其相適配的電樞繞組盤聯(lián)軸機構(gòu)、至少一副永磁轉(zhuǎn)子盤和與其相適配的永磁盤聯(lián)軸機構(gòu)以及對應的輸入聯(lián)軸器和輸出聯(lián)軸器構(gòu)成,電樞繞組轉(zhuǎn)子盤由至少一組電樞繞組和用于裝配電樞繞組的電樞繞組安裝盤組成,電樞繞組嵌入或裝配在電樞繞組安裝盤一側(cè)設(shè)置的電樞槽里,永磁轉(zhuǎn)子盤由一組至少兩個永磁體和裝配永磁體的永磁體安裝盤組成,永磁體分別以N、S極性交錯地、均勻分布地鑲嵌或裝配在永磁體安裝盤的圓周上,電樞繞組轉(zhuǎn)子盤置有電樞繞組的一側(cè)面對于永磁轉(zhuǎn)子盤置有永磁體的一側(cè)、以同一軸中心線形成電磁耦合安裝,電樞繞組轉(zhuǎn)子盤與永磁轉(zhuǎn)子盤之間設(shè)置有氣隙間距,電樞繞組轉(zhuǎn)子盤通過相適配的電樞繞組盤聯(lián)軸機構(gòu)與對應的輸入聯(lián)軸器或輸出聯(lián)軸器相聯(lián)接,永磁轉(zhuǎn)子盤通過相適配的永磁盤聯(lián)軸機構(gòu)與對應的輸出聯(lián)軸器或輸入聯(lián)軸器相聯(lián)接。該專利文獻還公開了電樞繞組結(jié)構(gòu)的五種具體方案(例如參見其權(quán)利要求3),縱觀全部五種方案,無一例外地都在轉(zhuǎn)子盤內(nèi)部“首端和末端短接”,形成“閉環(huán)短路線圈”。工作原理與美國麥格納驅(qū)動公司的產(chǎn)品是一樣的,只不過是將導體轉(zhuǎn)子盤中的渦流“歸并”到電樞繞組線圈內(nèi),其電樞繞組轉(zhuǎn)子盤與永磁轉(zhuǎn)子盤之間的氣隙間距的大小,決定了它們之間能傳輸電磁轉(zhuǎn)矩的大小。也就是說現(xiàn)有技術(shù)公開的技術(shù)都是通過調(diào)節(jié)兩轉(zhuǎn)子間的氣隙大小來調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩的大小,由于輸出力矩與負載之間成正比關(guān)系,從而達到傳動軸之間耦合或調(diào)節(jié)傳輸扭矩和驅(qū)動負載的目的。因此調(diào)節(jié)每個永磁耦合組件中轉(zhuǎn)子盤之間的氣隙間距的目的,從而實現(xiàn)調(diào)整負載轉(zhuǎn)速的目標。
[0004]眾所周知,在永磁調(diào)速技術(shù)中,永磁轉(zhuǎn)子和導體轉(zhuǎn)子之間都必須要有轉(zhuǎn)速差的存在,否則兩轉(zhuǎn)子盤之間就不會有電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。即輸入轉(zhuǎn)速nl始終大于輸出轉(zhuǎn)速n,則其轉(zhuǎn)差率s為:S= (nl-n)/nl,將上式變換如下:n = nl (l_s)。顯然輸入轉(zhuǎn)速nl對于永磁調(diào)速裝置來說是沒有辦法改變的;從上面公式中可以看出,要想改變輸出轉(zhuǎn)速n,即實現(xiàn)調(diào)速功能,就只能改變轉(zhuǎn)差率S,換句話說:永磁調(diào)速裝置的調(diào)速實質(zhì)是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速,也叫滑差調(diào)速。其調(diào)速原理就是:通過改變輸出轉(zhuǎn)矩的大小來改變S,當輸出轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速就下降,反之轉(zhuǎn)速就上升?,F(xiàn)有技術(shù)中改變輸出轉(zhuǎn)矩的大小通常有兩種做法:一是改變永磁轉(zhuǎn)子和導體轉(zhuǎn)子間的磁通面積,二是改變兩者之間的氣隙大??;而這兩種方法都需要機械執(zhí)行機構(gòu),而機械執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)置不僅使得傳動裝置的結(jié)構(gòu)更為復雜,也增加了體積,提高了后續(xù)維護工作量。
[0005]另外,現(xiàn)有技術(shù)中這類轉(zhuǎn)差調(diào)速裝置存在極大的轉(zhuǎn)差功率損耗,若忽略機械損耗和雜散損耗,轉(zhuǎn)差功率與輸入功率的關(guān)系如下:Pm= SPm+(l-S)Pm,式中:Pm為輸入功率,sPm為轉(zhuǎn)差功率,(l-s)Pm為輸出功率;從公式中可以看出:輸入功率Pm不變時,當s越大,轉(zhuǎn)差功率sPm也越大,輸出功率(l-s)Pm就變小。在現(xiàn)有技術(shù)的永磁調(diào)速裝置中,轉(zhuǎn)差功率sPm都會作為熱能在其上面散發(fā)掉,因此,當永磁調(diào)速裝置調(diào)速越大發(fā)熱越嚴重。例如:當s=0.5(即調(diào)速50% )時,忽略機械損耗和雜散損耗,永磁調(diào)速裝置的傳動效率只有50% ;因此,這種永磁調(diào)速裝置在其工作原理上就存在傳動效率低、能量損耗大的缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為此,本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)的永磁調(diào)速裝置中,改變輸出轉(zhuǎn)矩時,需要設(shè)置機械執(zhí)行機構(gòu),不僅結(jié)構(gòu)復雜,且增加了體積,提高了后續(xù)維護工作量;同時,存在轉(zhuǎn)差功率的損耗,在輸入功率一定的情況下,轉(zhuǎn)差功率越大將導致輸出功率越小,且轉(zhuǎn)差功率以熱能形式直接散發(fā),當永磁調(diào)速裝置調(diào)速越大時發(fā)熱越嚴重、永磁調(diào)速裝置的傳動效率越低、能量損耗越大;進而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能量損耗小、傳動效率高的繞組式永磁耦合傳動裝置。
[0007]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明的一種繞組式永磁耦合傳動裝置,其包括永磁轉(zhuǎn)子,以及與所述永磁轉(zhuǎn)子同軸且二者之間可發(fā)生相對轉(zhuǎn)動的繞組轉(zhuǎn)子;其中,所述永磁轉(zhuǎn)子和所述繞組轉(zhuǎn)子之間存在有氣隙;所述繞組轉(zhuǎn)子連接有可對所述繞組轉(zhuǎn)子的電流/電壓進行調(diào)節(jié)的控制結(jié)構(gòu)。
[0008]所述控制結(jié)構(gòu)通過集電環(huán)和碳刷連接所述繞組轉(zhuǎn)子。
[0009]所述控制結(jié)構(gòu)包括變流裝置,所述變流裝置可對所述繞組轉(zhuǎn)子中的電流進行調(diào)
-K-T。
[0010]所述變流裝置通過將轉(zhuǎn)差功率回收或消耗調(diào)節(jié)所述繞組轉(zhuǎn)子的電流。其中,消耗可以通過繞組內(nèi)部消耗,也可以通過外部消耗;回收可以回收到電網(wǎng),也可以回收到其他用電或儲能設(shè)備。
[0011]所述變流裝置引入可控電動勢,調(diào)節(jié)所述繞組轉(zhuǎn)子的電流。
[0012]所述永磁轉(zhuǎn)子包括永磁體和殼體;其中,所述永磁體包括若干互相配合形成徑向磁極的永磁體陣列,各個所述永磁體陣列之間交錯布置,且所述永磁體形成單邊磁場。
[0013]所述永磁體陣列包括徑向設(shè)置的第一永磁體陣列和與所述第一永磁體陣列周向正交設(shè)置的第二永磁體陣列。
[0014]所述第一永磁體陣列包括成對且間隔設(shè)置的第一單元磁塊和第二單元磁塊,所述第一單元磁塊和所述第二單元磁塊的磁場方向分別為沿所述永磁體半徑方向向內(nèi)和向外;所述第二永磁體陣列包括成對且間隔設(shè)置的第三單元磁塊和第四單元磁塊,所述第三單元磁塊和第四單元磁塊的磁場方向分別為沿所述永磁體圓周切向的順時針和逆時針;所述第一單元磁塊設(shè)置在相鄰的所述第三單元磁塊和所述第四單元磁塊之間,所述第四單元磁塊設(shè)置在相鄰的所述第一單元磁塊和所述第二單元磁塊之間。。
[0015]所述永磁體還包括嵌入在所述第一永磁體陣列和所述第二永磁體陣列之間的2η個永磁體陣列(η = 1,2,3……),并且他們與所述第一和第二永磁體陣列共同作用形成單邊磁場。
[0016]永磁體陣列的單元磁塊的磁化強度矢量M有規(guī)律地逐漸變化,即,0m= (1+ρ) θ
或Θ m = (1-p) Θ (p = I, 2,3......),式中的p為永磁磁極對數(shù),Θ m為磁化強度矢量M與X
軸的夾角,Θ為通過某一扇形單元磁塊中心的半徑與X軸的夾角。
[0017]所述永磁體陣列還包括嵌入的所述第一永磁體陣列和所述第二永磁體陣列之間的第三永磁體陣列;其中,所述第一永磁體陣列、所述第二永磁體陣列和所述第三永磁體陣列各自的磁場方向分別與相應半徑形成非鈍角的第一夾角、第二夾角和第三夾角,所述第一夾角、第二夾角與所述第三夾角之間的角度差分別為45度。
[0018]所述第三永磁體陣列包括依次間隔設(shè)置的第五單元磁塊、第六單元磁塊、第七單元磁塊和第八單元磁塊;其中,所述第五單元磁塊嵌入在所述第三單元磁塊和所述第一單元磁塊之間,所述第六單元磁塊嵌入在所述第一單元磁塊和所述第四單元磁塊之間,所述第七單元磁塊嵌入在所述第四單元磁塊和所述第二單元磁塊之間,所述第八單元磁塊嵌入在所述第二單元磁塊和所述第三單元磁塊之間。
[0019]所述繞組轉(zhuǎn)子包括鐵芯和以分數(shù)槽集中繞組方式纏繞在所述鐵芯上的線圈繞組,且所述線圈繞組的線圈節(jié)距設(shè)為I。
[0020]每極每相槽數(shù)q為1/4?1/2。
[0021]所述線圈繞組設(shè)為雙層繞組或單層繞組。
[0022]所述鐵芯設(shè)為疊片鐵芯,所述疊片鐵芯上成型有若干個供所述線圈纏繞的槽。
[0023]所述鐵芯設(shè)為卷繞鐵芯,所述卷繞鐵芯上成型有若干個供所述線圈纏繞的槽。
[0024]所述槽的個數(shù)設(shè)為3n(n = I, 2,3......)個。
[0025]所述鐵芯采用電工硅鋼片制成。
[0026]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0027]1、在本發(fā)明中,所述繞組轉(zhuǎn)子上連接有可對所述繞組轉(zhuǎn)子的