磁场调制型永磁耦合器制造技术

本发明专利技术公开了一种永磁耦合器，包括：两相对布置且同心的转子；同心设置于第一转子上并与之同步旋转的多对极永磁体，以产生第一旋转磁场；以及同心设置于第二转子上并与之同步旋转的导体环；还包括设置在永磁体与导体环之间的调制铁环，第一旋转磁场经该调制铁环的磁场调制作用后，可在靠近第二转子的气隙中变为第二旋转磁场，导体环在第二旋转磁场作用下感应出一与该旋转磁场极对数相同且保持同步旋转的磁场，从而产生稳定不变的转矩实现稳定地传输功率。本发明专利技术通过磁场调制作用与磁耦合效应的结合，可以同时实现“变速与恒频”，既起到变速齿轮的作用，又取代传统变频装置起恒频作用，从而降低传动系统的成本。

Field modulated permanent magnet coupler

The invention discloses a permanent magnet coupler includes a rotor two relatively arranged and concentric concentric; arranged on the first rotor and rotates synchronously with the multi amtipodal permanent magnets to generate a first rotating magnetic field; and concentric is arranged on the second rotor and synchronous conductor ring spinning; also includes modulation the ring is arranged between the permanent magnet and conductor ring, the first rotating magnetic field through the magnetic field modulation of the modulated hoop, the air gap close to second to second in the rotor rotating magnetic field conductor ring in second rotating magnetic field induces a rotating magnetic field with the same poles and keep synchronous rotating magnetic field. To achieve stable power transmission torque constant to produce. The present invention by combining magnetic field modulation and magnetic coupling effect, can simultaneously achieve variable speed and constant frequency, which plays the role of transmission gears, and replace the traditional frequency conversion device, constant frequency effect, thereby reducing the cost of transmission system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于变速传动
，具体涉及一种永磁耦合器。技术背景风能作为一种蕴藏量巨大的、清洁的可再生能源，受到了世界各国的高度重视。近十年来，整个世界范围内风力发电的装机容量连续多年大比例增长。尤其在中国，风力发电已成为中国新能源战略的发展重点，预计未来很长一段时间都将保持高速发展。诸如风力发电系统，目前广泛存在需要从“低、变速”到“高、恒速”变速传动的应用场合，即需要通过将低速和不稳定的风速转化为电机的恒定高速，以进行发电。这种“原动机”转速不稳定且与发电机转速相差很大的应用场合通常需要应用到变速传动机构和变频装置，以实现变速恒频功能。以风力发电系统为例，根据系统中是否包含齿轮箱等变速传动部件，风力发电系统可以分为非直驱式和直驱式。非直驱式的双馈异步风力发电机，以其技术优势成为目前最为主流的风电机组类型。直驱式风力发电机极数多，转速低，体积大，由于其无需增速齿轮箱、可靠性高、便于维护的特点，近年来发展迅速。在实际的风力发电系统中，由于风场中风速的限制，用来接受风力的叶片只能低速旋转，而目前非直驱的风力发电机，其额定转速均远高于叶片转速，因此在当前非直驱的风力发电系统中，风叶要通过变速齿轮箱与风力发电机连接。目前主流的变速齿轮箱为机械式，虽然可以得到较高的功率密度，但它需要配备润滑、冷却系统，同时会带来噪声、振动以及可靠性等一系列问题。同时，由于风速的不恒定性会导致发电机端电压频率的波动，因此无论是直驱或非直驱式的风力发电机，其定子输出端与电网间均要使用变频装置连接，即发电机定子电压要经整流和逆变后才能输出频率稳定的电能。目前风力发电机组装机容量不断增大，需配备相应变频器，而大容量的变频器造价十分昂贵，使整套风力发电系统的成本大大升高。与传统的机械传动相比，基于磁场调制原理的磁齿轮传动具有很多优点：无物理接触、低噪声与振动、可靠性高、转矩传递精确、自然的过载保护等等，因此近年受到越来越多的重视，成为业界的研究热点。如图1一所示，其示例是一种径向磁场的同心式磁齿轮。外转子内壁贴有1对极永磁体，内转子外壁贴有11对极永磁体，两种极对数的永磁体之间有铁磁材料制成的磁调制环，当磁调制环个数为两转子极对数之和或之差时，即满足磁场调制原理。示例中，磁调制环有12个，为两转子极对数之和。尽管两转子极对数不同，但只要以磁调制环为参照系时的两转子转速恰与其极对数成反比，那么由于磁调制环的存在，两转子之间能传递稳定的转矩和功率。图1中，磁调制环静止，内转子与外转子的转速比为1:11时，二者之间有稳定的转矩，否则会有转矩脉动和转矩交变；磁调制环旋转时，只要以调制环为参考系的两转子转速比仍保持为1:11，则转矩仍然稳定。因此改变磁调制环转速，即可实现调速作用。合理调节磁齿轮的内转子极对数、外转子极对数及磁调制环中的铁块数目的不同配合关系，可以得到不同的传动比。磁齿轮传动适用于低速大转矩的场合，能起到增速作用，并具有物理隔离、低振动、低噪声、无需润滑的优点，有精确的转矩传输能力和固有的过载保护能力。基于磁场调制原理的永磁齿轮传动机构适用于低速大转矩的场合，目前主要应用于变速传动，但由于其内外转子永磁体的极对数选定后无法改变，而磁调制环一般静止，故变速比一般固定，并无平滑调速的功能。对于需要调速的场合，则要实时调节磁齿轮中磁调制环的转速，控制成本高，目前尚无通过调节磁调制环来调速的工程实例。为了克服上述缺陷，现有技术中出现了一种永磁耦合器，又名磁力耦合器，是通过导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输的装置，可实现电动机和负载间无机械连接的传动方式，其工作原理是当两者之间相对运动时，导体组件切割磁力线，在导体中产生涡电流，涡电流进而产生反感磁场，与永磁体产生的磁场交互作用，从而实现两者之间的扭矩传递。永磁耦合器一般为盘式结构，图2为其示例。铜盘3与永磁体2盘分别固定于不同铁心1和4上，两者之间有可调气隙。铜盘3一般与电机驱动轴连接，而永磁体盘2与负载轴或原动机轴连接。永磁耦合器的工作原理类似异步电机，原动机起动时，永磁体盘2被带动旋转从而产生旋转磁场，此时铜盘3切割磁力线，内部产生涡流，涡流感应出的磁场总是与永磁体磁场的转速与极对数保持一致，因此铜盘3受到驱动性质的转矩开始加速旋转，从而开始传递转速和转矩，因此永磁耦合器本身具有软启动功能。铜盘3达到稳定时的转速与负载转矩的大小和气隙长度有关。调节气隙距离，穿过铜盘3的磁场强度改变，电磁转矩相应改变，原有的转矩平衡被破坏，铜盘3即相应升速或降速，直至达到新的转矩平衡状态，从而实现调速作用。永磁耦合器能实现电动机和负载间、发电机与原动机间无机械链接的传动方式，并可通过调节气隙来进行调速。永磁耦合器可以在原动机的转速不断变化的情况下，保持发电机转速不变，即实现变速比变化的调速，并实现对转矩和功率的传递与控制，近年来受到越来越多研究者的重视。这种永磁耦合器作为速度传动机构，适用于传动前后转速相差不大的场合，这样才能传递较大的转矩，有较高的传递效率。当传动前后速度相差很大，高速侧转速达到低速侧数倍时（例如风力发电系统中发电机转速和叶片转速），转差太大，永磁耦合器的转矩输出能力减小，且涡流损耗显著增大，传动效率大大降低。同时，永磁体盘与导体盘的轴向斥力也显著增大，会降低传动轴承寿命。因此永磁耦合器只适用于速度传动比在1附近的调速场合，并不适用于诸如风力发电场合的转速传动比较大的场合。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种磁场调制型的永磁耦合器，通过磁场调制作用与磁耦合效应的结合，同时实现“变速与恒频”，即“低、变速”到“高、恒速”的传动作用，既起到变速齿轮的作用，同时又取代传统的变频装置，从而在一定程度上降低传动系统的成本。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种磁场调制型永磁耦合器，通过磁场调制与磁耦合的结合，实现大变速比的变速恒频的动力传动，其中，该永磁耦合器包括：两相对布置的转子，其分别与一低速转体和一高速转体连接，以分别同步转动；其中，n1为低速转体的转速，n2为高速转体的转速。同心设置于其中的第一转子上并与之同步旋转的永磁体。设定永磁体共有P1对，（P1≥1）。这些永磁体在两转子之间靠近第一转子的气隙中产生转速为n1，极对数为P1的第一旋转磁场；以及同心设置于第二转子上并与之同步旋转的导体环；其特征在于，还包括设置在所述永磁体与导体环之间的由多个调制铁块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场调制型永磁耦合器，通过磁场调制与磁耦合的结合，以实现大变速比的变速恒频的动力传动，其中，该永磁耦合器包括： 两相对布置的转子，其分别与一低速转体和一高速转体连接以分别同步转动； 同心设置于其中的第一转子（5）上并与之同步旋转的多极对永磁体（3），可在两转子之间靠近第一转子（5）的气隙中产生第一旋转磁场；以及 同心设置于第二转子（1）上并与之同步旋转的导体环（2）； 其特征在于，还包括设置在所述永磁体（3）与导体环（2）之间的、由多个调制铁块（4）围成的与所述两转子同轴的磁调制环，所述第一旋转磁场经该调制铁环的磁场调制作用后，可在两转子之间靠近所述第二转子的气隙中变为第二旋转磁场，其可使得所述导体环（2）在该第二旋转磁场下感应电流并进而产生出一与该第二旋转磁场极对数相同且保持同步旋转的磁场，从而产生稳定不变的转矩，而实现稳定地传输功率。

【技术特征摘要】
1.一种磁场调制型永磁耦合器，通过磁场调制与磁耦合的结合，以实现大变速比的变速恒频的动力传动，其中，该永磁耦合器包括：
两相对布置的转子，其分别与一低速转体和一高速转体连接以分别同步转动；
同心设置于其中的第一转子（5）上并与之同步旋转的多极对永磁体（3），可在两转子之间靠近第一转子（5）的气隙中产生第一旋转磁场；以及
同心设置于第二转子（1）上并与之同步旋转的导体环（2）；
其特征在于，还包括设置在所述永磁体（3）与导体环（2）之间的、由多个调制铁块（4）围成的与所述两转子同轴的磁调制环，所述第一旋转磁场经该调制铁环的磁场调制作用后，可在两转子之间靠近所述第二转子的气隙中变为第二旋转磁场，其可使得所述导体环（2）在该第二旋转磁场下感应电流并进而产生出一与该第二旋转磁场极对数相同且保持同步旋转的磁场，从而产生稳定不变的转矩，而实现稳定地传输功率。
2.根据权利要求1所述的一种磁场调制型永磁耦合器，其中，所述磁调制环可以保持静止，也可以一定速度旋转。
3.根据权利要求1或2所述的一种磁场调制型永磁耦合器，其中，所述调制铁块的材料可与两转子相同，例如用硅钢片叠压而成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种磁场调制型永磁耦合器，其中，所述第一转子（5）与低转速转体连接，以较低的转速转动，所述第二转子（1）与高速转体连接，以高速转动。

【专利技术属性】
技术研发人员：曲荣海，邹天杰，李大伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42