一种筒型传动轴永磁耦合装置，它由至少一组每组两个相互嵌套的永磁气隙磁场耦合的外转子筒和内转子筒组件、至少一副与外转子筒相适配的外转子筒联轴机构、至少一副与内转子筒相适配的内转子筒联轴机构以及对应的输入联轴器和输出连轴器构成，外转子筒和内转子筒的相邻对应位置上设置和装配两种径向气隙磁场永磁耦合组件和轴向气隙磁场永磁耦合组件中的至少其中之一种永磁耦合组件，外、内转子筒通过对应的相适配的转子筒联轴机构与对应的输入联轴器或输出联轴器相联接。本发明专利技术具有传动效率更高、结构简单可靠、安装方便、不怕恶劣环境、容忍轴偏心、负载隔离、减低振动和噪声以及延长设备寿命等特点；它还具有不伤害电机、不影响电网安全的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机拖动、负载调速系统领域，特别是一种筒型传动轴永磁耦合装置。
技术介绍
目前，节能降耗已成为全社会关注的重点和科学发展的目标。电机系统用电量约 占全球用电量的60%，其中风机、泵类、压缩机和空调制冷机的用电量分别占全球用电量的 10.4%、20.9%、9.4%和6%。电机系统量大、面广，节电潜力巨大。从国内来讲，现有各类 电机系统总装机容量约4. 2亿千瓦，运行效率比国外先进水平低10—20个百分点，相当于 每年浪费电能约1500亿千瓦时。电动机及被拖动设备效率低，电动机、风机、泵等设备陈旧 落后，效率比国外先进水平低2-5个百分点；系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设 备长期低负荷运行；系统调节方式落后，大部分风机、泵类采用机械节流方式调节，效率比 调速方式约低30%以上。在实际工程设计与应用中，为了保证负荷最大时风机或水泵系统满足输出要求， 通常需要按系统的最大输出能力配备风机水泵系统，而真正实用中，绝大多数情况下并非 需要系统在满负荷下使用。可以通过调节气隙实现流量和/或压力的连续控制，取代原系 统中控制流量和/或压力的阀门，在电机转速不变的情况下，调节风机或水泵的转速，符合 离心负载的比例定律。当输出流量和/或压力减少时，电机功率急剧下降，减少了能源需 求，从而大大地节约了能源。因此，电机拖动系统领域里，动力传输耦合、调速及节能技术是 一个永久的研究和开发课题。目前常用的几种传统调速方式的技术现状串级调速技术，可以回收转差功率，但它不适合于鼠笼型异步电机，必须更换电 机；不能实现软启动，启动过程非常复杂；启动电流大；调速范围有限；响应慢，不易实现闭 环控制；功率因数和效率低，并随转速的调低急剧下降；很难实现同PLC、DCS等控制系统的 配合，对提高装置的整体自动化程度和实现优化控制无益；同时因控制装置比较复杂、谐波 污染大对电网有较大干扰；进一步限制了它的使用，属落后技术。电磁转差离台器调速技 术，通过对电磁离合器励磁电流的控制实现对其磁极的速度调节，这种系统一般也采用转 速闭环控制。这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取转速 的降低，转差率增大，转差功率也增大，以发热形式消耗在转子电路里，使得系统效率也随 之降低，这类调速系统存在着调速范围愈宽，转差功率愈大，系统效率愈低的问题，相配的 控制装置也较为复杂，故不值得提倡。液力耦合器调速技术，属低效调速方式，调速范围有限，高速丢转约5% —10%, 低速转差损耗大，最高可达额定功率的30%以上，精度低、线性度差、响应慢，启动电流大， 装置大，不适合改造；容易漏液、维护复杂、费用大，不能满足提高装置整体自动化水平的需要。变频调速技术，是目前应用比较普遍和相对先进的技术，采用电力电子技术来实 现对电机的速度进行调节，可以有效根据实际工况来自动控制，可以实现一定的节能效果。但是变频设备易产生谐波，大功率变频器对电网的谐波污染非常大；它对空间环境要求也 比较“娇贵”，需要空调环境；高压环境下故障率高，安全性差，变频调速系统需要专业人员 维护，而且易损备件时常需要更换，维护费用高，调速范围小，特别是在其低速运行时对电 机损害大，需要配备相应的变频电机，对于常用的6000V以上高压和50千瓦一10000千瓦 型号的变频器来说，其价格昂贵，且拥有者总成本非常大。永磁耦合及调速技术，永磁耦合扭矩传输或驱动及调速是目前最为先进的、正在 进一步大力研究和开发的电机拖动和调速技术。主要优点表现在①节能，可无级调整转 速，调速范围在0—98% ；②结构简单；③可靠性高，容易安装，不怕恶劣环境，寿命长达25 年以上；④软启动，电机完全在空载下启动，大幅降低启动电流；⑤不怕堵转，不怕脉冲型 负载，保护电机，机械密封；⑥容忍轴偏心，具有负载隔离，减低振动、噪声；⑦延长设备寿 命，增长故障周期，减少维护需求；⑧无谐波危害，不伤害电机，不影响电网安全；⑨无电磁 波干扰；⑩拥有者总成本比较低。公知的永磁耦合扭矩传输或驱动机理是，参见美国专利NO. 5477094，导体转子盘 与永磁转子盘有相对运动，导体转子盘在永磁转子盘产生的交变磁场里旋转切割磁力线 时，会形成感应涡流，该涡流电流反过来产生反向感应磁场，该感应磁场与永磁转子盘产生 的磁场相互作用，使导体转子盘和永磁体转子盘之间产生磁扭矩，阻止导体转子盘与永磁 转子盘的相对运动，这样导体转子盘与永磁转子盘之间就构建了一个磁扭矩的传动结构， 一个转子盘带动另一个转子盘同向旋转，进而带动负载做旋转运动。根据该工作机理，在电 机轴与其对应的负载轴之间设置永磁耦合扭矩传输或驱动装置，电机(或负载)轴上设置 铜导体转子盘，负载(或电机)轴上对应设置永磁转子盘，由于电机旋转时，带动铜导体转 子盘在永磁转子盘所产生的强磁场中切割磁力线，因而在铜导体转子盘中产生涡流电流， 该涡流电流反过来在铜导体转子盘周围产生反感磁场，阻止铜导体转子盘与永磁转子盘的 相对运动，从而实现了电机与负载之间的扭矩传输或驱动。目前市场上有关永磁耦合扭矩 传输或驱动及调速器产品都是依据该工作机理和技术方案设计制造的，例如美国麦格纳驱 动公司的相关系列产品，也是目前全球市场上最新推出的、唯一的一种永磁耦合及调速器 产品，受到市场的认可和欢迎；但是，由于其永磁耦合扭矩传输或驱动的机理和导体转子盘 结构方面的原因，在导体转子盘和永磁转子盘的尺寸、气隙间距、轴转速和转速差确定的同 等条件下，单位体积所能提供的磁转矩传输功率还比较小，永磁耦合扭矩传输或驱动效率 也比较低、发热量较大，致使超大功率的永磁耦合及调速装置的设计制造受到成本和技术 的限制。由于金属导体盘上的大量散热，致使在其上必须设置复杂的大体积的散热器，为了 提高永磁耦合扭矩传输或驱动装置的单位体积传输功率容量，相关的散热技术也成了设计 生产永磁耦合系列产品的一项技术瓶颈。据调查，采用目前公知技术方案的永磁耦合或调 速器产品，在750转/分条件下，风冷型永磁耦合或调速器的功率最大只能做到130千瓦左 右，在1500转/分条件下，风冷型永磁耦合或调速器的功率最大只能做到300千瓦左右，其 推广应用受到很大局限。本专利技术构建了一种新型的传动轴永磁耦合扭矩传输机理及其新型的传动轴永磁 耦合电磁扭矩传输结构，提出了调节传输扭矩或调节负载速度的新方法，并融合多项适用 的先进技术和设计理念，设计出了一种全新的筒型传动轴永磁耦合装置，以完善和克服目 前永磁耦合及调速器产品的上述不足、缺陷以及相关技术瓶颈的限制，可大大提高永磁耦合及调速器产品的单位体积所能提供的扭矩传输或驱动功率，并大大提高磁扭矩传输或驱 动效率、降低发热量，有效解决目前永磁耦合及调速器产品在设计和生产过程中存在的多 方面技术问题，为设计更先进、更大功率的永磁耦合及调速器产品提供重要的、核心的技术 支撑和技术方案；在全世界都在努力节能减排、倡导科学发展的背景下，迫切要求对永磁耦 合扭矩传输或驱动机理及其技术方案进行革新地构思和重新设计，以解决上述问题，适应 电机拖动系统领域对先进的动力耦合传输及调速技术的急需。
技术实现思路
本专利技术人发现，在已公知的传动轴永磁耦合驱动或调速技术及其产品中，存在以 下几点突出问题①永磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种筒型传动轴永磁耦合装置，其特征在于，它由至少一组每组两个相互嵌套的永磁气隙磁场耦合的外转子筒和内转子筒组件、至少一副与外转子筒相适配的外转子筒联轴机构、至少一副与内转子筒相适配的内转子筒联轴机构以及对应的输入联轴器和输出连轴器构成，设置有最靠近轴中心线筒壁的转子筒为内转子筒，另一个与之嵌套的转子筒称为外转子筒，内转子筒和外转子筒具有相等或不相等的筒壁层数，外转子筒和内转子筒能绕同一轴中心线旋转，外转子筒和内转子筒的相邻对应位置上设置和装配两种径向气隙磁场永磁耦合组件和轴向气隙磁场永磁耦合组件中的至少其中之一种永磁耦合组件，外转子筒通过相适配的外转子筒联轴机构与对应的输入联轴器或输出联轴器相联接，内转子筒通过相适配的内转子筒联轴机构与对应的输出联轴器或输入联轴器相联接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余亚莉，林贵生，
申请(专利权)人：余亚莉，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]
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