筒形永磁调速联轴器的制造方法
【专利摘要】一种筒形永磁调速联轴器，包含一导体转子以及一永磁转子。导体转子包含底部以及围绕底部的侧壁以定义容置腔，其中容置腔具有至少两种不同的内径。永磁转子置于容置腔内，使永磁转子与该导体转子之间存在有至少两种不同的气隙。
【专利说明】筒形永磁调速联轴器
【技术领域】
[0001]本实用新型有关于一种永磁调速联轴器，特别是有关于一种筒形永磁调速联轴器。
【背景技术】
[0002]永磁调速联轴器(Permanent Magnetic Coupling Device)是一种透过气隙传递转矩的传动设备，现有的永磁调速联轴器主要由导体转子、永磁转子两部分组成。导体转子固定在主动轴上，与电动机端相连；永磁转子则固定在负载轴上，与负载相连。在导体转子和永磁转子之间有间隙。这样马达和负载的连接会由原来的机械连结变为磁性连结。通过调节永磁转子相对于导体转子间的气隙距离或面积，即可改变负载轴上的输出转矩，从而调节负载转速。
[0003]永磁调速联轴器在实际应用上具有以下优点:可使驱动马达空载启动，降低马达的启动电流，延长马达寿命，减少对电力系统的影响；由于采用气隙传递转矩，因而降低了对电机和负载设备的连接精度，减少了机械振动和噪声；采用永磁调速联轴器可实现流量或压力的连续调节，相较于采用阀门或风门挡板相比要节约电能。
[0004]但是相对地，永磁调速联轴器需要将转差功率消耗在导体转子上，其中温升与损耗成正比关系，损耗越大，温升越高。当超过限值，导体转子会过热损害，严重时，会有裂纹，更有甚者，会融化掉。除此之外，导体转子上的损耗分布是不均匀的，损耗密度与该点的磁密相关。靠近永磁转子的部分，磁密较大，损耗也会偏高。若局部损耗值高过一定值，导体转子局部会形成过热点，即使导体转子整个的温升没有超过限值，但由于过热点的存在，也会使得导体转子过热造成损害。
[0005]永磁调速联轴器可分为筒形、盘形以及复合形三种形式。图1A与图1B揭露了一种筒形永磁调速联轴器于不同视角的剖面示意图。筒形永磁调速联轴器10包含有连接至电动机端的导体转子20以及连接至负载端的永磁转子30。当需要调整永磁转子30的转速时，会通过调整永磁转子30与导体转子20之间的气隙面积实现。但由于永磁转子30大致上被导体转子20所包围，因此，在损耗较大的转速区域，导体转子20的散热面积与气隙较小，导致导体转子20温升和局部热损的现象更为明显。
【发明内容】
[0006]本实用新型提供了一种具有至少两种气隙的筒形永磁调速联轴器，用以改善筒形永磁调速联轴器的散热能力。在此，气隙是指永磁转子与导体转子之间的径向距离。
[0007]本实用新型的一方面提供了一种筒形永磁调速联轴器，包含一导体转子以及一永磁转子。导体转子包含底部以及围绕底部的侧壁以定义容置腔，其中容置腔具有至少两种不同的内径。永磁转子置于容置腔内，使永磁转子与该导体转子之间存在有至少两种不同的气隙。
[0008]于一或多个实施例中，容置腔具有开口，容置腔邻近底部的内径小于容置腔邻近于开口的内径。
[0009]于一或多个实施例中，导体转子连接至电动机，永磁转子连接至负载端。
[0010]于一或多个实施例中，导体转子包含具有底部与侧壁的导磁圆筒以及设置于侧壁内表面的导体环。
[0011]于一或多个实施例中，导体环的材料为铜或铝或铁铜合金。
[0012]于一或多个实施例中，侧壁包含邻接于底部的基部以及与基部连接的延伸部，基部的内径小于延伸部的内径。
[0013]于一或多个实施例中，基部以及延伸部沿轴向的剖面形状均为矩形。
[0014]于一或多个实施例中，基部沿轴向的剖面形状为矩形，延伸部沿轴向的剖面形状为梯形，且在基部到延伸部的方向上的延伸部的内径逐渐增大。
[0015]于一或多个实施例中，基部以及延伸部沿轴向的剖面形状均为梯形。
[0016]于一或多个实施例中，其中延伸部沿轴向的剖面形状为矩形，基部沿轴向的剖面形状为梯形，且在底部到开口的方向上的基部的内径逐渐增大。
[0017]于一或多个实施例中，基部与延伸部的轴向长度均大于永磁转子的轴向长度。
[0018]于一或多个实施例中，永磁转子包含导磁圆环以及设置于导磁圆环的侧面的永磁体。
[0019]于一或多个实施例中，气隙为至少4毫米。
[0020]筒形永磁调速驱动的导体转子具有两种以上的内径，使得导体转子与永磁转子之间具有两种以上的气隙。当通过改变导体转子以及永磁转子之间的相对位置以调整输出时，两者之间的气隙会逐渐增加，藉以提升导体转子的散热能力，并且可以达到减少拉动导体转子的出力的功效。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1A与图1B揭露了一种筒形永磁调速联轴器于不同视角的剖面示意图。
[0022]图2绘示本实用新型的筒形永磁调速联轴器第一实施例的剖面示意图。
[0023]图3为不同的筒形永磁调速联轴器在调速过程中的轴向力比较图。
[0024]图4A与图4B分别为导体转子在基部以及延伸部的右视图。
[0025]图5绘示本实用新型的筒形永磁调速联轴器第二实施例的剖面示意图。
[0026]图6绘示本实用新型的筒形永磁调速联轴器第三实施例的剖面示意图。
[0027]图7绘示本实用新型的筒形永磁调速联轴器第四实施例的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下将以图式及详细说明清楚说明本实用新型的精神，任何所属【技术领域】中具有通常知识者在了解本实用新型的较佳实施例后，当可由本实用新型所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型的精神与范围。
[0029]综上所述，为了改善筒形永磁调速联轴器的散热能力，本实用新型提出了一种气隙可变的筒形永磁调速联轴器，当调整筒形永磁调速联轴器时，永磁转子以及导体转子之间的气隙会随之变化，以提升筒形永磁调速联轴器的散热能力。
[0030]参照图2，其绘示本实用新型的筒形永磁调速联轴器第一实施例的剖面示意图。筒形永磁调速联轴器100包含有导体转子110以及永磁转子140。导体转子110包含有底部122以及围绕底部122的侧壁124。底部122以及侧壁124共同定义出一容置腔150，永磁转子140则是设置于容置腔150内。容置腔150具有至少两种不同的内径，使得永磁转子140和导体转子110之间存在有至少两种不同的气隙。其中导体转子110和永磁转子140之间的气隙为至少4毫米。
[0031]更具体地说，容置腔150具有开口 152，以供永磁转子140进入容置腔150中。开口 152以及底部122分别位于侧壁124的相对两端。容置腔150邻近于底部122的内径，如内径dl，小于容置腔150邻近于开口 152的内径，如内径d2。
[0032]导体转子110为连接至一电动机200，永磁转子140为连接至负载端300，两者之间采用气隙传递转矩，并通过气隙面积调整永磁转子140的转速。
[0033]导体转子110包含有导磁圆筒120以及导体环130。导磁圆筒120包含有前述的底部122以及侧壁124。导体环130则是设置于侧壁124的内表面。导磁圆筒120的材料可以为低碳钢或硅钢片，导体环130的材料可以为铜或铝或铁铜合金。
[0034]导磁圆筒120的侧壁124包含有基部126以及延伸部128。且导磁圆筒120在基部126的内径dl会小于导磁圆筒120在延伸部128的内径d2。本实施例中，基部126以及延伸部128沿轴向(平行于轴向)的剖面形状大致上均为矩形，并且导磁圆筒120在基部126的内径dl小于导磁圆筒120在延伸部128的内径。基部126以及延伸部128的轴向长度均分别大于永磁转子140的轴向长度。
[0035]导磁圆环142的材料可以为低碳钢或硅钢片。永磁体144的材料可以为钕铁硼永磁材料。永磁体144的数量可以为多个。永磁体144以及导体环130位于导磁圆筒120以及导磁圆环142之间。
[0036]基部126上的导体环130与永磁转子140距离较近，延伸部128上的导体环130与永磁转子140的距离较远。延伸部128上的导体环130内径d2与基部126上的导体环130内径dl的比值介于1.0至1.5之间，亦即，(12/(11大于I且小于等于1.5。当需要降低负载转速时，永磁转子140沿着轴向远离导体转子110方向移动，与永磁转子140相对的导体环130由基部126逐渐过渡为延伸部128，导体转子110和永磁转子140之间的轴向气隙长度也会增加。此时导体环130上的损耗逐渐增加。由于采用了 2段气隙方案，当损耗增加时，导体转子110和永磁转子140之间的径向距离也会增加。随着径向距离的增加，通过的风量就会增加，能带走更多热量，降低导体转子110的温升。另一方面，由于导体转子110上的磁密减小了，导体转子110的局部损耗也会降低，减小了导体转子110最热点的温度，保护导体转子110不会局部过热。
[0037]以一台额定转速为1500rpm,功率300kw的筒形永磁调速联轴器(PMD)为例,如图1所不的筒形永磁调速联轴器10的导体转子20的内径为408mm,长度为IOOmm ;同样功率的两段气隙筒形永磁调速器100，如图2所示，基部126的导体环130内径dl为408mm，延伸部128的导体环130的内径d2为416mm,导体转子110的长度200mm。筒形永磁调速器10、100各自的永磁转子30、140相同,转子直径为400mm。两段气隙的筒形永磁调速器100较已知的筒式永磁调速器10在导体损耗功率最大时气隙长度增加I倍(由4mm增加至8mm),风量增加一倍，散热面积增加30%，局部损耗最大值由734W/mm2下降至514W/mm2，下降了 30%。
[0038]接着再比较这两种筒形永磁调速联轴器10、100在调速过程中负载轴需要的轴向力，计算结果如图3所示。当永磁转子30、140分别与导体转子20、110完全耦合时，负载轴转速最大，此时横坐标对应的移动位移是O ;当永磁转子30、140分别拉出导体转子20、110时，负载轴转速为O,此时已知筒形永磁调速联轴器10的移动位移为100mm,本实用新型一实施例的两段气隙的筒形永磁调速联轴器100的移动位移为200mm。在整个调速范围内，已知筒形永磁调速联轴器10受到的轴向力最大值为1.48kN，两段气隙的筒形永磁调速联轴器100受到的轴向力最大值为1.33kN,由此可知，两段气隙的筒形永磁调速联轴器100较已知筒形永磁调速联轴器10拉动导体转子20、110需要的轴向力减少8.5%。因此，两段气隙的筒形永磁调速联轴器在调速过程中，负载轴所需的轴向力更小，从而可减少执行机构(未画出)的出力，缩小机构的体积，降低成本。
[0039]请同时参照图4A与图4B，其分别为导体转子110在基部126以及延伸部128的右视图。从图中可以明显地得知，导体转子Iio在基部126的内径dl小于导体转子110在延伸部128的内径d2。导体环130为设置于基部126以及延伸部128的内表面。
[0040]再回到图2，本实用新型所提供的筒形永磁调速联轴器100可以提供两种以上的气隙(即，永磁体144以及导体环130之间的径向距离)，当转子损耗增加时，气隙亦随之加大以提供更佳的散热能力，降低导体转子110的温升。
[0041]筒形永磁调速联轴器100如何降低导体转子110温升的原理已经详述于以上实施例，在接下来的实施例中，将仅针对导体转子110的变形进行说明，与之前实施例相同的处将不再赘述。
[0042]参照图5，其绘示本实用新型的筒形永磁调速联轴器第二实施例的剖面示意图。筒形永磁调速联轴器100包含有导体转子110以及永磁转子140。导体转子110具有容置腔150，永磁转子140则是设置于容置腔150内，容置腔150具有至少两种不同的内径，使得永磁转子140和导体转子110之间存在有至少两种不同的气隙。
[0043]导体转子110连接至电动机200，导体转子110包含有导磁圆筒120以及分布于导磁圆筒120的侧壁内表面的导体环130。永磁转子140连接至负载端300,永磁转子140包含有导磁圆环142以及设置于导磁圆环142的侧面的永磁体144。
[0044]侧壁124包含有基部126以及延伸部128，其中基部126邻接于底部122，延伸部128连接于基部126。本实施例中，基部126沿着轴向的剖面形状为矩形，而延伸部128沿着轴向的剖面形状为梯形，尤其是宽度从接近基部126的一端向另一端渐减的梯形，使得容置腔150邻近于开口 152处的内径大于邻近于底部122处的内径。并在基部126到延伸部128的方向上的延伸部128的内径d2逐渐增大。
[0045]基部126以及延伸部128的轴向长度分别大于永磁转子140的轴向长度
[0046]筒形永磁调速联轴器100如何配合不同负载提供不同的气隙宽度，以及如何提升其散热能力以及减少拉动导体转子110所需的出力的原理与第一实施例相同，在此不再赘述。
[0047]参照图6，其绘示本实用新型的筒形永磁调速联轴器第三实施例的剖面示意图。导磁圆筒120的侧壁124包含有基部126以及延伸部128。且导磁圆筒120在基部126的内径dl会小于导磁圆筒120在延伸部128的内径d2。本实施例中，基部126沿着轴向的剖面形状为梯形，并且是宽度从底部122开始向另一端渐减的梯形。延伸部128沿着轴向的剖面形状为矩形，使得容置腔150邻近于开口 152处的内径大于邻近于底部122处的内径，且在底部122到开口 152的方向上的基部126的内径dl逐渐增大。
[0048]参照图7，其绘示本实用新型的筒形永磁调速联轴器第四实施例的剖面示意图。
[0049]本实施例与之前实施例不同的地方在于，导磁圆筒120的侧壁124沿轴向的剖面形状为梯形，使得容置腔150沿轴向的剖面形状亦为梯形，尤其是内窄外宽的梯形。导磁圆筒120在邻近底部122的内径dl会小于导磁圆筒120邻近开口 152的内径d2。换言之，本实施例可以视为基部126以及延伸部128均为梯形的一种变形形式。
[0050]从以上实施例可以得知，筒形永磁调速驱动的导体转子具有两种以上的内径，使得导体转子与永磁转子之间具有两种以上的气隙。当通过改变导体转子以及永磁转子之间的相对位置以调整输出时，两者之间的气隙会逐渐增加，藉以提升导体转子的散热能力，并且可以达到减少拉动导体转子的出力的功效。
[0051]虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视所附的权利要求书所界定者为准。
【权利要求】
1.一种筒形永磁调速联轴器，其特征在于，该筒形永磁调速联轴器包含: 一导体转子，包含一底部以及围绕该底部的一侧壁以定义一容置腔，其中该容置腔具有至少两种不同的内径；以及 一永磁转子，置于该容置腔内，使该永磁转子与该导体转子之间存在有至少两种不同的气隙。
2.根据权利要求1所述的筒形永磁调速联轴器，其中该容置腔具有一开口，该容置腔邻近该底部的内径小于该容置腔邻近于该开口的内径。
3.根据权利要求1所述的筒形永磁调速联轴器，其中该导体转子连接至一电动机，该永磁转子连接至一负载端。
4.根据权利要求1所述的筒形永磁调速联轴器，其中该导体转子包含具有该底部与该侧壁的一导磁圆筒以及设置于该侧壁内表面的一导体环。
5.根据权利要求4所述的筒形永磁调速联轴器，其中该导磁圆筒的材料为低碳钢或硅钢片。
6.根据权利要求4所述的筒形永磁调速联轴器，其中该导体环的材料为铜或铝或铁铜I=1-Wl O
7.根据权利要求4所述的筒形永磁调速联轴器，其中该侧壁包含邻接于该底部的一基部以及与该基部连接的一延伸部，该基部的内径小于该延伸部的内径。
8.根据权利要求7所述的筒形永磁调速联轴器，其中该基部以及该延伸部沿轴向的剖面形状均为矩形。
9.根据权利要求7所述的筒形永磁调速联轴器，其中该基部沿轴向的剖面形状为矩形，该延伸部沿轴向的剖面形状为梯形，且在基部到延伸部的方向上的该延伸部的内径逐渐增大。
10.根据权利要求7所述的筒形永磁调速联轴器，其中该基部以及该延伸部沿轴向的剖面形状均为梯形。
11.根据权利要求7所述的筒形永磁调速联轴器，其中该延伸部沿轴向的剖面形状为矩形，该基部沿轴向的剖面形状为梯形，且在底部到开口的方向上的该基部的内径逐渐增大。
12.根据权利要求7所述的筒形永磁调速联轴器，其中该基部与该延伸部的轴向长度均大于该永磁转子的轴向长度。
13.根据权利要求1所述的筒形永磁调速联轴器，其中该永磁转子包含一导磁圆环以及设置于该导磁圆环的侧面的多个永磁体。
14.根据权利要求1所述的筒形永磁调速联轴器，其中该气隙为至少4毫米。
【文档编号】H02K51/00GK203554254SQ201320555670
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】朱红柳, 艾祖华, 许宏成 申请人:中达电通股份有限公司, 台达电子企业管理（上海）有限公司