一种缓冲启动型永磁耦合直驱装置的制作方法

本发明属于永磁驱动技术领域，尤其涉及一种缓冲启动型永磁耦合直驱装置。

背景技术：

永磁同步电机采用永磁体励磁，具备高功率因数、高效率、高效运行区间广等优势，并且可以设计高极数直接驱动负载运行，缩短传动链。对于异步启动永磁同步电机，在启动过程中，永磁转子上的启动笼切割定子绕组通电后产生的旋转磁场，从而在启动笼上产生感应电流，进而产生力矩，驱动永磁转子运行。

当异步启动永磁同步电机驱动大转动惯量负载时，负载加速至额定过程所需的启动时间较长，电机转子会较长时间处于高转差异步状态，永磁转子上的启动笼会感应产生大量的热量，容易导致转子上的永磁体退磁、电机绕组烧毁，同时也会导致负载承受大的启动冲击。同时，当永磁同步电机驱动负载同步运行过程中，一旦负载发生堵转现象或者负载力矩过大时，电机就会发生失步，永磁转子上同样会感应产生大量的热量，容易导致永磁体退磁。

要实现异步启动永磁同步电机的缓冲启动，目前主要是在电机前端加入电气装置实现。现有技术中，有采用软启动装置来实现电机的缓冲启动；也有通过采用变频器实现永磁同步电机的缓冲启动，然后再脱开变频器直接工频运行。但是以上这些方法都需要额外增加电子元器件，不仅会增加成本，而且会降低系统可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种缓冲启动型永磁耦合直驱装置，以解决现有技术中实现异步启动永磁同步电机的缓冲启动需要额外增设电子元器件的问题。

本发明的技术方案为：

一种缓冲启动型永磁耦合直驱装置，其特征在于，包括机壳、以及设于所述机壳内的定子组件、转子组件、导体盘组件、永磁盘组件、主轴和输出轴，所述主轴和所述输出轴分别与所述机壳转动连接，所述主轴和所述输出轴同心设置且两者之间具有间隙；

所述转子组件和所述导体盘组件分别套设并固连于所述主轴，所述导体盘组件设于所述转子组件朝向所述输出轴一侧，所述定子组件套设于所述转子组件，且所述定子组件固连于所述机壳，所述定子组件用于连通外部多相交流电产生旋转磁场；所述转子组件通过其自身产生的第一永磁场与所述旋转磁场相互作用驱动所述转子组件转动带动所述主轴转动，以驱动所述导体盘组件转动；

所述永磁盘组件套设并固连于所述输出轴，转动的所述导体盘组件切割所述永磁盘组件自身产生的第二永磁场并所述产生力矩，所述力矩驱动所述永磁盘组件转动，以带动所述输出轴转动。

优选地，所述定子组件包括定子铁芯和定子绕组，所述定子铁芯与所述机壳固定连接，所述定子绕组环形均布于所述定子铁芯的内侧，所述定子绕组用于连通所述外部多相交流电。

优选地，转子组件包括转子铁芯、若干第一永磁铁、若干启动条；

所述转子铁芯套设并固连于所述主轴，所述第一永磁体和所述启动条分别环形均布于所述转子铁芯的外侧，，所述第一永磁体用于产生所述第一永磁场；

所述启动条在所述主轴轴向上的两端分别设有转子导体端环，且所有所述启动条的两端均分别与对应一侧的所述转子导体端环连接，所述启动条和所述转子导体端环配合形成鼠笼状闭合回路。

优选地，所述导体盘组件包括导体盘背铁和导体层，所述导体盘背铁套设并固连于所述主轴，所述导体层固连于所述导体盘背铁朝向所述输出轴一侧。

优选地，所述永磁盘组件包括永磁盘背铁和若干第二永磁体，所述永磁体背铁套设于所述输出轴，且与所述输出轴连接，若干所述第二永磁体均布于所述永磁体背铁朝向所述主轴一侧；所述第二永磁体用于产生所述第二永磁场。

优选地，所述永磁盘组件还包括固定架，所述固定架套设并固连于所述输出轴，所述永磁体背铁固连于所述固定架远离所述主轴的一侧；

所述固定架朝向所述永磁体背铁一侧设有若干容置槽，若干所述容置槽分别与所述永磁体背铁配合形成若干滑道，所述第二永磁体径向滑动连接于所述滑道内；

所述第二永磁体和对应所述滑道的径向内壁或径向外壁之间通过弹性件连接，所述弹性件用于将所述第二永磁体拉向或推向所述滑道的径向外壁。

优选地，所述第二永磁体外表面包裹有缓冲层。

优选地，所述弹性件为弹簧，所述弹簧的两端分别与所述滑道的径向外壁和所述第二永磁体连接。

优选地，所述机壳包括左壳体和右壳体，所述左壳体和所述右壳体连接，所述主轴转动连接于所述左壳体且其右端伸入所述右机壳，所述输出轴转动连接于所述右壳体且其右端伸出所述右壳体；

所述定子组件和所述转子组件设于所述左壳体内，所述导体盘组件和所述永磁盘组件设于所述右壳体内。

优选地，所述导体层由不导磁且具有导电性的材料制成。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，定子组件通外部多相交流电后产生的旋转磁场，旋转磁场和转子组件产生的第一永磁场相互作用，驱动转子组件同步转动，转子组件带动主轴转动，主轴转动带动导体盘组件转动，转动的导体盘组件和静止不动的永磁盘组件发生相对转动，使得导体盘组件切割永磁盘组件产生的第二永磁场，从而感应产生电磁力，进而驱动永磁盘组件转动，所述永磁盘组件转动带动输出轴旋转。因此，本发明实现异步启动永磁同步电机的缓冲启动不需要额外增设电子元器件，因此解决了现有技术中实现异步启动永磁同步电机的缓冲启动需要额外增设电子元器件的问题。

(2)本发明提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，当负载发生堵转，转子组件还是保持着与定子组件产生的旋转磁场同步运转，转子组件上不会产生涡流损耗，不会导致永磁体过热烧毁。

(3)本发明一实施例提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，在启动时，由于永磁盘组件静止不动，内部的第二永磁体在弹簧力的作用下处于靠近滑道径向内壁一侧，此时第二永磁体的旋转半径小，对导体盘组件产生的阻力很小，因此导体盘组件及转子组件可以快速增加至旋转磁场的同步转速。此时定子绕组的启动电流小，在转子组件和导体盘组件上产生的热量也小，消耗外部的能量小。同时，永磁盘组件及连接在输出轴上的负载在电磁力的带动下缓慢增速，永磁盘组件内部的第二永磁体在离心力作用下向滑槽径向外壁移动，永磁盘组件和导体盘组件之间的电磁力也逐渐增加，最后达到额定转速和额定力矩。在整个启动过程中，转子组件的启动时间(增速至额定转速的时间)很短，可以有效降低转子组件的发热及定子绕组的发热，从而有效防止退磁和绕组烧毁。同时，负载的启动时间长，启动冲击得到有效缓解。

(4)现有的异步启动永磁同步电机需要设置大量的启动条用于启动，而本发明一实施例提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，转子组件启动过程所需启动转矩小，仅需少量启动条即可实现启动。

(5)本发明一实施例提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，当负载发生堵转，由于负载和永磁盘组件转速快速降低，永磁盘组件内的永磁体离心力变小，第二永磁体沿着滑道向径向内侧移动，在导体盘组件上产生的热量和力矩也减小，堵转电流也减小，有效降低了堵转发热量，保证了系统安全。

(6)本发明一实施例提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，永磁盘组件和导体盘组件之间传递的力矩存在一个极值，当负载阻力超过最大力矩时，永磁盘组件和负载减速至停止，因第二永磁体往内侧移动，力矩和热量减小，避免定子绕组电流过大而烧毁，实现力矩保护功能。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种缓冲启动型永磁耦合直驱装置的正视剖面示意图；

图2为本发明的一种缓冲启动型永磁耦合直驱装置的侧视剖面示意图(a-a)；

图3为本发明的一种缓冲启动型永磁耦合直驱装置的b-b区域放大示意图；

附图标记说明：

1：主轴；2：轴承；3：左壳体；4：转子导体端环；5：定子铁芯；6：第一永磁体；7：转子铁芯；8：导体盘组件；801：导体盘背铁；802：导体层；9：永磁盘组件；901：固定架；902：永磁盘背铁；903：弹簧；904：缓冲层；905：第二永磁体；906：滑道；10：右壳体；11：输出轴；12：定子绕组；13：启动条。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

实施例1

参看图1至图3，本实施例提供一种缓冲启动型永磁耦合直驱装置，包括机壳、以及设于机壳内的定子组件、转子组件、导体盘组件8、永磁盘组件9、主轴1和输出轴11。主轴1和输出轴11分别与机壳转动连接，且主轴1和输出轴11同心设置且两者之间具有间隙。

转子组件和导体盘组件8分别套设并固连于主轴1，导体盘组件8设于转子组件靠近输出轴11一侧。定子组件套设于转子组件，且定子组件固连于机壳。永磁盘组件9套设并固连于输出轴11。

定子组件通入外部多相交流电产生旋转磁场，与转子组件产生的第一永磁场相互作用，驱动转子组件转动带动主轴1和导体盘组件8转动。导体盘组件8切割永磁盘组件9上的第二永磁场从而感应产生力矩，带动永磁盘组件9和输出轴11转动。

定子组件通外部多相交流电后产生的旋转磁场，旋转磁场和转子组件产生的第一永磁场相互作用，驱动转子组件同步转动，转子组件带动主轴1转动，主轴1转动带动导体盘组件8转动，转动的导体盘组件8和静止不动的永磁盘组件9发生相对转动，使得导体盘组件8切割永磁盘组件9产生的第二永磁场，从而感应产生力矩(也就是电磁力)，进而驱动永磁盘组件9转动，而永磁盘组件9转动带动输出轴11旋转。因此，本实施例实现异步启动永磁同步电机的缓冲启动不需要额外增设电子元器件，不仅降低了成本，还提高了系统可靠性。

同时，当负载发生堵转，转子组件还是保持着与定子组件产生的旋转磁场同步运转，转子组件上不会产生涡流损耗，不会导致永磁体过热烧毁。

现对本实施例的结构进行说明。

机壳包括左壳体3和右壳体10，左壳体3和右壳体10连接。主轴1通过轴承2转动连接于左壳体3且其右端伸入右机壳，输出轴11通过轴承2转动连接于右壳体10且其右端伸出右壳体10。主轴1和输出轴11同心布置，两者之间存在间隙，可以相互转动。定子组件和转子组件设于左壳体3内，两者之间存在间隙，可以相互转动。导体盘组件8和永磁盘组件9设于右壳体10内，两者之间存在间隙，可以相互转动。

定子组件包括定子铁芯5和定子绕组12。定子铁芯5通过定位嵌入与左壳体3固定连接，具体，在本实施例中可在定子铁芯5的外侧壁上开设定位凹槽，在左壳体3的内表面设置与定位凹槽相匹配的定位筋，通过将定位筋嵌入对应的定位凹槽来实现定子铁芯5与左壳体3的固定连接；当然，在其他实施例中可采用其他方式连接定子铁芯5和左壳体3，此处不做限制。定子绕组12环形均布于定子铁芯5的内侧，具体在本实施例中，可设置若干定子槽环形均布在定子铁芯5的内侧，定子绕组12放置于定子槽内。当定子绕组12通入多相交流电时，会产生旋转磁场。

转子组件包括转子铁芯7、若干第一永磁铁、若干启动条13和两个转子导体端环4。转子铁芯7套设并固连于主轴1，具体在本实施例中可以通过键连接固定在主轴1上，在其他实施例中也可以通过过盈配合等其他方式固定在主轴1上。第一永磁体6和启动条13分别环形均布于转子铁芯7的外侧，在本实施例中，第一永磁体6和启动条13可以相互间隔设置，在其他实施例中，第一永磁体6和启动条13可以呈同心圆设置；具体，第一永磁体6可以通过胶或者机械限位等方式固定在转子铁芯7外侧。在正常同步运行过程中，若干第一永磁体6配合产生第一永磁场，第一永磁场与定子绕组12产生的旋转磁场相互作用，从而驱动转子组件旋转。

若干启动条13镶嵌在转子铁芯7外侧，各启动条13的左端通过一个转子导体端环4连接在一起，右端也有一个转子导体端环4将各启动条13的右端连接在一起，从而配合形成鼠笼状闭合回路。启动条13的作用是在启动过程中产生感应电流，进而在定子绕组12产生的旋转磁场中产生电磁力，从而带动转子组件旋转。

导体盘组件8包括导体盘背铁801和导体层802。导体盘背铁801套设并固连于主轴1，导体层802固连于导体盘背铁801朝向输出轴11一侧(也就是靠近永磁盘组件9一侧)。导体层802需要为不导磁、但导电性好的材料，比如铜或者铝，当然也可以是其他导电材料。

永磁盘组件9包括永磁盘背铁902和若干第二永磁体905。永磁体背铁902套设于输出轴11，且与输出轴11连接。若干第二永磁体905均布于永磁体背铁朝向主轴1一侧，用于配合产生第二永磁场。具体地，若将第二永磁体905采用胶接等方式与永磁体背铁902连接，由于在转动过程中第二永磁体905受到的力较大，容易脱落，因此，可在输出轴11上设置固定架，通过固定架连接第二永磁体905和永磁体背铁902。

实施例2

参看图1至图3，本实施例提供一种缓冲启动型永磁耦合直驱装置，其在实施例1的基础上对永磁盘组件9进行的优改进。

在本实施例中，永磁盘组件9包括永磁盘背铁902、若干第二永磁体905、固定架901和弹性件。固定架901套设并固定在输出轴11上，永磁体背铁固定在固定架901上远离主轴1的一侧。

固定架901朝向永磁体背铁一侧设置有若干容置槽，若干容置槽分别与永磁体背铁配合形成若干滑道906，若干第二永磁体905分别径向滑动连接在若干滑道906内。第二永磁体905和滑道906的径向内壁或径向外壁之间通过弹性件连接，弹性件用于将第二永磁体905拉向或推向滑道906的径向外壁。具体在本实施例中，弹性件可以采用弹簧903，弹簧903的两端分别与滑道906的径向外壁和第二永磁体905连接。固定架901可以采用不导磁的材料，比如铝合金。

进一步地，可在第二永磁体905外表面包裹缓冲层904，也就是将第二永磁体905镶嵌固定在缓冲层904内，而弹簧903一端与缓冲层904连接。缓冲层904与永磁盘背铁902和固定架901滑动接触。第二永磁铁905及缓冲层904在离心力和弹簧力的共同作用下可在滑道906中径向滑动。

本实施例提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，在启动过程中动力传递过程为：定子绕组12通电产生旋转磁场，在启动条13上感应产生电流，从而产生电磁力驱动转子组件转速快速增加，并在第一永磁场与旋转磁场的作用力下切入至同步转速。同时，导体盘组件8随着主轴1快速增加至同步转速，导体层802切割第二永磁体905产生的第二永磁场，从而产生电磁力矩，驱动永磁盘组件9和输出轴11以及负载启动。由于启动时永磁盘组件9转速为零，永磁体在弹簧903的作用下处于滑道906的内侧，此时产生的力矩小，可以使转子组件快速增加至同步转速，并且定子绕组12内部的启动电流小且持续时间短；同时，负载也可以实现缓慢启动。随着永磁盘组件9的转速增加，第二永磁体905在离心力的作用下沿着滑道906向径向外侧移动，产生的力矩也随着增加，驱动负载缓慢增速至额定转速。在整个启动过程中，转子组件的启动时间(切入至额定转速的时间)大大减小，定子绕组12启动电流减小，因此定子绕组12和启动条13上不会发生过热而导致绕组烧毁和永磁体退磁；同时，负载可以实现缓冲启动，启动时间大大增加，启动冲击得到有效缓解。

本实施例提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，在正常运行过程中动力传递过程为：定子绕组12通多相交流电产生旋转磁场，与转子组件上的第一永磁体6的第一永磁场相互作用，从而驱动转子组件、主轴1、导体盘组件8以与旋转磁场相同转速进行同步运转。导体盘组件8和永磁盘组件9之间存在转差，导体层802切割第二永磁体905产生的第二永磁场从而感应产生电流和电磁力，驱动永磁盘组件9、输出轴11和负载运转。此时第二永磁体905在离心力的作用下处于滑道906外侧，传递额定扭矩。

本实施例提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，当输出轴11所连接的负载发生堵转，转子组件还是保持着与定子绕组12产生的旋转磁场同步运转，转子组件上的启动条13不会产生涡流损耗，不会导致第一永磁体6过热烧毁。同时由于负载和永磁盘组件9转速快速降低，永磁盘组件9内的第二永磁体905离心力变小，第二永磁体905在弹簧力作用下沿着滑道906径向内移，在导体盘组件8上产生的热量和力矩也减小，有效降低了堵转发热量，保证了系统安全。

本实施例提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，永磁盘组件9和导体盘组件8之间传递的力矩存在一个极值，当负载阻力超过最大力矩时，永磁盘组件9和负载减速至停止，因第二永磁体905往内侧移动，力矩和热量减小，避免定子绕组12电流过大而烧毁，实现力矩保护功能。

本实施例提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，运行时励磁磁场由第一永磁体6提供，无需定子绕组12提供励磁电流，效率和功率因数高，同时可以设计成高极数直接驱动负载运行，低负荷运行也可以保持高效运行，并且可以实现缓冲启动，减小启动冲击，特别是针对大转动惯量负载的启动；即使在堵转时也能够避免退磁及绕组过热烧毁，可靠性高。

因此，本实施例提供的缓冲启动型永磁耦合直驱装置，能够解决现有技术中永磁同步电机在用于启动大惯量负载时，电机高转差运行时间长发热大、容易烧毁及退磁，以及负载发生堵转或者过载时电机发热过大容易烧毁等问题。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。