CN110808676A - 一种节能型磁性智能调速联轴器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种节能型磁性智能调速联轴器，属于电磁调速传动技术领域。包括伸缩装置的一端连接磁性转子，笼型转子的一端伸入磁性转子内；伸缩装置连接有闭环控制系统，利用闭环控制系统控制所述伸缩装置的伸缩状态；笼型转子可沿磁性转子的中心轴与磁性转子之间相对滑动，以改变笼型转子与磁性转子间的耦合面积，从而改变转速，笼型转子的另一端连接有转轴。本发明动力传输效率高，缓解了联轴器发热严重的问题，避免了电机低负载运行引起的电网功率因数下降，可替代节流阀、机械联轴器、涡流联轴器和变频器等，实现对风机、水泵进行按需调速，控制其流量，并达到节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及电磁调速传动技术领域，具体涉及一种可替代节流阀、机械联轴器、涡流联轴器和变频器等，实现对风机、水泵进行按需调速，控制其流量，并达到节能效果的磁性智能调速联轴器。
背景技术
智能调速磁性联轴器的原理与旋转感应电机类似，不同点在于智能调速磁性联轴器的磁性转子是用永磁体励磁，而旋转电机是靠电励磁。相对于旋转电机而言，智能调速磁性联轴器的磁性转子不存在绕组产生的铜耗，所以对于设计合理智能调速磁性联轴器而言，其本身的损耗、发热能降到很低。
与旋转电机另一个不同点是，智能调速磁性联轴器磁性转子和感应转子的耦合面积可以根据需要进行调整。通过调整定磁性转子和感应转子的耦合面积，可以控制联轴器转差率，从而实现对风机水泵进行调速。
依据泵的相似性定律，当风机、水泵的转速下降10％时，泵本身的效率将会提高，并且需要的电能将节省20％。与变频器相比，当转速同时下降10％时，泵本身的效率相同。但变频器自身有很多缺点如，需要更换使用变频电机、会产生谐波、初期投资大等缺点。
传统的涡流联轴器转子采用实心钢板，电机带动磁性转子旋转产生旋转磁场，旋转磁场在钢板上产生感应涡流，从而产生电磁力带动感应转子侧负载旋转。由于钢板的电阻率较大和轴向边缘效应使得气隙磁场变小和涡流损耗较大，造成传输动力困难和联轴器发热严重。
当减小联轴器定转子耦合面积实现调速时，由于转差增大会使得感应转子导条发热增加，但是耦合面积减小会减少转子发热，所以在这两方面的作用下，智能调速磁性联轴器的温度会随着负载侧转速下降先增加后减小，并且会在额定转速的66％时，联轴器发热最严重。当联轴器的转差减小时，会使电机侧转速增加，造成电机低负载运行，会引起电网功率因数下降。
其他调节流量的装置：如，节流阀节流由于是强制受阻节流，所以节流前后会产生较大的压力差，受控流体的压力损失比较大，也就是说节流后的压力会减小，并不能达到节能的效果。液体传动节流传动液体容易泄露，过热，维护不方便。涡流联轴器节流，联轴器本身效率较低，发热严重。变频器节流，成本高、减速时电机过热，产生谐波、产生轴电流，损坏轴承、易受到闪电影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可替代节流阀、机械联轴器、涡流联轴器和变频器等，实现对风机、水泵进行按需调速，控制其流量，并达到节能效果的磁性智能调速联轴器，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
本发明提供的一种节能型磁性智能调速联轴器，包括：
伸缩装置的一端连接磁性转子，笼型转子的一端伸入所述磁性转子内；
所述伸缩装置连接有闭环控制系统，利用所述闭环控制系统控制所述伸缩装置的伸缩状态；
所述笼型转子可沿所述磁性转子的中心轴与所述磁性转子之间相对滑动，以改变所述笼型转子与所述磁性转子间的耦合面积；
所述笼型转子的另一端连接有转轴。
优选的，所述磁性转子的一端为端板，所述伸缩装置与所述端板连接。
优选的，所述磁性转子为由多个横截面为弧形的条形永磁体相互连接围成，所述多个条形永磁体垂直固定在所述端板的同一面上。
优选的，所述伸缩装置为伸缩轴。
优选的，所述闭环控制系统包括主控端计算机、PLC控制器、驱动器以及安装在所述转轴和所述伸缩轴上的速度传感器和扭矩传感器。
优选的，所述主控端计算机根据速度传感器和扭矩传感器反馈的速度和转矩信号，发出指令给PLC控制器，PLC控制器根据指令信号发出响应的脉冲发给驱动器驱动直线执行器调整伸缩轴的伸缩或舒张。
优选的，所述笼型转子包括转子铁芯，所述转子铁芯上均匀设有多个转子槽，所述转子槽内设有导条，所述导条的两端分别连接有一端环，所述端环置于所述转子铁芯的两端；
所述转子槽与所述转子铁芯的径向端面相通，相邻的转子槽之间为转子齿。
优选的，所述条形永磁体为稀土永磁材料制成。
优选的，所述导条由铜材料制成。
优选的，所述端环由铜材料制成。
本发明有益效果：动力传输效率高，缓解了联轴器发热严重的问题，避免了电机低负载运行引起的电网功率因数下降，可替代节流阀、机械联轴器、涡流联轴器和变频器等，实现对风机、水泵进行按需调速，控制其流量，并达到节能效果。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
图1为本发明实施例所述的节能型磁性智能调速联轴器的结构分解图。
图2为本发明实施例所述的节能型磁性智能调速联轴器的截面图。
图3为本发明实施例所述的节能型磁性智能调速联轴器的笼型转子的截面图。
图4为本发明实施例所述的节能型磁性智能调速联轴器的使用状态示意图。
其中：1-伸缩装置；2-磁性转子；3-笼型转子；4-转轴；5-端板；6-条形永磁体；7-转子铁芯；8-转子槽；9-导条；10-端环；11-转子齿；12-扭矩传感器；13-速度传感器；14-直线执行器；15-固定台。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例
如图1至图3所示，本发明实施例提供一种节能型磁性智能调速联轴器，包括：伸缩装置1的一端连接磁性转子2，笼型转子3的一端伸入所述磁性转子2内；
所述伸缩装置1连接有闭环控制系统，利用所述闭环控制系统控制所述伸缩装置的伸缩状态；
所述笼型转子3可沿所述磁性转子2的中心轴与所述磁性转子2之间相对滑动，以改变所述笼型转子3与所述磁性转子2间的耦合面积；
所述笼型转子3的另一端连接有转轴4。
所述磁性转子2的一端为端板5，所述伸缩装置1与所述端板5连接。
所述磁性转子2为由多个横截面为弧形的条形永磁体6相互连接围成，所述多个条形永磁体6垂直固定在所述端板5的同一面上。
所述伸缩装置1为伸缩轴。
所述笼型转子3包括转子铁芯7，所述转子铁芯7上均匀设有多个转子槽8，所述转子槽8内设有导条9，所述导条9的两端分别连接有一端环10，所述端环10置于所述转子铁芯7的两端。所述转子槽8与所述转子铁芯7的径向端面相通，相邻的转子槽8之间为转子齿11。
本发明实施例所述的智能调速联轴器，包括以下结构：
(1)转子铁芯：与感应电机转子材料和规格基本相同，起到导磁作用，并且开槽的尺寸应该与导条的形状尺寸想配合。
(2)端环：主要起到导流的作用，所以对材料的电导率要求较高，一般采用铜材料。
(3)导条：使用铜导条主要基于两方面考虑：效率和可靠性。所以一般使用铜导条的磁性联轴器均为中大型联轴器。铜导条的材质，主要是考虑电阻对电动机性能的影响。纯铜的电阻系数小，所以效率高；但启动转矩及过载能力略差。铸铝导条电阻大的效率略低，但有较高的启动转矩和过载能力。相对于铸铝导条，铜导条的故障率更低；其电流密度和过流能力均有较大提高。几乎可以实现联轴器的无故障运行。
导条的形状对联轴器也有一定的影响，如，圆形导条有较高效率，但启动转矩较低。梯形导条启动转矩高，但效率低。圆形、梯形的双层导条性能则处于两者之间。
(4)磁性转子：由N极、S极依次排列的永磁体(即条形永磁体)构成。由于稀土永磁材料的磁性能优异，它经过充磁后不再需要外加能量就能建立很强的永久磁场，用来替代传统的电励磁场所制成的磁性联轴器不仅效率高，而且结构简单、运行可靠，还可做到体积小、重量轻，可达到传统电励磁联轴器所无法比拟的高性能。
(5)伸缩轴：并配有一套可在线调整其伸缩的系统，用来调节磁性转子和鼠笼转子的耦合面积，从而达到调速效果的机械机构。综上所述，本发明实施例所述的。
如图4所示，联轴器的一端连接负载，一端连接电机，电机安装在固定台15上，所述闭环控制系统包括主控端计算机、PLC控制器、驱动器以及安装在所述转轴4和所述伸缩轴上的速度传感器13和扭矩传感器12。
电机转动后，速度传感器13和扭矩传感器12实时采集速度信息和转矩信息，所述主控端计算机根据速度传感器13和扭矩传感器12反馈的速度和转矩信号，发出指令给PLC控制器，PLC控制器根据指令信号发出响应的脉冲发给驱动器驱动直线执行器14调整伸缩轴的伸缩或舒张，以此控制鼠笼转子和励磁转子的耦合面积，达到调速和节能的目的。
综上所述，本发明实施例所述的节能型磁性智能调速联轴器，动力传输效率高，缓解了联轴器发热严重的问题，避免了电机低负载运行引起的电网功率因数下降，可替代节流阀、机械联轴器、涡流联轴器和变频器等，实现对风机、水泵进行按需调速，控制其流量，并达到节能效果。
本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种节能型磁性智能调速联轴器，其特征在于，包括：
伸缩装置(1)的一端连接磁性转子(2)，笼型转子(3)的一端伸入所述磁性转子(2)内；
所述伸缩装置(1)连接有闭环控制系统，利用所述闭环控制系统控制所述伸缩装置的伸缩状态；
所述笼型转子(3)可沿所述磁性转子(2)的中心轴与所述磁性转子(2)之间相对滑动，以改变所述笼型转子(3)与所述磁性转子(2)间的耦合面积；
所述笼型转子(3)的另一端连接有转轴(4)。
2.根据权利要求1所述的节能型磁性智能调速联轴器，其特征在于，所述磁性转子(2)的一端为端板(5)，所述伸缩装置(1)与所述端板(5)连接。
3.根据权利要求2所述的节能型磁性智能调速联轴器，其特征在于，所述磁性转子(2)为由多个横截面为弧形的条形永磁体(6)相互连接围成，所述多个条形永磁体(6)垂直固定在所述端板(5)的同一面上。
4.根据权利要求1所述的节能型智能调速联轴器，其特征在于，所述伸缩装置(1)为伸缩轴。
5.根据权利要求4所述的节能型智能调速联轴器，其特征在于，所述闭环控制系统包括主控端计算机、PLC控制器、驱动器以及安装在所述转轴(4)和所述伸缩轴上的速度传感器(13)和扭矩传感器(12)。
6.根据权利要求5所述的节能型智能调速联轴器，其特征在于，所述主控端计算机根据速度传感器(13)和扭矩传感器(12)反馈的速度和转矩信号，发出指令给PLC控制器，PLC控制器根据指令信号发出响应的脉冲发给驱动器驱动直线执行器(14)调整伸缩轴的伸缩或舒张。
7.根据权利要求1-6任一项所述的节能型智能调速联轴器，其特征在于，所述笼型转子(3)包括转子铁芯(7)，所述转子铁芯(7)上均匀设有多个转子槽(8)，所述转子槽(8)内设有导条(9)，所述导条(9)的两端分别连接有一端环(10)，所述端环(10)置于所述转子铁芯(7)的两端；所述转子槽(8)与所述转子铁芯(7)的径向端面相通，相邻的转子槽(8)之间为转子齿(11)。
8.根据权利要求7所述的节能型磁性智能调速联轴器，其特征在于，所述条形永磁体(6)为稀土永磁材料制成。
9.根据权利要求8所述的节能型智能调速联轴器，其特征在于，所述导条由铜材料制成。
10.根据权利要求9所述的节能型智能调速联轴器，其特征在于，所述端环由铜材料制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200218 |