磁渦流節(jié)能調(diào)速器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種調(diào)速器，具體涉及的是磁渦流節(jié)能調(diào)速器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，工業(yè)中常用的調(diào)速裝置有變頻器和調(diào)速液力耦合器。
[0003]變頻器通過(guò)改變電機(jī)輸入的電流頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，具體方法為:變頻器采取可控硅整流輸入，通過(guò)PWM直流斬波實(shí)現(xiàn)輸出頻率變換。該方法會(huì)產(chǎn)生很大的諧波電流，諧波電流對(duì)電網(wǎng)的嚴(yán)重污染，能產(chǎn)生致命的電蝕軸承的軸承電流而加速軸承損壞；同時(shí)，高次諧波會(huì)破壞電機(jī)的絕緣，進(jìn)而使電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的壽命減低。并且，諧波電流會(huì)造成電器元件的發(fā)熱損耗，嚴(yán)重者能造成設(shè)備誤動(dòng)作；同時(shí)，供電系統(tǒng)中的沖擊性負(fù)荷、間歇性負(fù)荷及各種短路故障的發(fā)生都會(huì)造成電網(wǎng)電壓快速短暫地變化，這種電壓波動(dòng)對(duì)變頻器影響很大，甚至導(dǎo)致其跳停，影響生產(chǎn)。
[0004]變頻器的電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，因電能消耗，電機(jī)線圈、硅鋼片、機(jī)械摩擦都會(huì)造成電機(jī)發(fā)熱；且采用變頻器調(diào)速改變了電機(jī)轉(zhuǎn)速，在電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)的發(fā)熱都很大，因此，電機(jī)內(nèi)部不得不設(shè)計(jì)了風(fēng)葉來(lái)冷卻電機(jī)，進(jìn)而使用外部風(fēng)扇幫助散熱。
[0005]如果變頻器不改變系統(tǒng)的機(jī)械連接方式，系統(tǒng)的震動(dòng)、沖擊和噪音完全取決于電機(jī)與設(shè)備的機(jī)械安裝精度，對(duì)安裝環(huán)境要求苛刻，因而，控制柜需要大的安裝空間，并需修建專門的控制室，配置空調(diào)進(jìn)行冷卻，安裝調(diào)試復(fù)雜，周期長(zhǎng)，日常維護(hù)需要專業(yè)人員和維護(hù)平臺(tái)，維護(hù)費(fèi)用高。
[0006]調(diào)速液力耦合器是通過(guò)改變泵輪與渦輪的葉輪腔內(nèi)工作油量來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)速，但其調(diào)速性較差，尤其在發(fā)生事故情況下，大幅度調(diào)整比較困難，液力偶合器機(jī)械結(jié)構(gòu)和管路系統(tǒng)復(fù)雜，長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)常出現(xiàn)漏油和打壞齒輪的現(xiàn)象，是一種轉(zhuǎn)差損耗的低效調(diào)速設(shè)備。
[0007]且調(diào)速液力耦合器在調(diào)速的過(guò)程中，轉(zhuǎn)差功率會(huì)以熱能的形式消耗在油中，使液力耦合器內(nèi)油液溫度升高。因而該調(diào)速液力耦合器對(duì)冷卻的要求更高，液力耦合器的調(diào)速范圍小。且該調(diào)速液力耦合器的導(dǎo)管開度與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是非線性的，當(dāng)負(fù)載需要嚴(yán)格的線性調(diào)節(jié)時(shí)，需加裝線性化調(diào)節(jié)凸輪或可變函數(shù)發(fā)生器，所以調(diào)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)性差，轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，使水泵的壓力波動(dòng)大，難以保證穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)速過(guò)程中損失大，節(jié)能效果差。
[0008]該調(diào)速液力耦合器在工作中導(dǎo)致易熔塞熔化的因素多，由于存在過(guò)多不確定因素，導(dǎo)致過(guò)載保護(hù)功能可靠性差、故障停機(jī)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、且液壓油泄漏對(duì)環(huán)境污染大。調(diào)速液力耦合器的本身體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、并需要配備油泵、油液管道、冷卻系統(tǒng)等輔助設(shè)備，占地面積大，安裝對(duì)中要求高，安裝調(diào)試、維護(hù)工作量及成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)速裝置的速度不穩(wěn)定、調(diào)節(jié)精度不高且維護(hù)不便、體積大的問(wèn)題，提供一種穩(wěn)定、精確、節(jié)能且維護(hù)簡(jiǎn)便的磁渦流節(jié)能調(diào)速器。
[0010]為解決上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下: 磁渦流節(jié)能調(diào)速器，包括殼體組件，設(shè)置在殼體組件內(nèi)且相互耦合的永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子；所述導(dǎo)體轉(zhuǎn)子上設(shè)置有用于導(dǎo)體轉(zhuǎn)子軸向直線移動(dòng)的滑動(dòng)部件，該滑動(dòng)部件上還連接有控制滑動(dòng)部件滑動(dòng)位置的控制部件；該永磁轉(zhuǎn)子通過(guò)圓錐滾子軸承安裝在殼體組件上，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子通過(guò)漸開線花鍵軸安裝在殼體組件上，且漸開線花鍵軸與殼體組件之間通過(guò)圓錐滾子軸承連接。
[0011]本發(fā)明中永磁轉(zhuǎn)子與電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，而導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與負(fù)載相連；本發(fā)明的工作原理為:電機(jī)帶動(dòng)裝有強(qiáng)力永磁體的永磁轉(zhuǎn)子相對(duì)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子切割交變磁力線，因而在其表面產(chǎn)生渦電流，渦電流在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生反向感應(yīng)磁場(chǎng)，形成磁轉(zhuǎn)矩，拉動(dòng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩傳遞。永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的耦合面積大，輸出扭矩大，負(fù)載轉(zhuǎn)速高；相反，永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的耦合面積小，輸出扭矩小，負(fù)載轉(zhuǎn)速低。因而，當(dāng)負(fù)載需要調(diào)速時(shí)，通過(guò)控制部件控制滑動(dòng)部件移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在軸線方向的相對(duì)位置，進(jìn)而改變永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子耦合的有效部分。本發(fā)明根據(jù)適時(shí)的負(fù)載要求，實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的、可調(diào)整的、可控制的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速。
[0012]本發(fā)明中通過(guò)永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間耦合面積的變化，進(jìn)而不斷地調(diào)節(jié)從電機(jī)端傳向負(fù)載端的扭矩總量，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速時(shí)的精確性和速度控制的效率性。
[0013]通過(guò)磁親合面積的改變，可迅速地適應(yīng)負(fù)載的工藝需求，調(diào)速響應(yīng)好；且高能永磁材料在高溫環(huán)境下能保持強(qiáng)磁場(chǎng)特性，因而本發(fā)明還可適用于高溫環(huán)境。本發(fā)明中除控制機(jī)構(gòu)使用較弱電力需要采用防爆結(jié)構(gòu)外，主功率部分不會(huì)產(chǎn)生火花或靜電，且永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間存在氣隙，空氣中的塵粒直徑均小于該間隙尺寸，因此本發(fā)明還可在粉塵污染嚴(yán)重，易燃易爆環(huán)境下正常工作。
[0014]同時(shí)，本發(fā)明通過(guò)永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的相互耦合，有效避免了永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的機(jī)械接觸，大大減小了因?yàn)榇嬖谳S心差導(dǎo)致設(shè)備失衡和共振等問(wèn)題而產(chǎn)生的振動(dòng)，避免了機(jī)械振動(dòng)的傳遞，進(jìn)而完全消除了軸向存在的附加載荷，使軸承負(fù)擔(dān)小，壽命更長(zhǎng)，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性更高，延長(zhǎng)了系統(tǒng)設(shè)備壽命。
[0015]本發(fā)明為純機(jī)械設(shè)備，無(wú)需外接電源，不產(chǎn)生諧波，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，無(wú)電子元件的更換，不產(chǎn)生高次諧波，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。同時(shí)，本發(fā)明中電機(jī)與負(fù)載獨(dú)立啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了空載啟動(dòng)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)速低時(shí)，其扭矩小，進(jìn)而相應(yīng)電機(jī)輸出功率也小，可通過(guò)改變了電機(jī)輸出功率大小，實(shí)現(xiàn)電機(jī)節(jié)能和提高電機(jī)工作效率，本發(fā)明無(wú)疑高效地運(yùn)用了能源，具有高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。且通過(guò)上述空載啟動(dòng)方式，有效縮短了峰值啟動(dòng)電流的沖擊持續(xù)時(shí)間，峰值啟動(dòng)電流持續(xù)時(shí)間短，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)的影響小；且在調(diào)速過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)速始終維持設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，不會(huì)造成電機(jī)轉(zhuǎn)速下降導(dǎo)致的電機(jī)過(guò)熱。
[0016]本發(fā)明的零部件數(shù)量少，故障點(diǎn)少，進(jìn)一步提高了使用可靠性。且本發(fā)明的安裝調(diào)試簡(jiǎn)單方便，由于消除了系統(tǒng)振動(dòng)，使得系統(tǒng)磨損小，壽命長(zhǎng)，日常維護(hù)工作量小，不需要專業(yè)的技能和維護(hù)平臺(tái)，體積小，占地面積小。
[0017]通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別對(duì)本發(fā)明的調(diào)速精確性、調(diào)速效率、節(jié)能效果、無(wú)諧波、隔離振動(dòng)等特性進(jìn)行了定量數(shù)據(jù)分析，分析方法和結(jié)果如下:
調(diào)速精確性分析:試驗(yàn)調(diào)節(jié)負(fù)載端水泵參數(shù)，設(shè)定負(fù)載需求轉(zhuǎn)速1200RPM經(jīng)過(guò)20次重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，測(cè)試調(diào)速后負(fù)載實(shí)際轉(zhuǎn)速，測(cè)試結(jié)果如圖4所示，轉(zhuǎn)速變化在負(fù)載需求轉(zhuǎn)速的±0.25% 以內(nèi)。
[0018]調(diào)速效率對(duì)比分析:通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)變頻器、調(diào)速液力耦合器及本發(fā)明磁渦流節(jié)能調(diào)速器的調(diào)速比與傳遞效率進(jìn)行對(duì)比，可以從圖5看出，隨著調(diào)速比的增大，即調(diào)節(jié)速度的下降，調(diào)速液力耦合器的工作效率成線性比例下降，變頻器一直隨保持高的工作效率，但電機(jī)在低頻下長(zhǎng)時(shí)間工作，發(fā)熱很大，本發(fā)明調(diào)速器不改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，在負(fù)載轉(zhuǎn)速為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的50%時(shí)，仍具有70%的效率傳遞，且實(shí)際工況中大的調(diào)速比應(yīng)用很少，綜合分析可以看出本發(fā)明調(diào)速器的使用價(jià)值最大。
[0019]節(jié)能效果分析:本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)耦合面積來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)速，對(duì)水泵流量或壓力進(jìn)行連續(xù)控制取代原系統(tǒng)中控制流量和壓力的閥門，在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)或水泵的轉(zhuǎn)速而達(dá)到節(jié)能目的，水泵或風(fēng)機(jī)等離心負(fù)載符合相似定律，轉(zhuǎn)矩變化與轉(zhuǎn)速變化的平方成正比，電機(jī)輸出功率與負(fù)載設(shè)備的轉(zhuǎn)速比的平方成正比，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)兩種控制方法節(jié)能效果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖6所示。
[0020]通過(guò)圖6可知:以80%流量為例，通過(guò)閥門控制時(shí)功率約為額定功率的97%，而使用本發(fā)明調(diào)速時(shí)功率約為額定功率的68%，即使用本發(fā)明調(diào)節(jié)負(fù)載流量將比閥門調(diào)節(jié)負(fù)載流量節(jié)能29%。
[0021]諧波污染對(duì)比分析:本發(fā)明本身為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生諧波干擾等對(duì)電網(wǎng)的污染，是綠色環(huán)保產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)本發(fā)明和變頻器在工作中產(chǎn)生諧波污染情況進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖7所示。圖7中該①是指變頻器、②是指本發(fā)明的磁渦流節(jié)能調(diào)速器。
[0022]系統(tǒng)振動(dòng)對(duì)比分析:本發(fā)明通過(guò)氣隙來(lái)傳遞扭矩，有效的隔離了振動(dòng)，降低了系統(tǒng)振動(dòng)幅度，實(shí)踐證明本發(fā)明可以降低系統(tǒng)振動(dòng)在80%左右，減振效果如圖8所示。
[0023]圖8中該①是指物理性連接時(shí)的減振效果曲線圖，②是指本發(fā)明的磁渦流節(jié)能調(diào)速器的減振效果曲線圖。從圖中可以看出在運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與本發(fā)明調(diào)速器聯(lián)接，電機(jī)端振動(dòng)傳遞給聯(lián)軸器時(shí)有較大的振幅，振動(dòng)頻率高，聯(lián)軸器將振動(dòng)傳遞給本發(fā)明調(diào)速器，本發(fā)明無(wú)物理聯(lián)接，靠氣隙傳遞扭矩，從圖7中可以看到振幅迅速下降，有害的系統(tǒng)振動(dòng)無(wú)法繼續(xù)傳遞，實(shí)現(xiàn)了隔離振動(dòng)的效果。
[0024]進(jìn)一步，所述永磁轉(zhuǎn)子包括永磁轉(zhuǎn)子基體，設(shè)置在永磁轉(zhuǎn)子基體上的磁鋼安裝環(huán)，固定在磁鋼安裝環(huán)上一塊以上的扇形磁鋼，以及用于扇形磁鋼固定在磁鋼安裝環(huán)上的包封和壓環(huán)。
[0025]更進(jìn)一步，所述扇形磁鋼按N-S極交錯(cuò)排布在磁鋼安裝環(huán)上。
[0026]再進(jìn)一步地，所述磁鋼安裝環(huán)上還設(shè)置有用于將相鄰兩塊扇形磁鋼隔離的墊塊。
[0027]其中，所述導(dǎo)體轉(zhuǎn)子由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子基體，和設(shè)置在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子基體上與扇形磁鋼耦合的導(dǎo)體環(huán)組成。因?qū)w環(huán)與扇形磁鋼耦合，因而可在永磁轉(zhuǎn)子基體上設(shè)置多個(gè)磁鋼安裝環(huán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多個(gè)環(huán)形排布的扇形磁鋼與多個(gè)導(dǎo)體環(huán)之間的耦合，多環(huán)組合式結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，使永磁體磁性能得到充分利用，重量更輕，傳遞扭矩更大。
[0028]作為最優(yōu)地連接方式，所述永磁轉(zhuǎn)子通過(guò)前端蓋與殼體組件固定連接，所述滑動(dòng)部件通過(guò)后端蓋與殼體組件固定連接。
[0029]其中，所述前端蓋通過(guò)圓錐滾子軸承裝配在永磁轉(zhuǎn)子基體上。所述漸開線花鍵軸上設(shè)置有用于連接負(fù)載的負(fù)載聯(lián)接法蘭，且該漸開線花鍵軸通過(guò)一對(duì)圓錐滾子軸承與后端蓋固定。
[0030]所述滑動(dòng)部件套接在漸開線花鍵軸上且位于后端蓋與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間，該滑動(dòng)部件一端通過(guò)圓錐滾子軸承裝配在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子基體上，另一端則套接在后端蓋上。
[0031]為了能更加精確的調(diào)整負(fù)載的轉(zhuǎn)速，所述滑動(dòng)部件上設(shè)置有齒條，該控制部件中則設(shè)置有與齒條嚙合的齒輪。
[0032]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
1、本發(fā)明有效的解決了變頻調(diào)速器及調(diào)速液力耦合器在實(shí)際使用中存在的問(wèn)題，通過(guò)改變聯(lián)接電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子與聯(lián)接負(fù)載的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間相互作用的磁耦合面積而實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)速的裝置，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速時(shí)的精確性和速度控制的效率