一种气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器

技术领域

本发明属于永磁磁滞阻尼器领域，更具体地，涉及一种气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器。

背景技术

永磁磁滞阻尼器(PMHD)是绕线机在绕线时产生可调性张力的关键部件，使线在绕制时带有适宜的张力，从而使绕制的线圈松紧适宜，紧固饱满，保证线圈技术指标的一致性。它具有无需外部电源，功率密度高，输出力矩可调且与转速无关等优点，适用于苛刻且恶劣的绕线环境。目前，永磁磁滞阻尼器广泛用于纺织和绕组生产中。

永磁磁滞阻尼器是线圈绕制过程中的关键零件，其原理是将永磁环沿轴向充磁为N/S极交替排布，永磁环一侧固定在背铁上，两者组成定子。两块定子镜像放置，定子间会形成较强的交变磁场。转子为矫顽力较小的永磁材料，放置在两定子之间。通过改变上下定子磁极间的磁场角度，永磁磁滞阻尼器的输出力矩可以在一定范围内调节。然而，使用剩磁较低的永磁体制做定子时，需要使用较厚的永磁体和较小的气隙，较小的气隙使得永磁磁滞阻尼器在运行过程中常常发生定转子吸附的现象，使用寿命短，工作稳定性较差。使用剩磁较高的永磁体制做定子，永磁体厚度薄且气隙大，永磁磁滞阻尼器的力矩稳定性高，输出力矩波动小。但其可以调节的最小输出力矩会显著提升，输出力矩的调节范围大幅降低。然而，在很多苛刻的绕线环境中，永磁磁滞阻尼器需要同时具备输出力矩调节范围大和工作稳定性高的特点，现有技术难以实现。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器，旨在解决现有永磁磁滞阻尼器输出力矩的调节范围大幅降低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器，所述永磁磁滞阻尼器包括：两个定子、磁滞转子、转轴以及侧外壳；

所述两个定子上下两镜像放置，所述定子中永磁体的充磁方向为轴向；

所述磁滞转子置于两定子中间；

所述侧外壳由两部分构成，分别固定在两个定子上，且两部分间使用无极调节的机械结构进行配合；

转轴与一侧定子的相对位置保持不变，与另一侧定子的相对位置随侧外壳的转动而改变。

优选地，所述无极调节的机械结构采用螺纹配合或者滑槽配合。

优选地，所述侧外壳两部分间进行无极调节的配合，形成相对旋转，旋转的同时，侧外壳的总长度改变。

优选地，所述侧外壳的总长度随上下定子间磁场角度的变化是线性的或者非线性的。

优选地，所述转子与一侧定子间气隙保持恒定。

优选地，采用压环、限位孔或粘接，实现转子与一侧定子间气隙保持恒定。

优选地，当空间磁场沿轴向时，侧外壳的总长度最长，定转子间的气隙最大，所述永磁磁滞阻尼器输出力矩最小；当空间磁场为圆周方向时，侧外壳的总长度最短，定转子间的气隙最小，所述永磁磁滞阻尼器输出力矩最大。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)相较于使用高能量密度的永磁磁滞阻尼器，本发明在保证最大输出力矩不变的情况下，大幅降低了最小输出力矩。在体积和性能几乎相同的情况下，本发明具有更大的力矩调节范围。

(2)相较于使用低剩磁永磁体励磁的永磁磁滞阻尼器，本发明在保证输出力矩调节范围相同的情况下，具有更大的材料选择范围、更大的气隙设计裕度以及更好的工作稳定性。

(3)本发明能够同时调节永磁磁滞阻尼器的气隙大小和磁场角度，具有更大的磁场优化空间。经优化设计后的器械兼具更大的功率密度、良好的工作稳定性以及更大的输出力矩调节范围。

附图说明

图1是本发明提供的一种气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器的结构示意图。

图2是本发明提供的气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器环向截面展开后的两种不同磁场角度下的磁通方向图，其中，(a)对应磁场角度为180°，(b)对应磁场角度为0°。

图3是本发明提供的气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器和现有技术下永磁磁滞阻尼器的输出力矩随上下磁场角度变化图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-转轴；2-背铁；3-定子永磁体；4-磁滞转子；5-1、5-2-侧外壳两部分。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器，通过使用无极调节配合的机械结构，使得永磁磁滞阻尼器在调节上下定子间磁场角度的同时，调节定转子间的气隙大小。在转子磁场为圆周方向时，转子中磁通密度最大。此时定转子间的气隙最小，转子可以产生较大的输出力矩。而在转子磁场为轴向方向时，转子中磁通密度最小。此时定转子间的气隙最大，使得转子中磁通密度进一步降低。转子输出力矩也进一步减小，从而大幅提高了永磁磁滞阻尼器的输出力矩调节范围。

如图1所示，本发明提供一种气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器，包括定子永磁体3、背铁2、磁滞转子4、转轴1以及侧外壳两部分5-1和5-2。上下两定子背铁上固定N/S交替分布的永磁体，永磁体一侧使用背铁进行聚磁，另一侧在空间中具有较强的交变磁场。侧外壳由两部分构成，分别固定在两个定子上，且两部分间使用无极调节的机械结构进行配合。改变两定子间的磁场角度，侧外壳的长度也会随之变化，定转子间气隙一侧固定，另一侧也会随定子间磁场角度的变化而变化。通过此方式实现同时调节定子间磁场角度和定转子间气隙，从而提高了永磁磁滞阻尼器的输出力矩调节范围。

预留物理间隙相隔可根据实际需要确定，本发明实施例不做唯一性限定。

在一个可选的实施方式中，定子永磁体可以选用多片永磁体，也可选用整体充磁的永磁环，永磁体的充磁方向为轴向方向。具体采用何种实现方式本发明实施例不做唯一性限定。

在一个可选的实施方式中，永磁体材料选择可以选用铁氧体、钐钴、钕铁硼等永磁材料，具体采用何种材料本发明实施例不做唯一性限定。

在一个可选的实施方式中，磁滞转子材料可选铁铬钴、铁钴钒、铝镍钴等低矫顽力永磁材料，具体采用何种材料本发明实施例不做唯一性限定。

在一个可选的实施方式中，侧外壳的无极调节实现方式可以是螺纹配合、滑槽配合等方式，具体采用何种实现方式本发明实施例不做唯一性限定。

在一个可选的实施方式中，侧外壳的长度随上下定子间磁场角度的变化可以是线性的，也可以是非线性的，具体采用何种变化方式本发明实施例不做唯一性限定。

在一个可选的实施方式中，转子与一侧定子间气隙需要保持恒定，可以使用压环、限位孔或粘接等多种方式实现，具体采用何种实现方式本发明实施例不做唯一性限定。

在本发明实施例中，永磁体选用扇形钐钴，磁滞转子选用圆环铁铬钴，定子极对数为4，每8块永磁体N/S交替沿圆周方向均匀地固定在背铁上。侧外壳两部分间使用摩擦系数小的金属制成可以配合的滑槽，通过在限位孔中拧入螺丝固定两者间的相对位置。

本发明实施例中，固定下侧气隙大小，上侧气隙随上下定子间磁场角度的变化而变化，且气隙变化量与磁场角度变化量成正比。如图2中(a)所示，当上下定子间的磁极位置为N极对N极、S极对S极时，磁场角度为180°。此时转子与上定子间气隙最小，转子中磁通密度最大，输出力矩最大。如图2中(b)所示，当上下定子间的磁极位置为N极S极时，磁场角度为0°。此时转子与上定子间气隙最大，转子中磁通密度最小，输出力矩最小。当磁场角度由0°线性增加到180°，上定子与转子间气隙由6.5mm线性减小到2mm，下定子与转子间气隙为5.5mm。

如图3所示，在最大输出力矩相同的情况下，气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器的最小输出力矩由2.37Nm下降到1.15Nm，最小输出力矩下降50％以上，输出力矩调节范围会大幅提高。气隙可调节的轴向磁通永磁磁滞阻尼器可以实现同时调节磁场角度和气隙来改变输出力矩，提高了设计和优化的空间，克服了使用高剩磁永磁材料产生的输出力矩调节范围小和使用低剩磁永磁材料产生的气隙过小、工作稳定性差的缺点。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。