[發明專利]一種多端口能量轉換裝置

有效

• 申請號: 201310395697.2
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103441651A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 付興賀;李紅艷;林明耀
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K57/00
• 分類號: H02K57/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種多端口能量轉換裝置，適用于非接觸式變速驅動、多向能量轉換等場合，屬于特種電磁裝備領域。

背景技術

作為一種速度轉換裝置，機械齒輪在工農業生產、國防、航空、航天等領域有著廣泛應用。但是，機械齒輪存在著諸如噪音大、維護多、壽命短、不隔離等問題。永磁齒輪是一種非接觸式的傳動裝置，具有可靠性好、傳動平穩、壽命長，無摩擦能耗、無需潤滑、無油污，輸入與輸出隔離，自動過載保護等優點。因此，在眾多領域可由永磁齒輪可代替傳統的機械齒輪，以減小維護工作量、降低噪音、污染、以及出現問題和故障的概率。

盡管永磁齒輪能較好地實現速度轉換，但其所能傳遞的轉矩密度較小、效率較低，這一問題使永磁齒輪的應用受到了限制，進而促使人們不斷改進傳統永磁齒輪的基本結構。近期，基于磁場調制原理的永磁齒輪拓撲結構問世，大大提升了永磁齒輪所傳遞的轉矩和效率。基于磁場調制原理的永磁齒輪與傳統永磁齒輪的區別在于兩個動子間加入了調磁機構，實現了氣隙磁場的調制，增加了能量轉換效率。這種結構的永磁齒輪在電氣化飛機引擎、船舶電力推進和風力發電等場合有著巨大的優勢和應用前景。

現有基于磁場調制原理的永磁齒輪只能實現機械能到機械能的傳遞，能量轉換模式單一。拓展永磁齒輪的能量轉換模式是一種極具挑戰性的工作，具有實際意義和應用價值。例如，風力發電領域一直追求變速恒頻并網運行，通過使用具有調速功能的永磁齒輪則可在變風速下滿足這一要求；另外，遇到強風時風力發電領域要棄風運行以保證機組安全，通過使用具有多能量轉換模式的永磁齒輪即可保證發電機組的正常運行，還可以將多余機械能轉換成電能從另外的電氣端口對外輸出，豐富了系統的能量轉換模式，提高了風能的利用率。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提出一種多端口能量轉換裝置，旨在通過將永磁齒輪和電機技術進行有效組合，實現多個方向機電能量的轉換及速度和功率控制。

技術方案：本發明的多端口能量轉換裝置包括由低速側轉子軛和位于低速側轉子軛內測的低速側永磁體組成的低速側轉子，高速側轉子軛和位于高速側轉子軛內測的高速側永磁體組成的高速側轉子，以及由電樞繞組和位于電樞繞組兩側的調磁鐵塊組成的調磁機構；低速側轉子和高速側轉子分別位于調磁機構兩側，與調磁機構之間留有空氣間隙，且與調磁機構同軸；低速側轉子和高速側轉子分別連接低速轉軸和高速轉軸，轉軸可自由旋轉。

所述的調磁鐵塊的數量Z、高速側轉子永磁體極對數P_h和低速側轉子永磁體極對數P_l三者滿足Z=P_h+P_l。

低速側轉子、高速側轉子以及調磁機構的工作轉速滿足P_ln_l+P_hn_h＝Zn_s，其中：n_l為低速側轉子的轉速、n_h為高速側轉子的轉速、n_s為調磁裝置的轉速。

當調磁機構固定時，轉速n_s為零，此時高低速轉子的轉速比G滿足G=nhnl=PlPh.]]>

高速側轉子軛、調磁鐵塊和低速側轉子軛由導磁材料制成。

位于電樞繞組同一側相鄰的調磁鐵塊之間為空氣隙或填充非導磁材料。

低速側轉子永磁體采用表面粘貼式或內嵌式結構固定在低速側轉子軛上；高速側轉子永磁體采用表面粘貼式或內嵌式結構固定在高速側轉子軛上。

固定在調磁機構上的電樞繞組為單相繞組或多相繞組。

固定在調磁機構上的電樞繞組為雙層繞組或單層繞組。

高速側轉子永磁體（5）和低速側轉子永磁體（2）采用軸向充磁方式，沿轉子圓周方向排列。