[發明專利]一種軸向和徑向磁通結合的無刷功率回饋型永磁調速裝置

有效

• 申請號: 202010050123.1
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111049355B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 李毅搏;黃家才;殷埝生;童桂
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02K49/10
• 分類號: H02K49/10;H02K1/27
• 代理公司: 南京睿之博知識產權代理有限公司 32296
• 代理人: 楊雷

一種軸向和徑向磁通結合的無刷功率回饋型永磁調速裝置，包含一個軸向和徑向磁通結合的永磁調速器和一個滑差功率回饋控制單元，永磁調速器包含同心安裝的永磁轉子、導體轉子、三相繞組定子，永磁轉子固定于輸入軸與原動機相連，導體轉子固定于輸出軸與負載相連，三相繞組定子與機殼固定在一起，與輸出軸通過軸承連接；永磁轉子與導體轉子之間存在軸向氣隙、徑向氣隙；三相繞組定子與導體轉子存在軸向氣隙；定子側繞組與所述滑差功率回饋控制單元連接。本發明提升了調速器的空間利用率，也相應提升了其轉矩密度；實現了導體轉子滑差功率無刷化的傳遞到三相繞組定子；將定子側功率回饋至電網，實現了任意運行工況下調速器的高效運行。

技術領域

本發明涉及永磁調速器，尤其涉及一種軸向和徑向磁通結合的無刷功率回饋型永磁調速裝置。

背景技術

隨著高性能永磁材料推廣應用而迅速發展起來的永磁調速技術，是一種應用于原動機和負載之間的新型電機驅動系統調速節能技術。調速型永磁耦合器有著良好的節能效果，降低了運行成本，還可以實現電機的軟起動與軟停止的功能。它可以運行在易燃易爆、潮濕、粉塵含量高等惡劣環境中，并且本身是機械結構，能夠適應電網質量不穩定、電流變化沖擊負載等情況。主要應用于化學工業、石油化工、煤炭水泥、冶金鋼鐵、艦船等領域的大功率風機、泵類負載的電機驅動系統調速節能。

按照永磁渦流調速裝置的主磁通方向可以分為軸向磁通結構（盤式）和徑向磁通結構（筒式）兩大類。軸向磁通結構的永磁調速裝置通常采用調整磁轉子與導體轉子之間的軸向氣隙長度來控制氣隙磁場大小，進而控制負載側的運行速度。而徑向磁通結構的永磁渦流調速裝置，通常采用改變導體轉子和永磁轉子之間的耦合面積來控制負載側的轉速。目前已經有相當多的產品應用到工業實踐中，有一部分可以實現在線調速。

以上兩種主流傳統結構的永磁渦流調速裝置存在以下不足：（1）均需通過電動執行機構，沿軸向平移永磁轉子或者導體轉子。調整兩個轉子相對軸向位置的難度較大，尤其對于軸向結構，磁轉子與導體轉子之間存在相當大的軸向磁拉力。從而造成了電動執行機構結構復雜，機械強度要求高，占據軸向的空間體積相對較大，作為一款安裝在原動機與泵和風機類負載之間應用于調速節能工業改造的產品，具有一定的空間局限性；（2）傳統的永磁渦流調速裝置通常采用軸向或者徑向磁通結構，沒有充分發揮調速器空間利用，且傳統永磁渦流調速器的導體轉子的導體部分通常采用均勻厚度的銅層固定于導體轉子鐵心表面構成，而導體部分磁導率與空氣接近，增加了磁路磁阻，造成了氣隙磁場強度減弱，在一定程度上降低了永磁調速器的轉矩密度；（3）傳統永磁渦流調速器中，永磁轉子與導體轉子之間的滑差功率轉換為導體轉子導體部分的渦流損耗，以熱能的形式消耗掉，造成了高滑差運行時，調速器本身效率較低的問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種軸向磁通和徑向磁通相結合的永磁調速器，充分利用調速器內部空間，提升調速器轉矩密度；另外，該調速器還通過導體轉子繞組的折疊設計，實現導體轉子滑差功率傳遞到定子側的無刷化，一方面，可通過電力電子裝置控制回饋至電網的滑差功率，實現調速器轉矩和轉速調節；另一方面，由于滑差功率回饋至電網，重新利用，即實現調速系統寬調速范圍內高效運行。

技術方案：為實現以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種軸向和徑向磁通結合的無刷功率回饋型永磁調速裝置，包含一個軸向和徑向磁通結合的永磁調速器和一個滑差功率回饋控制單元，所述永磁調速器包含同心安裝的永磁轉子、導體轉子、三相繞組定子，所述永磁轉子固定于輸入軸與原動機相連，所述導體轉子固定于輸出軸與負載相連，所述三相繞組定子與機殼固定在一起，與輸出軸通過軸承連接；所述永磁轉子與導體轉子之間存在軸向氣隙、徑向氣隙；所述三相繞組定子與導體轉子存在軸向氣隙；定子側繞組與所述滑差功率回饋控制單元連接。

優選的是，本發明的永磁轉子為軸向磁通和徑向磁通相結合的結構，由軸向充磁永磁體套件和徑向充磁永磁體套件分別安裝于盤式背鐵鐵心和筒式背鐵鐵心構成，且盤式背鐵鐵心和筒式背鐵鐵心固定在一起，構成永磁轉子背鐵鐵心。