[实用新型]一种多端口能量转换装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多端口能量转换装置，适用于非接触式变速驱动、多向能量转换等场合，属于特种电磁装备领域。

背景技术

作为一种速度转换装置，机械齿轮在工农业生产、国防、航空、航天等领域有着广泛应用。但是，机械齿轮存在着诸如噪音大、维护多、寿命短、不隔离等问题。永磁齿轮是一种非接触式的传动装置，具有可靠性好、传动平稳、寿命长，无摩擦能耗、无需润滑、无油污，输入与输出隔离，自动过载保护等优点。因此，在众多领域可由永磁齿轮可代替传统的机械齿轮，以减小维护工作量、降低噪音、污染、以及出现问题和故障的概率。

尽管永磁齿轮能较好地实现速度转换，但其所能传递的转矩密度较小、效率较低，这一问题使永磁齿轮的应用受到了限制，进而促使人们不断改进传统永磁齿轮的基本结构。近期，基于磁场调制原理的永磁齿轮拓扑结构问世，大大提升了永磁齿轮所传递的转矩和效率。基于磁场调制原理的永磁齿轮与传统永磁齿轮的区别在于两个动子间加入了调磁机构，实现了气隙磁场的调制，增加了能量转换效率。这种结构的永磁齿轮在电气化飞机引擎、船舶电力推进和风力发电等场合有着巨大的优势和应用前景。

现有基于磁场调制原理的永磁齿轮只能实现机械能到机械能的传递，能量转换模式单一。拓展永磁齿轮的能量转换模式是一种极具挑战性的工作，具有实际意义和应用价值。例如，风力发电领域一直追求变速恒频并网运行，通过使用具有调速功能的永磁齿轮则可在变风速下满足这一要求；另外，遇到强风时风力发电领域要弃风运行以保证机组安全，通过使用具有多能量转换模式的永磁齿轮即可保证发电机组的正常运行，还可以将多余机械能转换成电能从另外的电气端口对外输出，丰富了系统的能量转换模式，提高了风能的利用率。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是提出一种多端口能量转换装置，旨在通过将永磁齿轮和电机技术进行有效组合，实现多个方向机电能量的转换及速度和功率控制。

技术方案：本实用新型的多端口能量转换装置包括由低速侧转子轭和位于低速侧转子轭内测的低速侧永磁体组成的低速侧转子，高速侧转子轭和位于高速侧转子轭内测的高速侧永磁体组成的高速侧转子，以及由电枢绕组和位于电枢绕组两侧的调磁铁块组成的调磁机构；低速侧转子和高速侧转子分别位于调磁机构两侧，与调磁机构之间留有空气间隙，且与调磁机构同轴；低速侧转子和高速侧转子分别连接低速转轴和高速转轴，转轴可自由旋转。

所述的调磁铁块的数量Z、高速侧转子永磁体极对数P_h和低速侧转子永磁体极对数P_l三者满足Z=P_h+P_l。

低速侧转子、高速侧转子以及调磁机构的工作转速满足P_ln_l+P_hn_h＝Zn_s，其中：n_l为低速侧转子的转速、n_h为高速侧转子的转速、n_s为调磁装置的转速。

当调磁机构固定时，转速n_s为零，此时高低速转子的转速比G满足

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高速侧转子轭、调磁铁块和低速侧转子轭由导磁材料制成。

位于电枢绕组同一侧相邻的调磁铁块之间为空气隙或填充非导磁材料。

低速侧转子永磁体采用表面粘贴式或内嵌式结构固定在低速侧转子轭上；高速侧转子永磁体采用表面粘贴式或内嵌式结构固定在高速侧转子轭上。

固定在调磁机构上的电枢绕组为单相绕组或多相绕组。

固定在调磁机构上的电枢绕组为双层绕组或单层绕组。

高速侧转子永磁体（5）和低速侧转子永磁体（2）采用轴向充磁方式，沿转子圆周方向排列。