[发明专利]一种轴向和径向磁通结合的无刷功率回馈型永磁调速装置

说明书

一种轴向和径向磁通结合的无刷功率回馈型永磁调速装置，包含一个轴向和径向磁通结合的永磁调速器和一个滑差功率回馈控制单元，永磁调速器包含同心安装的永磁转子、导体转子、三相绕组定子，永磁转子固定于输入轴与原动机相连，导体转子固定于输出轴与负载相连，三相绕组定子与机壳固定在一起，与输出轴通过轴承连接；永磁转子与导体转子之间存在轴向气隙、径向气隙；三相绕组定子与导体转子存在轴向气隙；定子侧绕组与所述滑差功率回馈控制单元连接。本发明提升了调速器的空间利用率，也相应提升了其转矩密度；实现了导体转子滑差功率无刷化的传递到三相绕组定子；将定子侧功率回馈至电网，实现了任意运行工况下调速器的高效运行。

技术领域

本发明涉及永磁调速器，尤其涉及一种轴向和径向磁通结合的无刷功率回馈型永磁调速装置。

背景技术

随着高性能永磁材料推广应用而迅速发展起来的永磁调速技术，是一种应用于原动机和负载之间的新型电机驱动系统调速节能技术。调速型永磁耦合器有着良好的节能效果，降低了运行成本，还可以实现电机的软起动与软停止的功能。它可以运行在易燃易爆、潮湿、粉尘含量高等恶劣环境中，并且本身是机械结构，能够适应电网质量不稳定、电流变化冲击负载等情况。主要应用于化学工业、石油化工、煤炭水泥、冶金钢铁、舰船等领域的大功率风机、泵类负载的电机驱动系统调速节能。

按照永磁涡流调速装置的主磁通方向可以分为轴向磁通结构（盘式）和径向磁通结构（筒式）两大类。轴向磁通结构的永磁调速装置通常采用调整磁转子与导体转子之间的轴向气隙长度来控制气隙磁场大小，进而控制负载侧的运行速度。而径向磁通结构的永磁涡流调速装置，通常采用改变导体转子和永磁转子之间的耦合面积来控制负载侧的转速。目前已经有相当多的产品应用到工业实践中，有一部分可以实现在线调速。

以上两种主流传统结构的永磁涡流调速装置存在以下不足：（1）均需通过电动执行机构，沿轴向平移永磁转子或者导体转子。调整两个转子相对轴向位置的难度较大，尤其对于轴向结构，磁转子与导体转子之间存在相当大的轴向磁拉力。从而造成了电动执行机构结构复杂，机械强度要求高，占据轴向的空间体积相对较大，作为一款安装在原动机与泵和风机类负载之间应用于调速节能工业改造的产品，具有一定的空间局限性；（2）传统的永磁涡流调速装置通常采用轴向或者径向磁通结构，没有充分发挥调速器空间利用，且传统永磁涡流调速器的导体转子的导体部分通常采用均匀厚度的铜层固定于导体转子铁心表面构成，而导体部分磁导率与空气接近，增加了磁路磁阻，造成了气隙磁场强度减弱，在一定程度上降低了永磁调速器的转矩密度；（3）传统永磁涡流调速器中，永磁转子与导体转子之间的滑差功率转换为导体转子导体部分的涡流损耗，以热能的形式消耗掉，造成了高滑差运行时，调速器本身效率较低的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种轴向磁通和径向磁通相结合的永磁调速器，充分利用调速器内部空间，提升调速器转矩密度；另外，该调速器还通过导体转子绕组的折叠设计，实现导体转子滑差功率传递到定子侧的无刷化，一方面，可通过电力电子装置控制回馈至电网的滑差功率，实现调速器转矩和转速调节；另一方面，由于滑差功率回馈至电网，重新利用，即实现调速系统宽调速范围内高效运行。

技术方案：为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种轴向和径向磁通结合的无刷功率回馈型永磁调速装置，包含一个轴向和径向磁通结合的永磁调速器和一个滑差功率回馈控制单元，所述永磁调速器包含同心安装的永磁转子、导体转子、三相绕组定子，所述永磁转子固定于输入轴与原动机相连，所述导体转子固定于输出轴与负载相连，所述三相绕组定子与机壳固定在一起，与输出轴通过轴承连接；所述永磁转子与导体转子之间存在轴向气隙、径向气隙；所述三相绕组定子与导体转子存在轴向气隙；定子侧绕组与所述滑差功率回馈控制单元连接。

优选的是，本发明的永磁转子为轴向磁通和径向磁通相结合的结构，由轴向充磁永磁体套件和径向充磁永磁体套件分别安装于盘式背铁铁心和筒式背铁铁心构成，且盘式背铁铁心和筒式背铁铁心固定在一起，构成永磁转子背铁铁心。