CN111245195B - 一种鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器，包括同一中心轴设置的与原动机相连的输入轴和与负载相连的输出轴，输入轴上穿设有永磁转子，输出轴上穿设有可相对同心旋转的鼠笼结构导体转子；导体转子外侧环绕有固定于机壳的三相绕组定子；所述输入轴通过第一轴承与机壳相接，输出轴通过第二轴承与机壳连接，输入轴通过第三轴承与输出轴连接支撑。此种结构可实现导体转子滑差功率传递到定子侧的无刷化，实现调速系统宽调速范围内高效运行，提高调速系统节能效率。

Description

一种鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器
技术领域
本发明属于永磁电机领域，特别涉及一种鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器。
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，都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。另外，传统的永磁涡流调速装置两转子间的滑差功率都是通过导体转子导体涡流损耗以热能的形式消耗掉，一方面须增加冷却装置，解决散热问题；另一方面，滑差功率转换成热能的形式消耗掉，降低了调速节能效果。
因此，亟待解决上述问题，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器，可实现导体转子滑差功率传递到定子侧的无刷化，实现调速系统宽调速范围内高效运行，提高调速系统节能效率。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器，包括同一中心轴设置的与原动机相连的输入轴和与负载相连的输出轴，输入轴上穿设有永磁转子，输出轴上穿设有可相对同心旋转的鼠笼结构导体转子；导体转子外侧环绕有固定于机壳的三相绕组定子；所述输入轴通过第一轴承与机壳相接，输出轴通过第二轴承与机壳连接，输入轴通过第三轴承与输出轴连接支撑。
上述永磁转子包括一个大于等于1对极的永磁体套件和永磁转子铁心，永磁体套件固定于永磁转子铁心上。
上述导体转子包含一个双边开槽数相等的筒式铁心和镶嵌于铁心槽中的双层铜质鼠笼。
上述导体转子的双层铜质鼠笼包括外侧导体棒、内侧导体棒、第一鼠笼端部和第二鼠笼端部，其中，第一鼠笼端部通过端部导体棒将外侧奇数槽导体棒与相邻内侧偶数槽导体棒相连；第二鼠笼端部通过第一端环将外侧奇数槽导体棒相连，通过第二端环将外侧偶数槽导体棒相连；通过第三端环将内侧奇数槽导体棒相连；通过第四端环将内侧偶数槽导体棒相连。
上述三相绕组定子采用三相集中绕组镶嵌于开槽定子铁心中。
上述永磁转子、导体转子和三相绕组定子的铁心由硅钢片沿轴向叠压而成。
采用上述方案后，本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
(1)本发明通过采用双层鼠笼导体转子结构，实现了滑差功率回馈定子的无刷化，一方面，避免了转子滑差功率回馈中的电刷和滑环；另一方面，通过滑差功率回馈，提高了调速器的调速效率，提高了调速系统节能效果；
(2)本发明通过双层鼠笼导体转子和定子侧的电磁耦合，可以通过控制定子侧电流，实现调速器转矩和转速的调节，避免了传统永磁调速器轴向平移高速转子难度较大的问题，另外，可以节省调速器轴向空间，更加有利于泵和风机类驱动系统的节能改造。
附图说明
图1是本发明沿轴线的轴截面二维示意图；
图2是本发明鼠笼端部一的二维正视图；
图3是本发明鼠笼端部二的二维正视图。
图中，1.输入轴；2.输出轴；3.永磁转子；4.导体转子；5.机壳；6.绕组定子；301.永磁套件；302.永磁转子铁心；401.导体转子铁心；402.双层铜质鼠笼；403.鼠笼外侧导条；404.鼠笼内侧导条；405.第一鼠笼端部；406.第二鼠笼端部；407.端部导体棒；408.第一端环；409.第二端环；410.第三端环；411.第四端环；601.三相集中绕组；602.开槽定子铁心；701.第一轴承；702.第二轴承；703.第三轴承。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器，包括同一中心轴设置的与原动机相连的输入轴1和与负载相连的输出轴2，所述输入轴1上穿设有永磁转子3，所述输出轴2上穿设有可相对同心旋转的鼠笼结构导体转子4；导体转子4外侧环绕固定于机壳5的三相绕组定子6；输入轴1通过第一轴承701与机壳5相接，输出轴2通过第二轴承702与机壳5连接；为了增强转子之间的机械机构稳定性，输入轴1通过第三轴承703与输出轴2连接支撑。其中，永磁转子3包含一个大于等于1对极的永磁体套件301固定于永磁转子铁心302上。鼠笼结构导体转子4包含一个双边开槽数相等的筒式铁心401和镶嵌于铁心槽中的双层铜质鼠笼402。三相绕组定子6采用三相集中绕组601镶嵌于开槽定子铁心602中，以缩短端部。
如图1、图2和图3所示，鼠笼结构导体转子4的双层铜质鼠笼402由外侧导体棒403、内侧导体棒404、第一鼠笼端部405和第二鼠笼端部406组成。其中，鼠笼结构导体转子4的第一鼠笼端部405通过端部导体棒407将外侧奇数槽导体棒与相邻内侧偶数槽导体棒相连；第二鼠笼端部406通过第一端环408将外侧奇数槽导体棒相连；第二端环409将外侧偶数槽导体棒相连；第三端环410将内侧奇数槽导体棒相连；第四端环411将内侧偶数槽导体棒相连。
在本实施例中，永磁转子、导体转子和定子部分的铁心由高导磁性能的硅钢片沿轴向叠压而成。
当原动机驱动永磁转子3旋转，永磁转子3与导体转子4之间存在滑差，导体转子鼠笼内侧导体棒404中感应出涡流，根据安培定理，鼠笼转子产生电磁力矩，以带动负载旋转；而双层鼠笼结构外侧导体棒403中的涡流同样会产生三相旋转磁场，在三相绕组定子6中产生感应电动势，实现了导体转子4滑差功率传递到三相绕组定子6侧的无刷化。通过回馈电网滑差功率的调节，控制导体转子4输出转矩和转速变化，实现负载侧的调速节能。
本发明通过采用双层鼠笼导体转子结构，实现了滑差功率回馈定子的无刷化，一方面，避免了转子滑差功率回馈中的电刷和滑环；另一方面，通过滑差功率回馈，提高了调速器的调速效率，提高了调速系统节能效果；本发明通过双层鼠笼导体转子和定子侧的电磁耦合，可以通过控制定子侧电流，实现调速器转矩和转速的调节，避免了传统永磁调速器轴向平移高速转子难度较大的问题，另外，可以缩短调速器轴向空间，更加有利于泵和风机类驱动系统的节能改造。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器，其特征在于：包括同一中心轴设置的与原动机相连的输入轴和与负载相连的输出轴，输入轴上穿设有永磁转子，输出轴上穿设有可相对同心旋转的鼠笼结构导体转子；导体转子外侧环绕有固定于机壳的三相绕组定子；所述输入轴通过第一轴承与机壳相接，输出轴通过第二轴承与机壳连接，输入轴通过第三轴承与输出轴连接支撑；
所述导体转子包含一个双边开槽数相等的筒式铁心和镶嵌于铁心槽中的双层铜质鼠笼，所述双层铜质鼠笼包括外侧导体棒、内侧导体棒、第一鼠笼端部和第二鼠笼端部，其中，第一鼠笼端部通过端部导体棒将外侧奇数槽导体棒与相邻内侧偶数槽导体棒相连；第二鼠笼端部通过第一端环将外侧奇数槽导体棒相连，通过第二端环将外侧偶数槽导体棒相连；通过第三端环将内侧奇数槽导体棒相连；通过第四端环将内侧偶数槽导体棒相连。
2.如权利要求1所述的鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器，其特征在于：所述永磁转子包括一个大于等于1对极的永磁体套件和永磁转子铁心，永磁体套件固定于永磁转子铁心上。
3.如权利要求1所述的鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器，其特征在于：所述三相绕组定子采用三相集中绕组镶嵌于开槽定子铁心中。
4.如权利要求1所述的鼠笼导体转子无刷功率回馈型永磁调速器，其特征在于：所述永磁转子、导体转子和三相绕组定子的铁心由硅钢片沿轴向叠压而成。
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