CN207968296U - 基于能量回馈式永磁调速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于能量回馈式永磁调速装置，包括外转子总成、内转子总成、能量回馈装置总成和机座总成。本实用新型通过电磁感应的方法调整转子回路中的感生电势，并使转子回路中的电流及电磁转矩发生变化，进而实现转子转速的调整；本实用新型取消了滑环与电刷结构，从根本上解决了现有技术占地面积大，电刷与滑环结构故障率高的问题。本实用新型将转差功率以电功率的方式进行了回收，此时动力输入轴的输入功率将减少，所减少的部分即为所回收的转差功率，即本实用新型较现有技术更节能。本实用新型解决了目前高压电机调速装置必须采用价格昂贵且易于损坏的高压变频器的难题。本实用新型可采用较小容量的逆变器满足电机所需全功率要求。

Description

基于能量回馈式永磁调速装置

技术领域

本实用新型涉及永磁调速装置，特别是一种基于能量回馈式永磁调速装置。

背景技术

中国专利CN201710262226.2提出了一种基于电流调整型的永磁调速装置，解决了现有永磁调速装置的大转差发热及调速系统传动轴易于磨损的两个老大难问题。但该装置存在以下问题：

(1)由于采用电刷与滑环结构调整转子内部的感生电流进行转子调速，因而导致整个调速装置轴向长度长，占地面积大；

(2)电刷与滑环为动、静结合结构，不仅产生磨损使电刷需定期更换，而且电刷与滑环间若配合不当还易产生放电、打火现象，造成滑环或电刷的过早损坏。

(3)其调速有两种方法：①通过外接可变电阻箱调节线圈绕组中的感生电流，即通过电阻箱中的电阻将转差功率以热量的形式消耗掉，也就是说转差功率不能回收；②通过逆变器将此电流回馈至电网进行更深入的节能；由于电网电压较高，因此该种方法需要一个变压器进行升压后才能反馈至电网，该种变压器不仅价格昂贵，而且占地面积较大。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型要提供一种能够减少占地面积、提高使用寿命且能回收能量的基于能量回馈式永磁调速装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

基于能量回馈式永磁调速装置，包括外转子总成、内转子总成、能量回馈装置总成和机座总成；所述的外转子总成包括永磁体I、永磁体II、埋入式轴承及动力输入轴；所述的内转子总成包括内转子线圈绕组和动力输出轴；所述的能量回馈装置总成包括定子轭铁I、定子线圈I、定子轭铁II、定子线圈II、壳体、出线盒、定子绕组出线、逆变器I、电缆、逆变器II、定子绕组进线及进线盒；所述的机座总成包括底板、左端轴承端盖、左端轴承、右端轴承端盖及右端轴承。

所述的永磁体I安装在动力输入轴的最大内圆表面；所述的永磁体II安装在动力输入轴外圆表面；所述的埋入式轴承安装在动力输入轴的中心型孔处；所述的动力输入轴为阶梯轴结构，并通过左端轴承端盖与动力机连接。

所述的内转子总成中，内转子线圈绕组为笼型转子，通过键联结或过盈配合方式固定连接在动力输出轴所对应的外圆表面；所述的动力输出轴为阶梯轴结构，一端通过埋入式轴承与动力输入轴相连，另一端通过右端轴承与右端轴承端盖相连，动力输出轴的中部通过键或过盈配合方式与内转子线圈绕组固定连接。

所述的能量回馈装置总成中，定子轭铁I压制在壳体的内表面；定子线圈I套装在定子轭铁I的槽型中；定子轭铁II压制在壳体的内表面；定子线圈II套装在定子轭铁II的槽型中；壳体的外表面与机座总成中底板固定连接；出线盒将定子线圈I的定子绕组出线引出并与逆变器I相连；定子绕组进线从逆变器II中引出并通过进线盒与定子线圈II的绕组相连；逆变器I通过电缆与逆变器II相连。

所述的机座总成由底板、左端轴承端盖、左端轴承、右端轴承端盖及右端轴承组成。

所述的机座总成中，左端轴承端盖上开有中心型孔；所述的左端轴承外圆安装在左端轴承端盖的中心型孔处，左端轴承内孔安装在动力输入轴的外圆表面；所述的右端轴承端盖开有中心型孔；所述的右端轴承外圆安装在右端轴承端盖的中心型孔处，右端轴承内孔安装在动力输出轴的外圆表面；左端轴承端盖和右端轴承端盖分别安装在底板的上表面，所述的动力输入轴与动力输出轴的中心轴线同轴；所述的底板为平板结构，其上安装有左端轴承端盖和右端轴承端盖。

进一步地，所述的内转子线圈绕组的线圈绕组为硬绕组、软绕组或散绕组。

进一步地，所述的永磁体II为鼠笼转子或由良导体组成的实心转子。

进一步地，所述的动力输入轴为导磁材料轴，动力输出轴为优质碳素钢轴；底板为优质碳素钢板。

本实用新型与现有技术相比，最显著的优点是：

1、本实用新型通过电磁感应的方法调整转子回路中的感生电势，并使转子回路中的电流及电磁转矩发生变化，进而实现转子转速的调整；由于本实用新型取消了现有技术的滑环与电刷结构，从根本上解决了现有技术占地面积大，电刷与滑环结构故障率高的问题。

2、本实用新型将由于转差所形成的热功率(简称转差功率)通过逆变器I及逆变器II转换成电功率，并通过能量回馈装置总成中的定子轭铁II及定子线圈II回收，以此驱动外转子总成中的永磁体II以与动力输入轴相同的转速旋转，即本实用新型将转差功率以电功率的方式进行了回收，此时动力输入轴的输入功率将减少，所减少的部分即为所回收的转差功率，也就是说，本实用新型较现有技术更节能。

3、本实用新型的内转子线圈绕组与定子线圈I组成了一个发电系统，由于该系统为独立发电机组，因此形成的感应电压较低，所需的逆变器I及逆变器II的电压也较低(380V以下)；如果将本实用新型调速装置应用于高压电机调速中，即可实现调速装置的低压控制，从而解决了目前高压电机调速装置必须采用价格昂贵且易于损坏的高压变频器这一难题。

4、由于本实用新型的逆变器I仅从内转子线圈绕组中吸收转差功率，而转差功率仅为动力输入轴所输入的部分功率，因此本实用新型所需的控制功率要远小于电机功率，即本实用新型可以采用较小容量的逆变器I及逆变器II满足电机所需的全功率要求。若将本实用新型的调速装置应用于风机、水泵类系统中进行调速，由于该类系统的最大转差功率仅为电机全功率的15％，因此逆变器I及逆变器II加在一起的容量也仅为电机全功率的30％。

附图说明

图1为本实用新型所述的机械结构示意图。

图2为图1所示的A-A剖面图。

图3为图1所示的B-B剖面图。

图4为图1所示的C-C剖面图。

图中：1、永磁体I，2、定子绕组出线，3、出线盒，4、动力输出轴，5、右端轴承，6、右端轴承端盖，7、内转子线圈绕组，8、壳体，9、定子轭铁I，10、定子线圈I，11、底板，12、埋入式轴承，13、左端轴承，14、左端轴承端盖，15、动力输入轴，16、永磁体II，17、定子轭铁II，18、定子绕组进线，19、逆变器II，20、电缆，21、逆变器I，22、进线盒，23、定子线圈II。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地描述，如图1-4所示，基于能量回馈式永磁调速装置，包括外转子总成、内转子总成、能量回馈装置总成和机座总成；所述的外转子总成包括永磁体I1、永磁体II16、埋入式轴承12及动力输入轴15；所述的内转子总成包括内转子线圈绕组7和动力输出轴4；所述的能量回馈装置总成包括定子轭铁I9、定子线圈I10、壳体8、出线盒3、定子绕组出线2、逆变器I21、电缆20、逆变器II19、定子绕组进线18及进线盒22；所述的机座总成包括底板11、左端轴承端盖14、左端轴承13、右端轴承端盖6及右端轴承5。

所述的永磁体I1安装在动力输入轴15的最大内圆表面；所述的永磁体II16安装在动力输入轴15外圆表面；所述的埋入式轴承12安装在动力输入轴15的中心型孔处；所述的动力输入轴15为阶梯轴结构，并通过左端轴承端盖14与动力机连接。

所述的内转子总成中，内转子线圈绕组7为笼型转子，通过键联结或过盈配合方式固定连接在动力输出轴4所对应的外圆表面；所述的动力输出轴4为阶梯轴结构，一端通过埋入式轴承12与动力输入轴15相连，另一端通过右端轴承5与右端轴承端盖6相连，动力输出轴4的中部通过键或过盈配合方式与内转子线圈绕组7固定连接。

所述的能量回馈装置总成中，定子轭铁I9压制在壳体8的内表面；定子线圈I10套装在定子轭铁I9的槽型中；定子轭铁II17压制在壳体8的内表面；定子线圈II23套装在定子轭铁II17的槽型中；壳体8的外表面与机座总成中底板11固定连接；出线盒3将定子线圈I10的定子绕组出线2引出并与逆变器I21相连；定子绕组进线18从逆变器II19中引出并通过进线盒22与定子线圈II23的绕组相连；逆变器I21通过电缆20与逆变器II19相连。

所述的机座总成由底板11、左端轴承端盖14、左端轴承13、右端轴承端盖6及右端轴承5组成。

所述的机座总成中，左端轴承端盖14上开有中心型孔；所述的左端轴承13外圆安装在左端轴承端盖14的中心型孔处，左端轴承13内孔安装在动力输入轴15的外圆表面；所述的右端轴承端盖6开有中心型孔；所述的右端轴承5外圆安装在右端轴承端盖6的中心型孔处，右端轴承5内孔安装在动力输出轴4的外圆表面；左端轴承端盖14和右端轴承端盖6分别安装在底板11的上表面，所述的动力输入轴15与动力输出轴4的中心轴线同轴；所述的底板11为平板结构，其上安装有左端轴承端盖14和右端轴承端盖6。

进一步地，所述的内转子线圈绕组7的线圈绕组为硬绕组、软绕组或散绕组。

进一步地，所述的永磁体II16为鼠笼转子或由良导体组成的实心转子。

进一步地，所述的动力输入轴15为导磁材料轴，动力输出轴4为优质碳素钢轴；底板11为优质碳素钢板。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型的动力输入轴15与动力机相联使永磁体形成旋转磁场，内转子线圈绕组7切割磁力线产生感生电势进而产生感生电流，所产生的感生电流形成洛仑兹力使内转子线圈绕组7沿永磁体的旋转方向旋转，并形成一定转差；由于动力输出轴4固定连接在内转子线圈绕组7上，因此动力输出轴4也以相同的转速旋转。

由于内转子线圈绕组7内存在感生电流，其外部也将生成一感生磁场，与调速装置总成中的定子轭铁I9与定子线圈I10作用，将在定子线圈I10内也产生一感生电动势。由于内转子线圈绕组7中的感生电动势需与定子线圈I10内的感生电势相平衡，因此可通过控制定子线圈I10内的感生电动势调节内转子线圈绕组7中的感生电动势及感生电流，进而实现对内转子线圈绕组7及动力输出轴4的转速调节。将定子线圈I10内的感生电流引出，并经逆变器I21及逆变器II19调节后，传输给定子线圈II23驱动永磁体II16旋转，即可补偿动力输入轴15的输入功率。

本实用新型不局限于本实施例，任何在本实用新型披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.基于能量回馈式永磁调速装置，其特征在于：包括外转子总成、内转子总成、能量回馈装置总成和机座总成；所述的外转子总成包括永磁体I(1)、永磁体II(16)、埋入式轴承(12)及动力输入轴(15)；所述的内转子总成包括内转子线圈绕组(7)和动力输出轴(4)；所述的能量回馈装置总成包括定子轭铁I(9)、定子线圈I(10)、壳体(8)、出线盒(3)、定子绕组出线(2)、逆变器I(21)、电缆(20)、逆变器II(19)、定子绕组进线(18)及进线盒(22)；所述的机座总成包括底板(11)、左端轴承端盖(14)、左端轴承(13)、右端轴承端盖(6)及右端轴承(5)；

所述的永磁体I(1)安装在动力输入轴(15)的最大内圆表面；所述的永磁体II(16)安装在动力输入轴(15)外圆表面；所述的埋入式轴承(12)安装在动力输入轴(15)的中心型孔处；所述的动力输入轴(15)为阶梯轴结构，并通过左端轴承端盖(14)与动力机连接；

所述的内转子总成中，内转子线圈绕组(7)为笼型转子，通过键联结或过盈配合方式固定连接在动力输出轴(4)所对应的外圆表面；所述的动力输出轴(4)为阶梯轴结构，一端通过埋入式轴承(12)与动力输入轴(15)相连，另一端通过右端轴承(5)与右端轴承端盖(6)相连，动力输出轴(4)的中部通过键或过盈配合方式与内转子线圈绕组(7)固定连接；

所述的能量回馈装置总成中，定子轭铁I(9)压制在壳体(8)的内表面；定子线圈I(10)套装在定子轭铁I(9)的槽型中；定子轭铁II(17)压制在壳体(8)的内表面；定子线圈II(23)套装在定子轭铁II(17)的槽型中；壳体(8)的外表面与机座总成中底板(11)固定连接；出线盒(3)将定子线圈I(10)的定子绕组出线(2)引出并与逆变器I(21)相连；定子绕组进线(18)从逆变器II(19)中引出并通过进线盒(22)与定子线圈II(23)的绕组相连；逆变器I(21)通过电缆(20)与逆变器II(19)相连；

所述的机座总成由底板(11)、左端轴承端盖(14)、左端轴承(13)、右端轴承端盖(6)及右端轴承(5)组成；

所述的机座总成中，左端轴承端盖(14)上开有中心型孔；所述的左端轴承(13)外圆安装在左端轴承端盖(14)的中心型孔处，左端轴承(13)内孔安装在动力输入轴(15)的外圆表面；所述的右端轴承端盖(6)开有中心型孔；所述的右端轴承(5)外圆安装在右端轴承端盖(6)的中心型孔处，右端轴承(5)内孔安装在动力输出轴(4)的外圆表面；左端轴承端盖(14)和右端轴承端盖(6)分别安装在底板(11)的上表面，所述的动力输入轴(15)与动力输出轴(4)的中心轴线同轴；所述的底板(11)为平板结构，其上安装有左端轴承端盖(14)和右端轴承端盖(6)。

2.根据权利要求1所述的基于能量回馈式永磁调速装置，其特征在于：所述的内转子线圈绕组(7)的线圈绕组为硬绕组、软绕组或散绕组。

3.根据权利要求1所述的基于能量回馈式永磁调速装置，其特征在于：所述的永磁体II(16)为鼠笼转子或由良导体组成的实心转子。

4.根据权利要求1所述的基于能量回馈式永磁调速装置，其特征在于：所述的动力输入轴(15)为导磁材料轴，动力输出轴(4)为优质碳素钢轴；底板(11)为优质碳素钢板。