一种可调绕组式永磁耦合传动装置的制作方法

1.本发明属于调速器技术领域，具体地，涉及一种可调绕组式永磁耦合传动装置。


背景技术：

2.永磁耦合调速器由于其调速性能好及可靠性高的特点，近年来得到了广泛的应用，各种设计的种类越来越多，输出功率及输出转矩也是越来越大，但从总的分类来说不外乎两种，一是涡流永磁耦合调速器，二是绕组式永磁耦合调速器。这些调速器基本上都是安装在定速电动机的输出端，从轴系角度来看都属于滑差调速类型，只要是滑差调速就不可避免地存在滑差损耗，这是因为(设输入轴、输出轴功率分别为p1、p2；输入轴、输出轴转矩分别为t1、t2；输入轴、输出轴转速分别为n1、n2。)：输入轴功率为p1＝t1*n1，输出轴功率p2＝t2*n2，当在某一稳定运行状态时，t1＝t2，而n1》n2，显然p1≠p2，所以，滑差损耗功率为
△
p＝p1-p2。
3.专利号为cn104767357a的“一种绕组式永磁耦合传动装置”专利，很好地解决了滑差功率损耗的问题，它是通过集电环和碳刷将绕组与变流装置连接，通过整流、逆变将滑差功率回馈电网。这个过程可以简单地理解为：变流装置是将变频器倒过来使用，即将变化的频率和电压(由于永磁耦合调整器输出转速是需要调节而变化的)整合成稳定的频率和电压回馈电网，因此该专利中的控制结构必然包含变频器中的一种开关元器件：绝缘栅双极型晶体管，简称igbt。
4.当永磁耦合调速器应用在大功率场所，例如兆瓦级以上的功率时，其滑差功率相当大，为避免过大的电流，绕组式永磁耦合调速器就必须采用高压设计，上述所说的变流装置就必须采用高压变频器技术，意味着要采用高压igbt管，显然，高压变频器的可靠性和成本都远不如低压变频器。而本发明通过调节气隙，很好地解决了这个问题。
5.为此，提出一种可调绕组式永磁耦合传动装置。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是：对大功率绕组永磁耦合调速器作出改变，将大功率变流装置采用低电压单元，提供一种成本低廉且安全可靠的永磁耦合调速器及控制器产品。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
8.一种可调绕组式永磁耦合传动装置，包括绕组转子，所述绕组转子由铁芯和线圈构成；还包括与绕组转子同轴设置的永磁转子，所述永磁转子由轭板与永磁体构成；
9.所述绕组转子与永磁转子构成气隙δ，所述气隙δ通过执行机构调节大小。
10.进一步地，绕组转子连接着引接线的一端，所述引接线的另一端连接在集电环上，所述集电环上安装有碳刷。
11.进一步地，还包括控制器，所述绕组转子通过引接线、集电环和碳刷与外部控制器连接，所述控制器采用低压变频器来控制。
12.进一步地，所述绕组转子外部包裹有法兰盘，所述法兰盘内部安装有输入轴，所述法兰盘与输入轴之间安装有轴承。
13.进一步地，所述法兰盘的内部还安装有法兰轴，在所述法兰轴的外部也安装有轴承。
14.进一步地，所述集电环安装在法兰轴上。
15.进一步地，所述永磁体在轭板上为n极、s极交替排布。
16.进一步地，同轴设置的绕组转子和永磁转子均通过轴承安装固定和连接。
17.有益效果：
18.本发明包括绕组转子，所述绕组转子由铁芯和线圈构成；还包括与绕组转子同轴设置的永磁转子，所述永磁转子由轭板与永磁体构成；所述绕组转子与永磁转子构成气隙δ，所述气隙δ通过执行机构调节大小，通过改变气隙δ的大小，解决了变流装置也要承受高压的问题，发电机的电压u除了与转速成正比，还与其每极磁通φ成正比，而磁通φ又与气隙磁密br成正比，因此：u
∝
br，而增大气隙δ可以使气隙磁密br显著下降，因而发电机的电压u也会下降，从而可以采用低压元器件设计和生产的控制器来进行控制，极大地提升了整个系统的可靠性并且降低了成本。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明可调绕组式永磁耦合传动装置的结构示意图。
21.图2是本发明气隙δ调大后的结构示意图。
22.图3是本发明绕组转子和永磁转子变换布置的结构示意图之一。
23.图4是本发明绕组转子和永磁转子变换布置的结构示意图之二。
24.图5是本发明筒式结构示意图。
25.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
26.1、输入轴；2、轴承；3、法兰盘；4、铁芯；5、线圈；6、永磁体；7、轭板；8、引接线；9、控制器；10、碳刷；11、集电环；12、法兰轴；13、执行机构。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例一：图1为一种双绕组转子和双永磁转子的盘式结构，当然，一个绕组转子和一个永磁转子的单盘结构，在原理上也是成立的，只是单盘结构存在轴向力。实施例没有列举单盘结构，并不代表本发明专利不包含，磁通方向为轴向，转子绕组可以是一相或对称联接的多相，实施例为三相绕组y形接法，在两个转子绕组盘之间，定子绕组可以串联连接，
也可以并联连接。双盘也就构成了双气隙δ，通过执行机构13同时调整双气隙δ的大小。为进一步阐明本发明专利的有益之处，有必要先介绍一下绕组式永磁耦合传动装置的原理，如下：
29.如图1，当输入轴1带动永磁转子以转速n1旋转，永磁转子与绕组转子之间有相对运动，则线圈绕组就会在永磁转子产生的磁场中切割磁力线产生感应电动势，当线圈绕组回路是处于连接状态时，则此时线圈绕组内就会产生感应电流，有电流的线圈绕组在永磁体6产生的磁场中就会受到电磁力的作用，从而驱动绕组转子和法兰轴12以转速n2旋转。
30.从上述原理可以看出，显然n1》n2，否则绕组转子与永磁转子之间不会产生电磁转矩，即：必须有滑差
△
n＝n1-n2的存在。由于调速器基本上都是安装在定速电动机的输出端，即输入转速n1为恒定值，输出转速n2根据生产需要是不断调整的，因此，
△
n是不断变化的，其大小取决于n2。
31.从滑差的角度来看，图1可以认为就是一个滑差永磁发电机，发电机的转速为
△
n，由于
△
n是不断变化的，所以发出来的电的频率f和电压u也是变化的，其变化规律满足：f
∝△
n和u
∝△
n。也因此，当绕组式永磁耦合调速器电压设计为10kv时，极限情况下，例如启动时，n2＝0，
△
n为最大等于n1，专利号为cn104767357a的“一种绕组式永磁耦合传动装置”专利所述的变流装置，就将直接承受10kv的高压，甚至在调速50％的情况下，由于u
∝△
n，变流装置也要承受5kv高压，这就给变流装置里的电子元器件和变流装置的设计都带来不少困难，降低了控制结构的可靠性，或者就必须增加变压器解决高压的问题，从而增加了控制结构的成本。
32.在本发明中的一种可调绕组式永磁耦合传动装置，包括绕组转子，所述绕组转子由铁芯4和线圈5构成；还包括与绕组转子同轴设置的永磁转子，所述永磁转子由轭板7与永磁体6构成；所述绕组转子与永磁转子构成气隙δ，所述气隙δ通过执行机构13调节大小。
33.需要进行说明的是，绕组转子连接着引接线8的一端，所述引接线8的另一端连接在集电环11上，所述集电环11上安装有碳刷10。
34.还包括控制器9，所述绕组转子通过引接线8、集电环11和碳刷10与外部控制器9连接，所述控制器9采用低压变频器来控制。
35.其中，所述绕组转子外部包裹有法兰盘3，所述法兰盘3内部安装有输入轴1，所述法兰盘3与输入轴1之间安装有轴承2。
36.所述法兰盘3的内部还安装有法兰轴12，在所述法兰轴12的外部也安装有轴承2。
37.其中，所述集电环11安装在法兰轴12上。
38.所述永磁体6在轭板7上为n极、s极交替排布。
39.其中，同轴设置的绕组转子和永磁转子均通过轴承2安装固定和连接。
40.本实施例通过改变气隙δ的大小，就轻而易举地解决了以上所述的高压问题。众所周知，发电机的电压u除了与转速成正比，还与其每极磁通φ成正比，而磁通φ又与气隙磁密br成正比，因此：u
∝
br，而增大气隙δ可以使气隙磁密br显著下降，因而发电机的电压u也会下降。
41.如图2为增大气隙δ的示意图，永磁耦合调速器电压设计为10kv，在极限情况下，例如启动时，n2＝0，
△
n＝n1或者调速范围大的情况下，例如，
△
n》n1*50％，调整合适的气隙δ，就可以使输出电压《1kv或者更低，这样一来，控制器9就可采用低压元器件设计和生产，
极大地提升了控制器9的可靠性并且降低了成本。
42.实施例二：如图3，本实施例是实施例一的变换布置方式，将绕组转子布置在中间，永磁转子分布两侧。
43.实施例三：如图4，本实施例有点类似实施例二，不同之处在于法兰轴12与永磁转子连接，执行机构13在外围。
44.实施例四：本实施例是筒式结构，磁通方向为径向，不同于实施例一是通过改变气隙磁密br来改变磁通量φ，如图5，通过执行机构13调节永磁转子，改变永磁转子和绕组转子的啮合长度δ，从而改变两转子之间的啮合面积，啮合面积变小了，两转子间的磁通量φ也变少。
45.本实施例是直接通过改变磁通量φ的大小来调节转差发电机电压u的大小。
46.在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
47.以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。