技术领域
[0001] 本发明属于节能调速技术领域，涉及一种基于磁场调制原理的功率回馈型无刷永磁调速器。
相关背景技术
[0002] 当前，工业系统中主要有变频驱动、变速驱动两种节能调速的方案。但是大容量高压电机采用高压变频调速技术存在一些固有缺陷。例如，污染电网谐波，可靠性不够高，不适用于海洋、矿山等环境恶劣的场合等；并且变频驱动技术需要专用的变频电机，完全替换保有量巨大的异步电机代价太大。因此，很多工矿企业并不采用高压变频器方案。变速驱动是在原动机和负载之间添加一种简单的装置，用于将恒定的原动机的转速调节为任一负载转速。永磁调速器是当前最为常用的调速装置，其利用永磁材料实现磁极转子的励磁，通过改变导体转子和磁极转子之间的气隙长度或者耦合面积实现负载侧的转速调节。永磁调速器具有价格便宜、节省空间、调速范围宽等优势。
[0003] 但当前大多永磁调速器属于滑差功率消耗型，即输入与输出端之间的滑差功率均转换为导体转子中产生的热量散发掉。这种调速器的效率理论上等于1‑s，随着滑差的增加，调速器的效率线性下降。此外，导体转子上散热困难也会严重影响调速器的工作性能。
具体实施方式
[0022] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步阐述：
[0023] 参见图1、图2，本发明所述的基于磁场调制原理的功率回馈型无刷永磁调速器结构，包括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上穿设有内磁场调制单元4和外磁场调制单元5。外磁场调制单元5外侧环绕有固定于调速器外壳7的定子6。所述内磁场调制单元4、永磁转子3、外磁场调制单元5和定子6依次同心套设，其中内磁场调制单元4与永磁转子3之间相隔有第一气隙8，永磁转子3与外磁场调制单元5相隔有第二气隙9，外磁场调制单元5与定子6相隔有第三气隙10。
[0024] 所述定子6包括定子铁心601和三相定子绕组602，本实施例中，所述三相定子绕组602镶嵌于开槽的定子铁心601中，采用槽极配合为36槽/2对极整数槽分布式绕组，具有磁动势谐波少的优点，通过三相定子绕组实现磁场和电能的转换，进而实现调速器转速调节以及能量回馈的功能；所述三相定子绕组602的极对数小于所述永磁转子3的极对数，以减小定子绕组所连变频器的容量。所述永磁转子3包括永磁转子铁芯301和设于永磁转子铁芯中间的永磁体阵列302，永磁转子铁芯301采用杯型结构，永磁阵列形式包括但不限于轮辐式、径向励磁式、海尔贝克式、交替极结构等形式。本实施例中，永磁转子3采用8对极交替极结构，由永磁转子铁心301和交替极永磁体阵列302组成，有利于提高永磁体的利用率。内磁场调制单元4具有凸极齿结构，凸极齿的数量等于三相定子绕组602的极对数与永磁转子3的极对数之和，本实施例中，凸极齿的数量为10。外磁场调制单元5由导磁块501和非导磁块
502间隔排列构成，导磁块501的数量等于三相定子绕组602的极对数与永磁转子3极对数之和，本实施例中，导磁块501的数量为10。调速器的内磁场调制单元4、永磁转子铁心301和外磁场调制单元5的导磁块501均由0.35mm厚度的硅钢片叠压而成，叠压系数为0.95。通过内、外双磁场调制单元将8对极永磁转子磁场调制为2对极磁场，进而与电枢反应磁场相互作用，以实现转矩和能量的传递。
[0025] 所述三相定子绕组602与变频器相连；通过变频器可以将输入轴1与输出轴2的转差功率回馈电网以提高调速器的综合效率，并且变频器可以改变三相定子绕组602的电流幅值和频率，进而改变调速器的输出转速和转矩；变频器的容量为负载机械功率的一部分，与调速器的调速范围和极对数配比有关。
[0026] 本发明所述电机安装有所述的基于磁场调制原理的功率回馈型无刷永磁调速器。
[0027] 参见图3，本发明涉及基于磁场调制原理的功率回馈型无刷调速器的运行原理可以从磁场调制的角度理解，具体如下：
[0028] 永磁转子3以恒定的速度旋转，产生8对极旋转磁场，经内磁场调制单元4和外磁场调制单元5的磁场调制作用在第三气隙10中产生2对极磁场，并与三相定子绕组602所产生的2对极电枢反应磁场相互作用，实现转矩和能量的传递。通过控制三相定子绕组602电流的幅值和频率可以控制调速器的输出转速和转矩。内、外双磁场调制单元有助于提高磁场调制效应，增强调制出来的有效谐波，进而提高调速系统的转矩传输密度。
[0029] 本发明在不同电流下转矩‑转速曲线如图4所示，风机和泵类负载的转矩与转速的二次方呈正比，假设风机和泵类负载工作在工作点1，通过调节定子绕组电流的频率和幅值可以将负载工作点调节至工作点2。从而降低原动机的输入功率，以达到调速节能的目的。
[0030] 图5对比了本发明所提出的基于磁场调制原理的功率回馈型永磁调速器与传统调速器在两种工况下的输入功率，由于所提出的调速器能够将输入轴和输出轴的转差功率回馈到电网中，实现了转差功率传递到定子的无刷化，提高了调速系统节能效率。所以本发明所提出的输入功率明显低于传统调速器，其调速节能效果更佳。
[0031] 以上仅为本发明较佳的实施方式，这些案例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的改进和润饰，均应包含在本发明的保护范围之内。
