一种永磁调速电机的制作方法

本实用新型涉及永磁调速电机，具体的说是一种永磁调速电机。

背景技术：

调速型永磁耦合器越来越得到行业的认可，但在实际使用中，调速型永磁耦合器也暴露出一些问题，主要有：

一、调速型永磁耦合器的效率偏低。调速型永磁耦合器本质上属于转差调速，其效率与输出转速成正相关关系，当输出转速较低时效率很低，比如调速型永磁耦合器的输出转速为 50％的额定转速时，其工作效率仅48％。

二、调速型永磁耦合器的工作温度高。由于调速型永磁耦合器的转差功率损失全部转变成热量，造成设备在低速工作时其工作温度高。

三、调速机构的可靠性不高。调速型永磁耦合器的主体结构的可靠性高，但其调速机构由于采用机械位置的调整达到调速的目的，调速机构在高速条件下实现位置调节可靠性较低。

四、控制响应速度和相应精度较差。由于调速型永磁耦合器通过电动执行机构的动作带动机械结构的调整来实现调速，其相应的速度较慢，响应精度较低。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，针对以上现有技术的缺点，提出一种永磁调速电机及其控制方法，不仅能够对负载进行调速，实现节能的作用，而且还能够进一步将多余的电能转化成与电机相匹配的电能并向电机供电，进一步节约电能，工作效率大大提高。

本技术方案具体公开了永磁调速电机，包括电机底座，在所述电机底座上且沿其长度方向的两端分别通过轴承设有外转子组件、内转子组件，外转子组件包括第一转轴，在所述第一转轴上设有集电环，在所述第一转轴位于电机底座内部的一端设有筒状的铁芯保持架，在所述铁芯保持架的中部设有多个外转子铁芯以及与外转子铁芯相配合的多组感应线圈,所述感应线圈的输出端与集电环连接，且所述感应线圈的组数为3N(N为≥2的正整数)，所述集电环的数量感应线圈的组数相等，每三组感应线圈形成一个三相电位，共有N个相位完全相同的三相电位；

所述内转子组件包括第二转轴，在所述第二转轴位于电机底座内部的一端设有永磁转子组件，所述永磁转子组件包括与第二转轴键连接的离心支架,在所述离心支架的圆周面上设有内转子铁芯，在所述内转子铁芯的外表面设有永磁体，且所述永磁体与外转子铁芯的径向单边间隙为3-5mm，所述第二转轴靠近第一转轴的一端通过过渡轴承与第一转轴连接；

当内转子组件与外转子组件产生转速差时，感应线圈中产生感应电压，并通过集电环将所感应产生的电能输送到控制系统中并通过其转换成与电机供电线路相同电压、同频率和同相位的电能，然后供电机使用；

所述控制系统包括主电路和主控制电路，所述主电路包括与感应线圈连通的电路选择开关，所述电路选择开关输出端依次串联有电机侧滤波器、电机侧功率开关器件、电网侧功率开关器件、电网侧滤波器、隔离开关，所述隔离开关与外部电网连通，在所述电机侧滤波器与电机侧功率开关器件之间还接入有低电压穿越电路器件，当电路选择开关位于第一工位时， N个三相电位并联后与电机侧滤波器连接，当电路选择开关位于第二工位时，N个三相电位串联后与电机侧滤波器连接；

所述主控制电路包括主控制器、与感应线圈连接的线圈电压感应器、与外部电网连接的电网相位检测器，所述线圈电压感应器、电网相位检测器的反馈端与主控制器连接，所述主控制器的控制端分别与电路选择开关、电机侧功率开关器件、隔离开关连接。

进一步限定的技术方案

前述的永磁调速电机，所述控制系统还包括辅助控制电路，所述辅助控制电路由电阻调速控制器组成，所述电阻调速控制器输入端分别与电路选择开关输出端、主控制器的控制端连接，当出现堵转或者元器件损坏时，辅助控制电路能迅速接入，避免对设备造成更大的伤害，把损失降到最低，提高设备的安全性和可靠性。

前述的永磁调速电机，在所述铁芯保持架上沿其圆周方向均匀设有3N(N为≥2的正整数) 感应线圈，每3组间隔为N-1个线圈的感应线圈形成一个三相电位，共形成N个相位相同的三相电位，且所述集电环设有3N个且分别与3N组感应线圈一一对应。

前述的永磁调速电机，铁芯保持架远离第一转轴的一端通过轴承与第二转轴连接，这样能够使铁芯保持架具有两个支撑点，增加设备的稳定性和可靠性。

前述的永磁调速电机，离心支架沿其长度方向开设有多个贯穿的进风通道，所述外转子铁芯与内转子铁芯均由多个硅钢片依次叠加而成，且所述外转子铁芯与内转子铁芯径向方向开设有多个散热通道，且所述铁芯保持架的径向和轴向分别开设有多个出风孔和进风孔，这样能够使冷却风从离心支架两侧进入，由内部向径向扩散，散热效果好。

前述的永磁调速电机，在所述第一转轴与第二转轴的轴向均设有轴电流绝缘垫，设置轴电流绝缘垫能够避免电流对零部件造成影响，避免零部件的使用寿命降低，提高设备的稳定性。

前述的永磁调速电机，离心支架包括套设在第二转轴上的套筒，在所述套筒圆周方向均匀设有多个筋板，所述筋板与套筒径向方向的夹角为θ，所述θ为5°～30°，同时第二转轴的转向为顺时针旋转，这样能够产生较大的风量，同时风压较小，风压较小能够降低对设备的影响。

前述的永磁调速电机，在所述电机底座的上端设有冷却装置，所述冷却装置包括设置在电机底座上端的冷却壳，所述冷却壳内部与电机底座内部连通，在所述冷却壳沿其长度方向设有多个冷却管，在所述冷却壳沿其长度方向一端设有轴流风机，所述轴流风机将外部的低温气体打入冷却管中，从而与电机底座内部的高温气体进行热交换，从而降低电机底座内部的温度，这样能够快速降低设备内部的温度，为设备稳定运行提供保障。

本实用新型的有益效果：

1、永磁调速电机的效率高，由于永磁调速电机在外转子组件上设置有感应线圈，可以将外转子组件和内转子组件的转差感应成电能并通过控制系统转换成与供电电网电压、相位和频率都相同的交流电供电机再使用，而调速型永磁耦合器这部分的转差能量则完全转变成了热能耗散了，因此永磁调速电机的效率比调速型永磁耦合器高。

2、永磁调速电机的发热少、工作温度低，永磁调速电机的工作效率高，其额定工作效率能达到98.5％，其最大发热量仅为调速型永磁耦合器最大发热量的10.0％，因此采用同样的冷却方式其工作温度低很多。

3、可靠性高，永磁调速电机不存在高速旋转的机械结构的调节，同时其主电路和主控制电路、电阻调速控制器可以选择使用的冗余设计，其可靠性大大提高，并且外转子组件中的感应线圈能够通过控制系统选择串联或并联的形式对外输出电能，使得控制电路承受的最大电压或者电流下降50％，控制元器件的可靠性和安全性得到提高。

4、控制响应速度快、精度高，由于永磁调速电机采用功率开关器件进行开关控制，其响应速度与功率开关元器件的响应速度相近。

附图说明

图1为本实用新型的主视图；

图2为本实用新型中外转子组件的结构示意图；

图3为本实用新型中内转子组件的结构示意图；

图4为本实用新型中永磁转子组件的结构示意图；

图5为本实用新型中控制系统的结构示意图；

图6为实施例1中电路选择开关位于第一工位的结构示意图(N＝2)；

图7为实施例1中电路选择开关位于第二工位的结构示意图(N＝2)；

其中：1-电机底座，2-第一转轴，3-铁芯保持架，4-外转子铁芯，5-感应线圈，6-第二转轴，7-离心支架，8-内转子铁芯，9-永磁体，10-集电环，11-电路选择开关，12-电机侧滤波器，13-电机侧功率开关器件，14-电网侧功率开关器件，15-电网侧滤波器，16-隔离开关， 17-主控制器，18-线圈电压感应器，19-电网相位检测器，20-电阻调速控制器，21-进风通道， 22-散热通道，23-出风孔，24-进风孔，25-轴电流绝缘垫，26-冷却壳，27-冷却管，28-低电压穿越电路器件，29-过渡轴承，30-引流板，31-第一选择开关，32-第二选择开关，33-轴流风机，7-1-套筒，7-2-筋板。

具体实施方式

下面对本实用新型做进一步的详细说明，其中所涉及感应线圈5、外转子铁芯4、内转子铁芯8的制作工艺为现有技术，与现有电机的生产方式相同，其中感应线圈5的与铁芯的绕法为现有技术，但是感应线圈之间的连接方式与现有技术不同，是本技术方案所要保护的内容之一，同时低电压穿越电路器件也属于现有技术，本技术方案不在做详细描述。

实施例1

本实施例提供的一种永磁调速电机及其控制方法，包括电机底座1，在所述电机底座1 上且沿其长度方向的两端分别通过轴承设有外转子组件、内转子组件，所述外转子组件包括第一转轴2，在所述第一转轴2上设有集电环10，在所述第一转轴2位于电机底座1内部的一端设有筒状的铁芯保持架3，在所述铁芯保持架3的中部设有外转子铁芯4以及与外转子铁芯4相配合的多组感应线圈5,所述感应线圈5的输出端与集电环10连接，且所述感应线圈5的组数为6组，所述集电环10的数量为6，3组不相邻的感应线圈5形成一个三相电位，共有2个三相电位；

所述内转子组件包括第二转轴6，在所述第二转轴6位于电机底座1内部的一端设有永磁转子组件，所述永磁转子组件包括与第二转轴6键连接的离心支架7,在所述离心支架7的圆周面上设有内转子铁芯8，在所述内转子铁芯8的外表面设有永磁体9，且所述永磁体9与外转子铁芯4的径向单边间隙为3mm，所述第二转轴6靠近第一转轴2的一端通过过渡轴承 29与第一转轴2连接；

当内转子组件与外转子组件产生转速差时，感应线圈5中产生感应电压，并通过集电环 10将所感应产生的电能输送到控制系统中并通过其转换成与电机供电线路相同电压、同频率和同相位的电能，然后供电机使用，且集电环中的碳刷采用快换式碳刷，方便更换和维护；

所述控制系统包括主电路和主控制电路，所述主电路包括与感应线圈5连通的电路选择开关11，所述电路选择开关11输出端依次串联有电机侧滤波器12、电机侧功率开关器件13、电网侧功率开关器件14、电网侧滤波器15、隔离开关16，所述隔离开关16与外部电网连通，在所述电机侧滤波器12与电机侧功率开关器件13之间还接入有低电压穿越电路器件28，当电路选择开关11位于第一工位时，2个三相电位并联后与电机侧滤波器12连接，如图6所示，当电路选择开关11位于第二工位时，2个三相电位串联后与电机侧滤波器12连接，图图7所示；

所述电路选择开关11由第一选择开关31和第二选择开关32组成，所述第一选择开关 31具有两个工位，所述第二选择开关32仅具有通断的功能，六组感应线圈5分别为X1、X2、 X3、X4、X5、X6，其中X1、X2、X3的一端全部接地，另一端分别与第二选择开关32串联后与外部电网连接，X4、X5、X6一端分别串联有第一选择开关31，另一端直接与外部电网连接，所述X1、X2、X3与X4、X5、X6一一对应，所述X4上的第一选择开关31的一个工位与接地端连接，另一个工位与X1的非接地端连接，所述X5上的第一选择开关31的一个工位与接地端连接，另一个工位与X2的非接地端连接，所述X6上的第一选择开关31的一个工位与接地端连接，另一个工位与X3的非接地端连接；所述X4、X5、X6上的第一选择开关31分别先与 X1、X2、X3并联后再与第二选择开关32串联，所述第一选择开关31和第二选择开关32均与主控制器17的输出端连接；

当电路选择开关11位于第一工位时，X4、X5、X6上的第一选择开关31均处于接地工位， X1、X2、X3上的第二选择开关32闭合；

当电路选择开关11位于第二工位时，X4、X5、X6上的第一选择开关31均处于非接地工位，X1、X2、X3上的第二选择开关32断开；

所述主控制电路包括主控制器17、与感应线圈5连接的线圈电压感应器18、与外部电网连接的电网相位检测器19，所述线圈电压感应器18、电网相位检测器19的反馈端与主控制器17连接，所述主控制器17的控制端分别与电路选择开关11、电机侧功率开关器件13、隔离开关16连接；

所述控制系统还包括辅助控制电路，所述辅助控制电路由电阻调速控制器20组成，所述电阻调速控制器20输入端分别与电路选择开关11输出端、主控制器17的控制端连接；

铁芯保持架3远离第一转轴2的一端通过轴承与第二转轴6连接，所述离心支架7沿其长度方向开设有贯穿的进风通道21，所述外转子铁芯4与内转子铁芯8均由硅钢片依次叠加而成，且所述外转子铁芯4与内转子铁芯8径向方向开设有散热通道22，且所述铁芯保持架 3的径向和轴向分别开设有出风孔23和进风孔24，在所述第一转轴2与第二转轴6的轴向均设有轴电流绝缘垫25；

所述离心支架7包括套设在第二转轴6上的套筒7-1，在所述套筒7-1圆周方向均匀设有多个筋板7-2，所述筋板7-2与套筒7-1径向方向的夹角为θ，所述θ为5°；

在所述电机底座1的上端设有冷却装置，所述冷却装置包括设置在电机底座1上端的冷却壳26，所述冷却壳26内部与电机底座1内部连通，在所述冷却壳26沿其长度方向设有冷却管27，在所述冷却壳26沿其长度方向一端设有轴流风机33，所述轴流风机33将外部的低温气体打入冷却管27中，从而与电机底座1内部的高温气体进行热交换，从而降低电机底座 1内部的温度，且所述冷却壳26内部还设有引导气体按“S”形流动的引流板30。

所述永磁调速电机的控制方法按以下步骤进行：

步骤1：通过主控制器17控制电路选择开关11，先将2个三相电位并联后与电机侧滤波器 12串联，然后将隔离开关16接通，通过外部电机与第二转轴6连接，从而驱动内转子组件与外部电机同步转动，然后通过控制电机侧功率开关器件13提高感应线圈5中的电流，从而使外转子组件与内转自组件之间的扭矩不断增加，最终使第一转轴2的转速不断提高，达到所需的转速为止；

步骤2：当感应线圈5的感应电压不断下降，当空载电压为U0，感应线圈5的感应电压下降到U0/N时，若第一转轴2的转速需要继续提速时，电路选择开关11将2个三相电位串联后再与电机侧滤波器12串联，然后主控制器17控制电机侧功率开关器件13不断提高感应线圈5中的电流，最终使外转子组件与内转子组件的扭矩继续增加直至第二转轴6的转速达到所需的转速；

若第一转轴2的转速需要降速时，感应线圈5的感应电压不断上升，感应线圈5的感应电压上升到U0/2时，第一转轴2的转速还未降低到所需的转速时，电路选择开关11将2个三相电位并联后再与电机侧滤波器12串联，然后主控制器17控制电机侧功率开关器件13不断降低感应线圈5中的电流，最终使外转子组件与内转子组件的扭矩继续减小直至第一转轴6的转速达到所需的转速；

步骤3：当主控制电路出现故障时，主控制器17通过电路选择开关11切换至接通电阻调速控制器20，并断开隔离开关16。

实施例2

本实施例公开一种永磁调速电机，本技术方案与实施例的技术方案相同，其中述感应线圈5的组数为12组，所述集电环10的数量为12，每三组感应线圈5形成一个三相电位，共有4个三相电位，且所述永磁体9与外转子铁芯4的径向单边间隙为4mm，所述θ为20°，其中电路选择开关11与实施例1中的技术方案相似，可以通过类比的方式直接获得；

所述永磁调速电机的控制方法按以下步骤进行：

步骤1：通过主控制器17控制电路选择开关11，先将4个三相电位并联后与电机侧滤波器 12串联，然后将隔离开关16接通，通过外部电机与第二转轴6连接，从而驱动内转子组件与外部电机同步转动，然后通过控制电机侧功率开关器件13提高感应线圈5中的电流，从而使外转子组件与内转自组件之间的扭矩不断增加，最终使第一转轴2的转速不断提高，达到所需的转速为止；

步骤2：当感应线圈5的感应电压不断下降，当空载电压为U0，感应线圈5的感应电压下降到U0/N时，若第一转轴2的转速需要继续提速时，电路选择开关11将N个三相电位串联后再与电机侧滤波器12串联，然后主控制器17控制电机侧功率开关器件13不断提高感应线圈5中的电流，最终使外转子组件与内转子组件的扭矩继续增加直至第二转轴6的转速达到所需的转速；

若第一转轴2的转速需要降速时，感应线圈5的感应电压不断上升，感应线圈5的感应电压上升到U0/N时，第一转轴2的转速还未降低到所需的转速时，电路选择开关11将N个三相电位并联后再与电机侧滤波器12串联，然后主控制器17控制电机侧功率开关器件13不断降低感应线圈5中的电流，最终使外转子组件与内转子组件的扭矩继续减小直至第一转轴6的转速达到所需的转速；

步骤3：当主控制电路出现故障时，主控制器17通过电路选择开关11切换至接通电阻调速控制器20，并断开隔离开关16。

实施例3

本实施例公开一种永磁调速电机，本技术方案与实施例的技术方案相同，其中述感应线圈5的组数为18组，所述集电环10的数量为18，每三组感应线圈5形成一个三相电位，共有6个三相电位，且所述永磁体9与外转子铁芯4的径向单边间隙为5mm，所述θ为30°，其中电路选择开关11与实施例1中的技术方案相似，可以通过类比的方式直接获得；

所述永磁调速电机的控制方法按以下步骤进行：

步骤1：通过主控制器17控制电路选择开关11，先将6个三相电位并联后与电机侧滤波器 12串联，然后将隔离开关16接通，通过外部电机与第二转轴6连接，从而驱动内转子组件与外部电机同步转动，然后通过控制电机侧功率开关器件13提高感应线圈5中的电流，从而使外转子组件与内转自组件之间的扭矩不断增加，最终使第一转轴2的转速不断提高，达到所需的转速为止；

步骤2：当感应线圈5的感应电压不断下降，当空载电压为U0，感应线圈5的感应电压下降到U0/N时，若第一转轴2的转速需要继续提速时，电路选择开关11将N个三相电位串联后再与电机侧滤波器12串联，然后主控制器17控制电机侧功率开关器件13不断提高感应线圈5中的电流，最终使外转子组件与内转子组件的扭矩继续增加直至第二转轴6的转速达到所需的转速；

若第一转轴2的转速需要降速时，感应线圈5的感应电压不断上升，感应线圈5的感应电压上升到U0/N时，第一转轴2的转速还未降低到所需的转速时，电路选择开关11将N个三相电位并联后再与电机侧滤波器12串联，然后主控制器17控制电机侧功率开关器件13不断降低感应线圈5中的电流，最终使外转子组件与内转子组件的扭矩继续减小直至第一转轴6的转速达到所需的转速；

步骤3：当主控制电路出现故障时，主控制器17通过电路选择开关11切换至接通电阻调速控制器20，并断开隔离开关16。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。