绕组式无刷耦合传动装置的制造方法
【专利摘要】一种绕组式无刷耦合传动装置，包括：壳体(60)，可转动地安装于所述壳体(60)上的第一轴(10)，同轴地相对于所述第一轴(10)可转动地安装于所述壳体(60)的第二轴(20)，由所述第二轴(20)上的第一绕组转子(31)和与所述第一轴(10)联动设置的永磁转子(30)及两者之间第一工作气隙(32)构成的第一电磁组件，以及由与所述第一绕组转子(31)同步转动设置的第二绕组转子(41)，以及固定设置于所述壳体(60)的内表面的绕组定子(40)及两者之间第二工作气隙(42)构成的第二电磁组件。所述第一绕组转子(31)与所述第二绕组转子(41)沿所述第二轴(20)的轴向上并列布置，且通过引线(50)连接。本实用新型解决了现有技术中存在的铜耗大、效率低下、发热严重以及运行稳定性差的问题。
【专利说明】
绕组式无刷耦合传动装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及磁耦合调速技术领域，具体涉及一种绕组式无刷耦合传动装置。
【背景技术】
[0002] 从传动的技术角度来看，大型旋转机械的调速运行中应用最为广泛的有:三相异 步电动机的变频调速技术和绕线转子电机的串级调速技术以及调速型液力耦合器传动技 术。其中，绕线转子电机的串级调速技术，因其调速运行效率低下而得不到广泛应用。
[0003] 中国专利文献CN101090221B公开了一种无刷双转子电机，其实质是一种滑差调速 器，可以实现无极调速，实质上是针对了美国麦格纳驱动公司涡流式永磁调速器(美国专利 N0.5477094)，解决了其涡流发热的问题，并且也提高了系统效率，但是中国专利文献 CN101090221B公开的一种无刷双转子电机的技术中，正如其专利中所述："具体结构位置由 里到外依次是输入轴、内转子铁心、内转子永磁磁钢、外转子铁心、外转子内绕组、外转子外 绕组、定子铁心、定子绕组、机壳"，这种结构决定了它的局限性，首先它是一个传递动力的 装置，这从其专利中所述"输入轴与发动机曲轴相连，输出轴与驱动桥相连"得到了验证，它 所传递转矩的大小是由其"径向式永磁磁路结构的内电机"产生的电磁转矩的大小来决定 的，我们知道，电磁转矩的定义为：当电枢绕组中有电流流过时，通电的电枢绕组在磁场中 将受到电磁力的作用，该电磁力与电机气隙半径之积称为电磁转矩。分析其结构可以看出： 当"径向式永磁磁路结构的内电机"的气隙确定后，其"外转子铁心"要安装"外转子内绕 组"，还要安装"外转子外绕组"，还要留出内、外绕组产生的磁场所需要的辄部路径，这路径 还不能小，以免辄部磁密过高导致发热厉害，同时内、外绕组磁场的辄部路径还要隔离开 以避免两磁场相互干扰，这一系列的处置措施都需要沿径向扩大结构尺寸，也就是说当需 要传递很大转矩时，专利文献CN101090221B中的外转子铁心需要做到非常大的直径，这就 带来了其转动惯量也非常大的问题，因为转动惯量的表达式为⑶ 2,式中G为重量，D为直径。 显然当G-样时，D越大，转动惯量就越大。转动惯量大在旋转机械中就带来了系统响应时间 长、响应速度慢的缺点。
[0004] 中国专利文献CN103219842A公开了一种双机械端口机电能量变换器，其"外转子 绕组为三相短路绕组，外转子绕组由外导条、内导条和端部连接部组成"，显然其外转子绕 组实际上就是电机里的一种双鼠笼转子，只不过其鼠笼条（内、外导条)在端部由"端部连接 部"短路连接，并且组成了多种短路方式，在其权利要求10里公开了一种"外转子和定子沿 轴向并列设置"，"外转子为永磁转子结构"，并且"每个绕组通槽内嵌放一个导条"，在其"具 体实施方式十"里指出了导条制造方式："既可以采用铝、铜等低电阻金属浇注形成，也可以 采用铝条、铜条等焊接而成"，只有绕组匝数为1的情况下才会采用这样的制造工艺。事实上 在电机学里，由导条组成的鼠笼绕组，其匝数均为1匝。那么在中国专利文献CN103219842A 公开的技术中，其外转子为1匝的鼠笼绕组转子就带来一个问题，工作时其电流就特别大， 这时因为：当磁通量和旋转速度一定时，匝数为1的绕组，其感应电动势为最小值，我们知道 功率一定，感应电动势为最小值时则其感应电流就为最大值。外转子的工作电流太大，就意 味着其铜耗也大、效率低下、发热严重，特别是大功率传送时还要更多地考虑散热问题，这 就导致结构复杂、成本升高不利于推广应用。
[0005] 此外，中国专利文献CN103219842A的实施方式十公开的技术中，由于连接外转子 的外转轴仅在一端具有支承，另一端为悬空状态，这导致其加工精度要求高，而且在使用中 存在运行稳定性差的问题。 【实用新型内容】
[0006] 为此，本实用新型所要解决的首要技术问题是：现有技术存在的铜耗大、效率低 下、发热严重的问题。而本实用新型解决的进一步的技术问题是现有技术运行稳定性差的 问题。从而提供一种结构简单成本低，可靠性高的绕组式无刷耦合传动装置。
[0007] 本实用新型采用技术方案如下：
[0008] -种绕组式无刷耦合传动装置，包括：
[0009] 壳体；
[0010] 第一轴，可转动地安装于所述壳体上；
[0011] 第二轴，可转动地安装于所述壳体相对于所述第一轴的另一侧，所述第二轴与所 述第一轴同轴设置且都能独立旋转；
[0012] 第一电磁组件，设置于所述第一轴与所述第二轴之间，包括设于所述第二轴上的 第一绕组转子和与所述第一绕组转子对应设置、且与所述第一轴联动设置的永磁转子，所 述永磁转子与所述第一绕组转子之间留有第一工作气隙；
[0013] 第二电磁组件，设置于所述第二轴与所述壳体之间，包括与所述第一绕组转子同 步转动设置的第二绕组转子，以及固定设置于所述壳体的内表面、且与所述第二绕组转子 对应设置的绕组定子，所述第二绕组转子与所述绕组定子之间留有第二工作气隙；
[0014]所述第一绕组转子与所述第二绕组转子沿所述第二轴的轴向上并列布置；
[0015] 所述第一绕组转子与所述第二绕组转子通过引线连接。
[0016] 优选地，所述第一绕组转子和所述第二绕组转子以及所述绕组定子的线圈匝数均 大于1匝。
[0017] 优选地，在所述引线间加入内置遥控开关或者控制回路，通过无线遥控技术实施 控制。
[0018] 优选地，所述绕组定子电连接的变流装置，所述变流装置能对所述绕组定子的电 流进行调制，以实现对所述永磁转子与所述第一绕组转子之间电磁转矩的调节。
[0019 ]优选地，所述变流装置为可调电阻。
[0020]或可优选地，所述变流装置包括引入到所述绕组定子上、与所述绕组定子同相或 反相串接的可控交流附加电动势的装置，所述可控交流附加电动势与所述绕组定子的电动 势具有相同的频率或在允许的频率误差范围内相近的频率，通过改变所述可控交流附加电 动势以改变所述绕组定子的电流。
[0021 ]进一步优选地，所述变流装置还包括能够四象限运行的变频器。
[0022]优选地，还包括用于支撑所述第一电磁组件上的所述第一绕组转子或所述永磁转 子之一的支撑结构，所述支撑结构对应于所安装的所述永磁转子或所述第一绕组转子，其 一端与相应的所述第一轴或所述第二轴固定连接，其另一端通过支撑轴承与所述第一轴或 所述第二轴转动连接;固设于所述第二轴上的所述第一绕组转子与所述第二绕组转子分别 位于所述支撑结构的两侧，且穿过与所述第二轴固连部分。
[0023] 优选地，所述第一电磁组件及所述第二电磁组件呈筒式结构，内部磁场方向为径 向。
[0024] 优选地，所述支撑轴承的径向尺度小于所述永磁转子或所述第一绕组转子安装部 位的径向尺度，且径向上靠近所述第一轴或所述第二轴。
[0025]还可以，所述第一电磁组件及所述第二电磁组件呈盘式结构设置，且内部磁场方 向为轴向。
[0026] 本实用新型技术方案，具有如下优点：
[0027] 1.本实用新型提供的绕组式无刷耦合传动装置由于采用第一绕组转子与第二绕 组转子沿所述第二轴的轴向上并列布置，且通过引线连接的结构，在减小径向尺度，进而避 免因转动惯量大，导致系统响应时间长、响应速度慢的的问题。同时，中国专利文献 CN103219842A公开的一种双机械端口机电能量变换器，其外转子为1匝的鼠笼绕组转子，感 应电动势太低，工作电流太大，导致其铜耗大、效率低、发热严重，特别是大功率时尤为明 显，这道理和大功率电机一定要设计成高压电机、远距离输送电一定要设计成高压输送电 同出一辙。而本实用新型提供的绕组式无刷永磁耦合传动装置所述的第一绕组转子和第 二绕组转子的匝数可以根据感应电动势的需要设置成任意多匝，从而控制感应电流的大小 降低铜耗，提高了效率。
[0028] 2.特别是对于中国专利文献CN103219842A公开的一种双机械端口机电能量变换 器，其内转子为一长转子，与外永磁转子和定子同时耦合，这样就无法切断与外永磁转子耦 合时产生的感应电流，而本实用新型提供的绕组式无刷耦合传动装置因为第一绕组转子与 第二绕组转子通过引线连接，可以在引线间加入内置开关或者其它电子元器件，用无线遥 控技术加以控制，例如：当第一轴作为输入轴时将第一绕组转子内的线圈断开，其线圈内就 只有感应电动势而没有感应电流，就不会产生电磁转矩，则本实用新型的传动装置就不会 传递转矩，装置就处于离合器的分离状态，而此时如果将第二绕组转子的线圈短路，通过变 流装置给定子绕组供电，本实用新型的传动装置就又成了类似电动机的动力源。
[0029] 3.本实用新型提供的绕组式无刷耦合传动装置，还包括控制机构，所述控制机构 包括具有与绕组定子电连接的变流装置，所述变流装置的定义为:能对所述绕组定子的电 流进行调制的装置，以实现对永磁转子与第一绕组转子之间的电磁转矩进行调节，从而实 现对本实用新型传动装置的调速运行;本实用新型的变流装置结构简单、可靠性高且成本 低。
[0030] 4.本实用新型提供的绕组式无刷耦合传动装置，其变流装置包括引入到所述绕组 定子上、与所述绕组定子同相或反相串接的可控交流附加电动势的装置，所述可控交流附 加电动势与所述绕组定子的电动势具有相同的频率或在允许的频率误差范围内相近的频 率，通过改变所述可控交流附加电动势以改变所述绕组定子的电流，可控交流附加电动势 的引入必然在绕组回路中形成功率传送，这种功率传送是双向的，亦即：可以是转差功率传 输到外电路中，也可以是从外电路中吸收功率。这种调速方式从功率传送的角度看，可以看 成采用控制转差功率的大小和流向来实现对输出转速的调节。因此，本实用新型的变流装 置可简单采用目前市场上已有的双向变频器来作调速控制，双向变频器相对于现有技术中 采用的变流装置，结构更简单，工作更可靠，成本也更低。
[0031] 5.本实用新型提供的绕组式无刷耦合传动装置，当系统只需两种转速运行时，只 要将第二绕组转子的磁动势转速(即第二同步速)相等于输出转速，则可使得转差功率为〇， 也就是无需双向馈电，则控制机构的变流装置更加简单，这一点在大型风机、水栗类负载调 速运行中意义特别重大，因为很多大型风机、水栗类负载只需要高速或低速运行，以达到节 能降耗的目的。
[0032] 6.用于支撑所述第一电磁组件上的所述第一绕组转子或所述永磁转子之一的支 撑结构，使得第一轴与第二轴之间设置第一电磁组件的部分连接更加稳定，保证了使用中 运行的稳定性。
【附图说明】
[0033] 为了更清楚地说明本实用新型【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对
【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
[0034] 图1为本实用新型的第一种实施方式中提供的绕组式无刷耦合传动装置的结构示 意图；
[0035] 图2为本实用新型的第二种实施方式中提供的绕组式无刷耦合传动装置的内永磁 转子的结构示意图；
[0036] 图3为本实用新型的第三种实施方式中提供的绕组式无刷耦合传动装置的内部磁 场方向为轴向的盘式结构示意图；
[0037] 图4为本实用新型的绕组式无刷耦合传动装置中绕组定子外接可控交流附加电动 势的原理示意图。
[0038] 图5为本实用新型的绕组式无刷耦合传动装置中绕组定子外接可调电阻的原理示 意图。
[0039] 附图标记说明：
[0040] 10-第一轴；20-第二轴；30-永磁转子;301-永磁体;302-辄体;31-第一绕组转子； 311-第一铁芯;312-第一线圈；32-第一工作气隙;40-绕组定子;401-第三铁芯;402-第三线 圈；403-可调电阻；41-第二绕组转子；411-第二铁芯；412-第二线圈；42-第二工作气隙； 50-引线;60-壳体;70-变流装置;80-支撑结构。
【具体实施方式】
[0041] 以下，结合附图对本实用新型的绕绕组式无刷耦合传动装置结构进行详细说明。
[0042] 为了有利于理解本实用新型结构所能带来的有益效果，首先对本实用新型的工作 原理进行详细阐述：
[0043] 在永磁调速器技术中，永磁转子与导体转子之间必然存在转速差，即输入转速nl 始终大于输出转速n，则转差率s为：
[0044] s = (nl_n)/nl
[0045] 将上式变换如下：
[0046] n = m( 1-s)
[0047] 转差调速就存在转差功率的损耗，忽略机械损耗和杂散损耗，转差率与输入功率 的关系如公式①：
[0048] Pm=SPm+(l-s)Pm.....................①
[0049] 式中:Pm为输入功率sPm为转差功率(l-s)Pm为输出功率。
[0050] 如图1所示，以第一轴10作为动力的输入轴，第二轴20作为输出轴为例：第一轴10 带动永磁转子30以转速nl输入转速旋转，第一绕组转子31的绕圈切割磁力线，则永磁转子 30和第一绕组转子31间产生电磁转矩，带动第一绕组转子31和第二轴20以转速n(输出转 速)旋转，显然n <n 1，由前面分析的公式①可知第二轴20的输出功率为：（1 -s)Pm，同时，永 磁转子30和第一绕组转子31间产生了转差功率，为sPm，第一绕组转子31与第二绕组转子41 是以引线50连接，相当于第一绕组转子31为第二绕组转子41供电，供电的功率为sPm，则第 二绕组转子41与绕组定子40间构成了一个异步电动机，可以把绕组定子40看作是一个异步 电动机的绕线转子，只要保证第二绕组转子41的相序与第一绕组转子31的相序相反，则第 二绕组转子41与绕组定子40构成的电动机产生的转矩，可以辅助增加第二轴20的输出转 矩。
[00511以第二轴20作为动力的输入轴，第一轴10作为输出轴为例：第二轴20带动第一绕 组转子31和第二绕组转子41以转速nl旋转，第一绕组转子31的绕圈切割磁力线，则永磁转 子30和第一绕组转子31之间产生电磁转矩，带动永磁转子30和第一轴10以转速n旋转，且n <nl，其工作原理与第一轴10作为动力的输入轴相同，在此不再赘述。
[0052]绕组定子40外接变流装置70,可对本实用新型传动装置进行调速运行。下面对本 实用新型的调速原理作详细阐述：
[0053]永磁转子30和第一绕组转子31之间传递转矩的大小除了取决于气隙磁密（由永磁 转子30提供）的大小之外，还取决于第一绕组转子31电流的大小，如果能控制其电流的大 小，就可以达到调速的目的，由于第一绕组转子31与第二绕组转子41是通过引线50连接的， 所以两转子的电流大小是一样的，下面的分析中为方便起见统一定义为电流II，不再区分 第一绕组转子31和第二绕组转子41的电流。
[0054] 第二绕组转子41与绕组定子40-同构成了一个异步电动机，第二绕组转子41可看 作是异步电动机的定子，绕组定子40可以看作是一个异步电动机的绕线转子，根据电机学 理论则绕组定子40上面的电流Ir为：
[0056] 式中:ErO为开路时绕组转子电动势，s为转差率，Rr为绕组电阻，XrO为绕组电抗。 [0057] 一种简单改变Ir大小方法是在绕组定子40外接可调电阻，如图4所示。
[0058]另一个改变Ir大小的办法就是绕组定子40通过变流装置70引入一个附加的电动 势Eadd，如图3所示，该引入可控交流附加电动势与绕组定子40的电动势具有相同的频率， 所述可控交流附加电动势与绕组定子40同相或反相串接，当引入附加交流电动势时绕组定 子40上绕组电流为：
[0060] 可以看出，改变引入附加交流电动势Eadd就可以很容易地改变绕组定子40电流Ir 的大小。
[0061] 由异步电动机理论可知，其定子（即第二绕组转子41)旋转磁动势F1和转子（即绕 组定子40)旋转磁动势F2在空间上是相对静止的，它们叠加成励磁磁动势F0,如下：
[0062] F1+F2=F0 [0063] 上式可以改写为：
[0064] Fl=F0+(-F2)=F0+FlL..................②
[0065] 式中:F1L为定子旋转磁动势的负载分量。
[0066] F1L = -F2.................................③
[0067]式②说明，在异步电动机的气隙中，全部磁动势由定子(第二绕组转子41)电流11 产生，F1的一个分量 励磁分量F0用以产生旋转磁场，另一个分量 负载分量F1L用以平 衡转子磁动势F2。
[0068] 式③用同相位的电流来表示，可以改写如下：
[0069] i:l.L=-ir/ki
[0070] 式中： il:L为定子(第二绕组转子41)电流II的有功分量，ir为转子(绕组定子40) 绕组电流。ki为异步电动机的电流变比，定义为：
[0072] 式中：ml和m2分别为定子(第二绕组转子41)相数和转子相数，且相等;N1和kNl分 别为定子(第二绕组转子41)绕组的匝数和绕组系数，N2和kN2分别为转子(绕组定子40)绕 组的匝数和绕组系数。
[0073] 由式②的磁动势平衡方程式可得出则定、转子绕组相电流平衡方程式如下：
[0074] ii=l〇+ilL =i〇+(-ir/ ki) .?…④
[0075]从式④可以看出，改变转子绕组(绕组定子40)电流Ir即可改变电流II，随着电流 11的变小，输出转矩也相应减小，由于负载转矩未变，输出转速n必然下降，因而s增大，电流 II会随之变大（电流增大也可以理解为转差功率sPm变大，第二绕组转子41与绕组定子40构 成的异步电动机产生的辅助转矩增加了），转子绕组电动势Er=sErO随之增大，电流Ir也逐 渐增大，直到转差率s2>sl时，电流II恢复到负载所需值，系统便进入一种新的转速稳定状 〇
[0076]从以上的分析可以得出的结论是：
[0077] 绕组定子40通过外接可调电阻或通过变流装置70引入一个附加的电动势Eadd，即 可对本实用新型装置进行调速运行。
[0078]可控附加电动势的引入必然在绕组回路中形成功率传送，这种功率传送是双向 的，亦即：可以是转差功率传输到外电路中去，也可以是从外电路中吸收功率。这种调速方 式从功率传送的角度来看，可以认为是用控制转差功率的大小和流向来实现对输出转速的 调节。
[0079] 因此，从这个角度来看，外接的变流装置70可简单地采用市场上已有的双向变频 器来作调速控制，为确定外接变频器容量的大小，下面进一步地对转差功率的大小作详细 分析，而且显然，从上面分析可知，永磁转子30和第一绕组转子31之间的转差功率已被利 用，所要分析的转差功率是第二绕组转子41和绕组定子40之间产生的，作为输入轴不同分 两种情况分析如下：
[0080] 一、假定以第一轴10作为输入轴：
[0081 ]设输入转速为nl (假设其恒定，定义为第一同步速），输出转速为n，永磁转子30与 第一绕组转子31的耦合副的极对数为P1，其转差率si为：
[0082] si=(nl-n)/nl
[0083] 则第一绕组转子(31)和第二绕组转子(41)内的电频率fl为：
[0084] fl = (nl-n)Pl/60
[0085]设第二绕组转子41与绕组定子40的耦合副的极对数为P2,第一绕组转子31和第二 绕组转子41的转速相等，其转频为：
[0086] f2 = nP2/60
[0087]同时，第二绕组转子41磁动势转速(第二同步速)为：
[0088] n，=60fl/P2
[0089]已知实际输出转速为n，则其转差ns为：
[0090] ns = n，-n = 60fl/P2-60f2/P2 = 60(fl-f2)/P2
[0091] 由此得出绕组定子40的频率f3 = fl-f2
[0092] 第二绕组转子41与绕组定子40间的转差率s2为：
[0094]从上式中可以看出，当转速在nl-n之间调整时，只要将第二同步速设计成:n' = n，使
显然当以输出转速n运行时s2 = 0，则此时转差功率s2Pm为0。因此：
[0095」1、当n>n'时，从电网往本实用新型传动装置里馈电；
[0096] 2、当n<n'时，从本实用新型传动装置往电网馈电；
[0097] 显然，双向的馈电功率Ps如下：
[0099]二、假定以第二轴20作为输入轴。
[0100]仍然设输入转速为nl (假设其恒定，且定义为第一同步速），输出转速为n，永磁转 子30与第一绕组转子31的耦合副的极对数为P1，其转差率si为：
[0101] si= (ni-n)/m
[0102]则第一绕组转子31和第二绕组转子41内的电频率fl为：
[0103] fi= (m-n)Pi/60
[0104] 设第二绕组转子41与绕组定子40的耦合副的极对数为P2,第一绕组转子31和第二 绕组转子41的转速相等，其转频为：
[0105] f2 = mP2/60
[0106]同时，第二绕组转子41磁动势转速(第二同步速)为：
[0107] n'=6〇f1/P2
[0108]已知实际输入转速为nl，贝lj其转差ns为：
[0109] ns = n，-ni = 60fi/P2-60f2/P2 = 60(fi-f2)/P2
[0110] 由此得出绕组定子40的电频率f3 = fl-f2
[0111]第二绕组转子41与绕组定子40间的转差率s2为：
[0113]从上式中可以看出，当转速在nl-n之间调整时，只要将第二同步速设计成:n' = n，使
显然当以输出转速n运行时s2 = 0，则此时转差功率s2Pm为0。因此：
[0114] 1、当n>n'时，从电网往本实用新型传动装置馈电；
[0115] 2、当n<n'时，从本实用新型传动装置往电网馈电；
[0116] 显然，双向的馈电功率Ps如下：
[0118] 因此，与三相异步电动机的变频调速技术相比，本实用新型传动装置所需变频器 的容量更小，只笮
[0119] 当系统只需两种转速m和n运行时，只要将第二同步速n'设计成n'=n，从以上分 析可知，其转差功率为〇,也就是无需双向馈电，则控制部分的变流装置70更加简单，这一点 在大型风机、水栗类负载调速运行中意义特别重大，因为很多大型风机、水栗类负载只需要 高速或低速运行，以达到节能降耗的目的。
[0120] 以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细描述：
[0121] 第一实施方式
[0122] 图1为本实施方式提供的绕组式无刷耦合传动装置的结构示意图。所述绕组式无 刷耦合传动装置包括:壳体60、第一轴10、第二轴20、第一电磁组件和第二电磁组件。其中：
[0123] 第一轴10可转动地安装于所述壳体60上。
[0124] 第二轴20可转动地安装于所述壳体60相对于所述第一轴10的另一侧，所述第二轴 20与所述第一轴10同轴设置且都能独立旋转。
[0125] 在本实施方式中，第一轴10作为动力输入轴，第二轴20作为输出轴，但需要说明的 是，本实用新型并不限于第一轴作为输入轴，第二轴作为输出轴，在其他实施方式中，第二 轴还可以为动力输入轴，第一轴为输出轴。
[0126] 第一电磁组件包括设于所述第一轴10上的永磁转子30和与所述永磁转子30对应 设置、且与所述第二轴20联动设置的第一绕组转子31，所述永磁转子30与所述第一绕组转 子31之间留有第一工作气隙32。所述永磁转子30由永磁体301和固定永磁体301的辄体302 构成。第一绕组转子31由硅钢片叠压的第一铁芯311和缠绕于所述第一铁芯311的第一线圈 312构成。
[0127] 第二电磁组件包括与所述第一绕组转子31同步转动的第二绕组转子41，以及固设 于所述壳体60的内表面、且与所述第二绕组转子41对应设置的绕组定子40,所述第二绕组 转子41与所述绕组定子40之间留有第二工作气隙42;所述第一绕组转子31与所述第二绕组 转子41通过引线50连接。第二绕组转子41由硅钢片叠压的第二铁芯411和缠绕于所述第二 铁芯411上的第二线圈412构成。绕组定子40由硅钢片叠压的第三铁芯401和缠绕于所述第 三铁芯401的第三线圈402构成。
[0128] 通过以上设置，永磁转子30与第一绕组转子31间存在转差功率，通过将第一绕组 转子31与第二绕组转子41通过引线50连接，相当于第一绕组转子31为第二绕组转子41供 电，供电的功率即为转差功率，这时第二绕组转子41与绕组定子40-同构成了一个电动机， 绕组定子40可以看作是该电动机的绕线转子，使得第二绕组转子41与绕组定子40构成的电 动机产生的辅助转矩增加输出轴的输出转矩。也就是说，本实用新型的绕组式无刷耦合传 动装置能够将输入轴与输出轴之间因存在转速差而产生的转差功率充分收集，并利用其驱 动输入轴或输出轴转动，从而使输入轴的输入功率，在忽略机械损耗和杂散损耗的情况下， 能够全部转化为输出轴的输出功率，并且使输出轴的输出功率大小与输入轴的输入功率大 小相当，实现恒功率运行;另外，重要的是，本实用新型的绕组式无刷耦合传动装置，结构简 单，成本低，利于广泛推广应用。
[0129] 进一步地，为了实现本实施方式绕组式无刷耦合传动装置的调速运行，所述传动 装置还包括控制机构，所述控制机构具有与所述绕组定子40电连接的变流装置70,所述变 流装置70定义为：能对所述绕组定子40的电流进行调制的装置，以实现对所述永磁转子30 与所述第一绕组转子31之间电磁转矩的调节。变流装置70结构简单、可靠性高且成本低。 [0130]所述变流装置70包括引入到所述绕组定子40上、与所述绕组定子40同相或反相串 接的可控交流附加电动势，所述可控交流附加电动势与所述绕组定子40的电动势具有相同 的频率，通过改变所述可控交流附加电动势以改变所述绕组定子40的电流。具体地，在本实 施方式中所述变流装置70为双向变频器。
[0131]进一步具体地，本实施方式提供的传动装置，其功率Pm = 75kW，极对数P1 = 8，第一 轴10作为输入轴，第一同步转速nl = 1500rpm.三相绕组Y形接法，第二耦合副极对数P2 = 2， 第二同步速n' =1200rpm.。
[0132] 贝 lj:sl = (n 卜 n)/nl = (1500-1200)/1500 = 0.2
[0133] f 1 = (nl-n)Pl/60 = 300 X 8/60 = 40Hz
[0134] f 2 = nP2/60 = 1200 X 2/60 = 40Hz
[0135] 显然 s2 = (fl-f2)/n=0
[0136] 假设调速范围为60%，即从1500rpm.-900rpm.。
[0137] n = 900rpm.
[0138] 贝 lj: si = (nl_n)/nl =0 ? 6
[0139] fl = (nl-n)Pl/60 = 80Hz
[0140] f2 = nP2/60 = 30Hz
[0141] s2 = (fl-f2)/fl=0.625
[0142] 转差功率：
[0144] 即：只须配略大于33.75kW的双向变频器即可，占总功率的45%。
[0145] 假设是用在风机、水栗类负载，由于该类负载功率与转速是三次方的关系，所以， 运行在n = 900rOT.时，其功率为：
[0147] 则转差功率：
[0148] Ps = (0.6-900 X 2/1500 X8) X 16.2 = 7.29kff
[0149] 即：用在风机、水栗类负载上，调速运行时只须配略大于7.29kW的变频器即可，只 占总功率的9.72%。
[0150] 第二实施方式
[0151] 作为第一实施方式的一种可替换实施方式，如图2所示，本实施方式方法提供的绕 组式无刷耦合传动装置，其与第一实施方式的区别在于：
[0152] 本实施方式的永磁转子30为一种内转子，而第一绕组转子31为外转子，第一电磁 组件包括设于所述第一轴10上的永磁转子30和与所述永磁转子30对应设置、且与所述第二 轴20联动设置的第一绕组转子31，所述永磁转子30与所述第一绕组转子31之间留有第一工 作气隙32。所述永磁转子30由永磁体301和固定永磁体301的辄体302构成。第一绕组转子31 由硅钢片叠压的第一铁芯311和缠绕于所述第一铁芯311的第一线圈312构成。第二电磁组 件与第一实施方式相同。
[0153] 第三实施方式
[0154] 作为第一实施方式的一种可替换实施方式，如图1和图5所示，本实施方式提供的 绕组式无刷耦合传动装置，其与第一实施方式的区别在于：
[0155] 本实施方式的传动装置的变流装置包括外接绕组定子40以改变电阻值的可调电 阻 403。
[0156] 第四实施方式
[0157] 作为第一实施方式的一种可替换实施方式，如图3所示，本实施方式提供的绕组式 无刷耦合传动装置，其与第一实施方式的区别在于：
[0158]本实施方式传动装置整体呈盘式结构，其支撑结构80为垂直于所述第二轴20。
[0159] 第五实施方式
[0160] 作为第一实施方式的一种可替换实施方式，如图3和图5所示，本实施方式提供的 绕组式无刷耦合传动装置，其与第一实施方式的区别在于：
[0161] 本实施方式的传动装置的变流装置包括外接绕组定子40以改变电阻值的可调电 阻。本实施方式传动装置整体呈盘式结构，其支撑结构80为垂直于所述第二轴20、且与所述 第二轴20-体成型的盘体。
[0162]显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于 所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变 动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变 动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
【主权项】
1. 一种绕组式无刷耦合传动装置，包括： 壳体(60); 第一轴（10 )，可转动地安装于所述壳体(60)上； 第二轴（20)，可转动地安装于所述壳体(60)相对于所述第一轴（10)的另一侧，所述第 二轴(20)与所述第一轴(10)同轴设置且都能独立旋转； 第一电磁组件，设置于所述第一轴（10)与所述第二轴（20)之间，由设于所述第二轴 (20)上的第一绕组转子(31)和与所述第一绕组转子(31)对应设置、且与所述第一轴（10)联 动设置的永磁转子(30)构成，所述永磁转子(30)与所述第一绕组转子(31)之间留有第一工 作气隙(32); 第二电磁组件，设置于所述第二轴（20)与所述壳体(60)之间，由与所述第一绕组转子 (31)同步转动设置的第二绕组转子(41)，以及固定设置于所述壳体(60)的内表面、且与所 述第二绕组转子(41)对应设置的绕组定子(40)构成，所述第二绕组转子(41)与所述绕组定 子(40)之间留有第二工作气隙(42); 其特征在于： 所述第一绕组转子(31)与所述第二绕组转子(41)沿所述第二轴（20)的轴向上并列布 置，且通过引线(50)连接。2. 根据权利要求1所述的绕组式无刷耦合传动装置，其特征在于，所述第一绕组转子 (31)和所述第二绕组转子(41)以及所述绕组定子(40)的线圈匝数均大于1匝。3. 根据权利要求1或2所述的绕组式无刷耦合传动装置，其特征在于，在所述引线（50) 间加入内置遥控开关或者控制回路，通过无线遥控技术实施控制。4. 根据权利要求1-3任一项所述的绕组式无刷耦合传动装置，其特征在于，所述绕组定 子(40)连接的变流装置(70)，所述变流装置(70)能对所述绕组定子(40)的电流进行调制， 以实现对所述永磁转子(30)与所述第一绕组转子(31)之间电磁转矩的调节。5. 根据权利要求4所述的绕组式无刷耦合传动装置，其特征在于，所述变流装置(70)为 可调电阻(403)。6. 根据权利要求4所述的绕组式无刷耦合传动装置，其特征在于，所述变流装置(70)包 括引入到所述绕组定子(40)上、与所述绕组定子(40)同相或反相串接的可控交流附加电动 势的装置，所述可控交流附加电动势与所述绕组定子(40)的电动势具有相同的频率或在允 许的频率误差范围内相近的频率，通过改变所述可控交流附加电动势以改变所述绕组定子 (40)的电流。7. 根据权利要求6所述的绕组式无刷耦合传动装置，其特征在于，所述变流装置(70)还 包括能够四象限运行的变频器。8. 根据权利要求1-3中任一项所述的绕组式无刷耦合传动装置，其特征在于，还包括用 于支撑所述第一电磁组件上的所述第一绕组转子(31)或所述永磁转子(30)之一的支撑结 构(80)，所述支撑结构(80)对应于所安装的所述永磁转子(30)或所述第一绕组转子(31)， 其一端与相应的所述第一轴（10)或所述第二轴(20)固定连接，其另一端通过支撑轴承与所 述第一轴（10)或所述第二轴(20)转动连接;固设于所述第二轴(20)上的所述第一绕组转子 (31)与所述第二绕组转子(41)分别位于所述支撑结构(80)的两侧，且穿过与所述第二轴 (20)固连部分。9. 根据权利要求8所述的绕组式无刷耦合传动装置，其特征在于，所述第一电磁组件及 所述第二电磁组件呈筒式结构，内部磁场方向为径向。10. 根据权利要求9所述的绕组式无刷耦合传动装置，其特征在于，所述支撑轴承的径 向尺度小于所述永磁转子(30)或所述第一绕组转子(31)安装部位的径向尺度，且径向上靠 近所述第一轴(10)或所述第二轴(20)。11. 根据权利要求8所述的绕组式无刷耦合传动装置，其特征在于，所述第一电磁组件 及所述第二电磁组件呈盘式结构设置，且内部磁场方向为轴向。
【文档编号】H02K17/34GK205595980SQ201521137499
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2015年12月31日
【发明人】漆复兴, 徐俊峰
【申请人】江苏磁谷科技股份有限公司