CN101626185A - 一种永磁同步电动机 - Google Patents

Abstract

本发公开了一种永磁同步电动机，其由定子和转子两大部件组成，定子部件由机壳、定子铁芯、电枢绕组组成，转子轴为空心轴，在该空心轴内部为两头相贯通的内通风孔，在转子轴上沿该转子轴径向设置有与空心轴内通风孔相连通的外通风孔，在隔磁套上沿径向设置有隔磁套通风孔，在磁极上沿径向设置有磁极通风孔，隔磁套通风孔和磁极通风孔与内通风孔相连通，三者形成轴向与径向交叉的辐射式散热结构。与现有技术相比，本发明很好的控制了电机在运行时的温升，降低了钕铁硼永磁体退磁的危险，同时，减少涡流发热，延长了电机正常工作的寿命。

Description

一种永磁同步电动机

技术领域

本发明涉及电机制造领域中一种永磁同步电动机的研究制造。

背景技术

稀土永磁同步电动机具有体积小、重量轻、效率高等特点，在国民经济各领域中具有广泛的用途。但在实际使用中，经过一段时间使用后，其性能会显著下降，甚至不能正常工作。究其原因，是其转子温升过高，使转子中所用钕铁硼永磁体造成失磁所至。钕铁硼永磁材料的电阻率为1.44×10^-6Ω.m，具有一定的导电性，其在交变磁场中会产生涡流损耗，从而产生热量。而钕铁硼的导热率为7.7cal/m.h.℃，传热性差，加上钕铁硼磁钢容易氧化、生锈，使磁钢上的热量更难以向外传导，加剧了转子的温升。过高的转子温升，会造成钕铁硼永磁体退磁的危险，影响电机正常工作的寿命。

目前，对解决稀土永磁同步电动机转子温升，确保钕铁硼永磁体不退磁的途径主要有：

申请(专利)号：200610041946.8，一种稀土永磁同步电动机。其将电极转子中整段的永磁体14按径向分为若干个小段，或按切向分为若干层，段与段之间、层与层之间通过绝缘的粘接剂贴合，从而减少由于钕铁硼永磁体14的导电性而在交变磁场中产生的涡流损耗。从增强转子永磁体间的绝缘，减少涡流发热解决问题；

申请(专利)号：03258885.2，带有通风槽的稀土永磁同步电动机。其在磁钢和隔磁套之间设有轴向通风槽，转子表面设有螺旋通风槽。从改进转子通风结构，加强通风冷却降温解决问题；

申请(专利)号：00226188.X，稀土永磁同步电动机。其从改变定转子铁芯和磁钢槽结构，采用高导磁、低损耗硅钢片和高磁能积、高矫顽力钕铁硼材料。从定转子结构改变和选用优质材料上解决空载损耗，降低温升解决问题。

上述三种方法，分别从某一个方面来解决转子温升问题，虽然取得了一定效果，但没有从根本上彻底解决问题，因转子温升过高，造成钕铁硼永磁体失磁，影响永磁同步电动机使用寿命的可能性依然存在。

发明内容

为从根本上解决永磁同步电动机使用中转子温升过高问题，确保其使用寿命，本发明提供一种永磁同步电动机，其从转子采用新的外循环通风冷却结构，增强转子通风冷却降温效果；增强永磁体绝缘层，减少涡流发热，提高电动机的使用寿命。

作为本发明的进一步改进，采用分体式磁极，以及选用优质钕铁硼永磁体材料，增强导磁率。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种永磁同步电机，其由定子和转子两大部件组成，所述的定子部件由机壳、定子铁芯、电枢绕组组成，所述的转子部件包括转子轴、隔磁套、磁极、永磁体以及绝缘衬垫，所述的隔磁套、磁极依次设置在空心轴的外部，所述的永磁体设置在两相邻磁极之间，在永磁体的两端设置所述的绝缘衬垫，所述的转子轴为空心轴，在该空心轴内部为两头相贯通的内通风孔，在所述的转子轴上沿该转子轴径向设置有与空心轴内通风孔相连通的外通风孔，在所述的隔磁套上沿径向设置有隔磁套通风孔，在所述的磁极上沿径向设置有磁极通风孔，所述的隔磁套通风孔和磁极通风孔与所述的内通风孔相连通，三者形成轴向与径向交叉的辐射式散热结构。

在所述永磁体外侧绝缘衬垫上设置有用于径向压紧的铜制楔条，在轴向两端设置有用于压紧的绝缘挡板，在该绝缘挡板的外侧设置有端环，在所述的磁极的外周面上设置有一环形狭槽，在该狭槽内设置有铜片，所述的铜片、铜质楔条、以及端环联接固定后共同构成转子启动笼。

所述的磁极为由多块磁极构成的分体式磁极，每块分体式磁极的中部采用通孔螺栓与所述的隔磁套固定，在两端采用其横截面形状呈“8”字形的八字销与所述的隔磁套固定。

在所述隔磁套上开设有与所述的空芯轴径向内通风孔相连通的多条环形槽；在每条环形槽内开设有所述的隔磁套通风孔。

所述永磁体，其由磁性能良好，导热率大的优质稀土钕铁硼永磁材料制成，每个磁极由多块组成，其横截面形状呈扇形。所述铜质楔条，其宽度大于永磁体横截面宽度，其长度大于分体式磁极的轴向长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的转子部件的转子轴采用空心结构，同时在转子轴的径向上开设有径向外通风孔，该径向外通风孔与轴向内通风孔导通，同时在转子部件的隔磁套以及磁极上均开设有与转子轴外通风孔相导通的隔磁套通风孔以及磁极通风孔，所以，在转子部件上形成了轴向与径向交叉的并以转子轴为中心的向外辐射的散热结构，从而很好的控制了电机在运行时的温升，降低了钕铁硼永磁体退磁的危险，同时，在永磁体的两端采用绝缘衬垫，增强永磁体绝缘层，减少涡流发热，延长了电机正常工作的寿命。

2、本发明采用在转子上设置隔磁套以及采用分体式磁极，减少了漏磁系数，使得电机效率、功率因素显著提高。

3、现有的电机转子一般采用硅钢片冲片叠压而成，而启动笼一般由铝压铸成型，本发明转子由导磁性良好的分体式磁极组成，启动笼由铜制楔条组成，在20℃时，铝的电阻率为0.0283Ω..mm²/m，铜的电阻率为0.0172Ω..mm²/m，铝的电阻率为铜的1.6倍。当电机定子通入三相交流电的瞬间，在定子线圈中即立刻产生启动转矩而使整个电机转子沿着旋转磁场方向迅速旋转起来，显而易见，对相同大小的电机启动笼，由于铜制启动笼的感应电流要远大于铝制启动笼的感应电流，电流越大，其在旋转磁场中的受到的电磁力就越大，即启动转矩就越大，启动就越快，定子线圈内启动电流就越小，电机的启动空载特性就越好。

综上，本发明永磁同步电机具有温升低、效率高、性能好、易与普通三相异步电机定子相配、节能降耗的显著优点，彻底解决了永磁同步电机长期运行因温升过高而造成钕铁硼永磁体易失磁，影响其运行性能的技术问题。确保了其在国民经济各领域中的广泛可靠应用。

附图说明

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构图；

图2是转子纵剖面构造图；

图3是图2的左视图；

图4是隔磁套与分体式磁极组合件纵剖面构造图；

图5是图4的左视图；

图6是隔磁套纵剖面构造图；

图7是图6的左视图；

图8是单个分体式磁极的纵剖面构造图；

图9是图8的左视图；

图10是单个永磁体主视图；

图11是图10的左视图。

图12为本发明电机35KW的特性曲线图。

图13为本发明电机315KW的特性曲线图。

图中1.定子铁芯，2.电枢绕组，3.壳体，4.端盖，5.轴承盖，6.防护罩，7.轴承，8.风叶，9.热电阻传感器，10.铜质楔条，11.空芯轴，12.隔磁套，13.分体式磁极，14.通孔螺栓，15.绝缘挡板，16.端环，17.永磁体，18.铜片，19.键，20.绝缘衬垫，21.八字销，22.外通风孔，23.内通风孔，24.隔磁套通风孔，25.永磁体通孔，26.狭槽，27.螺钉，28.环形槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

在图1中，永磁同步电机，由定子和转子两大部件组成。定子部件由机壳和定子铁芯1、电枢绕组2组成。机壳由壳体3、端盖4、轴承盖5、防护罩6组成，其结构与普通三相异步电机基本相同。普通三相异步电机的定子可与本发明的转子部件直接相配，组成永磁同步电机，这是本发明的一大特点；本发明的另一大特点在于转子部件的结构改变，在图2和图3中，空芯轴11、隔磁套12、分体式磁极13，由里至外顺序同轴组装。每块分体式磁极13用通孔螺栓14，按图4和图5径向等角度联接固定在隔磁套12的外圆上；在其两端，分别用八字销21，使分体式磁极13与隔磁套12紧密配合。隔磁套12与空芯轴11之间，在保证隔磁套12内孔内的每条环形槽28与空芯轴11的径向内通风孔23的轴向间距对准的前提下，用键19将其联接固定。在相邻的两块分体式磁极13之间分别装永磁体17，并使每相邻的两块永磁体17之间同极性相对。永磁体17由多块组成。其下端与隔磁套12接触处加绝缘衬垫20，上端加绝缘衬垫20后，用铜质楔条10将其径向压紧；在每块分体式磁极13的两端，用螺钉27将绝缘挡板15固定在其上面，防止永磁体17轴向弹出。在分体式磁极13的每条狭槽26内嵌入铜片18。在绝缘挡板15外边装端环16，采用焊接或铆接的方法，将端环16与铜质楔条10和铜片18联接固定起来，形成转子启动笼，为在交变磁场中产生感应电流形成回路。装配好的转子部件，通过装在其空芯轴11两端的轴承7，与装配好的定子部件组装，同时装上热电阻传感器9冷却风叶8，防护罩6。

为使转子部件形成外通风结构，如图2所示，空芯轴11中心，沿轴向钻有一两头相贯通的外通风孔22，在其中间部位，沿轴向钻有多排径向等角度分布，与外通风孔22相连通的径向内通风孔23，制成具有外通风冷却通道的空芯轴11；如图6和图7所示，隔磁套12由非导磁材料制成，其中心钻成与空芯轴11外圆直径相配的内孔，内孔内开有键槽，和与内孔同轴，轴向间距与空芯轴11径向内通风孔23相等的多条环形槽28，在每条环形槽28内，径向等角度钻有隔磁套通风孔24，用于安装通孔螺栓14。如图4所示，通孔螺栓14，其外部制成螺纹，中心沿轴向钻有一两头相贯通的通风孔。

如图8和图9所示，由多块条状导磁性材料组成，其横截面呈扇形，纵切面呈矩形的分体式磁极13，在其扇形对称中心，沿轴向钻有一排与隔磁套12每条环形槽28内隔磁套通风孔24相配的同此题通孔25，用于安装通孔螺栓14和提供通风通道；和开有一条轴向贯通，径向不贯通的径向狭槽26，在其两侧开两条对称短狭槽。

如图5所示，八字销21其横截面形呈“8”形，纵向形状，两头呈两个不完整的圆柱形，中间呈长方体，其使隔磁套12与分体式磁极13组装后径向配合紧密，且不发生径向窜动。

为提高永磁体17导磁性能，如图10与图11所示，永磁体17，用磁性能良好，导热率大的优质稀土钕铁硼永磁材料制成，其横截面形状呈扇形；为减少永磁体17涡流发热，在其与隔磁套12和铜质楔条10接触处增放了绝缘衬垫20。

铜质楔条10，其宽度大于永磁体17横截面宽度，目的在于可插入分体式磁极13的楔槽内，压紧永磁体17；其长度做成大于分体式磁极13的轴向长度。用于和铜片18与端环16构成转子启动笼。

图12、图13为采用GB/T 1029-1993《三相同步电机试验方法》对本发明电机检测所到的的负载特性曲线图，从图中可知，本发明电机的效率明显高于普通的三相同步电机，

Claims (6)

1、一种永磁同步电动机，其由定子和转子两大部件组成，所述的定子部件由机壳、定子铁芯(1)、电枢绕组(2)组成，所述的转子部件包括转子轴(11)、隔磁套(12)、磁极(13)、永磁体(17)以及绝缘衬垫(20)，所述的隔磁套(12)、磁极(13)依次设置在空心轴(11)的外部，所述的永磁体(17)设置在两相邻磁极(13)之间，在永磁体(17)的两端设置所述的绝缘衬垫(20)，其特征在于：所述的转子轴(11)为空心轴，在该空心轴(11)内部为两头相贯通的内通风孔(23)，在所述的转子轴(11)上沿该转子轴(11)径向设置有与空心轴内通风孔(23)相连通的外通风孔(22)，在所述的隔磁套(12)上沿径向设置有隔磁套通风孔(24)，在所述的磁极(13)上沿径向设置有磁极通风孔(25)，所述的隔磁套通风孔(24)和磁极通风孔(25)与所述的内通风孔(23)相连通，三者形成轴向与径向交叉的辐射式散热结构。

2、根据权利要求1所述的永磁同步电动机，其特征在于：在所述永磁体(17)外侧绝缘衬垫(20)上设置有用于径向压紧的铜制楔条(10)，在轴向两端设置有用于压紧的绝缘挡板(15)，在该绝缘挡板(15)的外侧设置有端环(16)，在所述的磁极(13)的外周面上设置有一环形狭槽(26)，在该狭槽(26)内设置有铜片(18)，所述的铜片(18)、铜质楔条(10)、以及端环(16)联接固定后共同构成转子启动笼。

3、根据权利要求1或2所述的永磁同步电动机，其特征在于：所述的磁极(13)为由多块磁极构成的分体式磁极，每块分体式磁极的中部采用通孔螺栓(14)与所述的隔磁套(12)固定，在两端采用其横截面形状呈“8”字形的八字销(21)与所述的隔磁套(12)固定。

4、根据权利要求1所述的一种永磁同步电动机，其特征是：在所述隔磁套(12)上开设有与所述的空芯轴(11)径向内通风孔(23)相连通的多条环形槽(28)；在每条环形槽(28)内开设有所述的隔磁套通风孔(24)。

5、根据权利要求1所述的一种永磁同步电动机，其特征是：所述的永磁体(17)的每个磁极由多块组成，其横截面形状呈扇形。

6、根据权利要求2所述的一种永磁同步电动机，其特征是：所述铜质楔条(10)，其宽度大于永磁体(17)横截面宽度，其长度大于分体式磁极(13)的轴向长度。

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