CN101702557A - 双定转子永磁同步电机及其装配方法 - Google Patents

Abstract

双定转子永磁同步电机，电机主轴中部设轴肩，主轴上套装有紧靠轴肩两侧的前、后转子，箱体内装前、后定子和导向环，前、后定子经导向环和导向销定位，前、后定子的相位起始位置对齐，该电机功率大、转速高。双定转子永磁同步电机装配方法，在主轴上装两转子，并使转子靠紧主轴中部的轴肩；在箱体内装设两定子和一导向环，导向环与定子配钻导向孔，在导向环上设与定子上的相位起始位置对准的标记，保持相对位置将导向环与一定子固定，将该定子装入箱体，并在箱体上作出与该定子上的相位起始位置对应的标记，将另一定子与箱体上的标记对准并装入箱体；将主轴装入定子内，转子与定子对应；安装前、后端盖总成，该方法可使两定子的相位起始位置对齐。

Description

双定转子永磁同步电机及其装配方法

技术领域

本发明涉及机械制造领域，尤其涉及永磁同步高速大功率电机及其装配方法。

背景技术

大型高速旋转机械设备广泛应用于国防、冶金、矿山、化工等领域，如各类大型风机、透平压缩机、船舶动力系统和离心压缩机等。大型高速旋转机械设备在我国国民经济中占有极其重要的地位。

传统的高速旋转机械设备，多采用传动系统(皮带传动、齿轮箱传动等)实现增速，动力源多为普通电机。采用这一类传动方式的旋转机械设备允许的最高工作转速较低，由于传动系统复杂，工作时振动噪声大，故障点多，维修较复杂，特别是不利于实现无级调速，能量消耗高，工作效率低。

为了实现无级调速、节能降耗，提高旋转机械的极限工作转速，大型高速旋转机械设备的发展趋势是，直接采用变频电源驱动的高速电机作为动力源，取代传统的普通电机和增速箱系统。这种高速电机是集成了机械、电气、控制、电力电子和新材料等各种先进技术的高度机电一体化的产品。其特点在于，将电机的功能与传统的齿轮箱等传动系统从结构上融为一体，省去了复杂的中间传动环节，具有调速范围宽、转动惯量小、能量消耗少、工作效率高、易于实现无级调速和精密控制等优点。随着现代装备制造业向高速度、高效率、低能耗、高自动化方向不断发展，高速电机的技术提升和结构创新显得越来越迫切。

高速电机按电机工作原理可以分为直流电机和交流电机。由于交流变频调速技术已发展成熟，交流电机取代直流电机已成为发展的大趋势。交流高速电机按照类型可分为交流异步电机和交流同步电机。与交流异步电机相比较，同步电机功率因素高，工作效率高，节能降耗效果明显；其转子不发热，有利于降低主轴和轴承的温升；特别是采用永磁体作为电机转子的同步电机，由于功率密度大、重量轻、体积小，非常有利于提高转子系统的临界转速。永磁同步高速电机已成为目前国内外竟相发展的高科技产品。

受永磁电机工作原理限制，永磁同步电机要同时实现高速化和大功率化非常困难，导致目前未能在高速大功率场合得到充分广泛的应用(如高炉鼓风机中的电机往往要求功率为315kw、转速为18000rpm，而采用单定转子形式的永磁同步电机难以实现)。国内现有的永磁同步电机结构均为单个的电机定转子。采用单个电机定转子的永磁同步高速电机，功率容量低。目前永磁同步高速电机提高功率的措施可通过增加单一电机定转子的长度和直径提高电机功率容量。然而，增加定子直径的同时需增加圆周方向的极对数才能提高电机功率，如果极对数多，磁密度可以增大，但是电机在同一供电频率下的机械转速就会降低，而对于高速同步电机来说，这增加了电机高速化的困难；如果极对数少，磁密度就会减小，会制约电机功率的提高；如果增加转子直径，转子表面线速度增加，由于离心力与半径平方成正比，导致转子强度要求增大，工作可靠性降低。因此，只能考虑通过增加电机定转子长度的方法提高电机功率，但是，随着电机定转子长度增长，定子绕线工艺难度增大，根据目前永磁同步高速电机设计制造技术水平该措施在一定程度上可以提高电机功率，但增加量非常有限，通常只适合于小于200kw的电机，通过增加单一电机定转子的长度和直径，使电机功率提升至315kw、转速提升至18000rpm是非常难以实现的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种大功率、高转速的双定转子永磁同步电机，以及一种使电机箱体内两件电机定子的相位起始位置对齐的双定转子永磁同步电机的装配方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种双定转子永磁同步电机，包括电机箱体、电机主轴、前端盖总成和后端盖总成，所述电机主轴中部设有轴肩，电机主轴上套装有电机前转子和电机后转子，所述电机前转子和电机后转子分别紧靠轴肩两侧，所述电机箱体内套装有电机前定子、电机后定子和导向环，所述导向环设于电机前定子与电机后定子之间，所述电机前定子和电机后定子经穿设于导向环上的导向销周向定位，电机前定子和电机后定子的相位起始位置对齐，所述电机主轴装设于电机前定子和电机后定子内，电机前转子与电机前定子位置对应，电机后转子与电机后定子位置对应，所述前端盖总成装设于电机箱体前端，所述后端盖总成装设于电机箱体后端。

所述电机箱体前端装设有前固定环，所述前固定环与电机前定子固定连接，所述电机箱体后端装设有后固定环，所述后固定环与电机后定子固定连接。

所述前端盖总成与前固定环之间设有套设于电机主轴上的前甩油盘，所述后端盖总成与后固定环之间设有套设于电机主轴上的后甩油盘。

所述前端盖总成包括前端盖法兰和前轴承，所述前端盖法兰固定于电机箱体前端，所述前轴承支承于电机主轴与前端盖法兰之间，所述后端盖总成包括后端盖法兰和后轴承，所述后端盖法兰固定于电机箱体前端，所述后轴承支承于电机主轴与后端盖法兰之间。

所述前轴承和后轴承均为可倾瓦轴承。

所述后端盖总成上装设有电机编码器。

一种双定转子永磁同步电机的装配方法，其步骤为，

(1)、将电机转子装于电机主轴上，具体是指，在电机主轴上装设两件电机转子，两件电机转子分别从电机主轴的前后两端套装于电机主轴上，并使各电机转子靠紧电机主轴中部所设轴肩；将电机定子装于电机箱体内，具体是指，在电机箱体内装设两件电机定子和一件导向环，先将导向环与各电机定子配钻导向孔，同时在导向环上设置第一位置标记a，配钻时保证导向环上的第一位置标记a与电机定子上的相位起始位置c对准，将导向环与一件电机定子通过导向销固定，固定时保持配钻时的相对位置，先将带有导向环的电机定子装入电机箱体一端，装入时根据导向环的第一位置标记a或该电机定子上的相位起始位置c在电机箱体另一端作出第二位置标记b，再将另一待装电机定子上的相位起始位置c与电机箱体上的第二位置标记b对准并装入电机箱体；

(2)、将电机转子连同电机主轴装入电机定子内，具体是指，使两件电机转子与两件电机定子一一对应；

(3)、安装电机的前端盖总成和后端盖总成。

在电机箱体两端装设用于对电机定子限位的固定环。

在前端盖总成与固定环之间设置一件甩油盘，在后端盖总成与固定环之间设置一件甩油盘，两件甩油盘套设于电机主轴上。

在后端盖总成上装设电机编码器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的双定转子永磁同步电机通过将两套电机定子和电机转子装设于一个电机箱体内，在导向环和导向销的导向、周向定位作用下，最大限度的减少了电机前定子与电机后定子之间相位起始位置的误差，使两套定转子之间的扭矩干扰大大减小，使电机的双定转子保持同步，克服了以往永磁同步电机单一定转子功率容量小的限制，避开了增加单一电机定转子长度和直径带来的工艺难题，拓宽了永磁同步电机的适用范围，使高转速、大功率的永磁同步电机得以实现。电机前定子的前固定环和电机后定子的后固定环不仅能对电机前定子和电机后定子进行轴向和周向定位，而且能够阻挡部分前端盖总成和后端盖总成中的润滑介质污染电机定转子，对电机定转子起到一定的保护作用。电机主轴上设有前甩油盘和后甩油盘，落到前甩油盘和后甩油盘上的润滑介质在高速旋转的作用下被甩到电机箱体内壁，再从电机箱体上的回油通道流出，前甩油盘和后甩油盘可防止润滑介质沿电机主轴流至电机转子上，在前甩油盘和前固定环、后甩油盘和后固定环的配合作用下，使电机定转子与前端盖总成和后端盖总成隔绝，避免电机定转子被污染、腐蚀。

本发明的双定转子永磁同步电机的装配方法，在装入电机定子时，利用导向销以及与两电机定子配钻导向孔的导向环进行导向，并在安装第二件电机定子前根据第一件电机定子的相位起始位置在电机箱体端部做出了位置标记，在安装第二件电机定子时便于将该电机定子的相位起始位置与电机箱体上的位置标记对准，使两电机定子的相位起始位置基本一致，并最终通过导向环和导向销的导向使两件电机定子的相位起始位置保持精确的一致性，实现双定转子同步运转，提高永磁电机的扭矩输出，大幅提高电机功率及转速。本发明的双定转子永磁同步电机的装配方法简单可行、便于操作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是将电机定子装入电机箱体时的位置标记示意图。

图中各标号表示：

1、电机箱体          2、电机主轴

3、前端盖总成        4、后端盖总成

5、前固定环          6、后固定环

7、前甩油盘          8、后甩油盘

11、电机前定子       12、电机后定子

13、导向环           14、导向销

21、轴肩             22、电机前转子

23、电机后转子       24、电机编码器

31、前端盖法兰       32、前轴承

41、后端盖法兰       42、后轴承

具体实施方式

下面结合附图对本发明的双定转子永磁同步电机作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的双定转子永磁同步电机，包括电机箱体1、电机主轴2、前端盖总成3和后端盖总成4，电机主轴2中部设有轴肩21，电机主轴2上套装有电机前转子22和电机后转子23，电机前转子22和电机后转子23分别紧靠轴肩21两侧，电机箱体1内套装有电机前定子11、电机后定子12和导向环13，导向环13设于电机前定子11和电机后定子12之间，电机前定子11和电机后定子12经穿设于导向环13上的导向销14周向定位，电机主轴2装设于电机箱体1内，电机前定子11和电机后定子12的相位起始位置对齐，电机前转子22与电机前定子11位置对应，电机后转子23与电机后定子12位置对应，前端盖总成3装设于电机箱体1前端，后端盖总成4装设于电机箱体1后端，后端盖总成4上装设有电机编码器24。本发明的双定转子永磁同步电机通过将两套电机定转子装设于一个电机箱体1内，在导向环13和导向销14的导向、周向定位作用下，最大限度的减少了电机前定子11与电机后定子12之间相位起始位置的误差，使两套定转子之间的扭矩干扰大大减小，使电机的双定转子保持同步，克服了以往永磁同步电机单一定转子功率容量小的限制，避开了增加单一电机定转子长度和直径带来的工艺难题，拓宽了永磁同步电机的适用范围，使高转速、大功率的永磁同步电机得以实现。电机前定子11靠近前端盖总成3的一端装设有前固定环5，前固定环5与电机前定子11固定连接，电机后定子12靠近后端盖总成4的一端装设有后固定环6，后固定环6与电机后定子12固定连接。电机前定子11的前固定环5和电机后定子12的后固定环6不仅能对电机前定子11和电机后定子12进行轴向和周向定位，而且能够阻挡部分前端盖总成3和后端盖总成4中的润滑介质污染电机定转子，对电机定转子起到一定的保护作用。前端盖总成3与前固定环5之间设有套设于电机主轴2上的前甩油盘7，后端盖总成4与后固定环6之间设有套设于电机主轴2上的后甩油盘8，落到前甩油盘7和后甩油盘8上的润滑介质在高速旋转的作用下被甩到电机箱体1的内壁上，再从电机箱体1上的回油通道流出，前甩油盘7和后甩油盘8还可防止润滑介质沿电机主轴2流至电机转子上，在前甩油盘7和前固定环5、后甩油盘8和后固定环6的配合作用下，使电机定转子与前端盖总成3和后端盖总成4隔绝，避免电机定转子被污染、腐蚀，延长了电机定转子的使用寿命，提高了电机运转的稳定性。前端盖总成3包括前端盖法兰31和前轴承32，前端盖法兰31固定于电机箱体1前端，前轴承32支承于电机主轴2与前端盖法兰31之间，后端盖总成4包括后端盖法兰41和后轴承42，后端盖法兰41固定于电机箱体1前端，后轴承42支承于电机主轴2与后端盖法兰41之间。前轴承32和后轴承42均为可倾瓦轴承。前端盖法兰31和后端盖法兰41与电机箱体1的内孔可以整体加工，有利于保证主轴系统的同轴度，且工艺相对简单，降低了加工成本。

在安装双定转子永磁同步电机时，若两电机定子的相位起始位置不一致，会导致两套定转子各自对同一电机主轴2输出的扭矩存在时间差而相互干扰，使输出功率大为减少，甚至无扭矩输出，因此，保证双定转子的同步性就成为双定转子永磁同步电机大幅提高功率、转速的关键所在；而目前的电机装配工艺中，电机定子与电机箱体1为过盈装配，不论是在装入过程中，还是在装入之后，电机定子相对于电机箱体1的周向位置几乎不能调整，并且电机箱体1内部空间狭小，安装双定子时不可能从电机箱体1内部观察两电机定子的相位起始位置是否对齐，那么如何使两个电机定子的相位起始位置在周向方向上保持一致，存在很大困难。下面结合附图对本发明的双定转子永磁同步电机的装配方法作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的双定转子永磁同步电机的装配方法，其步骤为，

(1)、将电机转子装于电机主轴2上，在电机主轴2上装设两件电机转子，两件电机转子分别从电机主轴2的前后两端套装于电机主轴2上，位于前端的为电机前转子22，位于后端的为电机后转子23，使各电机转子靠紧电机主轴2中部所设轴肩21；将电机定子装于电机箱体1内，在电机箱体1内装设两件电机定子和一件导向环13，先将导向环13与各电机定子配钻导向孔，同时在导向环13上设置第一位置标记a，配钻时保证导向环13上的第一位置标记a与电机定子上的相位起始位置c对准，将导向环13与一件电机定子通过导向销14固定，固定时保持配钻时的相对位置，先将带有导向环13的电机定子装入电机箱体1一端，装入时根据导向环13的第一位置标记a或该电机定子上的相位起始位置c在电机箱体1另一端作出第二位置标记b，再将另一待装电机定子上的相位起始位置c与电机箱体1上的第二位置标记b对准并装入电机箱体1，从电机箱体1前端装入的为电机前定子11，从电机箱体1后端装入的为电机后定子12。

(2)、在电机箱体1两端装设用于对电机定子轴向限位和周向定位的固定环，位于电机箱体1前端的为前固定环5，位于电机箱体1后端的为后固定环6，将电机转子连同电机主轴2装入电机定子内，安装时使电机前转子22与电机前定子11位置对应、电机后转子23与电机后定子12位置对应，之后在前端盖总成3与固定环之间设置一件甩油盘，在后端盖总成4与固定环之间设置一件甩油盘，将两件甩油盘均套设于电机主轴2上。

(3)、安装电机的前端盖总成3和后端盖总成4。

(4)、在后端盖总成4上装设电机编码器24，将前定转子和后定转子的控制线并联接入电机编码器24。

本发明的双定转子永磁同步电机的装配方法，在装入电机定子时，利用导向销14以及与两电机定子配钻导向孔的导向环13进行导向，并在安装第二件电机定子前根据第一件电机定子的相位起始位置在电机箱体1端部做出了位置标记，便于在安装第二件电机定子时将该电机定子的相位起始位置与电机箱体1上的位置标记对准，使两电机定子的相位起始位置基本一致，并最终通过导向环13和导向销14的导向使两件电机定子的相位起始位置保持精确的一致性，实现双定转子同步运转，提高永磁电机的扭矩输出，大幅提高电机功率及转速。本发明的双定转子永磁同步电机的装配方法简单可行、便于操作。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以作出若干等同变换，这些等同变换均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双定转子永磁同步电机，包括电机箱体(1)、电机主轴(2)、前端盖总成(3)和后端盖总成(4)，其特征在于：所述电机主轴(2)中部设有轴肩(21)，电机主轴(2)上套装有电机前转子(22)和电机后转子(23)，所述电机前转子(22)和电机后转子(23)分别紧靠轴肩(21)两侧，所述电机箱体(1)内套装有电机前定子(11)、电机后定子(12)和导向环(13)，所述导向环(13)设于电机前定子(11)与电机后定子(12)之间，所述电机前定子(11)和电机后定子(12)经穿设于导向环(13)上的导向销(14)周向定位，电机前定子(11)和电机后定子(12)的相位起始位置对齐，所述电机主轴(2)装设于电机前定子(11)和电机后定子(12)内，电机前转子(22)与电机前定子(11)位置对应，电机后转子(23)与电机后定子(12)位置对应，所述前端盖总成(3)装设于电机箱体(1)前端，所述后端盖总成(4)装设于电机箱体(1)后端。

2.根据权利要求1所述的双定转子永磁同步电机，其特征在于：所述电机箱体(1)前端装设有前固定环(5)，所述前固定环(5)与电机前定子(11)固定连接，所述电机箱体(1)后端装设有后固定环(6)，所述后固定环(6)与电机后定子(12)固定连接。

3.根据权利要求2所述的双定转子永磁同步电机，其特征在于：所述前端盖总成(3)与前固定环(5)之间设有套设于电机主轴(2)上的前甩油盘(7)，所述后端盖总成(4)与后固定环(6)之间设有套设于电机主轴(2)上的后甩油盘(8)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的双定转子永磁同步电机，其特征在于：所述前端盖总成(3)包括前端盖法兰(31)和前轴承(32)，所述前端盖法兰(31)固定于电机箱体(1)前端，所述前轴承(32)支承于电机主轴(2)与前端盖法兰(31)之间，所述后端盖总成(4)包括后端盖法兰(41)和后轴承(42)，所述后端盖法兰(41)固定于电机箱体(1)前端，所述后轴承(42)支承于电机主轴(2)与后端盖法兰(41)之间。

5.根据权利要求4所述的双定转子永磁同步电机，其特征在于：所述前轴承(32)和后轴承(42)均为可倾瓦轴承。

6.根据权利要求5所述的双定转子永磁同步电机，其特征在于：所述后端盖总成(4)上装设有电机编码器(24)。

7.一种双定转子永磁同步电机的装配方法，其特征在于其步骤为，

(1)、将电机转子装于电机主轴(2)上，具体是指，在电机主轴(2)上装设两件电机转子，两件电机转子分别从电机主轴(2)的前后两端套装于电机主轴(2)上，并使各电机转子靠紧电机主轴(2)中部所设轴肩(21)；

将电机定子装于电机箱体(1)内，具体是指，在电机箱体(1)内装设两件电机定子和一件导向环(13)，先将导向环(13)与各电机定子配钻导向孔，同时在导向环(13)上设置第一位置标记a，配钻时保证导向环(13)上的第一位置标记a与电机定子上的相位起始位置c对准，将导向环(13)与一件电机定子通过导向销(14)固定，固定时保持配钻时的相对位置，先将带有导向环(13)的电机定子装入电机箱体(1)一端，装入时根据导向环(13)的第一位置标记a或该电机定子上的相位起始位置c在电机箱体(1)另一端作出第二位置标记b，再将另一待装电机定子上的相位起始位置c与电机箱体(1)上的第二位置标记b对准并装入电机箱体(1)；

(2)、将电机转子连同电机主轴(2)装入电机定子内，具体是指，使两件电机转子与两件电机定子一一对应；

(3)、安装电机的前端盖总成(3)和后端盖总成(4)。

8.根据权利要求7所述的双定转子永磁同步电机的装配方法，其特征在于：在电机箱体(1)两端装设用于对电机定子限位的固定环。

9.根据权利要求8所述的双定转子永磁同步电机的装配方法，其特征在于：在前端盖总成(3)与固定环之间设置一件甩油盘，在后端盖总成(4)与固定环之间设置一件甩油盘，两件甩油盘套设于电机主轴(2)上。

10.根据权利要求9所述的双定转子永磁同步电机的装配方法，其特征在于：在后端盖总成(4)上装设电机编码器(24)。

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