CN104158374B - 设有定子内置温度传感器的永磁同步电机及疲劳测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设有定子内置温度传感器的永磁同步电机及一种适于这种电机的疲劳测定方法，所述电机的定子内设有温度传感器。所述方法通过所述传感器采集定子内部的实时温度，当温度达到或超过相对应的工作温度上限值时判断电机疲劳并控制停机，低于相对应的工作温度上限值时判断电机未疲劳并允许电机进行工作，并可以计算达到相对应的工作温度上限值的电机持续工作时间，以此作为允许电机继续持续工作的最大时长。本发明可以精确地掌握电机内部的温度状态，依据内部温度对电机疲劳程度作出精确的判断，以便精确、有效、可靠的控制电机的安全运行，特别适用于低速大扭矩外转子电动机及依据这种电动机的卷筒直驱的起重机起升机构等。

Description

设有定子内置温度传感器的永磁同步电机及疲劳测定方法

技术领域

本发明涉及一种设有定子内置温度传感器的永磁同步电机，还涉及这种电机的疲劳测定方法，适用于各种永磁同步电机，特别是低速大扭矩外转子永磁同步电动机以及基于这种电动机的起重机无齿轮起升机构。

背景技术

现有技术下，电机测温一般都是把测温探头放置于电机轴承或者电机外壳上进行测温，这种方式测得的温度反映不了电机内部的产热和温度状况，特别是对应外转子永磁同步电机而言，定子绕组的铜损和定子铁心的铁损是发热的主要原因，而这些热能首先引发定子铁心和定子绕组的温度上升，经过较长的路径才到达外壳或轴承，因此，从外壳或轴承测得的温度不能真实地体现定子内部的温度，不利于对电机状态作出准确的判断，也不利于对电机进行精确的控制。另外，由于人们是通过时间试验而定义电机的工作级别，但在实际的运行过程中，使用者一般不会去统计电机运行的时间，运行到工作级别限定的最大工作时间后，经常会出现不对电机进行停机等处理而继续运行的现象，在人们不掌握电机内部温度的情况下，易于导致事故发生，而如果完全依据工作制工作，尽管通常可以保证安全运行，但往往也存在电机未达到应停机的内部温度之前就停机的现象，导致电机的利用率下降，影响工作效率。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种设有定子内置温度传感器的永磁同步电机，还提供了这种电机的疲劳测定方法，通过采用本发明提供的电机和测定方法，可以精确地掌握电机内部的温度状态，并依据内部温度对电机疲劳程度作出精确的判断，以便精确、有效、可靠的控制电机的安全运行。

本发明实现上述目的所采用的技术方案：

一种设有定子内置温度传感器的永磁同步电机，包括筒状的外转子和位于所述外转子内的定子，所述定子由定子铁心和设置在所述定子铁心上的绕组构成，所述定子铁心安装在固定的中轴上，所述转子的两端设有固定盘，所述固定盘通过轴承旋转连接在所述中轴上，所述定子设有用于采集定子温度的温度传感器。

一种电机疲劳测定方法，适宜于上述电机及本发明对上述电机的各种进一步限定和/或改进的技术方案，通过设置在所述定子上的所述温度传感器采集定子内部的实时温度，依据采集到的所述定子内部的实时温度判定电机的疲劳状态。

本发明的有益效果：由于在定子内部设置了温度传感器，以温度传感器所采集的定子内部的实时温度作为电机疲劳状态（包括疲劳、未疲劳及经过多长时间达到疲劳等）的判断标准，由此真实地反映出定子铁心内部的温度状况，由于温度对电机的影响主要表现为定子铁心在不同温度下的不同特性，并且定子铁心是否达到一定温度限值是电机能否继续工作的主要影响因素，因此可以更精确、更及时地判断出电机的疲劳状态，避免因温度不准确导致的误判漏判，既有效且可靠地保证了电机运行在合理的温度范围内，又避免在定子温度未达到停机限值而停机造成的浪费，同时还避免了因使用者忽视电机工作制给电机造成的损害。

附图说明

图1是本发明涉及的电机的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种设有定子内置温度传感器的永磁同步电机，包括筒状的外转子1和位于所述外转子内的定子2，所述定子由定子铁心和设置在所述定子铁心上的绕组构成，所述定子铁心安装在固定的中轴3上，所述转子的两端设有固定盘4，所述固定盘通过轴承旋转连接在所述中轴上，所述定子内设有用于采集定子温度的温度传感器5，由此可以通过这种温度传感器直接采集到定子内部的温度。

对于上述电机，可以采用下列任意一种或任意多种进一步限定和/改进方案：

优选地，所述温度传感器的数量为一个或多个，所述温度传感器的设置位置（是指采集温度的位置，对应温度采集部位）可以为一个或多个，由此可以根据不同需要以及加工和操作上的便利，灵活设置温度传感器的数量和安装位置。

例如，所述温度传感器可以设置在下列任意位置上：

（1）所述温度传感器设置在所述定子铁心上的线槽内，位于相应线槽槽壁和该线槽内的绕组之间，由此采集到的温度基本上体现出定子铁心的温度，可视为或用作定子铁心的温度；

（2）所述定子铁心内部设有温度传感器安装孔，所述温度传感器嵌装在所述温度传感器安装孔内，由此可以更为精准地采集到定子铁心内部的温度，可以将所述温度传感器安装孔设置在定子铁心的最高温度部位，以获得定子铁心上的最高温度，避免因实际采集到的定子铁心内部温度低于其最高温度致使这些部位因温度超过铁心的工作温度上限值而出现故障；通常，所述温度传感器安装孔可以在相应铁心片的冲制过程中冲制出来。

（3）所述温度传感器设置在所述定子铁心的线槽内的绕组内部，由此可以直接采集到绕组的内部温度。基于与前面所述同样的理由，绕组内部设置的温度传感器也优选设置在绕组内的温度最高部位；

所述中轴内还可以设有或不设有用于采集中轴温度的温度传感器，通过用于采集中轴温度的温度传感器可以获得中轴温度，以便与其他温度相比较，分析研究电机上的温度梯度变化，并可以在控制要求相对较低的情况下作为控制依据或者通过修正后作为控制依据。

通常，所述多个温度传感器的设置位置可以各不相同或不完全相同（部分相同、部分不同）。

优选地，所述温度传感器通过能够传输温度信号的引线连接测温仪表/测温电路，例如，所述中轴可以采用中空轴，所述中轴的壁上设有内外贯通的引线孔6，所述温度传感器的引出线由外到内穿过所述引线孔，再从中轴的轴孔的一端引出，连接位于电机本体外部的测温仪表/测温电路7，当连接测温仪表时，可以通过仪表进行温度显示，并可以利用仪表所具有的报警功能在所采集的温度超过相应工作温度上限值时进行声光报警。

所述测温仪表/测温电路可以独立使用，也可以连接电机控制系统8。

优选地，所述测温仪表/测温电路连接电机控制系统，所述电机控制系统可以在软件的支持下或者依据现有技术下电机控制系统所具有的处理功能，根据需要进行相应的数据处理和对电机的控制，例如，达到或超过工作温度上限值时进行报警和停机，所述测温仪表/测温电路依据需要对温度传感器送出的信号（通常可以为模拟信号）进行滤波和模数转换等处理，形成可以为所述电机控制系统接收和处理有效的数据形式。

对于上述电机及经上述各种进一步限定/改进的电机，本发明还提供了一种电机疲劳度测定方法，其主要通过设置在所述定子上的所述温度传感器采集定子内部的实时温度，依据采集到的所述定子内部的实时温度判定电机的疲劳状态，由此使得对电机疲劳状态的判断更为精确、真实和可靠。

优选地，可以设定与定子上的所述温度传感器的温度采集部位相对应的工作温度上限值，当相应温度传感器采集到的温度达到或超过相对应的工作温度上限值时，判断电机疲劳并依此判断控制停机，当所采集到的温度低于相对应的工作温度上限值时，判断电机未疲劳并允许电机进行工作。

优选地，定子上的所述温度传感器所采集的温度至少包括所述定子铁心的内部温度，所述定子铁心的内部温度为嵌装在所述定子铁心内部的所述温度传感器所采集的温度和/或位于所述定子铁心的线槽内壁和该线槽内的绕组之间的温度传感器所采集的温度。由于定子铁心温升超过一定限度是导致电机磁性能和出力下降的主要因素，并且超过一定温度后还将导致非常严重的退磁，因此，通过定子铁心的温度控制是非常有效和可靠的控制。

优选地，定子上的所述温度传感器采集的温度包括定子铁心的内部温度和绕组的内部温度，分别设置定子铁心内部温度的工作温度上限值和所述绕组内部温度的工作温度上限值，当所述定子铁心的内部温度和所述绕组的内部温度中任意一种温度达到或超高相对应的工作温度上限值时，判定为电机疲劳，当两种温度均未达到相对应的工作温度上限值时，判定为电机未疲劳，所述绕组的内部温度为设置在所述定子铁心的线槽内的绕组内部的所述温度传感器所采集的温度。由于绕组和铁心的产生热量的机制不同，温升不同，对电机的影响机制也不同，因此分别依据这两个温度进行控制，有助于提高控制的可靠性。

优选地，当定子上的所述温度传感器所采集到的温度低于相对应的工作温度上限值时，计算达到相对应的工作温度上限值的电机持续工作时间，并以此作为允许电机继续持续工作的最大时长，由此使使用者了解和掌握电机的实际情况，对电机后续的工作时间做到心中有数。

所述最大时长的计算，可以依据设定的程序，周期性或在一定条件下计算，也可以依据人工输入的指令进行相应的温度采集和计算。

本发明所述基于低速大扭矩外转子永磁同步电动机的起重机无齿轮起升机构是指以将这种电动机的外转子用作起升机构的卷筒直接缠绕和牵制钢丝绳进行起升作业的起重机起升机构，这种起升机构不需要设置齿轮箱，由此极大地简化了结构，减小了体积，降低了能耗，减少了故障，方便了操作和维护。

Claims (4)

1.一种设有定子内置温度传感器的永磁同步电机，包括筒状的外转子和位于所述外转子内的定子，所述定子由定子铁心和设置在所述定子铁心上的绕组构成，所述定子铁心安装在固定的中轴上，所述转子的两端设有固定盘，所述固定盘通过轴承旋转连接在所述中轴上，其特征在于所述定子设有用于采集定子温度的多个温度传感器，所述多个温度传感器设置在下列任意位置上：

所述温度传感器设置在所述定子铁心上的线槽内，位于相应线槽槽壁和该线槽内的绕组之间；

所述定子铁心内部设有温度传感器安装孔，所述温度传感器嵌装在所述温度传感器安装孔内；

所述温度传感器设置在所述定子铁心的线槽内的绕组内部；

所述多个温度传感器的设置位置各不相同或不完全相同，

依据采集到的所述定子内部的实时温度判定电机的疲劳状态，定子上的所述温度传感器采集的温度包括定子铁心的内部温度和绕组的内部温度，分别设置定子铁心内部温度的工作温度上限值和所述绕组内部温度的工作温度上限值，所述定子铁心的内部温度为嵌装在所述定子铁心内部的所述温度传感器所采集的温度和/或位于所述定子铁心的线槽内壁和该线槽内的绕组之间的温度传感器所采集的温度，当所述定子铁心的内部温度和所述绕组的内部温度中任意一种温度先达到或超过相对应的工作温度上限值时，判定为电机疲劳，当两种温度均未达到相对应的工作温度上限值时，判定为电机未疲劳，所述绕组的内部温度为设置在所述定子铁心的线槽内的绕组内部的所述温度传感器所采集的温度，当定子上的所述温度传感器所采集到的温度低于相对应的工作温度上限值时，计算达到相对应的工作温度上限值的电机持续工作时间，并以此作为允许电机继续持续工作的最大时长，不以电机工作级别限定的最大工作时间作为疲劳停机的条件。

2.如权利要求1所述的设有定子内置温度传感器的永磁同步电机，其特征在于所述中轴内还设有或不设有用于采集中轴温度的温度传感器，所述温度传感器通过能够传输温度信号的引线连接测温仪表/测温电路。

3.如权利要求2 所述的设有定子内置温度传感器的永磁同步电机，其特征在于所述测温仪表/测温电路连接电机控制系统。

4.一种适于权利要求1-3 中任意一项权利要求所述电机的电机疲劳测定方法，其特征在于通过设置在所述定子上的所述温度传感器采集定子内部的实时温度，所述定子铁心的内部温度为嵌装在所述定子铁心内部的所述温度传感器所采集的温度和/或位于所述定子铁心的线槽内壁和该线槽内的绕组之间的温度传感器所采集的温度，定子上的所述温度传感器采集的温度包括定子铁心的内部温度和绕组的内部温度，分别设置定子铁心内部温度的工作温度上限值和所述绕组内部温度的工作温度上限值，当所述定子铁心的内部温度和所述绕组的内部温度中任意一种温度先达到或超过相对应的工作温度上限值时，判定为电机疲劳，当两种温度均未达到相对应的工作温度上限值时，判定为电机未疲劳，所述绕组的内部温度为设置在所述定子铁心的线槽内的绕组内部的所述温度传感器所采集的温度，当定子上的所述温度传感器所采集到的温度低于相对应的工作温度上限值时，计算达到相对应的工作温度上限值的电机持续工作时间，并以此作为允许电机继续持续工作的最大时长，不以电机工作级别限定的最大工作时间作为疲劳停机的条件。