CN104506000A - 一种异步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通用广泛的动力控制应用领域，具体的说是一种异步电机，包括定子和转子，异步电机采用二组转定子结构同轴安装，其中一组为动力转定子结构，由主定子和主转子构成，主转子由主内转子嵌入主外转子组成，主内转子和主外转子之间设有空腔，空腔内设有相变磁性材料，主内转子连接电机输出轴；另一组为控制转定子结构，由副定子和副转子构成，副转子与主内转子同轴安装。本发明的外部采用超大接线控制盒的标准电机座结构，实现对电机运行进行实时控制；内部采用二组转定子结构，内外转子间灌装了流动性相变磁性材料，使电机自动具有限制电流、软性传(启)动、控制温升、过载保护和高效节能等技术特征。

Description

一种异步电机

[技术领域]

本发明涉及通用广泛的动力控制应用领域，具体的说是一种结合柔性传动材料、双转定子结构、调速制动技术、闭环伺服控制和标准产品工艺的一体化的交流异步电机，特别适用于电机频繁启动、负载变量较大、需要进行单机自动或集成系统控制的使用场合。

[背景技术]

现有的电动机产品按技术等级基本分为两大类，一类是传统的交直流电机，该类产品的历史悠久和种类繁多，基本采用传统电气控制手段来实施应用；另一类是较为先进的步进电机和伺服电机，主要应用在高精度的技术领域，如数控机床、加工中心设备、机器人装备等使用场合，该类产品基本采用以信号反馈、集成控制、人机通讯为核心的控制技术。

传统交流电机产品技术成熟，用途广泛，今已经发展到工艺标准规范和大规模产业化的程度，但由于产品功能简单，技术含量较低，该类电机只具有将电能转化为机械能的简单功能，在实际使用的环境里，要满足诸如过载保护、负载启动、时间控制、离合制动、自动控制等各种功能需求，还需要通过设计相应的外围电路和配套器件来实现。传统电机存在着产品单机价值低、电路配件多、使用维护复杂、综合成本高等诸多问题，最大的弱点是产品本身很难进行技术扩展和提升，急需进行产品创新来适应新的市场需求。

随着工业技术的发展，现代高端产品及零部件的精度要求愈来愈高，步进电机由于采用较为先进的电子控制技术，提高了电机的运行精度和使用性能，与传统电机相比有较大的技术优势。但该步进电机也存在缺点和局限，如：步进电机开环控制，不对速度进行测定，分辨率和控制精度相对较差；输出功率较小，应用面较狭窄，一般只适用于小微型电动负载场合。

伺服电机由于采用闭环控制方式，能容易实现电机的调速、调矩、高速平稳运行，还有很高的位置精度，能满足电机控制的各种要求。但伺服电机产品结构及电路复杂，制造成本很高；由于受到大功率电流的限制，伺服电机的功率相对较小；伺服电机在使用前，需要先解决电机的散热、隔磁、自锁和移动部件轻量化等多方面问题，因此使用、操作和维护都比较复杂；伺服电机主要用于高精度的工业装备(如CNC、机器人)，不大适用于一般精度的动力设备(如产品流水线、普通工业设备)，市场需求最大的往往是一般精度的工业设备；伺服电机由于产品价格高、操作难度大、适用面较小，推广应用受到限制。

随着工业的发展，电机的使用环境也发生了很大的变化，市场对电机提出了更高的使用要求，用人工操作的生产工艺逐渐被自动化工艺所取代，传统电机已不能满足现代工业发展的要求，市场需要大量功能先进，技术创新、经济实用、通用面广和节能可靠的新型电机。

[发明内容]

本发明为了满足现代工业发展市场对电机提出的使用要求，设计一种能顺势适应工业发展的市场需求、能实现自保护及闭环控制等多项功能的异步电机。

为了实现上述目的，设计一种异步电机，包括定子和转子，所述的异步电机采用二组转定子结构同轴安装，其中一组为动力转定子结构，由主定子和主转子构成，主转子由主内转子嵌入主外转子组成，主内转子和主外转子之间设有空腔，空腔内设有相变磁性材料，主内转子连接电机输出轴，当主定子线圈通电后，交流电机产生主定子、主外转子和主内转子的两次异步旋转磁场，由于内外转子间灌装了流动性相变磁性材料，主外转子对主内转子及电机轴实现柔性的动力驱动；另一组为控制转定子结构，由副定子和副转子构成，副转子与主内转子同轴安装。

所述的电机具体结构如下：

电机轴穿入主内转子固定安装，主内转子嵌入主外转子，转子轴承和骨架油封装入转子端盖，主外转子两端固定安装转子端盖，主内外转子的间隙内灌装相变磁性材料，副转子穿装在电机轴上，全部零件组成电机转子部件；

绕制的主副定子线圈嵌入主副定子铁芯，组成定子部件；

强电接线桩、驱动电路板、集成控制板组成控制部件；

轴承装入前端盖和后端盖，组成电机壳体端盖部件；

屏蔽信号线连接光栅编码器和弱电电路板接线端，组成传感器部件；

定子部件固定装入电机壳，控制部件装入接线控制盒，屏蔽信号线穿过电机后端盖和壳体的线孔槽，连接弱电接线端，电机转子部件穿进电机定子部件，主副定转子各自对应，主定子线圈抽头连接强电接线桩，副定子线圈抽头连接驱动电路板，电机壳体端盖部件按前后位置套进电机轴、固定于电机壳体两端面，光栅编码器穿过电机轴固定于电机后端盖，编码器与屏蔽信号线连接，风叶装入并固定于电机轴后部，后风罩固定安装于电机后端盖，最后固定接线盒盖，完成电机产品整机装配。

所述的控制转定子结构由副定子和副转子构成，当副定子线圈通电,副转子产生与主转子相同方向的旋转扭矩，如果副转子旋转频率高于主转子旋转频率，就会对电机轴产生加速度，如果副转子旋转频率低于主转子旋转频率，就会对电机轴产生减速度；当副定子线圈通电后改变线圈驱动电流，将相应改变副转子及电机轴输出扭矩；当副定子线圈通电，与副转子的永磁刚产生S→N极稳定磁场，这时主定子线圈如失电，电机进入制动状态。

所述的主转子是嵌装式双转子结构形态，主转子由主外转子和主内转子组成，主内转子安装在主外转子内部，主转子两端封装转子端盖，转子端盖上装有骨架油封和轴承，主内转子、电机轴与主外转子用轴承连接，双转子之间的空腔是密闭空间。

所述的主外转子为鼠笼式主外转子或永磁式主外转子，主内转子为鼠笼式主内转子，副转子采用永磁式结构。

本发明电机同现有技术相比，其优点在于：

1)本发明的外部采用超大接线控制盒的标准电机座结构，控制盒内分布强电接线桩与弱电电路板及接线端相隔离的功能区域，其中弱电电路板采用大规模集成电路、信号处理器和逆变驱动器，实现对电机运行进行实时控制；

2)内部采用二组转定子结构，二组转定子部件同轴安装，由于内外转子间灌装了流动性相变磁性材料，主外转子对主内转子及电机轴实现柔性的动力驱动，从而使电机自动具有限制电流、软性传(启)动、控制温升、过载保护和高效节能的技术特征；

3)本发明中的电机信号源采用内置式高分辨度光栅编码器，编码器安装在后端盖外的电机轴上，电机信号处理器能精确储存、分析和反馈实时运行动态，通过电机自身集成电路操作系统或上位机的控制，实现故障报警、时间循环、转速变化、扭矩控制、位移距离、旋转方向等闭环控制功能。

[附图说明]

图1是本发明的等角轴视图；

图2是本发明的正视图；

图3是本发明的正视剖图；

图中：1.电机轴 2.前端盖 3.主轴承 4.控制线圈 5.副定子6.强电接线桩 7.动力线圈 8.主定子 9.驱动电路板 10.集成控制板11.接线控制盒 12.频蔽电缆 13.后端盖 14.风扇 15.后风罩 16.光栅编码器 17.转子轴承 18.转子端盖 19.相变磁性材料 20.主内转子 21.主外转子 22.骨架油封 23.永磁条 24.电机壳 25.副转子；

指定图3作为本发明的摘要附图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明由电机轴、前端盖、主轴承、控制线圈、副定子、强电接线桩、动力线圈、主定子、驱动电路板、集成控制板、接线控制盒、频蔽电缆、后端盖、风扇、后风罩、光栅编码器、转子轴承、转子端盖、相变磁性材料、主内转子、主外转子、骨架油封、永磁条、电机壳、副转子等相应的零配件组成整机产品。

本发明包括定子和转子，异步电机采用二组转定子结构同轴安装，其中一组为动力转定子结构，由主定子和主转子构成，主转子由主内转子嵌入主外转子组成，主内转子和主外转子之间设有空腔，空腔内设有相变磁性材料，主内转子连接电机输出轴，当主定子线圈通电后，交流电机产生主定子、主外转子和主内转子的两次异步旋转磁场，由于内外转子间灌装了流动性相变磁性材料，主外转子对主内转子及电机轴实现柔性的动力驱动；另一组为控制转定子结构，由副定子和副转子构成，副转子与主内转子同轴安装。

其中一组为动力转定子，由主定子和主转子构成，主转子由主内转子嵌入主外转子组成，当主定子线圈通电后，交流电机产生主定子→主外转子→主内转子的两次异步旋转磁场，由于内外转子间灌装了流动性相变磁性材料，主外转子对主内转子及电机轴实现柔性的动力驱动，从而使电机自动具有限制电流、软性传(启)动、控制温升、过载保护和高效节能的技术特征。

另一组为控制转定子，由副定子和副转子构成，a)当副定子线圈通电(交流驱动),副转子产生与主转子相同方向的旋转扭矩，如果副转子旋转频率高于主转子旋转频率，就会对电机轴产生加速度，如果副转子旋转频率低于主转子旋转频率，就会对电机轴产生减速度；b)当副定子线圈通电(交流驱动)后改变线圈驱动电流，将相应改变副转子及电机轴输出扭矩；c)当副定子线圈通电(直流驱动)，与副转子的永磁刚产生S→N极稳定磁场，这时主定子线圈如失电，电机进入制动状态。

本发明的具体实施步续如下：

1、将电机轴穿入主内转子固定安装；主内转子嵌入主外转子；转子轴承和骨架油封装入转子端盖；主外转子两端固定安装转子端盖；主内外转子的间隙内灌装相变磁性材料；副转子穿装在电机轴上，全部零件组成电机转子部件；

2、绕制的主副定子线圈嵌入主副定子铁芯，组成定子部件；

3、强电接线桩、驱动电路板、集成控制板组成控制部件；

4、轴承装入前端盖和后端盖，组成电机壳体端盖部件；

5、屏蔽信号线连接光栅编码器和弱电电路板接线端，组成传感器部件；

6、整机组装程序：

a)定子部件固定装入电机壳；

b)控制部件装入接线控制盒；

c)屏蔽信号线穿过电机后端盖和壳体的线孔槽，连接弱电接线端；

d)电机转子部件穿进电机定子部件(主副定转子各自对应)，主定子线圈抽头连接强电接线桩，副定子线圈抽头连接驱动电路板；

e)电机壳体端盖部件按前后位置套进电机轴、固定于电机壳体两端面；

f)光栅编码器穿过电机轴固定于电机后端盖，编码器与屏蔽信号线连接；

g)风叶装入并固定于电机轴后部；

h)后风罩固定安装于电机后端盖；

7、最后固定接线盒盖，完成电机产品整机装配工序。

Claims (5)

1.一种异步电机，包括定子和转子，其特征在于所述的异步电机采用二组转定子结构同轴安装，其中一组为动力转定子结构，由主定子和主转子构成，主转子由主内转子嵌入主外转子组成，主内转子和主外转子之间设有空腔，空腔内设有相变磁性材料，主内转子连接电机输出轴，当主定子线圈通电后，交流电机产生主定子、主外转子和主内转子的两次异步旋转磁场，由于内外转子间灌装了流动性相变磁性材料，主外转子对主内转子及电机轴实现柔性的动力驱动；另一组为控制转定子结构，由副定子和副转子构成，副转子与主内转子同轴安装。

2.如权利要求1所述的一种异步电机，其特征在于电机具体结构如下：

电机轴穿入主内转子固定安装，主内转子嵌入主外转子，转子轴承和骨架油封装入转子端盖，主外转子两端固定安装转子端盖，主内外转子的间隙内灌装相变磁性材料，副转子穿装在电机轴上，全部零件组成电机转子部件；

绕制的主副定子线圈嵌入主副定子铁芯，组成定子部件；

强电接线桩、驱动电路板、集成控制板组成控制部件；

轴承装入前端盖和后端盖，组成电机壳体端盖部件；

屏蔽信号线连接光栅编码器和弱电电路板接线端，组成传感器部件；

定子部件固定装入电机壳，控制部件装入接线控制盒，屏蔽信号线穿过电机后端盖和壳体的线孔槽，连接弱电接线端，电机转子部件穿进电机定子部件，主副定转子各自对应，主定子线圈抽头连接强电接线桩，副定子线圈抽头连接驱动电路板，电机壳体端盖部件按前后位置套进电机轴、固定于电机壳体两端面，光栅编码器穿过电机轴固定于电机后端盖，编码器与屏蔽信号线连接，风叶装入并固定于电机轴后部，后风罩固定安装于电机后端盖，最后固定接线盒盖，完成电机产品整机装配。

3.如权利要求1所述的一种异步电机，其特征在于所述的控制转定子结构由副定子和副转子构成，当副定子线圈通电,副转子产生与主转子相同方向的旋转扭矩，如果副转子旋转频率高于主转子旋转频率，就会对电机轴产生加速度，如果副转子旋转频率低于主转子旋转频率，就会对电机轴产生减速度；当副定子线圈通电后改变线圈驱动电流，将相应改变副转子及电机轴输出扭矩；当副定子线圈通电，与副转子的永磁刚产生S→N极稳定磁场，这时主定子线圈如失电，电机进入制动状态。

4.如权利要求1所述的一种数码电机，其特征在于所述的主转子是嵌装式双转子结构形态，主转子由主外转子和主内转子组成，主内转子安装在主外转子内部，主转子两端封装转子端盖，转子端盖上装有骨架油封和轴承，主内转子、电机轴与主外转子用轴承连接，双转子之间的空腔是密闭空间。

5.如权利要求1所述的一种数码电机，其特征在于所述的主外转子为鼠笼式主外转子或永磁式主外转子，主内转子为鼠笼式主内转子，副转子采用永磁式结构。