CN107834798B - 一种整体实心结构的凸极同步电机转子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整体实心结构的凸极同步电机转子，包括极靴、磁极、转轴以及励磁绕组，所述极靴、磁极以及转轴为由锻件整体加工而成的凸极转子结构，所述凸极转子结构上预留有用于设置励磁绕组的空间，所述励磁绕组在转子上直接绕制而成，在所述励磁绕组下方设置有弹性支撑装置。本发明通过将极靴、磁极以及转轴采用磁性能和力学性能均优良的锻件加工成整体结构，无把合螺栓，整体承载能力更强，刚度更好，电机容量可以更大，使转子能够承受更大的离心力，或者在同样离心力作用下，转子部件应力更小，安全可靠性得到极大提高，而且极靴表面为连续曲面，无尖角棱边，消除了局部发热严重的情况，磁场波形更好，高次谐波含量更少。

Description

一种整体实心结构的凸极同步电机转子
技术领域
本发明属于凸极同步电机技术领域，特别涉及一种应用于大功率高转速的整体实心结构的凸极同步电机转子。
背景技术
凸极同步电机是旋转电机的一类，其具有一个定子和一个绕中心轴旋转的转子，转子是传递机械能的载体，也是电机磁场的载体。转子上有产生电机磁场的励磁绕组，励磁绕组由铜板焊接或弯制而成，励磁绕组的离心力由转子上的其他部件承受。在大功率（10～60MW）、中高速（1500～1800r/min）凸极同步电机中，为了解决大尺寸高转速带来的高应力问题，往往采用整体锻造的磁极来代替叠片磁极方案。
如图1所示，为现有凸极同步电机的转子结构示意图，其中极靴14、磁极17以及转轴18为分体式结构，励磁绕组5单独制作完成后整体装到转轴上，然后再装极靴14及螺栓15，螺栓15用于将极靴14固定到极身上，因此极间的弹性元件16是通过螺栓15或斜键等安装磁极的同时来预紧。
现有的转子结构主要存在的问题是：
1、励磁绕组及极靴的离心力均由螺栓承受，螺栓的应力很高，必须采用高强度螺栓，对螺栓的质量和安装要求非常高，存在螺栓断裂的风险，且螺栓断裂造成的损失将很大。
2、极靴外表面有螺栓孔，电机启动时涡流在棱角处发热严重，启动不当时，极靴发热严重，造成转子变形。
3、极靴外表面螺栓孔造成磁场波形畸变，电压谐波含量增加。
4、受限于螺栓强度极限，转子直径无法更大，电机容量受限。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够承受更大的离心力，或者在同样离心力作用下，转子部件应力更小，安全可靠性更高的整体实心结构的凸极同步电机转子。
本发明技术的技术方案是这样实现的：一种整体实心结构的凸极同步电机转子，包括极靴、磁极、转轴以及励磁绕组，其特征在于：所述极靴、磁极以及转轴为由锻件整体加工而成的凸极转子结构，所述凸极转子结构上预留有用于设置励磁绕组的空间，所述励磁绕组在转子上直接绕制而成，在所述励磁绕组下方设置有弹性支撑装置。
本发明所述的整体实心结构的凸极同步电机转子，其在所述凸极转子结构的各极靴部位对称地设置有多个轴向的阻尼绕组安装孔，在所述阻尼绕组安装孔内设置有铜或铜合金棒，形成阻尼绕组结构。
本发明所述的整体实心结构的凸极同步电机转子，其所述弹性支撑装置包括设置在相邻磁极之间的极间弹性支撑机构以及设置在磁极两端励磁绕组底部的磁极两端弹性支撑机构，所述极间弹性支撑机构在预压缩状态下，在绕制励磁绕组之前安装在相邻磁极之间，在所述励磁绕组绕制完成后，释放预压力，并将相邻励磁绕组的底部顶紧，所述磁极两端弹性支撑机构在预压缩状态下，在所述励磁绕组绕制完成后，再装入到励磁绕组与凸极转子结构之间，释放预压力，并将对应励磁绕组的底部顶紧。
本发明所述的整体实心结构的凸极同步电机转子，其所述极间弹性支撑机构包括支撑块和极间弹性元件，所述极间弹性元件设置在支撑块与凸极转子结构之间，所述支撑块在极间弹性元件的作用下，其两侧端面分别支撑顶紧在对应励磁绕组的底面。
本发明所述的整体实心结构的凸极同步电机转子，其所述支撑块螺纹连接在顶起螺钉上，所述顶起螺钉的轴心处于相邻磁极极间位置，所述极间弹性元件为弹簧，所述弹簧套接在顶起螺钉上，所述弹簧一端抵靠在凸极转子结构上，其另一端抵靠在顶起螺钉的台阶部，通过旋转顶起螺钉，使所述支撑块沿顶起螺钉轴向移动。
本发明所述的整体实心结构的凸极同步电机转子，其所述支撑块滑动连接在预压螺栓上，所述预压螺栓的轴心处于相邻磁极极间位置，所述预压螺栓与凸极转子结构螺纹连接，所述极间弹性元件为弹簧，所述弹簧套接在预压螺栓上，所述弹簧一端抵靠在凸极转子结构上，其另一端抵靠在支撑块的内侧端面，所述预压螺栓将支撑块与弹簧预压缩，通过旋转预压螺栓释放弹簧的预压力，使所述支撑块在弹簧作用下将励磁绕组底部顶紧。
本发明所述的整体实心结构的凸极同步电机转子，其所述磁极两端弹性支撑机构设置在励磁绕组与凸极转子结构之间，并通过固定在凸极转子结构上的限位块进行轴向固定，所述磁极两端弹性支撑机构包括弹簧座、磁极两端弹性元件以及弹簧压板，所述磁极两端弹性元件一端设置于弹簧座内，其另一端抵靠在弹簧压板上，所述弹簧压板在磁极两端弹性元件的作用下支撑顶紧在对应励磁绕组的底面。
本发明通过将极靴、磁极以及转轴采用磁性能和力学性能均优良的锻件加工成整体结构，无把合螺栓，整体承载能力更强，刚度更好，电机容量可以更大，使转子能够承受更大的离心力，或者在同样离心力作用下，转子部件应力更小，安全可靠性得到极大提高，而且极靴表面为连续曲面，无尖角棱边，消除了局部发热严重的情况，磁场波形更好，高次谐波含量更少。
附图说明
图1是现有凸极同步电机转子的结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是图2中A部放大图。
图4是本发明中另一种极间弹性支撑机构的结构示意图。
图5是本发明中磁极两端弹性支撑机构在转子中安装的结构示意图。
图6是图5中B部放大图。
图7是图5中C-C剖视图。
图8是图7中D部放大图。
图中标记：1为极间弹性支撑机构，2为支撑块，3为极间弹性元件，4为凸极转子结构，5为励磁绕组，6为顶起螺钉，7为预压螺栓，8为磁极两端弹性支撑机构，9为弹簧座，10为磁极两端弹性元件，11为弹簧压板，12为限位块，13为弹簧预压螺栓，14为极靴，15为螺栓，16为弹性元件，17为磁极，18为转轴，19为阻尼绕组安装孔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
如图2所示，一种整体实心结构的凸极同步电机转子，包括极靴14、磁极17、转轴18以及励磁绕组5，所述极靴14、磁极17以及转轴18为由磁性能和力学性能均优良的锻件整体加工而成的整体凸极转子结构4，所述凸极转子结构4上预留有用于设置励磁绕组5的空间，所述励磁绕组5采用铜板在转子上直接焊接或弯曲绕制而成，包括铜板层间绝缘，热压粘接等，在所述励磁绕组5下方设置有弹性支撑装置。
其中，由于极靴表面没有螺栓孔，故可在所述凸极转子结构4的各极靴部位对称地设置有多个轴向的阻尼绕组安装孔19，在所述阻尼绕组安装孔19内设置有铜或铜合金棒，形成阻尼绕组结构，以优化电机的性能，这点对变频调速电机来说特别有意义。
本发明中受转子整体结构特点限制，其励磁绕组不能在外部独立制作完成后再装到转子上，因此必须在转子上直接绕制，并绝缘成形。所以凸极转子结构的极身高度必须留出励磁绕组高度之外的额外空间，以便绕组制作。励磁绕组制作完成后可在磁极上沿极身径向移动。为了避免励磁绕组的移动，在励磁绕组的靠轴心端设置了弹性支撑装置，可将绕组向转子外圆方向形成有效支撑，而弹性支撑装置的设计必考虑操作空间、安全性和可靠性等问题。
其中，所述弹性支撑装置包括设置在相邻磁极之间的极间弹性支撑机构1以及设置在磁极两端励磁绕组5底部的磁极两端弹性支撑机构8，所述极间弹性支撑机构1在预压缩状态下，在绕制励磁绕组5之前安装在相邻磁极之间，在所述励磁绕组5绕制完成后，释放预压力，并将相邻励磁绕组的底部顶紧，所述磁极两端弹性支撑机构8在预压缩状态下，在所述励磁绕组5绕制完成后，再装入到励磁绕组5与凸极转子结构4之间，释放预压力，并将对应励磁绕组的底部顶紧。
如图3所示，所述极间弹性支撑机构1包括支撑块2和极间弹性元件3，所述支撑块2呈V形，所述极间弹性元件3设置在支撑块2与凸极转子结构4之间，所述支撑块2螺纹连接在顶起螺钉6上，所述顶起螺钉6的轴心处于相邻磁极极间位置，保证了足够扳手空间，所述极间弹性元件3为弹簧，所述弹簧套接在顶起螺钉6上，所述弹簧一端抵靠在凸极转子结构4上，其另一端抵靠在顶起螺钉6的台阶部，通过旋转顶起螺钉6，使所述支撑块2沿顶起螺钉6轴向移动，以实现对励磁绕组的压紧或松开，所述支撑块2在极间弹性元件3的作用下，其两侧端面分别支撑顶紧在对应励磁绕组5的底面。
如图4所示，作为另一种极间弹性支撑机构的结构，所述支撑块2滑动连接在预压螺栓7上，所述预压螺栓7的轴心处于相邻磁极极间位置，所述预压螺栓7与凸极转子结构4螺纹连接，所述极间弹性元件3为弹簧，所述弹簧套接在预压螺栓7上，所述弹簧一端抵靠在凸极转子结构4上，其另一端抵靠在支撑块2的内侧端面，所述预压螺栓7将支撑块2与弹簧预压缩，通过旋转预压螺栓7释放弹簧的预压力，使所述支撑块2在弹簧作用下将励磁绕组5底部顶紧。
如图5-8所示，所述磁极两端弹性支撑机构8设置在励磁绕组5与凸极转子结构4之间，并通过固定在凸极转子结构4上的限位块12进行轴向固定，所述磁极两端弹性支撑机构8包括弹簧座9、磁极两端弹性元件10以及弹簧压板11，所述磁极两端弹性元件10一端设置于弹簧座9内，其另一端抵靠在弹簧压板11上，所述弹簧压板11在磁极两端弹性元件10的作用下支撑顶紧在对应励磁绕组5的底面。
本发明中弹性支撑装置的装配方法是：首先，将处于预压缩状态的极间弹性支撑机构1设置在相邻磁极之间，使其预留出安装励磁绕组5的空间；然后，在电机转子上绕制励磁绕组5，并绝缘成形；接着，释放极间弹性支撑机构1的弹簧，使极间弹性支撑机构1将励磁绕组5底部顶紧；最后，将处于预压缩状态的磁极两端弹性支撑机构8装入励磁绕组5与凸极转子结构4之间，并通过限位块12将其轴向固定，释放磁极两端弹性支撑机构8的弹簧，使磁极两端弹性支撑机构8将励磁绕组5底部顶紧。
其中，作为一种极间弹性支撑机构的具体装配方法是：将所述极间弹性支撑机构1安装于相邻磁极之间，所述极间弹性支撑机构1的支撑块2螺纹连接在顶起螺钉6上，通过旋转顶起螺钉6，使支撑块2沿顶起螺钉6轴向向内侧移动，以预留出安装励磁绕组5的空间，在电机转子上绕制励磁绕组5后，通过旋转顶起螺钉6，使支撑块2沿顶起螺钉6轴向向外侧移动并支撑在励磁绕组5底部端面，并通过压缩状态下弹簧的作用力，使支撑块2的两侧端面将相邻励磁绕组5的底部顶紧。
作为另一种极间弹性支撑机构的具体装配方法是：将所述极间弹性支撑机构1安装于相邻磁极之间，所述极间弹性支撑机构1的支撑块2滑动连接在预压螺栓7上，所述预压螺栓7与凸极转子结构4螺纹连接，通过预压螺栓7将支撑块2和弹簧预压缩，以预留出安装励磁绕组5的空间，在电机转子上绕制励磁绕组5后，将预压螺栓7松开而释放弹簧，并通过压缩状态下弹簧的作用力，使支撑块2的两侧端面将相邻励磁绕组5的底部顶紧。
作为磁极两端弹性支撑机构的具体装配方法是：首先，将所述磁极两端弹性支撑机构8的弹簧装入弹簧座9中，并通过弹簧预压螺栓13和弹簧压板11将弹簧预压缩，使其满足安装的空间，然后将组装后的零件整体装入至励磁绕组5与凸极转子结构4之间，最后，将弹簧预压螺栓13拆除，使弹簧释放，并通过压缩状态下弹簧的作用力，使弹簧压板11将励磁绕组5的底部顶紧。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种整体实心结构的凸极同步电机转子，包括极靴（14）、磁极（17）、转轴（18）以及励磁绕组（5），其特征在于：所述极靴（14）、磁极（17）以及转轴（18）为由锻件整体加工而成的凸极转子结构（4），所述凸极转子结构（4）上预留有用于设置励磁绕组（5）的空间，所述励磁绕组（5）在转子上直接绕制而成，在所述励磁绕组（5）下方设置有弹性支撑装置；
所述弹性支撑装置包括设置在相邻磁极之间的极间弹性支撑机构（1）以及设置在磁极两端励磁绕组（5）底部的磁极两端弹性支撑机构（8），所述极间弹性支撑机构（1）在预压缩状态下，在绕制励磁绕组（5）之前安装在相邻磁极之间，在所述励磁绕组（5）绕制完成后，释放预压力，并将相邻励磁绕组的底部顶紧，所述磁极两端弹性支撑机构（8）在预压缩状态下，在所述励磁绕组（5）绕制完成后，再装入到励磁绕组（5）与凸极转子结构（4）之间，释放预压力，并将对应励磁绕组的底部顶紧；
所述极间弹性支撑机构（1）包括支撑块（2）和极间弹性元件（3），所述极间弹性元件（3）设置在支撑块（2）与凸极转子结构（4）之间，所述支撑块（2）在极间弹性元件（3）的作用下，其两侧端面分别支撑顶紧在对应励磁绕组（5）的底面；
所述磁极两端弹性支撑机构（8）设置在励磁绕组（5）与凸极转子结构（4）之间，并通过固定在凸极转子结构（4）上的限位块（12）进行轴向固定，所述磁极两端弹性支撑机构（8）包括弹簧座（9）、磁极两端弹性元件（10）以及弹簧压板（11），所述磁极两端弹性元件（10）一端设置于弹簧座（9）内，其另一端抵靠在弹簧压板（11）上，所述弹簧压板（11）在磁极两端弹性元件（10）的作用下支撑顶紧在对应励磁绕组（5）的底面。
2.根据权利要求1所述的整体实心结构的凸极同步电机转子，其特征在于：在所述凸极转子结构（4）的各极靴部位对称地设置有多个轴向的阻尼绕组安装孔（19），在所述阻尼绕组安装孔（19）内设置有铜或铜合金棒，形成阻尼绕组结构。
3.根据权利要求2所述的整体实心结构的凸极同步电机转子，其特征在于：所述支撑块（2）螺纹连接在顶起螺钉（6）上，所述顶起螺钉（6）的轴心处于相邻磁极极间位置，所述极间弹性元件（3）为弹簧，所述弹簧套接在顶起螺钉（6）上，所述弹簧一端抵靠在凸极转子结构（4）上，其另一端抵靠在顶起螺钉（6）的台阶部，通过旋转顶起螺钉（6），使所述支撑块（2）沿顶起螺钉（6）轴向移动。
4.根据权利要求3所述的整体实心结构的凸极同步电机转子，其特征在于：所述支撑块（2）滑动连接在预压螺栓（7）上，所述预压螺栓（7）的轴心处于相邻磁极极间位置，所述预压螺栓（7）与凸极转子结构（4）螺纹连接，所述极间弹性元件（3）为弹簧，所述弹簧套接在预压螺栓（7）上，所述弹簧一端抵靠在凸极转子结构（4）上，其另一端抵靠在支撑块（2）的内侧端面，所述预压螺栓（7）将支撑块（2）与弹簧预压缩，通过旋转预压螺栓（7）释放弹簧的预压力，使所述支撑块（2）在弹簧作用下将励磁绕组（5）底部顶紧。
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