CN108258867A - 一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机 - Google Patents

一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机，超大扭矩开关磁阻电动机包括：相互配合的定子组件和转子组件；其中，定子组件包括定子机壳、定子凸极和定子绕组，定子凸极设置在定子机壳的内壁上，定子凸极绕定子机壳的周向设置，定子绕组缠绕在定子铁芯上；转子组件包括转子轴、转子凸极和励磁绕组，转子凸极绕转子轴的周向设置，定子凸极弧面和转子凸极弧面相对，定子凸极和转子凸极至少部分地呈凹凸交错的齿状分布，定子凸极弧面的弧长大于转子凸极弧面的弧长用于缩短相邻的定子凸极和与其相对应的转子凸极之间形成的闭合的磁路的长度；励磁绕组设置在转子凸极上。采用上述电动机能够形成路程较短的磁路，实现了提高扭矩和降低转速的目的。

Description

一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机
技术领域
本发明属于电动机技术领域，尤其涉及一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机。
背景技术
近年来，随着永磁材料的突破与电动机行业的发展，现有低速大扭矩永磁电动机多采用变频起动，然而低速大扭矩电动机对调速性能要求不高，并且功率较大，故需考虑工频自起动。在额定参数要求一定的情况下，即转速、功率一定，要实现工频50Hz自起动必须增加电动机的极对数。但大功率异步起动永磁同步电动机体积大，转动惯量大，再加上极对数增多后起动阶段永磁制动转矩非常大，即便转子起动绕组串接起动电阻，电动机仍然难以实现自起动。
现有技术中，电动机驱动系统中的动力源一般采用三相异步交流电动机，电动机的转速一般为3000rpm、1500rpm、1000rpm、750rpm等，其输出扭矩为：T＝9549*P/Ne(T为扭矩，单位为N.M；P为功率，单位为KW；Ne为额定转速，单位为rpm)。在很多工业场合机械设备中，机械部分工作速度远低于电动机额定转速，但所需要扭矩却很大，有的达到电动机的几倍甚至十几倍，在这种情况下，一般通过减速箱进行降速，增大扭矩。它存在如下缺陷：通过机械传动，降低了电动机的传动效率，提高了使用成本；机械部分故障率大，需要定期注油保养，运行费用高、系统的可靠性降低。
因此，本领域需要一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机来解决上述问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机，旨在解决现有的电动机扭矩较低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机，所述超大扭矩开关磁阻电动机包括：相互配合的定子组件和转子组件；其中，所述定子组件包括定子机壳、定子凸极和定子绕组，所述定子凸极设置在所述定子机壳的内壁上，所述定子凸极绕所述定子机壳的周向设置，所述定子绕组缠绕在所述定子铁芯上；所述转子组件包括转子轴、转子凸极和励磁绕组，所述转子凸极绕所述转子轴的周向设置，所述定子凸极弧面和所述转子凸极弧面相对，所述定子凸极和所述转子凸极至少部分地呈凹凸交错的齿状分布，所述定子凸极弧面的弧长大于所述转子凸极弧面的弧长用于缩短相邻的所述定子凸极和与其相对应的转子凸极之间形成的闭合的磁路的长度；所述励磁绕组设置在所述转子凸极上。
在上述超大扭矩开关磁阻电动机的优选技术方案中，所述定子凸极包括：定子固定盘，所述定子固定盘设置在所述定子机壳的内壁上；多个第一凸极，所述多个第一凸极设置在所述定子固定盘的内沿上，且所述多个第一凸极绕所述定子固定盘的周向均匀设置。
在上述超大扭矩开关磁阻电动机的优选技术方案中，所述转子凸极包括：转子固定盘，所述转子固定盘套设在所述转子轴上；多个第二凸极，所述多个第二凸极设置在所述转子固定盘的外沿上，且所述多个第二凸极绕所述转子固定盘的周向均匀设置。
在上述超大扭矩开关磁阻电动机的优选技术方案中，所述第一凸极的数量大于所述第二凸极的数量，以便使所述第一凸极和所述第二凸极至少部分地呈凹凸交错的齿状分布。
在上述超大扭矩开关磁阻电动机的优选技术方案中，所述定子固定盘和所述第一凸极一体成型；并且/或者，所述转子固定盘和所述第二凸极一体成型。
在上述超大扭矩开关磁阻电动机的优选技术方案中，所述第一凸极采用硅钢片叠压制备；并且/或者，所述第二凸极采用硅钢片叠压制备；并且/或者，所述定子固定盘采用钢材制备，所述定子固定盘的材质的强度大于预设强度阈值；并且/或者，所述转子固定盘采用钢材制备，所述转子固定盘的材质的强度大于预设强度阈值；并且/或者，所述励磁绕组采用电励磁、永磁体或电励磁和永磁体的混合励磁。
在上述超大扭矩开关磁阻电动机的优选技术方案中，所述电动机的扭矩与所述电动机的直径呈线性关系。
在上述超大扭矩开关磁阻电动机的优选技术方案中，所述定子绕组采用集中绕组的方式缠绕在所述定子凸极上。
在上述超大扭矩开关磁阻电动机的优选技术方案中，所述超大扭矩开关磁阻电动机还包括位置传感器，所述位置传感器设置在所述转子组件上。
在上述超大扭矩开关磁阻电动机的优选技术方案中，所述超大扭矩开关磁阻电动机还包括散热装置，所述散热装置用于降低所述电动机的温度。
本发明提供了一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机，在本发明的超大扭矩开关磁阻电动机的优选技术方案中，所述定子凸极弧面和所述转子凸极弧面相对，所述定子凸极和所述转子凸极至少部分地呈凹凸交错的齿状分布能够产生多个磁路，所述定子凸极弧面的弧长大于所述转子凸极弧面的弧长能够减小磁路的长度，增加磁路横截面的面积，降低磁阻，实现了提高扭矩和降低转速的目的；而且，在通电的过程中，转子转动的幅度极小，充分利用励磁功率，提高了电动机的工作效率。
进一步地，在本发明的异步电动机的优选技术方案中，所述电动机的扭矩与所述电动机的直径呈线性关系，与现有的异步电动机的技术方案相比，本发明的电动机在相同的磁拉力下，随着电动机的直径增大，电动机的输出扭矩则按相同的比例增长，也就是说，只要电动机的直径足够大，电动机的输出扭矩也将足够大，从而实现了电动机输出超大扭矩的目的。
附图说明
图1为本发明的电动机的结构示意图；
图2为图1的纵向剖视图。
图中：1、定子组件；11、定子机壳；12、定子凸极；121、定子固定盘；122、第一凸极；13、定子绕组；2、转子组件；21、转子轴；22、转子凸极；221、转子固定盘；222、第二凸极；23、励磁绕组；3、位置传感器；4、散热装置；41、散热风机；42、散热罩；421、散热孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1和图2，图1为本发明的电动机的结构示意图；图2为图1的纵向剖视图如图1所示，本发明提供了一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机，所述超大扭矩开关磁阻电动机包括：相互配合的定子组件1和转子组件2；其中，所述定子组件1包括定子机壳11、定子凸极12和定子绕组13，所述定子凸极12设置在所述定子机壳11的内壁上，所述定子凸极12绕所述定子机壳11的周向设置，所述定子绕组13缠绕在所述定子铁芯上；所述转子组件2包括转子轴21、转子凸极22和励磁绕组23，所述转子凸极22绕所述转子轴21的周向设置，所述定子凸极12弧面和所述转子凸极22弧面相对，所述定子凸极12和所述转子凸极22至少部分地呈凹凸交错的齿状分布，所述定子凸极12弧面的弧长大于所述转子凸极22弧面的弧长用于缩短相邻的所述定子凸极12和与其相对应的转子凸极22之间形成的闭合的磁路的长度；所述励磁绕组23设置在所述转子凸极22上。
与现有的异步电动机的技术方案相比，所述定子凸极12弧面和所述转子凸极22弧面相对，所述定子凸极12和所述转子凸极22至少部分地呈凹凸交错的齿状分布能够产生多个磁路，所述定子凸极12弧面的弧长大于所述转子凸极22弧面的弧长能够减小磁路的长度，增加磁路横截面的面积，降低磁阻，实现了提高扭矩和降低转速的目的；而且，在通电的过程中，转子转动的幅度极小，充分利用励磁功率，提高了电动机的工作效率。
进一步地，如图2所示，所述定子凸极12包括：定子固定盘121，所述定子固定盘121设置在所述定子机壳11的内壁上；多个第一凸极122，所述多个第一凸极122设置在所述定子固定盘121的内沿上，且所述多个第一凸极122绕所述定子固定盘121的周向均匀设置，以便于使得定子凸极12和所述转子凸极22至少部分地呈凹凸交错的齿状分布能够产生的多个磁路均匀设置，使得扭矩能够稳定，避免了扭矩忽大忽小的变化，从而使得电动机能够稳定的运行。
进一步地，如图2所示，所述转子凸极22包括：转子固定盘221，所述转子固定盘221套设在所述转子轴21上；多个第二凸极222，所述多个第二凸极222设置在所述转子固定盘221的外沿上，且所述多个第二凸极222绕所述转子固定盘221的周向均匀设置，以便于使得定子凸极12和所述转子凸极22至少部分地呈凹凸交错的齿状分布能够产生的多个磁路均匀设置，使得扭矩能够稳定，避免了扭矩忽大忽小的变化，从而使得电动机能够稳定的运行。
优选地，所述第一凸极122的数量大于所述第二凸极222的数量，以便使所述第一凸极122和所述第二凸极222至少部分地呈凹凸交错的齿状分布。优选地，第一凸极122的数量为十二个，第二凸极222的数量为八个。
优选地，所述定子固定盘121和所述第一凸极122一体成型，采用一体成型的结构便于模具的加工制作。
优选地，所述第一凸极122采用硅钢片叠压制备。
优选地，所述定子固定盘121采用钢材制备，所述定子固定盘121的材质的强度大于预设强度阈值，以提高定子固定盘121的强度，避免了定子固定盘121被磨损坏，延长定子固定盘121的使用寿命。
上述定子凸极12的结构可以通过机械组合安装，轻易方便的组合成直径较大的电动机定子，该组合式安装方式，极大降低了电动机定子成本。
优选地，所述转子固定盘221和所述第二凸极222一体成型，采用一体成型的结构便于模具的加工制作。
优选地，所述第二凸极222采用硅钢片叠压制备。
优选地，所述转子固定盘221采用钢材制备，所述转子固定盘221的材质的强度大于预设强度阈值，以提高转子固定盘221的强度，避免了转子固定盘221被磨损坏，延长转子固定盘221的使用寿命。
上述转子凸极22的结构可以通过机械组合安装，轻易方便的组合成直径较大的电动机转子，该组合式安装方式，极大降低了电动机转子成本。
上述结构中，通过预设强度阈值的设定，可以给出固定盘的强度是否满足摩擦强度的设定，以避免固定盘被磨损坏。其中，经过发明人反复试验、观测、分析和比较，确定预设强度阈值是固定盘能够不被磨损坏的最低强度时，以避免固定盘被磨损坏，以延长固定盘的使用寿命。在实际应用中，预设强度阈值的实际取值不限于固定盘能够不被磨损坏的最低强度，可以由本领域技术人员根据实验或者经验得出。
优选地，所述转子凸极22的极面嵌有永磁凸极，所述永磁凸极的极面覆盖所述转子凸极22的极面的1/2，所述永磁凸极的径向长度占所述转子凸极22的径向长度的3/5。
优选地，所述励磁绕组23采用电励磁、永磁体或电励磁和永磁体的混合励磁。
优选地，所述电动机的扭矩与所述电动机的直径呈线性关系，在相同的磁拉力下，随着电动机的直径增大，电动机的输出扭矩则按相同的比例增长，也就是说，只要电动机的直径足够大，电动机的输出扭矩也将足够大，从而实现了电动机输出超大扭矩的目的。
优选地，所述定子绕组13采用集中绕组的方式缠绕在所述定子凸极12上。具体而言，在电动机定子组合安装前，首先进行定子绕组13的绕线、浸漆、测试，合格后再固定安装成定子，这种安装顺序，实现了绕线自动化，提高了生产效率，提高了电动机电参数的高度一致性，提高了电动机可靠性。
进一步地，所述超大扭矩开关磁阻电动机还包括位置传感器3，所述位置传感器3设置在所述转子组件2上。
优选地，位置传感器3为红外传感器。
进一步地，如图1所示，所述超大扭矩开关磁阻电动机还包括散热装置4，所述散热装置4用于降低所述电动机的温度，以提高电动机的散热性能，避免电动机在运行的过程中温度过高，从而延长了电动机的使用寿命。
优选地，散热装置4包括散热风机41和散热罩42，散热风机41设置在电动机的一端，散热罩42罩设在散热风机41上。优选地，散热罩42上设有多个散热孔421，所述散热孔421设置在所述定子凸极12与轴心线的连接线上或所述转子凸极22与轴心线的连接线上。
优选地，所述转子组件2上还设置温度传感器，优选地，所述温度传感器设置在任意两个所述转子凸极22之间，用于检测所述转子组件2的温度。
优选地，所述定子组件1还包括设置在所述定子绕组13与所述定子凸极12之间的绝缘层，以及包覆在所述定子绕组13的绝缘层或套设有绝缘套。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型超低速大扭矩开关磁阻电动机，其特征在于，所述超大扭矩开关磁阻电动机包括：相互配合的定子组件和转子组件；其中，
所述定子组件包括定子机壳、定子凸极和定子绕组，所述定子凸极设置在所述定子机壳的内壁上，所述定子凸极绕所述定子机壳的周向设置，所述定子绕组缠绕在所述定子铁芯上；
所述转子组件包括转子轴、转子凸极和励磁绕组，所述转子凸极绕所述转子轴的周向设置，所述定子凸极弧面和所述转子凸极弧面相对，所述定子凸极和所述转子凸极至少部分地呈凹凸交错的齿状分布，所述定子凸极弧面的弧长大于所述转子凸极弧面的弧长用于缩短相邻的所述定子凸极和与其相对应的转子凸极之间形成的闭合的磁路的长度；所述励磁绕组设置在所述转子凸极上。
2.根据权利要求1所述的超大扭矩开关磁阻电动机，其特征在于，所述定子凸极包括：
定子固定盘，所述定子固定盘设置在所述定子机壳的内壁上；
多个第一凸极，所述多个第一凸极设置在所述定子固定盘的内沿上，且所述多个第一凸极绕所述定子固定盘的周向均匀设置。
3.根据权利要求2所述的超大扭矩开关磁阻电动机，其特征在于，所述转子凸极包括：
转子固定盘，所述转子固定盘套设在所述转子轴上；
多个第二凸极，所述多个第二凸极设置在所述转子固定盘的外沿上，且所述多个第二凸极绕所述转子固定盘的周向均匀设置。
4.根据权利要求3所述的超大扭矩开关磁阻电动机，其特征在于，所述第一凸极的数量大于所述第二凸极的数量，以便使所述第一凸极和所述第二凸极至少部分地呈凹凸交错的齿状分布。
5.根据权利要求3所述的超大扭矩开关磁阻电动机，其特征在于，所述定子固定盘和所述第一凸极一体成型；并且/或者，所述转子固定盘和所述第二凸极一体成型。
6.根据权利要求3所述的超大扭矩开关磁阻电动机，其特征在于，所述第一凸极采用硅钢片叠压制备；并且/或者，所述第二凸极采用硅钢片叠压制备；并且/或者，所述定子固定盘采用钢材制备，所述定子固定盘的材质的强度大于预设强度阈值；并且/或者，所述转子固定盘采用钢材制备，所述转子固定盘的材质的强度大于预设强度阈值；并且/或者，所述励磁绕组采用电励磁、永磁体或电励磁和永磁体的混合励磁。
7.根据权利要求1所述的超大扭矩开关磁阻电动机，其特征在于，所述电动机的扭矩与所述电动机的直径呈线性关系。
8.根据权利要求1所述的超大扭矩开关磁阻电动机，其特征在于，所述定子绕组采用集中绕组的方式缠绕在所述定子凸极上。
9.根据权利要求1所述的超大扭矩开关磁阻电动机，其特征在于，所述超大扭矩开关磁阻电动机还包括位置传感器，所述位置传感器设置在所述转子组件上。
10.根据权利要求1所述的超大扭矩开关磁阻电动机，其特征在于，所述超大扭矩开关磁阻电动机还包括散热装置，所述散热装置用于降低所述电动机的温度。
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