CN108258869A - 一种浸液式永磁同步电动机 - Google Patents

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余强
田里思
王雪松
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Abstract

本发明公开了一种浸液式永磁同步电动机，适用于工矿企业中使用。转子铁芯外表面上均匀设有多个永磁体，转子铁芯）表面设有将永磁体和转子铁芯包裹住的转子屏蔽套，定子铁芯内表面上均匀设置有多个定子齿，定子齿上缠绕有绕组，定子铁芯内表面上设有定子屏蔽套，定子屏蔽套和转子屏蔽套之间设有水道；其中定子齿共有12个均匀分布在子铁芯内表面上，转子铁芯上设有10个永磁体贴片，包括5个N极和5个S极的永磁体贴片，N极和S极永磁体贴片交替布置在转子铁芯表面，12个定子齿和10个永磁体贴片以12‑10表贴式结构布置。其结构简单、机械强度高、散热性能好，可通过削弱3次及更高阶次磁动势谐波降低定子屏蔽套的损耗。

Description

一种浸液式永磁同步电动机
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电动机，尤其适用于船舶推动、化工液体输送、矿山冶金、深海开采、农业水利灌溉、特殊医疗中使用的浸液式永磁同步电动机。
背景技术
将泵体与浸液电机集成形成驱动系统：浸液电动机驱动液泵，输送无固体颗粒的液体，在船舶推动、化工液体输送、矿山冶金、深海开采、农业水利灌溉、特殊医疗设备等领域有重要应用。该电机的特点是在气隙中加入了屏蔽套结构，屏蔽套为金属，呈薄壁圆筒状，轴向贯穿气隙。泵体输送的液体介质可以进入屏蔽套之间的水道，但被屏蔽套隔开不会进入转子及定子绕组。该系统可长期稳定地工作在液面下无需人工维护。然而金属屏蔽套工作在交变的气隙磁场中，产生涡流损耗，即屏蔽套损耗，严重影响了电机运行效率。目前公知的浸液电机多采用鼠笼式感应电动机，然而起动转矩小、容错性能不佳、驱动粘滞性液体时效率低。
发明内容
发明目的：针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单、机械强度高、散热性能好，可通过削弱3次及更高阶次磁动势谐波降低定子屏蔽套的损耗，提升性能的浸液式永磁同步电动机。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明所述的浸液式永磁同步电动机，包括转轴、定子铁芯、转子铁芯、永磁体、定子屏蔽套和转子屏蔽套；转子铁芯外表面上均匀设有多个永磁体，转子铁芯）表面设有将永磁体和转子铁芯包裹住的转子屏蔽套，定子铁芯内表面上均匀设置有多个定子齿，定子齿上缠绕有绕组，定子铁芯内表面上设有定子屏蔽套，定子屏蔽套和转子屏蔽套之间设有水道；其中定子齿共有12个均匀分布在子铁芯内表面上，转子铁芯上设有10个永磁体贴片，包括5个N极和5个S极的永磁体贴片，N极和S极永磁体贴片交替布置在转子铁芯表面，12个定子齿和10个永磁体贴片以12-10表贴式结构布置。
所述的转子屏蔽套的径向厚度为1.0-1.1毫米，转子屏蔽套均匀分布固定在永磁体的外表面，并能够保证足够的机械强度。
所述定子齿包括齿根，齿根下部的左右两侧设有极靴，定子屏蔽套紧贴在极靴及齿根的下部，绕组缠绕在齿根的两侧，极靴的宽度是齿根宽度的0.4倍，该结构能够有效增强定子屏蔽套的机械强度，同时能够增强定子屏蔽套的散热能力。
所述定子齿上集中缠绕的绕组的绕进匝数N in = 8，绕出匝数为N out = 7，以削弱3次及更高阶次磁动势谐波带来的定子屏蔽套损耗，缓解屏蔽套损耗带来的运行温度过高的问题。
所述水道与散热液体循环系统两链接，可以有效带走定子屏蔽套和转子屏蔽套工作时产生的热量，无论水道中是否灌入散热液体，电动机在额定电压下均能够稳定运行。
有益效果：本发明的一种浸液式永磁同步电动机，调速范围宽，变速控制下运行效率高，容错能力强。分别在定子铁芯的内径上镶嵌定子屏蔽套，永磁体外表面上镶嵌转子屏蔽套。工作在液面下时，定子屏蔽套和转子屏蔽套为定子和转子具有良好的密封性，泵体所抽取的散热液体能够进入电机的气隙，而不会进入定、转子槽，保证定子绕组及定、转子铁心不被侵蚀。液体从两个屏蔽套间的水道穿过，带走屏蔽套自身产生的涡流损耗，控制电动机运行时的温升，保证液泵系统长期稳定地在散热液体液面下运行；
定子屏蔽套的厚度为0.3毫米，减小了定子屏蔽套产生的电流涡流，同时为提高定子屏蔽套的散热能力、提高定子的机械强度，定子齿的极靴部分的宽度较大，为齿根宽度的0.4倍，较宽的极靴与定子屏蔽套外径紧密贴合，能够增大接触面积，从而迅速带走更多定子屏蔽套上产生的热量，同时较大的接触面积能够增强机械强度；由于电机额定运行时转子屏蔽套处于同步转速，因此转子屏蔽套1.0-1.1毫米的径向厚度不会增加该损耗。
表贴式永磁电机转子的机械强度受到永磁体贴片装配工艺的影响，采用较大的径向厚度为1.0-1.1毫米的转子屏蔽套能够方便地固定永磁体并保证转子的机械强度。由于表贴式永磁体大大增加了电机气隙的径向厚度，转子屏蔽套厚度的增加几乎不会降低气隙磁场强度；为降低该损耗，绕组采用绕进匝数与绕出匝数相差1匝的形式，且绕进匝数N in =8，绕出匝数为N out = 7，该结构能够降低电机气隙磁场的3次及高次磁动势谐波，提升电机运行效率，控制电机运行温升。
由于该电机采用了绕进匝数与绕出匝数相差1匝的形式，且绕进匝数N in = 8，绕出匝数为N out = 7，降低了屏蔽套上的涡流损耗；采用了额较宽的定子齿极靴，控制了温升，因而在额定电压下能够在水道无水注入环境中稳定运行，不会因为没有注入冷却水而导致温升过高。
附图说明
图1是浸液式屏蔽永磁同步电动机结构示意图
图2是定子屏蔽套或转子屏蔽套的结构示意图
图3是定子齿的极靴及齿根结构示意图
图4是绕组的绕线方式示意图
图5是单相绕组绕进与绕出路径示意图
图中：0-转轴，1-定子铁芯，2-转子铁芯，3-永磁体，4-绕组，5-定子屏蔽套，6-转子屏蔽套，7-水道，8-定子齿，80-极靴，81-齿根。
具体实施方式
本发明提出一种浸液式永磁同步电动机，下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1所示，本发明的浸液式永磁同步电动机，包括转轴0、定子铁芯1、转子铁芯2、永磁体3、定子屏蔽套5和转子屏蔽套6；转子铁芯2外表面上均匀设有多个永磁体3，转子铁芯2表面设有将永磁体3和转子铁芯2包裹住的转子屏蔽套6，所述的转子屏蔽套6的径向厚度为1.0-1.1毫米，转子屏蔽套6均匀分布固定在永磁体3的外表面，并能够保证足够的机械强度，定子铁芯1内表面上均匀设置有多个定子齿8，定子齿8上缠绕有绕组4，定子铁芯1内表面上设有定子屏蔽套5，定子屏蔽套5和转子屏蔽套6之间设有水道7；所述定子齿8包括齿根81，齿根81下部的左右两侧设有极靴80，定子屏蔽套5紧贴在极靴80及齿根81的下部，绕组4缠绕在齿根81的两侧，极靴80的宽度是齿根81宽度的0.4倍，该结构能够有效增强定子屏蔽套5的机械强度，同时能够增强定子屏蔽套5的散热能力，其中定子齿8共有12个均匀分布在子铁芯1内表面上，转子铁芯2上设有10个永磁体贴片，包括5个N极和5个S极的永磁体贴片，N极和S极永磁体贴片交替布置在转子铁芯2表面，12个定子齿和10个永磁体贴片以12-10表贴式结构布置。所述定子齿8上集中缠绕的绕组4的绕进匝数N in = 8，绕出匝数为N out = 7，以削弱3次及更高阶次磁动势谐波带来的定子屏蔽套损耗，缓解屏蔽套损耗带来的运行温度过高的问题。
所述水道7与散热液体循环系统两链接，可以有效带走定子屏蔽套5和转子屏蔽套6工作时产生的热量，无论水道7中是否灌入散热液体，电动机在额定电压下均能够稳定运行。在水道7的两侧分别设有液体注入口和液体输出口，液体注入口和液体输出口之间设有液体输入排出装置。水沿着转轴方向流过水道7，带走屏蔽套上由感应涡流引起的涡流损耗，控制电机的温升。
如图2所示，定子屏蔽套或转子屏蔽套的示意图：两个屏蔽套均为薄壁件，其厚度及直径有微小差别，轴向长度相同。由于所有液浸式电机的屏蔽套均采用电阻率较高的非导磁的合金材料制成，不同于电机铁芯采用的硅钢片叠加结构，屏蔽套为一整体圆环部件。屏蔽套处于交变的气隙磁场中从而产生感应涡流，进而形成涡流损耗。本发明为了减小该损耗，所述定子屏蔽套的径向厚度较小；同时增大定子齿的极靴部分的周向宽度为齿根宽度的0.4倍以保证机械强度，如图3所示。同时考虑到同步转速下转子屏蔽套损耗很小，故转子屏蔽套径向厚度较大，为1.0毫米以保证旋转时的机械强度。此外两个屏蔽套径向厚度的选择需要考虑水道的径向厚度：数值太小导致屏蔽套之间距离过小，屏蔽套的相对运动导致流体摩擦阻力大，降低运行效率；数值太大导致气隙径向长度过大，降低气隙磁通密度进而降低电机功率密度。
绕组采用集中缠绕定子齿的绕线方式，如图4所示，以B相绕组为例，围绕着定子齿，绕线从定子槽I的右半部分绕入（用“+”表示），从定子槽II的左半部分绕出（用“-”表示）。同样，绕线从定子槽III的左半部分绕入（用“+”表示），从定子槽II的右半部分绕出（用“-”表示）。该绕组在电机端部的绕线短，减小铜耗；该绕组有利于缓解由于屏蔽套上的涡流损耗带来的运行温度过高的问题，有利于提供较大起动转矩。
如图5以B相绕组为例进一步说明了绕入与绕出的实现方式，绕线1从定子齿8的左侧（定子槽I的右半部分）绕入，记为N in，从定子齿8的右侧（定子槽II的左半部分）绕出，记为N out；绕线2从定子齿8的右侧（定子槽III的左半部分）绕入，记为N in，从定子齿8的左侧（定子槽II的右半部分）绕出，记为N out。N in与N out的初始值为0，每绕入一次N in = N in +1，每绕出一次N out = N out +1。绕线1和绕线2结构对称，连接方式为并联。绕入与绕出匝数相差为1实现方式为：绕线1从定子齿8的左侧（定子槽I的右半部分）开始缠绕，从定子齿8的左侧（定子槽I的右半部分）结束缠绕；绕线2从定子齿8的右侧（定子槽III的左半部分）开始缠绕，从定子齿8的右侧（定子槽III的左半部分）结束缠绕。绕进与绕出的匝数相差为1能够减小3次及更高阶次磁动势谐波带来的定子屏蔽套损耗，提升电机效率。

Claims (5)

1.一种浸液式永磁同步电动机，其特征在于：它包括转轴（0）、定子铁芯（1）、转子铁芯（2）、永磁体（3）、定子屏蔽套（5）和转子屏蔽套（6）；转子铁芯（2）外表面上均匀设有多个永磁体（3），转子铁芯（2）表面设有将永磁体（3）和转子铁芯（2）包裹住的转子屏蔽套（6），定子铁芯（1）内表面上均匀设置有多个定子齿（8），定子齿（8）上缠绕有绕组（4），定子铁芯（1）内表面上设有定子屏蔽套（5），定子屏蔽套（5）和转子屏蔽套（6）之间设有水道（7）；其中定子齿（8）共有12个均匀分布在子铁芯（1）内表面上，转子铁芯（2）上设有10个永磁体贴片，包括5个N极和5个S极的永磁体贴片，N极和S极永磁体贴片交替布置在转子铁芯（2）表面，12个定子齿和10个永磁体贴片以12-10表贴式结构布置。
2.根据权利要求1所述的浸液式永磁同步电动机，其特征在于：所述的转子屏蔽套（6）的径向厚度为1.0-1.1毫米，转子屏蔽套（6）均匀分布固定在永磁体（3）的外表面，并能够保证足够的机械强度。
3.根据权利要求1所述的浸液式永磁同步电动机，其特征在于：所述定子齿（8）包括齿根（81），齿根（81）下部的左右两侧设有极靴（80），定子屏蔽套（5）紧贴在极靴（80）及齿根（81）的下部，绕组（4）缠绕在齿根（81）的两侧，极靴（80）的宽度是齿根（81）宽度的0.4倍，该结构能够有效增强定子屏蔽套（5）的机械强度，同时能够增强定子屏蔽套（5）的散热能力。
4. 根据权利要求1所述的浸液式永磁同步电动机，其特征在于：所述定子齿（8）上集中缠绕的绕组（4）的绕进匝数N in = 8，绕出匝数为N out = 7，以削弱3次及更高阶次磁动势谐波带来的定子屏蔽套损耗，缓解屏蔽套损耗带来的运行温度过高的问题。
5.根据权利要求1所述的浸液式永磁同步电动机，其特征在于：所述水道（7）与散热液体循环系统两链接，可以有效带走定子屏蔽套（5）和转子屏蔽套（6）工作时产生的热量，无论水道（7）中是否灌入散热液体，电动机在额定电压下均能够稳定运行。
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