CN108964389B - 一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机 - Google Patents

一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机，包括前端盖、后端盖、外壳、主轴、n个盘式永磁电机单元，n大于等于2，每个盘式永磁电机单元包含一个定子盘和一个转子盘；第一个盘式永磁电机单元的定子盘固定在前端盖上，第二个到第n‑1个盘式永磁电机单元的定子盘固定在外壳上；第n个盘式永磁电机单元的定子盘固定在后端盖上。本发明将高压大功率等级电机分解成多个轴向组合的盘式永磁电机单元，这些电机单元均为低压常见功率等级，可以在保证出力的前提下有效减小电机的无效空间，缩短电机的轴向长度。

Description

一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机。
背景技术
重型机械装备是工业的基础装备，其传动多为低速大转矩系统，对传动电机的需求往往是大功率等级的。以矿石粉碎、水泥和煤炭等原料制粉工艺中不可或缺的大型球磨机为例，其旋转体的速度通常为50转/分以下，而电机功率通常为兆瓦级，是典型的低速大转矩传动系统。
这一类系统目前采用异步电动机+联轴器+减速机+联轴器+开式齿轮的传动模式较多，存在着传动效率低、传动系统体积庞大、运行维护复杂等弊端。其采用传统的径向磁通的永磁电机直接驱动，因为电机的体积直接正比于其输出转矩，原来经减速机放大的转矩若是直接由电机提供，势必会导致直驱永磁电机体积过大的问题。
兆瓦级电机通常采用高压变频器供电，并设计成多极、多槽结构，绕组一般采用一路串联方式。高压变频器价格昂贵，电机制造成本高，影响电机运行的可靠性。单路串联，电机运行无论负载率高低，所有绕组均投入工作。任何一个绕组出现问题，都会影响电机的整体运行，电机运行可靠性较低。
针对电机组合这一研究思路，已有相关的探索并且申报了一些专利。专利号：201010556535.9，名称为分体独立式大型交流电机定子制造方法与装配方法。此专利提出一种分体独立式大型交流电机定子制造方法，将电机定子分瓣制作，对每个定子模块分别处理，然后整体沿圆周方向组合成完整的定子，解决大型交流电机定子装配及运输困难的问题。专利号：201110174207.7，名称为一种单元组合式永磁同步电动机组成的超细长结构电机。该专利将传统超细长比结构的电机分成若干常规细长比的单元组合式永磁同步电动机并联运行；各单元电机能够单独存在并可以任意组合，实现了机械和电磁完全独立。系统可以根据需要的转矩选择单元电机台数，解决了传统超细长比电机细长结构加工工艺难的问题。本专利从多台盘式永磁电机轴向组合的角度出发，解决大功率单台电机体积过大、容错能力差等问题。
发明内容
发明目的
本发明提出一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机，将高压兆瓦级电机分解成多个轴向组合盘式永磁电机单元，这些盘式永磁电机单元均为低压常见功率等级，各电机单元分别采用低压变频器供电，且可以根据系统负载的情况改变投入运行的电机单元的数量，达到降低系统的制造成本并提高电机的运行可靠性的目的。
技术方案
一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机，其特征在于：包括前端盖、后端盖、外壳、主轴、n个盘式永磁电机单元，n大于等于2，每个盘式永磁电机单元包含一个定子盘和一个转子盘；前端盖和后端盖分别固定于外壳的两端，主轴穿过前端盖和后端盖，主轴与前端盖和后端盖接触处皆设有轴承，主轴还穿过外壳内部所有的定子盘和转子盘，转子盘包括转子轭盘固定盘、转子轭盘和永磁体，转子轭盘固定盘固定在主轴上，转子轭盘固定在转子轭盘固定盘上并朝向本单元内的定子盘，永磁体固定在转子轭盘上并朝向本单元内的定子盘，定子盘缠绕有绕组，第一个盘式永磁电机单元的定子盘固定在前端盖上，第二个到第n-1个盘式永磁电机单元的定子盘固定在外壳上；第n个盘式永磁电机单元的定子盘固定在后端盖上。
所述定子盘包括定子轭盘和定子齿块，定子齿块的一面侧铣有燕尾槽，开有齿轭连接孔的连接键位于燕尾槽内将带料压紧固定；第一个盘式永磁电机单元的连接螺钉依次穿过前端盖、定子轭盘和连接键，将定子轭盘和定子齿块固定于前端盖的内侧；第二个到第n-1个盘式永磁电机单元的连接螺钉依次穿过定子轭盘和连接键，将定子齿块固定于定子轭盘，第二个到第n-1个盘式永磁电机单元的定子轭盘固定于外壳上；第n个盘式永磁电机单元的连接螺钉依次穿过后端盖、定子轭盘和连接键，将定子轭盘和定子齿块固定于后端盖的内侧。
定子轭盘为环形，定子轭盘是由冲片卷制而成的，定子齿块为冲片叠制成的等腰梯形六面体，冲片叠层间采用具有粘合作用的绝缘漆粘合，等腰梯形的定子齿块的一面侧铣有燕尾槽，开有齿轭连接孔的连接键位于燕尾槽内将带料压紧固定，多个等大小的定子齿块周向均匀分布在定子轭盘靠近转子盘的一面，等腰梯形的定子齿块较长的底边排列在定子轭盘的外侧圆周，等腰梯形的定子齿块较长的底边及它们的延长线组成的一个正多边形。
所述n为偶数，转子盘为双向的转子盘，每两个盘式永磁电机单元共用一个双向的转子盘，转子轭盘固定盘的前后两侧皆固定有转子轭盘，永磁体固定在转子轭盘上并朝向各自单元内的定子盘。
所述定子轭盘由冲片卷制而成后压紧，冲片的起始和终止位置通过焊接固定。
所述定子齿块的厚度为定子轭盘外径与内径之差的二分之一。
所述定子齿块等腰梯形的锐角角度为，Q为定子齿块的个数。
所述所述连接螺钉的钉帽与前端盖、钉帽与后端盖和钉帽与定子轭盘之间垫有橡胶垫，橡胶垫呈挤压状态，所述橡胶垫为耐热三元乙丙橡胶。
每个盘式永磁电机单元皆采用独立的低压变频器进行供电。
所述外壳采用通长结构，为三瓣式安装。
优点及效果
本发明通过一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机，将多个盘式永磁电机单元在轴向组合直接驱动负载，提供更大转矩，减少驱动系统的占地面积，降低了电机的制造、运输、安装和维护成本。将兆瓦级高压电机的制作可以转化为多个低压正常功率等级的电机制作，降低了电机的制造难度，提高了系统运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明的轴向组合盘式永磁电机整体结构示意图；
图2为本发明的定子盘示意图；
图3为本发明的定子齿外侧连线为正多边形的示意图（俯视）；
图4为本发明的定子轭盘结构示意图；
图5为本发明的单个定子齿块示意图；
图6为本发明连接螺钉钉帽连接处橡胶垫示意图。
附图标记说明：1.第一个盘式永磁电机单元、2.第二个盘式永磁电机单元、3.共n-4个依次连接的盘式永磁电机单元、4.第n-1个盘式永磁电机单元、5.第n个盘式永磁电机单元、6.外壳、7.前端盖、8.轴承、9.后端盖；10. 转子轭盘固定盘、11.主轴、12. 转子轭盘、13. 永磁体、14. 定子轭盘、15. 定子齿块、16. 绕组、17. 齿轭连接孔、18. 连接键、19.橡胶垫。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
实施例1：
当盘式永磁电机单元的个数n为大于等于2的任意自然数时。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，图1为省略画法，省略的是共n-4个依次连接的盘式永磁电机单元3，一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机，其特征在于：包括前端盖7、后端盖9、外壳6、主轴11、n个盘式永磁电机单元，n大于等于2，每个盘式永磁电机单元包含一个定子盘和一个转子盘；外壳6采用通长结构，为三瓣式安装，前端盖7和后端盖9分别固定于外壳6的两端，主轴11穿过前端盖7和后端盖9，主轴11与前端盖7和后端盖9接触处皆设有轴承8，主轴11还穿过外壳6内部所有的定子盘和转子盘，转子盘包括转子轭盘固定盘10、转子轭盘12和永磁体13，转子轭盘固定盘10固定在主轴11上，转子轭盘12固定在转子轭盘固定盘10上并朝向本单元内的定子盘，永磁体13固定在转子轭盘12上并朝向本单元内的定子盘，定子盘包括定子轭盘14、定子齿块15和绕组16，定子轭盘14由冲片卷制而成后压紧，冲片的起始和终止位置通过焊接固定。绕组16缠绕于定子齿块15上，定子齿块15的一面侧铣有燕尾槽，开有齿轭连接孔17的连接键18位于燕尾槽内将带料压紧固定；第一个盘式永磁电机单元1的连接螺钉依次穿过前端盖7、定子轭盘14和连接键18，将定子轭盘14和定子齿块15固定于前端盖7的内侧；第二个到第n-1个盘式永磁电机单元4的连接螺钉依次穿过定子轭盘14和连接键18，将定子齿块15固定于定子轭盘14，第二个到第n-1个盘式永磁电机单元4的定子轭盘14通过外壳伸入螺丝固定于外壳6上；第n个盘式永磁电机单元5的连接螺钉依次穿过后端盖9、定子轭盘14和连接键18，将定子轭盘14和定子齿块15固定于后端盖9的内侧。定子轭盘14为环形，定子轭盘14是由冲片卷制而成的，定子齿块15为冲片叠制成的等腰梯形六面体，冲片叠层间采用具有粘合作用的绝缘漆粘合，等腰梯形的定子齿块15的一面侧铣有燕尾槽，开有齿轭连接孔17的连接键18位于燕尾槽内将带料压紧固定，多个等大小的定子齿块15周向均匀分布在定子轭盘14靠近转子盘的一面，等腰梯形的定子齿块15较长的底边排列在定子轭盘14的外侧圆周，等腰梯形的定子齿块15较长的底边及它们的延长线组成的一个正多边形。定子齿块15的厚度为定子轭盘14外径与内径之差的二分之一。定子齿块15等腰梯形的锐角角度为，Q为定子齿块15的个数。为了保证定子槽为平行槽，所以选取该角度。连接螺钉的钉帽与前端盖7、钉帽与后端盖9和钉帽与定子轭盘14之间垫有橡胶垫19，橡胶垫呈挤压状态。橡胶垫19为耐热三元乙丙橡胶，橡胶垫19使得连接有弹性挤压使得连接更牢固。
实施例2：
当盘式永磁电机单元的个数n为大于等于2的偶数时。
其他结构与实施例1均相同，但转子盘为双向的转子盘，每两个盘式永磁电机单元共用一个双向的转子盘，转子轭盘固定盘10的前后两侧皆固定有转子轭盘12，永磁体13固定在转子轭盘12上并朝向各自单元内的定子盘。
每个双向的转子盘两侧的两个盘式永磁电机磁吸力方向相反，两者互相平衡，因此轴向磁吸力互相抵消。
本发明各个盘式永磁电机单元采用独立的低压变频器进行供电，可以分别供电使某个盘式永磁电机单元单独运行；可以供电使所有盘式永磁电机单元共同运行；也可以通过控制使任意个盘式永磁电机单元组合运行。
以一台实际开发应用的水泥磨机超低速大转矩直驱永磁电机为例，其基本参数为，额定功率：2500 kW；额定电压：6 kV；额定转速：16 r/min；定子外径：3.8m；定子内径：3.5 m；铁芯长：2.15 m：转子内径：3.29 m：气隙：5mm。
若采用本发明实施例2的结构，为该工况可设计轴向组合盘式永磁电机（以四个盘式永磁电机单元为例，即n=4），则每台盘式永磁电机的基本参数为，额定功率：625 kW；额定电压：690 V；额定转速：16 r/min；定转子外径：3.53m；定转子内径：1m；轴向长：0.255m。
按照电机铁芯的外轮廓计算，案例电机采用传统径向磁通永磁电机的情况下体积为24.38立方米，采用本发明四个盘式永磁电机单元轴向组合的情况下体积约为10.76立方米，两者之比达2倍以上，本发明达到的效果可以明显看出。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种低压大功率轴向组合盘式永磁电机，其特征在于：包括前端盖、后端盖、外壳、主轴、n个盘式永磁电机单元，n大于2，每个盘式永磁电机单元包含一个定子盘和一个转子盘；前端盖和后端盖分别固定于外壳的两端，主轴穿过前端盖和后端盖，主轴与前端盖和后端盖接触处皆设有轴承，主轴还穿过外壳内部所有的定子盘和转子盘，转子盘包括转子轭盘固定盘、转子轭盘和永磁体，转子轭盘固定盘固定在主轴上，转子轭盘固定在转子轭盘固定盘上并朝向本单元内的定子盘，永磁体固定在转子轭盘上并朝向本单元内的定子盘，定子盘缠绕有绕组，第一个盘式永磁电机单元的定子盘固定在前端盖上，第二个到第n-1个盘式永磁电机单元的定子盘固定在外壳上；第n个盘式永磁电机单元的定子盘固定在后端盖上；
所述定子盘包括定子轭盘和定子齿块，定子齿块的一面侧铣有燕尾槽，开有齿轭连接孔的连接键位于燕尾槽内将带料压紧固定；第一个盘式永磁电机单元的连接螺钉依次穿过前端盖、定子轭盘和连接键，将定子轭盘和定子齿块固定于前端盖的内侧；第二个到第n-1个盘式永磁电机单元的连接螺钉依次穿过定子轭盘和连接键，将定子齿块固定于定子轭盘，第二个到第n-1个盘式永磁电机单元的定子轭盘固定于外壳上；第n个盘式永磁电机单元的连接螺钉依次穿过后端盖、定子轭盘和连接键，将定子轭盘和定子齿块固定于后端盖的内侧；
定子轭盘为环形，定子轭盘是由冲片卷制而成的，定子齿块为冲片叠制成的等腰梯形六面体，冲片叠层间采用具有粘合作用的绝缘漆粘合，等腰梯形的定子齿块的一面侧铣有燕尾槽，开有齿轭连接孔的连接键位于燕尾槽内将带料压紧固定，多个等大小的定子齿块周向均匀分布在定子轭盘靠近转子盘的一面，等腰梯形的定子齿块较长的底边排列在定子轭盘的外侧圆周，等腰梯形的定子齿块较长的底边及它们的延长线组成的一个正多边形；
所述n为偶数，转子盘为双向的转子盘，每两个盘式永磁电机单元共用一个双向的转子盘，转子轭盘固定盘的前后两侧皆固定有转子轭盘，永磁体固定在转子轭盘上并朝向各自单元内的定子盘；
转子盘为双向的转子盘，每两个盘式永磁电机单元共用一个双向的转子盘，转子轭盘固定盘的前后两侧皆固定有转子轭盘，永磁体固定在转子轭盘上并朝向各自单元内的定子盘；
每个双向的转子盘两侧的两个盘式永磁电机磁吸力方向相反，两者互相平衡，因此轴向磁吸力互相抵消；
上述各个盘式永磁电机单元采用独立的低压变频器进行供电，分别供电使某个盘式永磁电机单元单独运行；供电使所有盘式永磁电机单元共同运行；通过控制使任意个盘式永磁电机单元组合运行。
2.根据权利要求1所述的低压大功率轴向组合盘式永磁电机，其特征在于：所述定子轭盘由冲片卷制而成后压紧，冲片的起始和终止位置通过焊接固定。
3.根据权利要求1所述的低压大功率轴向组合盘式永磁电机，其特征在于：所述定子齿块的厚度为定子轭盘外径与内径之差的二分之一。
4.根据权利要求1所述的低压大功率轴向组合盘式永磁电机，其特征在于：所述定子齿块等腰梯形的锐角角度为
Figure FDA0002566158280000021
Q为定子齿块的个数。
5.根据权利要求1所述的低压大功率轴向组合盘式永磁电机，其特征在于：所述连接螺钉的钉帽与前端盖、钉帽与后端盖和钉帽与定子轭盘之间垫有橡胶垫，橡胶垫呈挤压状态，所述橡胶垫为耐热三元乙丙橡胶。
6.根据权利要求1所述的低压大功率轴向组合盘式永磁电机，其特征在于：每个盘式永磁电机单元皆采用独立的低压变频器进行供电。
7.根据权利要求1所述的低压大功率轴向组合盘式永磁电机，其特征在于：所述外壳采用通长结构，为三瓣式安装。
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