CN110557002A - 一种带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机，包括游标电机、磁齿轮减速器和外壳；磁齿轮减速器包括转子轴后侧盘状结构、调磁盘、第二级输出转子；转子轴后侧盘状结构表面贴有轴向充磁永磁体，相邻两个永磁体的充磁方向相反；调磁盘与外壳紧密安装，将整个电机分为两个腔室，调磁盘主体由不导磁材料构成，中间嵌有沿圆周分布的调磁铁芯。本发明提供的全封闭力矩电机能达到磁齿轮减速器与电机主体隔离的目的，极大地实现了电机密封的需求；同时不存在游标电机堵转的情况，温度性能较好，延长了电机寿命，保证了电机安全工作，适用于一些外部条件恶劣的工作环境中，实现低速大转矩的平稳旋转。
Description
技术领域
本发明属于低速大转矩电机领域，更具体地，涉及一种带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机。
背景技术
随着油田开发的逐步深入，原油的开采中需要耐高温、高压且密封性好的电机。由于油井细长的特征，井下电机的设计尺寸也应该更为细长。但现有的高温电机仍然采用行星齿轮减速机构的驱动方案，由于此方案依靠齿轮间的啮合达到减速目的，故存在承载能力差、可靠性差等问题。
中国实用新型专利《一种电动潜油螺杆泵机组及其减速器》(公开号：CN208890621U，公开日：2019.05.21)中公开了一种磁齿轮减速结构。该磁齿轮包括内转子，外转子和外壳。在外定子上具有若干个沿其周向间隔设置的导磁材料，外壳包括设设置在其内壁上沿周向间隔布置的若干个壳永磁体，内转子包括在其外周面上沿周向间隔布置的若干个内永磁体，壳永磁体的数量大于内永磁体的数量，相邻的两个壳永磁体和相邻的两个内永磁体径向充磁方向相反。
上述的磁齿轮减速器设计从外到内依次是外壳、外转子、内转子，当内转子转动时，通过外转子上导磁材料的调制作用内层气隙会产生一个旋转磁场耦合而带动外转子转动，根据设置永磁极对数的比值，能够实现减速的功能。这种结构采用无接触传动，减少了机械损耗，降低了热损耗。
但是，这种结构存在本身难以克服的缺陷。首先，这种结构仍然存在三层结构，两层间隙，结构的设计较为复杂，且由于内转子、外转子及外壳的直径较小，永磁体及铁芯难以安装，且安装的数量较少，难以达到更高范围的减速传动比。不仅如此，当电机处于静止状态时，外壳与内转子上的永磁体会产生径向作用力从而影响外壳和内转子的受力，由于设计的外壳本身较薄，会降低外壳的寿命；其次，这种电机对于井下气液固分子共存的环境，不具有良好的密封性，并且井下堵转转矩要求高，长时间无法启动易造成堵转电流过大导致温度过高影响电机寿命甚至烧毁电机的情况。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机，旨在解决高温井下电机输出转矩小、密封性较差和高温性能差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机，包括游标电机、磁齿轮减速器和外壳；游标电机包括转子、定子及电枢绕组；磁齿轮减速器包括转子轴后侧盘状结构、调磁盘、第二级输出转子；转子轴后侧盘状结构表面贴有轴向充磁永磁体，相邻两个永磁体的充磁方向相反；调磁盘与外壳紧密安装，无任何间隙，将整个电机内部分为两个仅存在磁耦合的腔室。此外，还包括转子轴承，转子轴后侧盘状结构轴承，输出轴轴承，用于支撑电机转轴，使电机平稳旋转。
进一步地，第二级输出转子具有盘状结构与输出轴；第二级输出转子盘状结构表面贴有轴向充磁永磁体，相邻两个永磁体的充磁方向相反。
进一步地，调磁盘主体由不导磁材料构成，中间嵌有沿圆周分布的调磁铁芯。
进一步地，游标电机的定子槽数m与电枢绕组极对数n之和等于转子表贴永磁体极对数p。转子轴后侧盘状结构表贴永磁体极对数j与所述第二级输出转子盘状结构表贴永磁体极对数k之和等于调磁盘的调磁铁芯数。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
1、本发明提供的带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机，由于调磁盘将电机分为两个腔室，并且无空隙安装，能达到磁齿轮减速器与电机主体隔离的目的，极大地实现了电机密封的需求；
2、本发明提供的电机采用盘状减速器结构，减少材料用量，极大减小轴向长度；并且在堵转状态下，即磁齿轮减速器输出轴堵转，电机正常工作的情况下，电极与减速器间仅存在磁耦合，不存在电耦合与机械接触，故不存在游标电机堵转的情况，温度性能较好，延长了电机寿命，保证了电机安全工作，适用于一些外部条件恶劣的工作环境中；
3、本发明提供的带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机包含游标电机及磁齿轮减速器，游标电机产生低速的大转矩，而磁齿轮减速器进行减速，并增大转矩，使得最终输出的转矩具有更低的转速及更高的转矩。
附图说明
图1是本发明提供的带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机的三维结构示意图；
图2是本发明提供的带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机的全局视图；
图3是本发明提供的带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机的纵向中坡面视图；
图4是本发明提供的带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机的侧视图；
附图标注：
1、外壳，2、定子，3、转子轴表贴永磁体，4、调磁盘，5、第二级输出转子盘状结构，6、转子轴后侧盘状结构表贴永磁体，7、调磁铁芯，8、第二级输出转子盘状结构表贴永磁体，9、转子轴，10、第二级输出转子轴，11、转子轴后侧盘状结构处轴承，12、后盖，13、法兰接头，14、转子轴承，15、转子轴后侧盘状结构，16、输出轴轴承。
具体实施方式
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。
本发明提供了一种带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机，如图1至4不同视图所示，包括游标电机、磁齿轮减速器和外壳1；游标电机包括转子、定子2及电枢绕组，转子轴表面贴有永磁体3；磁齿轮减速器包括转子轴后侧盘状结构15、调磁盘4、第二级输出转子；转子轴后侧盘状结构15表面贴有轴向充磁永磁体6，相邻两个永磁体的充磁方向相反；调磁盘4与外壳紧密安装，无任何间隙，将整个电机内部分为两个仅存在磁耦合的腔室。此外，还包括转子轴承14，转子轴后侧盘状结构轴承11，输出轴轴承16，用于支撑电机转轴，使电机平稳旋转。
进一步地，第二级输出转子具有盘状结构5与输出轴；第二级输出转子盘状结构5表面贴有轴向充磁永磁体8，相邻两个永磁体的充磁方向相反。
进一步地，调磁盘4主体由不导磁材料构成，中间嵌有沿圆周分布的调磁铁芯7。
进一步地，游标电机的定子槽数m与电枢绕组极对数n之和等于转子表贴永磁体极对数p。转子轴后侧盘状结构表贴永磁体极对数j与所述第二级输出转子盘状结构表贴永磁体极对数k之和等于调磁盘的调磁铁芯数。在本具体实施例中，包括6槽10极游标电机及转子轴表贴永磁体极对数，第二级输出转子表贴永磁体极对数，调磁盘导磁铁芯数分别为2，6，8的磁齿轮加速器。
该电机的的外壳直径为25mm，电机及减速器的总长度为90mm。其中游标电机轴向长度为65mm，磁齿轮减速器为25mm。
电机主体部分通有三相交流电流，电枢线圈极对数为1。由于三相交流电产生的旋转的磁通作用在气隙中，在转子部分产生了旋转的磁通，进而产生旋转力矩，与转子轴上的贴片永磁体作用，产生一定转速的内转子，实现了第一级转矩的产生，该转矩具有较高的转速和较高的转矩。与转子轴相连的转子后侧盘状结构将第一级产生旋转的转子传动转矩至磁齿轮减速器时，由于其表贴永磁体沿圆周分布的结构，在后侧产生旋转的磁场，该磁场旋转的谐波极对数为2。该谐波作用在调磁铁芯数为8调磁盘上，经过调磁盘的调制，于第二级输出转子相连的盘状结构处产生谐波极对数为6的旋转的磁场与其表贴的极对数为6对的永磁体，产生该情况下最大的转矩和最小的转速。产生对应的转动力矩作用于外转子的永磁体上，产生旋转。此时减速器实现了变比为3：1的减速比。该转矩具有低转速，高转矩的特点。除此之外，改变调磁盘上调磁铁芯的极对数及两侧盘状结构上贴片永磁体极对数，可以任意调节减速比。
本领域的技术人员容易理解，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 (7)
1.一种带磁齿轮减速器的全封闭力矩电机，其特征在于，包括游标电机、磁齿轮减速器和外壳；所述磁齿轮减速器包括转子轴后侧盘状结构、调磁盘、第二级输出转子；所述转子轴后侧盘状结构表面贴有轴向充磁永磁体，相邻两个永磁体的充磁方向相反；所述调磁盘与外壳紧密安装，将整个电机分为两个腔室。
2.根据权利要求1所述的全封闭力矩电机，其特征在于，所述第二级输出转子具有盘状结构与输出轴；所述第二级输出转子盘状结构表面贴有轴向充磁永磁体，相邻两个永磁体的充磁方向相反。
3.根据权利要求1所述的全封闭力矩电机，其特征在于，所述调磁盘主体由不导磁材料构成，中间嵌有沿圆周分布的调磁铁芯。
4.根据权利要求1所述的全封闭力矩电机，其特征在于，还包括转子轴承，转子轴后侧盘状结构轴承，输出轴轴承，用于支撑电机转轴，使电机平稳旋转。
5.根据权利要求1所述的全封闭力矩电机，其特征在于，所述游标电机包括转子、定子及电枢绕组；转子表面贴有永磁体。
6.根据权利要求5所述的全封闭力矩电机，其特征在于，所述定子的定子槽数m与电枢绕组极对数n之和等于转子表贴永磁体极对数p。
7.根据权利要求2所述的全封闭力矩电机，其特征在于，所述转子轴后侧盘状结构表贴永磁体极对数j与所述第二级输出转子盘状结构表贴永磁体极对数k之和等于调磁盘的调磁铁芯数。
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