CN110829653A - 融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，设置在倍捻机单锭子构件的后端，倍捻机单锭子构件包括转轴、轴承压板、前轴承、轴承室兼安装板和后轴承，转轴包括连接在一起的第一部和第二部，第一部设置在所述轴承室兼安装板的内腔内，第一部连接锭盘，第二部设置在轴承室兼安装板的内腔外，包括转子组件和定子组件，转子组件包括转子磁轭和转子永磁体磁环，转子永磁体磁环套设在所述转子磁轭外，转子磁轭固定套设在所述转轴的第二部外，定子组件包括套设在转子永磁体磁环外的定子铁芯，定子铁芯的两侧还分别固定有线圈骨架，线圈骨架上还绕置有绕组。本发明提高了产品的可靠性，降低了成本。

Description

融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构
技术领域
本发明涉及电动机技术领域，具体涉及融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构。
背景技术
倍捻机是纺纱过程中一个工艺环节的标配设备，传统结构采取集中驱动，即用一台交流异步或同步电动机，通过皮带拖动上百个单锭一起高速旋转，这种传统结构的倍捻机明显的不足是单锭转速控制不精确，不灵活，而且龙带传动噪声大，不环保，难以满足现代工业向自动化、信息化、智能化和绿色环保方向发展的要求。理论上讲改成单锭驱动就可以完美解决这些矛盾，十几年前开始出现国外的单锭驱动倍捻机产品，国内也开始这方面的产品开发，并小批量生产过三轮产品，但是至今没有获得市场的广泛接受和推广。
近年来，倍捻机生产厂家为了实现单锭驱动，通常是直接向电动机生产厂家定制单锭驱动的电动机，如图1所示为目前的龙带式倍捻机单锭子结构，倍捻机单锭子结构包括转轴1、轴承压板2、前轴承 3、轴承室兼按装板4、后轴承5和皮带轮6，轴顶端部留有与锭盘的接口，转轴上有一个斜孔和中心的通孔，转速为10000～15000rpm，功率为100～150W左右，效率达90％以上。这是一个非标的专用电动机，与通常的无刷直流电动机、变频调速电动机或交流伺服电动机相差甚远，机械结构比较复杂，通常以装配为主的电动机生产厂家生产起来有一定的难度且成本较高，使得单锭驱动的倍捻机的价格与龙带式相比较成倍增加以至于难以推广。
另外，电动机设计和制造的一般性规律是容量越大，效率越高，传统集中驱动倍捻机，采用一台20KW左右的永磁同步电动机，效率达90％以上，改成单锭驱动以后，单锭驱动的电动机功率在100W 左右，这样小功率的电动机效率一般达到70％算是不低了，但是对于24小时连续工作的倍捻机来说，升级的产品比传统产品能耗显著增加显然不能接受。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明提供了一种融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，用以提高产品的可靠性，降低成本。
本发明的技术方案为：
融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，设置在倍捻机单锭子构件的后端，所述倍捻机单锭子构件包括转轴、轴承压板、前轴承、轴承室兼安装板和后轴承，所述转轴包括连接在一起的第一部和第二部，所述第一部设置在所述轴承室兼安装板的内腔内，所述第一部的另一端连接锭盘，所述第二部设置在所述轴承室兼安装板的内腔外，其特征在于：包括转子组件和定子组件，所述转子组件包括转子磁轭和转子永磁体磁环，转子永磁体磁环套设在所述转子磁轭外，所述转子磁轭固定套设在所述转轴的第二部外，所述定子组件包括套设在转子永磁体磁环外的定子铁芯，定子铁芯的两侧还分别固定有线圈骨架，线圈骨架上还绕置有绕组。
进一步地，远离锭盘的线圈骨架的外侧还设置有后盖板。
进一步地，所述线圈骨架和后盖板之间还固定有霍尔线路板。
进一步地，所述定子铁芯外还套设有机壳，所述机壳与所述轴承室兼安装板固定连接。
进一步地，所述转子磁轭的一端的内壁的周向挖设有一内径大于其余部位内径的容置空间，该容置空间的内径与转轴的第二部的直径相匹配，且所述转轴的第二部固定设置在所述容置空间内。
进一步地，所述定子铁芯采用六齿六槽的结构。
进一步地，所述定子铁芯由整圆冲片叠成，冲片材质为0.2mm 或0.35mm厚的低损耗硅钢片。
进一步地，所述绕组采用可排线的内绕机绕制，六齿上的6个绕组分成三相，每相两个绕组串联或并联，三相绕组接成星形或三角形。
进一步地，转子永磁体磁环为4极。
进一步地，转子永磁体磁环为粘结钕铁硼磁环。
本发明的有益效果为：本电动机结构将传统集中驱动倍捻机中 20KW左右的驱动电动机和皮带取消，其他全部保留，只是将皮带传动的单锭改造成无接触的电驱动，具体来说就是将皮带轮改成永磁体磁环，仍安装在皮带轮的位置，成为永磁同步电动机的转子，转子外围的永磁同步电动机定子通入三相交流变频电流产生旋转磁场，取代了皮带可以无接触地带动转子永磁体旋转，且精确灵活调速，根据具体条件(空间尺寸)对电动机做出提高效率的设计。新的单锭驱动倍捻机由于继承了传统倍捻机的全部结构和技术，所以实施起来很方便，既可以方便实现新机生产，也可以对旧机进行改造，低成本和低损耗的特点展现了推广的良好前景。
附图说明
图1为现有技术的龙带式倍捻机单锭子整体结构示意图；
图2为本发明具体实施例的结构示意图；
图3为本发明具体实施例的定子的结构示意图；
图4为本发明具体实施例的转子组件的结构示意图；
图5为本发明具体实施例的定子冲片和电枢绕组联接结构示意图。
具体实施方式
下面参考附图并结合实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可相互组合。
如图2-3所示，融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，设置在倍捻机单锭子构件的后端，所述倍捻机单锭子构件包括转轴1、轴承压板2、前轴承3、轴承室兼安装板4和后轴承5，目前现有的龙带式倍捻机单锭子结构的转轴1的端部还套设有皮带轮6，而本实施例的电动机的结构是基于上述的去掉了皮带轮的倍捻机单锭子构件基础上制作成的，在此基础上，所述转轴1包括连接在一起的第一部11和第二部12，所述第一部11设置在所述轴承室兼安装板4的内腔内，所述第一部11连接锭盘，所述第二部12设置在所述轴承室兼安装板4的内腔外，本实施例的融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构还包括转子组件和定子组件，所述转子组件包括转子磁轭7 和转子永磁体磁环8，转子永磁体磁环8套设在所述转子磁轭7外，所述转子磁轭7固定套设在所述转轴1的第二部12外，所述定子组件包括套设在转子永磁体磁环8外的定子铁芯9，定子铁芯9的两侧还分别固定有线圈骨架10，线圈骨架10上还绕置有绕组101。
远离锭盘的线圈骨架的外侧还设置后盖板104。
所述线圈骨架10和后盖板104之间还固定有霍尔线路板102。霍尔线路板102上设置有霍尔传感器，由标准的无刷驱动器单锭驱动，也可以无位置传感器，由无位置传感器驱动器，即变频器单锭驱动并调速。
所述定子铁芯9外还套设有机壳103，所述机壳103与所述轴承室兼安装板4通过安装螺丝105固定连接。
所述转子磁轭7的一端的内壁的周向挖设有一内径大于其余部位内径的容置空间，该容置空间的内径与转轴1的第二部12的直径相匹配，且所述转轴1的第二部12固定设置在所述容置空间内。
如图3所示，所述定子铁芯9采用六齿六槽的结构，所述定子铁芯9由整圆冲片叠成，冲片材质为0.2mm或0.35mm厚的低损耗硅钢片，较少的极数和低损耗硅钢片都为了降低铁损耗提高效率减少能耗。定子铁芯9的内经D称为电枢直径，定子铁芯9的长度L称为电枢长度，D和L称为电动机的主要尺寸，D2L的值代表了电动机有效材料的体积和用量，电动机额定转矩TN与D2L的比值为额定转矩密度Ctn，本实施例的机壳外径为DK＝60mm，总长LK＝58.5mm，取适当的定子内外径比确定D＝25mm，总长减去定子绕组端部、线路板和后盖板的尺寸，可确定电枢长度约为l＝24mm，电动机的额定转矩大约为TN＝0.1Nm，可得本发明电动机的转矩密度，
Figure BDA0002284739400000061
这个值越大表示有效材料利用率越高，表示电磁负荷越大，高性能伺服电动机追求重量轻体积小转矩大，这个参数的值达Ctn＝0.03～0.06，符合降低能耗的要求，即通过降低电磁负荷、增加有效材料用量达到提高电动机效率的目标。
转子永磁体磁环8为4极的粘结钕铁硼磁环，气隙磁密约为高性能烧结或热压磁环的50～60％，较少的极数和较低的气隙磁密都有利于降低铁损耗提高电动机的效率，与烧结和热压相比磁环的成本也降低了。如图4所示，转子磁轭7的前端套在载体单锭子轴端，即原来安装皮带轮的位置，所以转子磁轭7前端中心孔直径和深度与载体单锭子伸出轴的尺寸相配，转子磁轭7后端中心部位有一ф6mm的孔直通单锭子轴的上部，为通压缩空气用。
如图5所示，所述绕组101采用可排线的内绕机绕制，六个齿上的个线圈分成三相，每相两个线圈串联或并联，三相绕组接成星形或三角形，绕组的引出线106从机壳上的开孔引出，其中，第一和第四齿的两个线圈内的电动势同相位，可以串联或并联为U相绕组；第二和第五齿的两个线圈的电动势同相位，串联或并联构成V相绕组；第三齿和第六齿的两个线圈的电动势同相位，串联或并联成W相绕组；U、V和W三相绕组可以星(Y)形或三角(△)形连接，图4是并联星接的示意图。
需要说明的是，本实施例电动机定子机壳的外径与载体锭子安装在机台上止口的直径一致，略小一些也可以，不影响单锭子在机台上的安装；电动机的高度为机台下平面到原皮带轮末端的尺寸，这样新的电驱动单锭子与所有相关的零部件都不会发生干涉，不需要发生任何的更改或变动。
本电动机结构完全不改变传统单锭子的结构和尺寸，只是将驱动它旋转的皮带轮去掉，换成永磁同步电动机中机电能量转换的核心部件，即是一种融入式或嵌入式设计。电动机生产厂家只提供电动机的核心部件——带绕组和铁芯的定子组件及转子磁环，与通用电动机产品的制造工艺一致，量产情况下价格不会高。其他从机台和单锭子的机械结构部分到所有的附件配件都不改变，都由倍捻机生产厂家生产，都是成熟量产的零部件，不仅成本低廉，而且技术成熟，可靠性高。本电动机结构不仅可以让倍捻机单锭驱动升级为新品，生产实施方便，还可以使旧机改造升级费用下降和实施方便。
以上所属实施例仅表达了本发明的集中实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，设置在倍捻机单锭子构件的后端，所述倍捻机单锭子构件包括转轴、轴承压板、前轴承、轴承室兼安装板和后轴承，所述转轴包括连接在一起的第一部和第二部，所述第一部设置在所述轴承室兼安装板的内腔内，所述第一部的另一端连接锭盘，所述第二部设置在所述轴承室兼安装板的内腔外，其特征在于：包括转子组件和定子组件，所述转子组件包括转子磁轭和转子永磁体磁环，转子永磁体磁环套设在所述转子磁轭外，所述转子磁轭固定套设在所述转轴的第二部外，所述定子组件包括套设在转子永磁体磁环外的定子铁芯，定子铁芯的两侧还分别固定有线圈骨架，线圈骨架上还绕置有绕组。
2.如权利要求1所述的融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，其特征在于：远离锭盘的线圈骨架的外侧还设置有后盖板。
3.如权利要求2所述的融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，其特征在于：所述线圈骨架和后盖板之间还固定有霍尔线路板。
4.如权利要求1所述的融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，其特征在于：所述定子铁芯外还套设有机壳，所述机壳与所述轴承室兼安装板固定连接。
5.如权利要求1所述的融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，其特征在于：所述转子磁轭的一端的内壁的周向挖设有一内径大于其余部位内径的容置空间，该容置空间的内径与转轴的第二部的直径相匹配，且所述转轴的第二部固定设置在所述容置空间内。
6.如权利要求1所述的融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，其特征在于：所述定子铁芯采用六齿六槽的结构。
7.如权利要求6所述的融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，其特征在于：所述定子铁芯由整圆冲片叠成，冲片材质为0.2mm或0.35mm厚的低损耗硅钢片。
8.如权利要求6所述的融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，其特征在于：所述绕组采用可排线的内绕机绕制，六齿上的6个绕组分成三相，每相两个绕组串联或并联，三相绕组接成星形或三角形。
9.如权利要求1所述的融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，其特征在于：转子永磁体磁环为4极。
10.如权利要求9所述的融入式倍捻机单锭驱动永磁同步电动机结构，其特征在于：转子永磁体磁环为粘结钕铁硼磁环。
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