CN112994305A - 一种高效率扁平永磁力矩电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效率扁平永磁力矩电机，包括机壳、转子、定子和接线盒，所述定子与所述机壳固连，所述转子与所述机壳转动配合；所述定子包括定子铁心、绕组、导磁槽楔和结构槽楔，所述绕组置于定子铁心的平行开口槽中，所述导磁槽楔和结构槽楔置于平行开口槽的槽口侧；所述绕组由多个成型梯形线圈组成，包含一套Y接绕组和一套开路绕组。本发明的扁平永磁力矩电机槽满率高、铜耗低、功率密度高，能够运用同一套电机驱动器实现电机高速运行、低速运行，以及低速大转矩运行，降低了电机驱动器的成本。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种高效率扁平永磁力矩电机。
背景技术
不管是游梁式抽油机还是立式抽油机，绝大部分还采用感应电机+皮带轮+减速箱的两级传动方式，系统效率低。同时感应电机“大马拉小车”的运行模式，导致电机功率因数低。上述的技术缺陷增加了采油成本。
为了解决上述问题，一种半直接驱动低速永磁同步电动机产生了，它取消了皮带轮机构，半直接驱动永磁电动机直接驱动减速箱，专利(申请号：CN201910108745.2、CN201820607964.6、CN202010660111.0)均提到了这种电机的结构和特点，虽然这些专利产品已在现场运行，效果良好。但还存在如下一些经济成本问题和技术问题：
1)传统半直驱永磁电机定子采用半闭口槽结构，在每个定子齿上直接绕线，要求绕组排列规范、端部短，嵌线工艺复杂，槽满率低，不仅电机运行效率低，而且生产效率低，且定子的电气可靠性差。2)游梁式抽油机在调整驴头对中时，需要3-4倍的额定转矩，相应地就需要电机控制器提供3-4倍的额定电流，出现了电机控制器“大马拉小车”现象，增加了控制器的成本。3)抽油机电机的工作电压有380V和660V，传统电机的输入电压是固定的，电机不能同时适应两种工作电压，这给电机生产商增加了电机种类，造成了生产、管理成本增加。4)抽油机对冲次是有要求的，如3、4、5、6…等冲次，传统包含皮带减速机构的抽油机，更换小皮带轮的直径即可实现，而半直驱永磁电机抽油机取消了皮带轮，如果调整冲次变化很大(如从6次调整为3次)，就得更换另一种转速的半直驱永磁电机，不仅增加了现场工作量，而且停机更换设备造成减产。
发明内容
发明目的：
本发明的目的是提供一种高效率扁平永磁力矩电机，在不降低功率密度的前提下以解决上述现有技术存在的问题，提高抽油机用扁平永磁力矩电机的运行效率、生产效率、适应性，降低成本，进而提升采油效率。
技术方案：
一种高效率扁平永磁力矩电机，包括机壳1、转子2、定子3和接线盒4，所述定子3与所述机壳1固连，所述转子2与所述机壳1转动配合；其特征在于：所述定子3包括定子铁心31、绕组32、导磁槽楔33和结构槽楔34，所述绕组32置于定子铁心31的平行开口槽中，所述导磁槽楔33和结构槽楔34置于铁心31的平行开口槽312的槽口侧，结构槽楔34位于导磁槽楔33的两端；所述绕组32包含一套Y接绕组321和一套开路绕组322，Y接绕组321和开路绕组322连接至接线盒4。
所述定子铁心31包含梯形齿311、平行开口槽312，梯形齿311的齿顶部两个侧壁设置三角形的定位沟槽313。
所述绕组32中的Y接绕组321包含A1、B1、C1三相，开路绕组322包含A2X2、B2Y2、C2Z2三相，两套绕组中对应相的匝数相同，对应相的空间相位为零。
所述导磁槽楔33包含楔舌331、隔磁缝隙332和楔筋333，楔舌331设置在导磁槽楔33的长度方向的两侧，隔磁缝隙332设置在导磁槽楔33的中部，隔磁缝隙332的两端为楔筋333；
楔舌331的尺寸及形状满足能与定位沟槽313相配合的要求，隔磁缝隙332的宽度L1＝1-5mm，楔筋333的宽度为L2＝3-5mm，导磁槽楔33为低损耗的软磁粉末压铸而成，导磁槽楔33的相对导磁率为200-1000。
所述结构槽楔34的两侧设置有楔肩341，槽楔34上设置有涡流阻断孔342，楔肩341的尺寸及形状满足与定位沟槽(313)相配合的要求，涡流阻断孔342的数量为一个或多个，结构槽楔34由不导磁的材料构成。
所述导磁槽楔33置于铁心31的槽口中间部位，楔舌331嵌入定位沟槽313中；所述的结构槽楔34置于导磁槽楔33的两侧，楔肩341嵌入定位沟槽313中。
所述接线盒4包括盒体41、转接端子42和供电端子43，所述转接端子42和供电端子43均包含三个接线柱。
所述绕组32由多个成型梯形线圈组成；所述绕组32的线圈为梯形结构，用扁电磁线或圆电磁线绕制。
所述开路绕组322的三相首端A2、B2、C2与供电端子43的三个接线柱相连接；当电机低速大转矩运行时，所述开路绕组322的三相尾端X2、Y2、Z2，及Y接绕组321的三相A1、B1、C1均与转接端子42的三个接线柱相连接，且A1、B1、C1与X2、Y2、Z2相对应；
当电机高速运行时，所述Y接绕组321的三相A1、B1、C1与供电端子43的三个接线柱相连接，A1、B1、C1与A2、B2、C2依次对应，所述开路绕组322的三相尾端X2、Y2、Z2与转接端子42的三个接线柱相连接，并用短接片44将转接端子42的三个接线柱短路相连。
优点效果：
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的高效率扁平永磁力矩电机采用开口槽、成型线圈、导磁槽楔和结构槽楔相结合，在不降低电机功率密度和转矩性能的前提下提高了永磁力矩电机的运行效率、生产效率和电气可靠性。本发明的扁平永磁力矩电机通过Y接绕组和开路绕组的串、并联组合，可以适应多种工作电压、调整抽油机的冲次、无需更换电机控制器就可以实现低速大转矩运行，极大地增加了电机的适应性，减少了电机种类，降低电机生产、管理成本、降低用户使用管理成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作介绍。
图1为本发明扁平永磁力矩电机的结构示意图；
图2为本发明扁平永磁力矩电机的定子部分结构示意图；
图3为本发明扁平永磁力矩电机的定子铁心结构示意图；
图4为本发明扁平永磁力矩电机的导磁槽楔结构示意图；
图5为本发明扁平永磁力矩电机的结构槽楔结构示意图；
图6为本发明扁平永磁力矩电机中绕组连接结构示意图一；
图7为本发明扁平永磁力矩电机中绕组连接结构示意图二；
图8为本发明扁平永磁力矩电机中组成绕组的线圈结构示意图；
其中：1-机壳、2-转子、3-定子、31-定子铁心、311-梯形齿、312-平行开口槽、313-定位沟槽、32-绕组、321-Y接绕组、322-开路绕组、33-导磁槽楔、331-楔舌、332-隔磁缝隙、333-楔筋、34-结构槽楔、341-楔肩、342-涡流阻断孔、4-接线盒、41-盒体、42-转接端子、43-供电端子、44-短接片。
具体实施方式
一种高效率扁平永磁力矩电机，包括机壳1、转子2、定子3和接线盒4，所述定子3与所述机壳1固连，所述转子2与所述机壳1转动配合；所述定子3包括定子铁心31、绕组32、导磁槽楔33和结构槽楔34，所述绕组32置于定子铁心31的平行开口槽中，所述导磁槽楔33和结构槽楔34置于铁心31的开口槽312的槽口侧，结构槽楔34位于导磁槽楔33的两端(导磁槽楔是由类似于铁粉的材料和环氧树脂压铸而成，所以强度稍弱，楔筋333的目的是让导磁槽楔成为一个整体，较宽的楔筋333是不利的，造成漏磁大。在本专利中，绕组32是由硬铜线(如2×6.5mm矩形，或φ2.0mm的圆形)制作成的线圈，经过浸漆固化后，具有高的强度和硬度，两端的结构槽楔能够承受一部分压力)；所述绕组32包含一套Y接绕组321和一套开路绕组322，Y接绕组321和开路绕组322连接至接线盒4。
所述定子铁心31包含梯形齿311、平行开口槽312，梯形齿311的齿顶部两个侧壁设置三角形的定位沟槽313。
所述绕组32中的Y接绕组321包含A1、B1、C1三相，开路绕组322包含A2X2、B2Y2、C2Z2三相，两套绕组中对应相的匝数相同，对应相的空间相位(电角度)为零。
所述导磁槽楔33包含楔舌331、隔磁缝隙332和楔筋333，楔舌331设置在导磁槽楔33的长度方向的两侧，隔磁缝隙332设置在导磁槽楔33的中部，隔磁缝隙332的两端(如图4所示的左右两端)为楔筋333；
楔舌331的尺寸及形状满足能与定位沟槽313相配合的要求(就是能插入定位沟槽313内)，隔磁缝隙332的宽度L1＝1-5mm，宽度值根据所设计电机需求的性能选择，楔筋333的宽度为L2＝3-5mm，导磁槽楔33为低损耗的软磁粉末压铸而成，导磁槽楔33的相对导磁率为200-1000，导磁能力接近于硅钢片。
所述结构槽楔34的两侧设置有楔肩341，槽楔34上设置有涡流阻断孔342，楔肩341的尺寸及形状满足与定位沟槽313相配合的要求(就是能插入定位沟槽313内)，涡流阻断孔342的数量为一个或多个，结构槽楔34由机械强度高、不导磁的材料构成。
所述导磁槽楔33置于铁心31的槽口中间部位，楔舌331嵌入定位沟槽313中；所述的结构槽楔34置于导磁槽楔33的两侧，楔肩341嵌入定位沟槽313中。
所述接线盒4包括盒体41、转接端子42和供电端子43，所述转接端子42和供电端子43均包含三个接线柱。
所述绕组32由多个成型梯形线圈组成；所述绕组32的线圈为梯形结构，用扁电磁线或圆电磁线绕制。
所述开路绕组322的三相首端A2、B2、C2与供电端子43的三个接线柱相连接；当电机低速大转矩运行时，所述开路绕组322的三相尾端X2、Y2、Z2，及Y接绕组321的三相A1、B1、C1均与转接端子42的三个接线柱相连接，且A1、B1、C1与X2、Y2、Z2相对应；
当电机高速运行时，所述Y接绕组321的三相A1、B1、C1与供电端子43的三个接线柱相连接，A1、B1、C1与A2、B2、C2依次对应，所述开路绕组322的三相尾端X2、Y2、Z2与转接端子42的三个接线柱相连接，并用短接片44将转接端子42的三个接线柱短路相连。(两种接线方式通过人为选择连接方式以满足实际生产需求)
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
如图1至图8所示：本实施例提供了高效率扁平永磁力矩电机，包括机壳1、转子2、定子3和接线盒4，所述定子3与所述机壳1固连，所述转子2与所述机壳1转动配合；所述定子3包括定子铁心31、绕组32、导磁槽楔33和结构槽楔34，所述绕组32置于定子铁心31的平行开口槽中，所述导磁槽楔33和结构槽楔34置于铁心31的开口槽的槽口侧；所述绕组32包含一套Y接绕组321和一套开路绕组322。
优选的，如图3所示，所述定子铁心31包含梯形齿311、平行开口槽312，梯形齿311的两个侧壁设置三角形的定位沟槽313。1)定子铁心31采用梯形齿311、平行开口槽312的目的是：梯形成型线圈可以直接套在电机的梯形齿上，槽满率可以提升到80％，增加用铜量，降低铜耗，提高电机运行效率；同时，简化电机嵌线工艺，降低生产成本，提高电气可靠性。2)梯形齿311侧壁设置三角形的定位沟槽313为了与导磁槽楔33和结构槽楔34配合，固定梯形成型线圈的。
优选的，如图2、6、7所示，所述绕组32由多个成型梯形线圈组成，所述绕组32中的Y接绕组321包含A1、B1、C1三相，开路绕组322包含A2X2、B2Y2、C2Z2三相，两套绕组中对应相的匝数相同，对应相的空间相位(电角度)为零。
优选的，如图4所示，所述导磁槽楔33包含楔舌331、隔磁缝隙332和楔筋333，楔舌331的尺寸与定位沟槽313相配合，隔磁缝隙332的宽度L1＝1-5mm，宽度值根据所设计电机需求的性能选择，楔筋333的宽度为L2＝3-5mm，导磁槽楔33为低损耗的软磁粉末压铸而成，导磁能力接近于硅钢片。导磁槽楔33是为了增加气隙磁密，隔磁缝隙332是为了降低漏磁，进一步提高气隙磁密，如果没有楔筋333，气隙磁密会更高，但没有了楔筋333，导磁槽楔33就不能成为一体，软磁粉末压铸制造工艺需求楔筋333的宽度为L2＝3-5mm。
优选的，如图5所示，所述结构槽楔34包含楔肩341和涡流阻断孔342，楔肩341的尺寸与定位沟槽313相配合，涡流阻断孔342的数量可以为多个，结构槽楔34材料的机械强度高、不导磁。结构槽楔34是为了承受线圈的挤压力，从而尽量避免导磁槽楔33受到线圈的挤压。涡流阻断孔342是为了阻断涡流电流，尽量减少结构槽楔34发热。
优选的，所述导磁槽楔33置于铁心31的槽口中间部位，楔舌331嵌入定位沟槽313中；所述的结构槽楔34置于导磁槽楔33的两侧，楔肩341嵌入定位沟槽313中。
优选的，所述接线盒4包括盒体41、转接端子42和供电端子43，所述转接端子42和供电端子43均包含三个接线柱。
优选的，所述绕组32的线圈为梯形结构，用扁电磁线或圆电磁线绕制。
优选的，如图6所示，所述开路绕组322的三相首端A2、B2、C2与供电端子43的三个接线柱相连接；当电机低速大转矩运行时，所述开路绕组322的三相尾端X2、Y2、Z2，及Y接绕组321的三相A1、B1、C1均与转接端子42的三个接线柱相连接，且A1、B1、C1与X2、Y2、Z2相对应；图6的作用是开路绕组322和Y接绕组321串联，解决下面3个中任意一个问题：1)游梁式抽油机在调整驴头对中时，不用大功率等级的控制器就能提供3-4倍的额定转矩。2)将工作电压由380V改变为660V。3)抽油机冲次降低，如6冲次降为3冲次，冲次低了，电机转速也就低了，绕组就采用串联。
如图7所示，当电机高速运行时，所述321的三相A1、B1、C1与供电端子43的三个接线柱相连接，A1、B1、C1与A2、B2、C2依次对应，所述开路绕组322的三相尾端X2、Y2、Z2与Y接绕组转接端子42的三个接线柱相连接，并用短接片44将转接端子42的三个接线柱短路相连。图7的作用是开路绕组322和Y接绕组321并联，解决下面3个中任意一个问题：1)将工作电压由660V改变为380V。3)抽油机冲次提升，如3冲次提升为6冲次，冲次高了，电机转速也就高了，绕组就采用并联。
本发明提供一种高效率扁平永磁力矩电机，提高了抽油机用扁平永磁力矩电机的可靠性、适应性，降低电机生产和使用成本，降低电机配套控制器的功率等级。
Claims (9)
1.一种高效率扁平永磁力矩电机，包括机壳(1)、转子(2)、定子(3)和接线盒(4)，所述定子(3)与所述机壳(1)固连，所述转子(2)与所述机壳(1)转动配合；其特征在于：所述定子(3)包括定子铁心(31)、绕组(32)、导磁槽楔(33)和结构槽楔(34)，所述绕组(32)置于定子铁心(31)的平行开口槽中，所述导磁槽楔(33)和结构槽楔(34)置于铁心(31)的平行开口槽(312)的槽口侧，结构槽楔(34)位于导磁槽楔(33)的两端；所述绕组(32)包含一套Y接绕组(321)和一套开路绕组(322)，Y接绕组(321)和开路绕组(322)连接至接线盒(4)。
2.根据权利要求1所述的高效率扁平永磁力矩电机，其特征在于：所述定子铁心(31)包含梯形齿(311)、平行开口槽(312)，梯形齿(311)的齿顶部两个侧壁设置三角形的定位沟槽(313)。
3.根据权利要求2所述的高效率扁平永磁力矩电机，其特征在于：所述绕组(32)中的Y接绕组(321)包含A1、B1、C1三相，开路绕组(322)包含A2X2、B2Y2、C2Z2三相，两套绕组中对应相的匝数相同，对应相的空间相位为零。
4.根据权利要求1所述的高效率扁平永磁力矩电机，其特征在于：所述导磁槽楔(33)包含楔舌(331)、隔磁缝隙(332)和楔筋(333)，楔舌(331)设置在导磁槽楔(33)的长度方向的两侧，隔磁缝隙(332)设置在导磁槽楔(33)的中部，隔磁缝隙(332)的两端为楔筋(333)；
楔舌(331)的尺寸及形状满足能与定位沟槽(313)相配合的要求，隔磁缝隙(332)的宽度L1＝1-5mm，楔筋(333)的宽度为L2＝3-5mm，导磁槽楔(33)的相对导磁率为200-1000。
5.根根据权利要求4所述的高效率扁平永磁力矩电机，其特征在于：所述结构槽楔(34)的两侧设置有楔肩(341)，槽楔(34)上设置有涡流阻断孔(342)，楔肩(341)的尺寸及形状满足与定位沟槽(313)相配合的要求，涡流阻断孔(342)的数量为一个或多个，结构槽楔(34)由不导磁的材料构成。
6.根据权利要求1所述的高效率扁平永磁力矩电机，其特征在于：所述导磁槽楔(33)置于铁心(31)的槽口中间部位，楔舌(331)嵌入定位沟槽(313)中；所述的结构槽楔(34)置于导磁槽楔(33)的两侧，楔肩(341)嵌入定位沟槽(313)中。
7.根据权利要求1所述的高效率扁平永磁力矩电机，其特征在于：所述接线盒(4)包括盒体(41)、转接端子(42)和供电端子(43)，所述转接端子(42)和供电端子(43)均包含三个接线柱。
8.根据权利要求1或权利要求3所述的高效率扁平永磁力矩电机，其特征在于：所述绕组(32)由多个成型梯形线圈组成；所述绕组(32)的线圈为梯形结构，用扁电磁线或圆电磁线绕制。
9.根据权利要求7所述的高效率扁平永磁力矩电机，其特征在于：所述开路绕组(322)的三相首端A2、B2、C2与供电端子(43)的三个接线柱相连接；当电机低速大转矩运行时，所述开路绕组(322)的三相尾端X2、Y2、Z2，及Y接绕组(321)的三相A1、B1、C1均与转接端子(42)的三个接线柱相连接，且A1、B1、C1与X2、Y2、Z2相对应；
当电机高速运行时，所述Y接绕组(321)的三相A1、B1、C1与供电端子(43)的三个接线柱相连接，A1、B1、C1与A2、B2、C2依次对应，所述开路绕组(322)的三相尾端X2、Y2、Z2与转接端子(42)的三个接线柱相连接，并用短接片(44)将转接端子(42)的三个接线柱短路相连。
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