CN113964997A - 一种涡流启动三相稀土永磁同步电动机 - Google Patents

一种涡流启动三相稀土永磁同步电动机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种涡流启动三相稀土永磁同步电动机，包括壳体、前壳体、后壳体、底座，所述壳体内部开设有开前后贯通的中空腔体，且前壳体活动连接于壳体前端，同时后壳体活动连接于壳体末端，所述壳体底部与底座固定连接，且底座与壳体之间留有一定的活动间隙，同时底座内部设有与壳体固定连接的减震结构，所述壳体内壁中设有内部热气排出的散热结构，本发明提供一种涡流启动三相稀土永磁同步电动机为解决电机运作时，转子转动将产生的颤动，从而使得电机内部易造成损耗，并且在电机长时间工作时内部产生的高温，高温将引发电机超温烧毁。

Description

一种涡流启动三相稀土永磁同步电动机
技术领域
本发明涉及电动机领域，尤其涉及一种涡流启动三相稀土永磁同步电动机。
背景技术
目前现有的三相稀土永磁同步电动机，采用异步启动，其转子结构是在普通的异步电动机转子基础上改造而成，如内置切向式转子、内置混合式转子，由于异步电动机转子设计时，已经充分考虑了它的电气、机械性能以及机械强度，改造的其它永磁电动机为了把磁钢镶嵌进去，在转子上对称冲孔，这样会带来二个问题：
(1).改变了原有转子结构的机械强度：一般的异步电动机根据容量不同，定、转子间的气隙为0.3～0.8mm，那么，在高速长时间运转条件下，外径产生变形，导致定、转子间气隙变小以使扫膛产生热量，温升过高，首先是磁钢退磁，运转电流增大，甚至烧坏定子线圈；
(2).要兼顾不要改变大的机械性能，所以在有限条件制约下磁通量不够。同时在电机运作时，转子转动将产生的颤动，从而使得电机内部易造成损耗，并且在电机长时间工作时内部产生的高温，高温将引发电机超温烧毁。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种涡流启动三相稀土永磁同步电动机，以解决电机运作时，转子转动将产生的颤动，从而使得电机内部易造成损耗，并且在电机长时间工作时内部产生的高温，高温将引发电机超温烧毁。
本发明一种涡流启动三相稀土永磁同步电动机的目的与功效，由以下具体技术手段达成：一种涡流启动三相稀土永磁同步电动机，包括壳体、前壳体、后壳体、底座，所述壳体内部开设有开前后贯通的中空腔体，且前壳体活动连接于壳体前端，同时后壳体活动连接于壳体末端，所述壳体底部与底座固定连接，且底座与壳体之间留有一定的活动间隙，同时底座内部设有与壳体固定连接的减震结构，所述壳体内壁中设有内部热气排出的散热结构。
其中，所述壳体顶部前端固定连接有延伸至壳体内部的接线盒，且壳体顶部末端固定连接有吊耳环，所述壳体内部内壁上固定连接有定子，且壳体中转动连接有转子。
其中，所述转子包括主轴，所述主轴前端延伸至前壳体外，且主轴末端延伸至后壳体内部，所述主轴上套装有隔磁套，且隔磁套上装配有磁极铁芯，在磁极铁芯之间构成磁钢槽，磁钢槽内放置有稀土永磁磁铁，磁钢槽设置有燕尾槽楔，整个转子形成了切向槽楔式结构。
其中，所述转子的磁钢槽内壁与稀土永磁磁钢之间设置有第二气隙σ，第二气隙σ为0～0.5mm，且转子的每个磁极铁芯中间设置有隔磁板，与隔磁套组成转子的复式隔磁结构，转子是采用导磁金属材料构成，为切向槽楔式结构，它既是磁场地磁路，又是涡流的电路，二者合而为一，这是涡流启动三相稀土永磁同步电动机与其它永磁同步电动机的根本区别，同时利用集肤效应产生的涡流实现启动，与其他永磁电动机利用异步起动又是根本区别。
其中，所述壳体内部的散热结构包括轴孔、安装槽，所述安装槽纵向开设于壳体内壁中，且壳体外壁上开设有单向外导通的通气口，同时安装槽中活动连接有密封套件，并且轴孔纵向开设于位于安装槽底部的壳体内壁中，所述轴孔中转动连接有驱动轴，且驱动轴前端与前壳体中的传动轴啮合连接，同时驱动轴轴身延伸至安装槽内部并与密封套件啮合连接。
其中，所述密封套件整体为套管设置，且套管之间开设有伸缩区，同时伸缩区为弹性橡胶结构，并且位于伸缩区之间的套管底部固定连接有与驱动轴啮合的啮合装置。
其中，所述啮合装置内部开设有中空腔体，且中空腔体底部活动连接有可延伸至啮合装置底部外部的啮合板，同时啮合板顶部两端固定连接有连接杆，所述啮合装置正面内壁上开设有螺纹孔，且螺纹孔活动连接有可向啮合装置内部活动的控制螺杆，同时控制螺杆杆身与连接杆啮合连接。
其中，所述前壳体中心开设有与主轴啮合的轴承孔，且轴承孔中心底部与前壳体中心底部之间的内壁中转动连接有传动轴，同时传动轴与壳体内部散热结构啮合。
其中，所述后壳体套接于壳体末端，且后壳体末端内壁上开设有进气口，同时后壳体内部设有与壳体末端固定连接有过滤板，并且过滤板与后壳体内部之间设有与主轴连接的风扇。
其中，所述底座内部呈空心结构，且底座顶部四角活动连接有延伸至底座外并与壳体底部连接有固定杆，同时底座顶部中心与壳体之间固定连接有一根可伸缩的连接柱，所述固定杆位于底座内部的一端固定连接有连接板，且固定杆底部与底座内底部之间固定连接有弹簧，同时连接板内侧底部固定连接有驱动块，所述底座内部中心固定连接有支架，且支架两端支杆上横向活动连接有连杆，同时支架顶端两侧固定连接有限位块，所述连杆两端杆身上设有与驱动块啮合的螺纹，且连杆杆身中心底部固定连接有底块，同时底块两侧与限位块之间固定连接有弹簧。
有益效果：
（1）本发明为同步工作方式，转子转速与定子旋转磁场完全同步，与异步电动机相比无转差损耗，与普通同步电动机相比，转子不需要外施励磁电源，消除了励磁损耗。
（2）本发明最高效率区和cosφ区可以得到展宽，甚至到负荷率为20％及以下区域，大大提高了整个负荷区平均运行效率，而异步电动机轻载时的效率及cosφ远低于其额定值，使本产品节电效果十分明显。
（3）本发明采用涡流集肤启动，故可直接启动，其启动力矩倍数可达到3.6倍以上，而异步电动机仅为1.8倍，故可以取代大2～3个机座号。
（4）涡流及磁场的分布情况也与其他永磁电动机迥然不同，形成了切向槽楔式转子电动机特有的惯量，性能更加优良，更加稳定，堵转转矩大、堵转电流低、牵入同步能力大、电动机效益高等优点。
（5）通过设有壳体，利用壳体内壁中的密封套件在前壳体内部传动结构的带动下，使得密封套件在驱动轴的驱动下向电机末端移动，从而配合后壳体中的风扇将壳体内部的热量导出，实现对电机内部进行散热的效果。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明整体剖面结构示意图。
图3为本发明整体拆解结构示意图。
图4为本发明壳体拆解局部结构示意图。
图5为本发明啮合装置结构示意图。
图6为本发明啮合装置侧视剖面结构示意图。
图7为本发明啮合装置正视剖面结构示意图。
图8为本发明底座正视剖面结构示意图。
图9为本发明图8中A处放大结构示意图。
图1-9中，部件名称与附图编号的对应关系为：
1-壳体、101-接线盒、102-吊耳环、103-定子、104-转子、105-主轴、106-轴孔、107-驱动轴、108-安装槽、109-密封套件、110-伸缩区、111-啮合装置、112-控制螺杆、113-啮合板、114-螺纹孔、115-连接杆、2-前壳体、201-轴承孔、3-后壳体、301-进气口、302-风扇、303-过滤板、4-底座、401-固定杆、402-连接板、403调节装置、404-支架、405-限位块、406-连杆、407-底块、408-驱动块。
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如附图1至附图3所示：
在转子104的磁钢槽内壁与稀土永磁磁钢之间设置有合理的第二气隙σ(第一气隙为转子和定子之间的气隙)，第二气隙σ为0～0.5mm。在转子104的每个磁极铁芯中间设置有隔磁板，与隔磁套5组成转子的复式隔磁结构。本发明采用了合理的第二气隙和复式隔磁结构。
本发明由于磁场分布和磁路结构与常规电机有很大差别，其中介质面多且曲直交错，使涡流启动三相稀土永磁同步电动机磁路特别复杂，电机的参数不能套用传统的电机磁路计算方法。给设计中电磁计算也带来相当的复杂性。为了提高计算精度，我们采用了二维有限元数值计算法计算了涡流启动三相稀土永磁同步电动机的电磁场，并进行了系统仿真分析。具体实施为：
①进行电机电磁场分布计算及优化设计，特别是要计算电机电枢反应磁场对永磁磁场的影响；
②进行永磁电机力学场计算，用受力场的方法进行电机的刚度、强度分析、振动模态分析、模态冲击分析；
③进行电机温度场分析；
④分别对永磁电机的发电工况、电动工况进行系统仿真分析；
⑤对永磁材料的温度稳定性、电磁稳定性、时间稳定性和分布均匀性进行分析；
⑥采用三维工程设计对电机结构进行优化设计，径向磁路、切向磁路及轴向磁路等磁路结构进行研究，注意磁场的合理性；
⑦关键工艺分析、研究和制定；
⑧对故障模式运行状态开发研究。
设计中的关键技术
①切向槽楔式转子的稀土永磁三相同步电动机设计技术和仿真分析技术；
②确保稀土永磁体不发生退磁、不可逆失磁技术。
本发明样机的型式试验结果，完全符合本发明产品技术标准中所规定的要求，其中：
效率：96.07％，功率因数：0.976，堵转转矩倍数：5.06
本发明样机的综合节电率测试结果为25.49％；本发明样机已通过抽油机运行可靠性试验。
实施例二
如附图1至附图7所示：
在本发明通电运行时主轴105将与前壳体2中心处的轴承孔201接触，使得位于轴承孔201底部与前壳体2底部之间设置的传动轴旋转，从而传动轴将带动驱动轴107旋转，此时，驱动轴107将驱动密封套件109向壳体1末端移动，从而使得电机内部的高温能够通过壳体1内壁上单向导通的通气孔排出，同时，当密封套件109中的伸缩区110收缩到一起时，使得位于密封套件109底部的啮合装置111相互接触受到挤压。
当啮合装置111受到挤压时，啮合装置111正面内壁中的控制螺杆112将受到挤压回缩至啮合装置111内部，此时，啮合板113在连接杆115与控制螺杆112啮合的作用下收入啮合装置111内部，从而使得密封套件109解除与驱动轴107的啮合，同时，密封套件109在具有弹性的伸缩区110的作用下回弹至原位，保持壳体1的密闭性。
在主轴105旋转的同时，位于后壳体3内部的主轴105轴身上的风扇302也将随之旋转，从而将外部空气通过后壳体3上的进气口301引入后壳体3内部，此时后壳体3中的过滤板303将对空气进行过滤，防止粉尘颗粒进入转子104和定子103之间造成内部磨损，并且由于空气灌入使得电机内部的热气将通过壳体1上单向导通的通气孔排出，从而保证电机工作时温度保持在一定的范围内，增加电机的使用寿命。
如附图8至附图9所示：
在电机运作时产生震动时壳体1通过固定杆401将震动的动能传输至底座4内部，此时，固定杆401底部的弹簧将对震动势能进行吸收，为了避免在吸收势能时造成电机整体向一侧偏移造成电机动能传输效果造成影响，同时利用固定杆401底端上的连接板402连同驱动块408一同向下移动，使得驱动块408与连杆406啮合带动连杆406向支架404一侧移动，并且由于连杆两端螺纹呈相反设置，使得一侧固定杆401向下移动时，另一端固定杆401将向上移动，从而使得电机整体回到初始位置保持稳定。
工作原理：在电机工作时，主轴105将与前壳体2中心处的轴承孔201接触，使得位于轴承孔201底部与前壳体2底部之间设置的传动轴旋转，从而驱动驱动轴107带动密封套件109向壳体1末端移动，使得壳体1呈可向外排气的状态，并且，在主轴105旋转的同时，位于后壳体3内部的主轴105轴身上的风扇302也将随之旋转，从而将外部空气通过后壳体3上的进气口301引入后壳体3内部，此时后壳体3中的过滤板303将对空气进行过滤，防止粉尘颗粒进入转子104和定子103之间造成内部磨损，并且由于空气灌入使得电机内部的热气将通过壳体1上单向导通的通气孔排出，从而保证电机工作时温度保持在一定的范围内，增加电机的使用寿命。
在电机运作时产生震动时壳体1通过固定杆401将震动的动能传输至底座4内部，此时，固定杆401底部的弹簧将对震动势能进行吸收，为了避免在吸收势能时造成电机整体向一侧偏移造成电机动能传输效果造成影响，同时利用固定杆401底端上的连接板402连同驱动块408一同向下移动，使得驱动块408与连杆406啮合带动连杆406向支架404一侧移动，并且由于连杆两端螺纹呈相反设置，使得一侧固定杆401向下移动时，另一端固定杆401将向上移动，从而使得电机整体回到初始位置保持稳定。

Claims (10)

1.一种涡流启动三相稀土永磁同步电动机，包括壳体（1）、前壳体（2）、后壳体（3）、底座（4），所述壳体（1）前端与前壳体（2）相连接，且壳体（1）末端与后壳体（3）相连接，同时底座（4）设立于壳体（1），其特征在于：所述底座（4）内部设有用于减缓电机运作时震动的减震结构，且壳体（1）内部设有散热结构。
2.根据权利要求1所述的涡流启动三相稀土永磁同步电动机，其特征在于：所述壳体（1）顶部设有接线盒（101），且接线盒（101）一侧的壳体（1）上设有吊装结构，同时壳体（1）内部设有转子（104）和定子（103）。
3.根据权利要求2所述的涡流启动三相稀土永磁同步电动机，其特征在于：所述转子（104）包括主轴（105），所述主轴（105）前端延伸至前壳体（2）外，且主轴（105）末端延伸至后壳体（3）内部，所述主轴（105）上套装有隔磁套，且隔磁套上装配有磁极铁芯，在磁极铁芯之间构成磁钢槽，磁钢槽内放置有稀土永磁磁铁，磁钢槽设置有燕尾槽楔，整个转子形成了切向槽楔式结构。
4.根据权利要求3所述的涡流启动三相稀土永磁同步电动机，其特征在于：所述转子（104）的磁钢槽内壁与稀土永磁磁钢之间设置有第二气隙σ，第二气隙σ为0～0.5mm，且转子的每个磁极铁芯中间设置有隔磁板，与隔磁套组成转子的复式隔磁结构。
5.根据权利要求1所述的涡流启动三相稀土永磁同步电动机，其特征在于：所述壳体（1）内部的散热结构包括轴孔（106）、安装槽（108），所述安装槽（108）和轴孔（106）均纵向开设于壳体（1）内壁中，且轴孔（106）位于安装槽（108）下端，同时轴孔（106）中设有延伸安装槽（108）内部的驱动结构，所述安装槽（108）中设有与驱动结构啮合的密封套件（109）。
6.根据权利要求1所述的涡流启动三相稀土永磁同步电动机，其特征在于：所述密封套件（109）整体为套管设置，且密封套件（109）管身上开设有多个独立的伸缩结构，同时位于伸缩结构之间的密封套件（109）底部设有啮合装置（111）。
7.根据权利要求6所述的涡流启动三相稀土永磁同步电动机，其特征在于：所述啮合装置（111）内部开设有中空腔体，且啮合装置（111）底部设有可伸出的啮合装置（111）底部外的啮合结构，同时啮合装置（111）正面内壁上设有控制啮合结构移动的控制螺杆（112），并且控制螺杆（112）与啮合结构之间设有连接结构。
8.根据权利要求1所述的涡流启动三相稀土永磁同步电动机，其特征在于：所述前壳体（2）中心设有与主轴（105）啮合的孔洞，且孔洞底部与前壳体（2）底部之间设有为壳体（1）内部驱动结构提供动力的传动结构。
9.根据权利要求1所述的涡流启动三相稀土永磁同步电动机，其特征在于：所述后壳体（3）内壁开设有通气结构，且后壳体（3）内部设有与壳体（1）末端连接的过滤板（303），同时过滤板（303）与壳体（1）之间设有与轴柱（105）连接的风扇（302）。
10.根据权利要求1所述的涡流启动三相稀土永磁同步电动机，其特征在于：所述底座（4）内部呈空心结构，且底座（4）顶部饲料设有与壳体（1）相连的固定杆（401），同时固定杆（401）底部与底座（4）内底部之间设有弹性结构，并且固定杆（401）底端杆身上设有驱动组件，所述底座（4）内底部中心设有支架（404），且支架（404）顶部两端中设有与驱动组件啮合的连杆（406），同时连杆（406）底部与支架（404）顶端之间设有回位结构。
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