CN114142656A - 一种高压隔爆型低速永磁直驱电动机 - Google Patents

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赵岩
孙庆玲
范晓彬
刁孟磊
张换清
臧振鹏
张艳艳
王天锋
张楠
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Abstract

本发明公开了一种高压隔爆型低速永磁直驱电动机，包括定子组件、转轴和转子组件，转子组件与转轴固定连接，转子组件外侧设有定子组件，所述定子组件包括带有成型集中绕组的定子铁芯以及套在定子铁芯外面的防爆外壳，所述防爆外壳的两侧固定连接前端盖和后端盖，防爆外壳、前端盖和后端盖与定子铁芯之间形成第一隔爆腔室，转子组件在转轴上轴向拼接，转子组件外侧与定子组件之间为不均匀间隙；后端盖上设有接线盒，接线盒内形成第二隔爆腔室，所述防爆外壳上设有散热水道。本发明的外壳采用独立的隔爆结构，且防护等级能够达到IP55，能够适用于煤矿等爆炸性恶劣环境。

Description

一种高压隔爆型低速永磁直驱电动机
技术领域
本发明涉及低速永磁直驱电动机，特别涉及一种高压隔爆型低速永磁直驱电动机。
背景技术
作为高效节能的隔爆型变频永磁三相同步电动机逐渐成为主流产品来代替隔爆型三相异步电动机。隔爆型变频永磁三相同步电机以卓越的节能效果在冶金、煤炭、电力、石油化工、国防等诸多领域得到了广泛的应用。在传统的驱动领域，例如带式输送机等设备主要的驱动系统有例如带式输送机等设备。主要的驱动系统有异步电动机+液力偶合器+减速机驱动系统、CST可控启动/制动系统、异步电机+变频启动系统，这些传统的驱动系统存在传动效率低、占地面积大，启动冲击大，功率不平衡，维护量大，而且异步电机自身效率低，功率因数低。随着世界经济的高速发展，以及能源消耗的日益增加，节能减排显得日益重要，随着永磁材料和控制技术的日趋成熟，传统的驱动系统逐渐被智能化永磁直驱系统所取代，由于低速永磁直驱电动机广泛使用，特别是在煤炭等方面的特殊场合使用需要一种具有隔爆并且散热性强的低速永磁直驱电动机。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种高压隔爆型低速永磁直驱电动机。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高压隔爆型低速永磁直驱电动机，包括定子组件、转轴和转子组件，转子组件与转轴固定连接，转子组件外侧设有定子组件，所述定子组件包括带有成型集中绕组的定子铁芯以及套在定子铁芯外面的防爆外壳，所述防爆外壳的两侧分别固定连接有前端盖和后端盖，防爆外壳、前端盖和后端盖与定子铁芯之间形成第一隔爆腔室，转子组件在转轴上轴向拼接，转子组件外侧与定子组件之间为不均匀间隙；后端盖上设有接线盒，接线盒内形成第二隔爆腔室，所述防爆外壳上设有散热水道。
所述第一隔爆腔室还包括前轴防爆面和后轴防爆面，所述转轴依次穿过有前轴承外盖、前端盖、前轴承内盖、后轴承内盖、后端盖和后轴承外盖；
所述前端盖的内外两侧分别固定连接前轴承内盖和前轴承外盖，前端盖与前轴承内盖以及转轴形成前轴防爆面；
后端盖的内外两侧分别固定连接有后轴承内盖和后轴承外盖，后端盖与后轴承内盖以及转轴形成后轴防爆面。
所述后端盖固定连接有接线盒座板，接线盒座板固定连接接线盒，所述接线盒座板将后端盖与接线盒隔离，形成独立的隔爆腔室；
所述第二隔爆腔室还包括出线口防爆面，所述接线盒包括接线盒座和接线盒座固定连接的接线盒盖，接线盒座的底部设有出线口，出线口内侧设有密封圈，出线口端部设有出线斗，所述接线盒座底部的出线口与密封圈以及出线斗形成出线口防爆面；
后端盖侧部安装接线盒，接线盒设置在电机的尾端，所述接线盒的出线口朝下，减小电机的高度。
所述转子组件包括磁极铁芯、永磁体和转子支架，转轴固定转子支架，转子支架上固定连接磁极铁芯，磁极铁芯上固定连接有永磁体。
所述磁极铁芯包括压板、磁极冲片和拉杆，磁极冲片和压板上分别设有拉杆孔，多个磁极冲片之间相互压接，磁极冲片轴向两侧压接有压板，压板的结构与磁极冲片相匹配，拉杆穿过压板和磁极冲片的拉杆孔，拉杆与压板固定连接；
磁极铁芯下端面设有第一螺纹孔，轴向相邻的磁极铁芯之间通过端部依次拼接，第一螺纹孔内通过设有的第一螺纹杆将磁极铁芯固定在在转子支架上。
磁极铁芯与定子铁芯相对应的边为外凸的圆弧，使的磁极铁芯的弧线距离定子铁芯的外边距离不相等。
所述磁极冲片和压板上呈圆周形间隔开设有多个凹槽，磁极冲片和压板叠压后并使多个凹槽相对应形成多个永磁体槽，永磁体槽内安装永磁体后，磁极铁芯的轴向两侧设有弧形的挡片；
所述磁极冲片和压板的两侧设有半圆孔，磁极冲片和压板叠压后并使多个半圆孔对齐形成半圆螺纹孔，磁极铁芯整体拼接后，半圆螺纹孔对接为完整的螺纹孔，通过螺纹孔内设有的螺纹杆将挡片固定在磁极铁芯的外侧，用于轴向固定永磁体槽内的永磁体。
所述集中绕组和定子铁芯通过高真空度的真空压力浸漆，使成型集中绕组、定子铁芯形成一个整体。
所述散热水道包括径向的第一水道、第二水道以及轴向的第三水道；
所述第一水道为半环形，设在防爆机壳径向的端部，第一水道的一端为进水口；
所述第三水道在防爆机壳内为多个直线型水道组成，直线型水道在防爆机壳围绕主轴环形分布，径向相邻直线型水道之间的端口相连通形成蛇形连接；
所述第二水道为半环形，设在防爆机壳径向的端部，第二水道的端部设有出水口，第一水道和第二水道位于防爆机壳的同一端部；
第一水道的另一端的端口与第三水道中相邻的直线型水道相通；第二水道的另一端的端口与第三水道中相邻的轴向直线型水道相通。
所述前轴承内盖和前轴承外盖之间形成前轴承腔室，前轴承腔室连接有注排油装置；
所述后轴承内盖和后轴承外盖之间形成后轴承腔室，后轴承腔室连接有注排油装置。
本发明所具有的有益效果为：
1. 本发明由于转速低，能够直接驱动机械负载，与传统驱动系统相比，可直接取消减速机、液力偶合器、CST装置等，传动链缩短，大幅减少了机械故障，具有传动效率更高，振动小，噪声低，可靠性高，免维护的特点。
2.本发明的外壳采用独立的隔爆结构，且防护等级能够达到IP55，能够适用于煤矿等爆炸性恶劣环境，采用防爆外壳、前端盖、前轴承内盖、后端盖、后轴承内盖、转轴、形成独立的第一隔爆腔室；接线盒座板、接线盒座、接线盒盖、密封圈、出线斗形成独立的第二隔爆腔室。
3.防爆机壳采用径向和轴向双向的散热水道，能够大幅度降低电机的温升，同时避免局部高温导致的永磁体“失磁”现象。
4. 本发明的转子采用永磁体励磁，消除了转子铜耗，效率更高。
附图说明
图1为本发明的装配图；
图2为本发明定子冲片结构图；
图3为本发明成型线圈结构图；
图4为本发明磁极结构轴向剖视图；
图5为本发明磁极结构轴向拼接剖视图；
图6为本发明磁极结构与定子铁芯的配合结构图；
图7为本发明转子组件与挡片配合结构图；
图8为本发明散热水道整体结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
一种高压隔爆型低速永磁直驱电动机，包括定子组件、转轴1和转子组件，转子组件与转轴1固定连接，转子组件外侧设有定子组件。所述定子组件包括带有成型集中绕组的定子铁芯8以及套在定子铁芯8外面的防爆外壳7，防爆外壳7的两侧固定连接有前端盖6和后端盖13，防爆外壳7、前端盖6和后端盖13以及定子铁芯8之间形成第一隔爆腔室，转子组件在转轴1上轴向拼接，转子组件外圆与定子组件内圆之间为不均匀间隙，后端盖13侧部设有接线盒，所述接线盒内形成第二隔爆腔室，所述防爆外壳上设有散热水道。
所述成型集中绕组由多个成型线圈24组成，所述成型线圈24由扁铜线绕制而成，成型线圈24分别嵌入定子铁芯8的槽，定子铁芯8由扇形的定子冲片23叠压组成。采用成型集中绕组，能够缩短绕组的端部长度，用铜量小，损耗小，有利于提高电机功率密度，效率高。
所述转轴1的材质为合金钢，提高转轴1的强度，增强电机的可靠性。
所述转轴1依次穿过有前轴承外盖3、前轴承、前端盖6、前轴承内盖5、转子支架11、后轴承内盖18、后轴承、后端盖13和后轴承外盖17。
所述第一隔爆腔室还包括前轴防爆面和后轴防爆面，所述前端盖6的内外两侧分别固定连接有前轴承内盖5和前轴承外盖3，前端盖与前轴承内盖以及转轴1形成前轴防爆面，前轴承内盖5和前轴承外盖3之间设有前轴承；
后端盖13的内外两侧分别固定连接有后轴承内盖18和后轴承外盖17，后端盖13与后轴承内盖18以及转轴1形成后轴防爆面，所述后轴承内盖18和后轴承外盖17之间设有后轴承。所述防爆外壳7、前端盖6、前轴承内盖5、后端盖13、后轴承内盖18和转轴1形成第一隔爆腔。
所述后端盖13固定连接有接线盒座板14，所述接线盒座板14将后端盖13与接线盒座15隔离，形成独立的隔爆腔室；
第二隔爆腔室还包括出线口防爆面，所述接线盒包括接线盒座15和接线盒座15固定连接的线盒盖16，接线盒座15的底部设有出线口，出线口内侧设有密封圈25，出线口端部固定连接有出线斗26，所述接线盒座底部的出线口与出线斗26形成出线口防爆面。所述接线盒座板14、接线盒座15、接线盒盖16、密封圈25和出线斗26形成第二隔爆腔室。
后端盖13的侧部安装接线盒，接线盒设置在电机的尾端，所述接线盒的出线口朝下，减小电机的高度。
所述转子组件包括磁极铁芯9、永磁体10和转子支架11，转轴1固定连接转子支架11，转子支架11固定连接磁极铁芯9，磁极铁芯9上固定连接有永磁体10。
所述磁极铁芯9包括压板9-1、磁极冲片9-2和拉杆9-3，所述压板9-1的结构与磁极冲片9-2相同，压板9-1和磁极冲片9-2为扇形，压板9-1和磁极冲片9-3上均匀分布的拉杆孔9-31，多个磁极冲片9-2之间相互压接，压接后磁极冲片9-2的轴向两侧压接有压板9-1，拉杆9-3分别穿过压板9-1和磁极冲片9-2的拉杆孔9-31，拉杆9-3与轴向两侧的压板9-1之间固定连接。
多个磁极冲片9-2之间相互叠压形成一个整体，多个磁极冲片9-2压接后在磁极冲片的下端面设有第一螺纹孔，第一螺纹孔内通过设有的第一螺纹杆9-4将磁极铁芯安装在转子支架11上。
磁极铁芯结构整体为长条状，为避免磁极铁芯结构尺寸较长造成的机械变形，根据实际需要为满足转子轴向长度的磁极铁芯，可将多个磁极铁芯通过端部依次轴向拼接，并通过第一螺栓杆9-4固定在在转子支架11上。
磁极冲片9-2和压板9-1上呈圆周形间隔开设有多个凹槽，磁极冲片9-2和压板9-1叠压后并使多个凹槽相对应形成多个永磁体槽9-6，永磁体槽9-6内安装永磁体10完成后，磁极铁芯9-2的轴向两侧设弧形的挡片9-8。
磁极冲片9-2和压板9-1的两侧设有半圆孔，磁极冲片9-2和压板9-1叠压后并使多个半圆孔对齐形成半圆螺纹孔9-7，磁极铁芯9-2整体拼接完成后，磁极铁芯9-2为圆形，半圆螺纹孔9-7对接为完整的螺纹孔。通过螺纹孔内设有的螺纹杆将挡片9-8固定在磁极铁芯9-2的外侧，用于轴向固定永磁体槽9-6内的永磁体。
磁极铁芯9上与定子铁芯8相对应的边为外凸的圆弧，使的磁极铁芯9到定子铁芯8的距离不相等，具体地，如图6中所示，直线M和直线N的长度不相等，从而磁极铁芯9与定子铁芯8之间形成不均匀的气隙，能有效改善磁场波形，降低齿槽转矩，使电机运行更平稳。
为了能够大幅度降低电机的温升，同时避免局部高温导致的永磁体“失磁”现象，所述散热水道21包括径向的第一水道21-1、第二水道21-2以及轴向的第三水道21-3。所述第一水道21-1为半环形，设在防爆机壳7径向的端部，第一水道21-1的一端为进水口19；所述第三水道21-3在防爆机壳7内为多个直线型水道组成，直线型水道在防爆机壳7内围绕主轴环形分布，相邻直线型水道之间的端口相连通形成蛇形连接。所述第二水道21-2为半环形，设在防爆机壳7径向的端部，第二水道21-2的端部设有出水口20。第一水道21-1和第二水道21-2位于防爆机壳7的同一端部，对防爆机壳7进行径向散热。
第一水道21-1另一端的端口与第三水道21-3中相邻的直线型水道相通；第二水道21-2另一端的端口与第三水道21-3中中相邻的直线型水道相通。
第一水道21-1连通第三水道21-3，第三水道21-3接通第二水道21-2，工作时，水流从进水口19进入第一水道21-1，在第一水道21-1内循环半周进入第三水道21-3，水流在第三水道21-3内顺着直线型水道对防爆机壳7轴向散热，水流从第三水道21-3进入第二水道21-2，在第二水道21-2循环半周从出水20口排出。
进水口19和出水口20与外部散热循环水流装置固定连接，排水时拆卸不方便，为方便将防爆外壳7内的水排干净，在防爆外壳7的底部第二水道21-2的端口径向的最低处开设有排水孔22，电机停止工作时，可直接打开排水孔22排水。
集中绕组和定子铁芯8通过高真空度的真空压力浸漆，使成型集中绕组、定子铁芯8形成一个整体，使其具有更好的电气、机械、防潮和热稳定性能。
所述永磁体10采用钕铁硼材料，形状为长方体块且表面进行防腐处理。
为方便对前轴承和后轴承进行注油润滑，所述前轴承内盖5和前轴承外盖4之间形成前轴承腔室，前轴承腔室连接有注排油装置，所述注排油装置分别穿过前轴承外盖4和前轴承内盖5进入前轴承腔室；所述后轴承内盖18和后轴承外盖17之间形成后轴承腔室，后轴承腔室连接有注排油装置，所述注排油装置分别穿过后轴承外盖17之间和后轴承内盖18进入后轴承腔室。所述注排油装置为现有技术，设有注排油装置方便电机在不停机情况下可以进行注排油，对前轴承和后轴承进行注油润滑并且方便排出废油。
本发明工作原理：
本发明的外壳采用独立的隔爆结构，且防护等级能够达到IP55，能够适用于煤矿等爆炸性恶劣环境，所述隔爆结构包括防爆外壳7、前端盖6、前轴承内盖5、后端盖13、后轴承内盖18和转轴1形成的第一隔爆腔以及接线盒座板14、接线盒座15、接线盒盖16、密封圈25和出线斗26形成的第二隔爆腔室。通过防爆外壳7上设有的第一水道、第二水道和第三水道21能够大幅度降低电机的温升，同时避免局部高温导致的永磁体“失磁”现象。
本发明的额定电压可设在6000V或10000V；所述电动机额定转速在200r/min以内；所述电动机的极数在40-100，本发明由于转速低，能够直接驱动机械负载，与传统驱动系统相比，可直接取消减速机、液力偶合器、CST装置等，传动链缩短，大幅减少了机械故障，具有传动效率更高，振动小，噪声低，可靠性高，免维护的特点。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高压隔爆型低速永磁直驱电动机，包括定子组件、转轴和转子组件，转子组件与转轴固定连接，转子组件外侧设有定子组件，其特征在于，所述定子组件包括带有成型集中绕组的定子铁芯以及套在定子铁芯外面的防爆外壳，所述防爆外壳的两侧固定连接前端盖和后端盖，防爆外壳、前端盖和后端盖与定子铁芯之间形成第一隔爆腔室，转子组件在转轴上轴向拼接，转子组件外侧与定子组件之间为不均匀间隙；后端盖上设有接线盒，接线盒内形成第二隔爆腔室，所述防爆外壳上设有散热水道。
2.根据权利要求1所述的高压隔爆型低速永磁直驱电动机，其特征在于，所述第一隔爆腔室还包括前轴防爆面和后轴防爆面，所述转轴依次穿过有前轴承外盖、前端盖、前轴承内盖、后轴承内盖、后端盖和后轴承外盖；
所述前端盖的内外两侧分别固定连接前轴承内盖和前轴承外盖，前端盖与前轴承内盖以及转轴形成前轴防爆面；
后端盖的内外两侧分别固定连接有后轴承内盖和后轴承外盖，后端盖与后轴承内盖以及转轴形成后轴防爆面。
3.根据权利要求2所述的高压隔爆型低速永磁直驱电动机，其特征在于，所述后端盖固定连接有接线盒座板，接线盒座板固定连接接线盒，所述线盒座板将后端盖与接线盒隔离，形成独立的隔爆腔室；
所述第二隔爆腔室还包括出线口防爆面，所述接线盒包括接线盒座和接线盒座固定连接的接线盒盖，接线盒座的底部设有出线口，出线口内侧设有密封圈，出线口端部设有出线斗，所述接线盒座底部的出线口与密封圈以及出线斗形成出线口防爆面；
后端盖侧部安装接线盒，接线盒设置在电机的尾端，所述接线盒的出线口朝下，减小电机的高度。
4.根据权利要求1所述的高压隔爆型低速永磁直驱电动机，其特征在于，所述转子组件包括磁极铁芯、永磁体和转子支架，转子支架内侧固定连接有磁极铁芯，磁极铁芯上固定连接有永磁体。
5.根据权利要求4所述的高压隔爆型低速永磁直驱电动机，其特征在于，所述磁极铁芯包括压板、磁极冲片和拉杆，磁极冲片和压板上分别设有拉杆孔，多个磁极冲片之间相互压接，磁极冲片轴向两侧压接有压板，压板的结构与磁极冲片相匹配，拉杆穿过压板和磁极冲片的拉杆孔，拉杆与压板固定连接；
磁极铁芯下端面设有第一螺纹孔，轴向相邻的磁极铁芯之间通过端部依次拼接，第一螺纹孔内通过设有的第一螺纹杆将磁极铁芯固定在在转子支架上。
6.根据权利要求5所述的高压隔爆型低速永磁直驱电动机，其特征在于，磁极铁芯与定子铁芯相对应的边设为外凸的圆弧，使的磁极铁芯的弧线距离定子铁芯的外边距离不相等。
7.根据权利要求5所述的高压隔爆型低速永磁直驱电动机，其特征在于，所述磁极冲片和压板上呈圆周形间隔开设有多个凹槽，磁极冲片和压板叠压后并使多个凹槽相对应形成多个永磁体槽，永磁体槽内安装永磁体后，磁极铁芯的轴向两侧设有弧形的挡片；
所述磁极冲片和压板的两侧设有半圆孔，磁极冲片和压板叠压后并使多个半圆孔对齐形成半圆螺纹孔，磁极铁芯整体拼接后，半圆螺纹孔对接为完整的螺纹孔，通过螺纹孔内设有的螺纹杆将挡片固定在磁极铁芯的外侧，用于轴向固定永磁体槽内的永磁体。
8.根据权利要求1所述的高压隔爆型低速永磁直驱电动机，其特征在于，所述集中绕组和定子铁芯通过高真空度的真空压力浸漆，使成型集中绕组、定子铁芯形成一个整体。
9.根据权利要求2所述的高压隔爆型低速永磁直驱电动机，其特征在于，所述散热水道包括径向的第一水道、第二水道以及轴向的第三水道；
所述第一水道为半环形，设在防爆机壳径向的端部，第一水道的一端为进水口；
所述第三水道在防爆机壳内为多个直线型水道组成，直线型水道在防爆机壳围绕主轴环形分布，径向相邻直线型水道之间的端口相连通形成蛇形连接；
所述第二水道为半环形，设在防爆机壳径向的端部，第二水道的端部设有出水口，第一水道和第二水道位于防爆机壳的同一端部；
第一水道的另一端的端口与第三水道中相邻的直线型水道相通；第二水道的另一端的端口与第三水道中相邻的轴向直线型水道相通。
10.根据权利要求2所述的高压隔爆型低速永磁直驱电动机，其特征在于，所述前轴承内盖和前轴承外盖之间形成前轴承腔室，前轴承腔室连接有注排油装置；
所述后轴承内盖和后轴承外盖之间形成后轴承腔室，后轴承腔室连接有注排油装置。
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