CN114785077A - 可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，电动机包括接线盒、壳体、轴承、转轴、转子、定子以及气隙，壳体包括左端盖和右端盖，转子包括左转子和右转子，左转子包括2N只左转子磁极和左转子磁轭，右转子包括2N只右转子磁极和右转子磁轭，定子包括定子电枢盘和定子绕组，轴承包括左轴承和右轴承，所述气隙包括左气隙和右气隙；本发明转子所需磁场直接用耐高温的稀土强磁永磁体替代，电动机去除了转子的电励磁磁场用永磁体代替，转子没有了铜损耗和铁损耗；绕组电磁线采用了超导线，定子没有了铜损耗；又去除了定子铁芯，定子没有了铁损耗、磁饱和损耗；本发明的效率和扭矩输出得到大幅度提高。
Description
技术领域
本发明涉及电动机技术领域，具体是指可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机。
背景技术
在发明及应用电动机的一百多年里，各国电力专家一直在致力于降低电动机的损耗，减轻重量和体积及如何提升电动机的效率，电动机的损耗如何降低，效率如何提升摆在了各国电力专家的面前，虽然开发出了各种节能电动机，但是由于影响电动机损耗的最主要的原材料是普通铜导线、定子铁芯、转子结构及传统电动机径向磁通磁路较长的综合损耗一直没有明显的改进，因此电动机单位千瓦的损耗已经很难再做到继续降低。
现有电动机存在以下问题：电动机噪音大、利用强迫空冷，在负载率较高或周围环境温度较高时，电动机温度温升也随之增高，此种电动机引发火灾的案例比比皆是；同时电动机损耗也很严重，效率低，扭矩输出低。
所以，可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机可以为人们解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有电动机存在以下问题：电动机噪音大、利用强迫空冷，在负载率较高或周围环境温度较高时，电动机温度温升也随之增高，此种电动机引发火灾的案例比比皆是；同时电动机损耗也很严重，效率低，扭矩输出低。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，所述电动机为N极电动机，所述电动机包括接线盒、壳体、轴承、转轴、转子、定子以及气隙，所述壳体包括左端盖和右端盖，所述转子包括左转子和右转子，所述左转子包括2N只左转子磁极和左转子磁轭，所述右转子包括2N只右转子磁极和右转子磁轭，所述定子包括定子电枢盘和定子绕组，去除了定子铁芯，所述轴承包括左轴承和右轴承，所述气隙包括左气隙和右气隙；
所述接线盒固定于壳体上方，所述轴承、转子、定子以及气隙均设置于左端盖与右端盖之间，所述转轴通过轴承固定于左端盖、右端盖之间，所述转轴的一端穿过右端盖，所述左端盖与右端盖呈可拆卸连接；
所述左气隙设置于左转子磁极与定子之间，所述右气隙设置于右转子磁极与定子之间，所述定子设置于左气隙与右气隙之间，所述左转子磁轭、右转子磁轭均固定于转轴上，所述左轴承套设于转轴上，所述左轴承设置于左转子磁轭左侧，所述右轴承设置于右转子磁轭右侧；所述定子绕组全部封装于定子电枢盘内。
进一步的，所述定子绕组包括3N只线圈，所述单只线圈均呈扇形设置。
进一步的，所述定子绕组采用单层绕法进行缠绕，去除了定子铁芯。
进一步的，所述左转子与右转子呈左右对称设置。
进一步的，所述左转子磁极呈扇形设置，所述左转子磁极均匀的固定在左转子磁轭上，所述左转子有2N只永磁体磁极，左转子、右转子上固定的相邻的永磁体极性相反，所述左转子与右转子对应的永磁体极性相同，所述设置于左转子磁极与右转子磁极之间的气隙中形成2N对反向的磁场。
进一步的，所述气隙的磁通方向与转轴的中心线平行。
进一步的，所述用于封装定子绕组的封装材料为高强度环氧树脂绝缘材料。
进一步的，所述N为偶数。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用接线盒、壳体、轴承、转轴、转子、定子以及气隙的配合结构，本发明转子磁场直接用耐高温的稀土强磁永磁体替代，因此电动机没有了转子的铜损耗和铁损耗，而且能助力电动机输出大扭矩；定子去除铁芯后只采用常温半超导电磁线绕制成3N只扇形绕组规则的封装在圆盘内，封装材料为高强度环氧树脂绝缘材料，封装好的圆盘有足够的强度，由于定子绕组去除了铁芯，绕组电磁线采用了超导线，所以定子没有了铜损耗、铁芯铁损耗和磁饱和损耗，去除了散热片和散热风扇因此又没有了风摩损耗，所以本发明大幅度降低了电损耗，电损耗到了可忽略不计的程度，由于采用了轴向磁通而且磁路更短，所以电动机效率得到大幅度提高；由于电动机采用单片机叠加的方式进行增加功率，所以本发明还大幅度节省了安装成本和安装空间；
本发明具有高功率密度的关键是电动机无横向的磁槽设计，此电动机内部定子两侧各有两个转子，电动机有极短的磁通路径，永磁体离轴心较远，因此在中轴附近有更高的效率和杠杆作用；本发明没有悬垂，也就是说，100％的绕组是在出力的，双永磁转子，以尽可能输出高的扭矩重量比；无横定子，为尽可能短的磁通路径，矩形截面半超导电磁线，为90％可能的导线填充系数，集中绕组，为尽可能最低的损耗；本发明在广泛的转速范围内表现良好，能获得99.99％的高效率，这使得本发明适用于高转速-低扭矩和低转速-高扭矩的应用；本发明设计合理，值得大力推广。
附图说明
图1是本发明可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机的结构示意图。
图2是本发明可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机的剖面图。
图3是本发明可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机中转子的结构示意图。
图4是现有技术中三相导步电动机中转子的结构示意图。
如图所示：1、电动机，2、接线盒，3、壳体，4、轴承，5、转轴，6、转子，7、定子，8、气隙，9、左端盖，10、右端盖，11、左转子，12、右转子，13、左转子磁极，14、左转子磁轭，15、右转子磁极，16、右转子磁轭，17、定子电枢盘，18、定子绕组，19、左轴承，20、右轴承，21、左气隙，22、右气隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机做进一步的详细说明。
结合附图1-4，对本发明进行详细介绍。
可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，所述电动机1为N极电动机，所述电动机1包括接线盒2、壳体3、轴承4、转轴5、转子6、定子7以及气隙8，所述壳体3包括左端盖9和右端盖10，所述转子6包括左转子11和右转子12，所述左转子11包括均匀固定在上面的2N只左转子磁极13和左转子磁轭14，所述右转子12包括均匀固定在上面的2N只右转子磁极15和右转子磁轭16，所述定子7包括定子电枢盘17和定子绕组18，所述轴承4包括左轴承19和右轴承20，所述气隙8包括左气隙21和右气隙22；
所述接线盒2固定于壳体3上方，所述轴承4、转子6、定子7以及气隙8均设置于左端盖9与右端盖10之间，所述转轴5通过轴承4固定于左端盖9、右端盖10之间，所述转轴5的一端穿过右端盖10，所述左端盖9与右端盖10呈可拆卸连接；
所述左气隙21设置于左转子磁极13与定子7之间，所述右气隙22设置于右转子磁极15与定子7之间，所述定子7设置于左气隙21与右气隙22之间，所述左转子磁轭14、右转子磁轭16均固定于转轴5上，所述轴承4套设于转轴5上，所述左轴承19设置于左转子磁轭14左侧，所述右轴承20设置于右转子磁轭16右侧；所述定子绕组18全部封装于定子电枢盘17内。
所述定子绕组18包括3N只线圈，所述单只线圈均呈扇形设置。
所述定子绕组18采用单层绕法进行缠绕。
所述左转子11与右转子12呈左右对称设置。
所述左转子磁极13中的单只磁极呈扇形设置，所述左转子磁极13均匀的固定在左转子磁轭14上，所述左转子11有2N只永磁体磁极，左转子11、右转子12上固定的相邻的永磁体极性相反，所述左转子11与右转子12对应的永磁体极性相同，所述设置于左转子磁极13与右转子磁极15之间的气隙8中形成2N对反向的磁场。
所述气隙8的磁通方向与转轴的中心线平行。
所述用于封装定子绕组18的封装材料为高强度环氧树脂绝缘材料。
所述N为偶数。
本发明可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机的具体实施过程如下：首先将左转子磁极13即2N只扇形永磁体均匀且牢固的固定在左转子磁轭14内圆上，再将左转子磁轭14装在转轴5左端，再将转轴5左端通过左轴承19固定在左端盖9上，左转子可以自由转动，再将定子电枢盘固定在左转子磁轭14右侧的左端盖外圆内侧固定牢固，将定子7引线接入接线盒2，再将右转子磁极15即2N只扇形永磁体均匀且牢固的固定在右转子磁轭16内圆上，再将右转子磁轭16固定在定子右侧的转轴5上，再通过右轴承20固定在右端盖10上，将转轴5的一端穿过右端盖10，定子7置于左转子11和右转子12之间的气隙8中，其外圆固定在壳体内圆上不动，左转子11和右转子12固定定子7左右的转轴5两端，可通过左轴承19和右轴承20固定在合起来的左右端盖内部可以自由转动，将左端盖9与右端盖10呈可拆卸连接。
本发明采用接线盒2、壳体3、轴承4、转轴5、转子6、定子7以及气隙8的配合结构，本发明转子所需磁场直接用耐高温的稀土强磁永磁体替代，因此电动机没有了转子的铜损耗和铁损耗，定子采用常温半超导电磁线绕制成3N只分为A、B、C三相的三组扇形绕组规则的封装在电枢盘内，封装材料为环氧树脂绝缘材料，封装好的圆盘有足够的强度，由于定子绕组去除了铁芯，绕组电磁线采用了超导线，所以定子没有了铜损耗、铁芯铁损耗和磁饱和(因去除了定子铁芯)损耗，去除了散热片和散热风扇因此又没有了风摩损耗，所以本发明大幅度降低了此电动机电损耗，电损耗到了可忽略不计的程度，由于采用了轴向磁通而且磁路更短，所以电动机效率和扭矩得到大幅度提高；由于电动机采用单片机叠加的方式进行增加功率，所以本发明还大幅度节省了安装成本和安装空间；
图3与图4为同额定功率同额定转速电动机转子对比，所以可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机中，转子的扭矩杠杆远大于现有技术中同额定功率同额定转速的三相导步电动机中转子扭矩杠杆，这就大大提高了可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机的转矩输出；本发明具有高功率密度的关键是电动机无横向的磁槽设计，可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机内部定子两侧各有两个转子，有较短的磁通路径，永磁体又距离轴心较远，因此在中轴附近有更高的效率和杠杆作用；本发明那个没有悬垂，也就是说，100％的绕组是在出力的，双永磁转子，以尽可能高的扭矩重量比；无横定子，为尽可能短的磁通路径，矩形截面半超导电磁线，为90％可能的导线填充系数，集中绕组，为尽可能最低的损耗；本发明在广泛的转速范围内表现良好，能获得99.99％的高效率，这使得本发明适用于高转速-低扭矩和低转速-高扭矩的应用；本发明设计合理，值得大力推广。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，其特征在于：所述电动机(1)为N极电动机，所述电动机(1)包括接线盒(2)、壳体(3)、轴承(4)、转轴(5)、转子(6)、定子(7)以及气隙(8)，所述壳体(3)包括左端盖(9)和右端盖(10)，所述转子(6)包括左转子(11)和右转子(12)，所述左转子(11)包括2N对左转子磁极(13)和左转子磁轭(14)，所述右转子(12)包括2N对右转子磁极(15)和右转子磁轭(16)，所述定子(7)包括定子电枢盘(17)和定子绕组(18)，所述轴承(4)包括左轴承(19)和右轴承(20)，所述气隙(8)包括左气隙(21)和右气隙(22)；
所述接线盒(2)固定于壳体(3)上方，所述轴承(4)、转子(6)、定子(7)以及气隙(8)均设置于左端盖(9)与右端盖(10)之间，所述转轴(5)通过轴承(4)固定于左端盖(9)、右端盖(10)之间，所述转轴(5)的一端穿过右端盖(10)，所述左端盖(9)与右端盖(10)呈可拆卸连接；
所述左气隙(21)设置于左转子磁极(13)与定子(7)之间，所述右气隙(22)设置于右转子磁极(15)与定子(7)之间，所述定子(7)设置于左气隙(21)与右气隙(22)之间，所述左转子磁轭(14)、右转子磁轭(16)均固定于转轴(5)上，所述左轴承(19)套设于转轴(5)上，所述左轴承(19)设置于左转子磁轭(14)左侧，所述右轴承(20)设置于右转子磁轭(16)右侧；所述定子绕组(18)全部封装于定子电枢盘(17)内。
2.根据权利要求1所述的可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，其特征在于：所述定子绕组(18)包括3N个线圈，所述单个线圈均呈扇形设置，没有定子铁芯。
3.根据权利要求2所述的可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，其特征在于：所述定子绕组(18)采用单层绕法进行缠绕。
4.根据权利要求1所述的可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，其特征在于：所述左转子(11)与右转子(12)呈左右对称设置。
5.根据权利要求4所述的可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，其特征在于：所述左转子磁极(13)呈扇形设置，所述左转子磁极(13)均匀的固定在左转子磁轭(14)上，所述左转子(11)有2N个永磁体磁极，左转子(11)、右转子(12)上相邻的永磁体极性相反，所述左转子(11)与右转子(12)对应的永磁体极性相同，所述设置于左转子磁极(13)与右转子磁极(15)之间的气隙(8)中形成2N对反向的磁场。
6.根据权利要求5所述的可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，其特征在于：所述气隙(8)的磁通方向与转轴的中心线平行。
7.根据权利要求1所述的可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，其特征在于：所述用于封装定子绕组(18)的封装材料为高强度环氧树脂绝缘材料。
8.根据权利要求1所述的可组分模块式无铁芯盘式永磁超导超高节能电动机，其特征在于：所述N为偶数。
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