CN117155026B - 一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，提出了一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机及其工作方法，外壳上设置有相互隔离的第一腔室和第二腔室；第一腔室内设置有旋转变压器定子，第二腔室内设置有定子绕组和铁芯；转子轴上设置有相互隔离的第三腔室和第四腔室，第三腔室内设置有旋转变压器转子，第四腔室内设置有转子铁芯；通过第一腔室和第二腔室上设置的定子屏蔽套，以及第三腔室和第四腔室上设置的转子屏蔽套，实现了耐高温高压的目的，满足了高温、高压和腐蚀介质中运行的环境要求，同时通过旋转变压器定子和旋转变压器转子实现了速度和位置的精确控制驱动目的，兼顾了电机在高温、高压和腐蚀介质中运行的环境要求，以及对电机精确控制的要求。

Description

一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机及其工作方法

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机及其工作方法。

背景技术

目前核反应堆在高温高压介质下运行，在其中工作的电机必然承受高温高压等工况；电机除需承受高温高压腐蚀介质外，还需能够提供精确控制速度和位置的转动动力，以驱动机械机构完成特定的动作。

发明人发现，传统的可控电机无法在高温、高压和腐蚀介质中运行，而通常只用于旋转动力输出，无法调速和位置控制，潜水电机也是如此。具体的，市面上的传统电机仅仅是动力输出，伺服电机可提供位置和速度精确控制，但不具有耐高压耐高温的能力，对环境中的腐蚀介质更没有适应能力；而对于恶劣环境下使用的传统潜水电机，比如永磁潜水电机，虽然采用了屏蔽套结构或轴密封结构，但电机仅仅是输出转动动力，并无对速度和位置精确控制能力，更不具有耐高温高压的能力，部分借助具有屏蔽套可耐高温的电机，不具备精确可控能力和耐高压能力；综上，传统电机的机构无法兼顾电机在高温、高压和腐蚀介质中运行的环境要求，以及对电机精确控制的要求。

传统的可控电机中尤其没有考虑定子绕组和铁芯与旋转变压器定子之间，以及转子铁芯与旋转变压器转子之间的电磁干扰，虽然部分技术中在定子绕组和铁芯与旋转变压器定子之间，以及转子铁芯与旋转变压器转子之间设置了填充材料，但是其隔离效果差，抗干扰效果低，且需要增加一定的填充材料设置控制，以牺牲整体体积的方式来达到屏蔽的目的。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机及其工作方法，在电机结构上进行了改进，实现了电机精确控制和有效屏蔽的融合，具体的，在利用旋转编码器实现精度控制的基础上，通过设置的屏蔽套等结构增强了电机的耐高温高压能力。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，采用如下技术方案：

一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，包括外壳，所述外壳上设置有相互隔离的第一腔室和第二腔室；所述第一腔室内设置有旋转变压器定子，所述第二腔室内设置有定子绕组和铁芯；所述第一腔室和所述第二腔室上设置有定子屏蔽套；

所述外壳上转动连接有转子轴，所述转子轴外侧开设有第一环形槽，所述第一环形槽内设置有转子屏蔽套；所述第一环形槽内设置有相互隔离的第二环形槽和第三环形槽；所述第二环形槽和所述转子屏蔽套的内壁构成第三腔室，所述第三环形槽和所述转子屏蔽套的内壁构成第四腔室，所述第三腔室内设置有旋转变压器转子，所述第四腔室内设置有转子铁芯；所述转子屏蔽套外侧面与所述第一环形槽的外边缘齐平；

所述第一腔室和所述第二腔室内均设置有屏蔽加强圈；所述外壳上设置有定子腔室，所述定子腔室内通过支撑环设置有屏蔽加强圈，所述支撑环和所述屏蔽加强圈将所述定子腔室分为第一腔室和第二腔室；

所述定子屏蔽套设置在所述屏蔽加强圈内侧，所述定子屏蔽套外侧面与所述定子腔室的外边缘齐平。

进一步的，所述第一腔室设置在所述外壳的一端，所述第三腔室设置在所述转子轴上靠近所述第一腔室的一端。

进一步的，所述第二腔室设置在所述外壳的另一端，所述第四腔室设置在所述转子轴上靠近所述第二腔室的一端。

进一步的，所述外壳的两端设置有轴承，所述轴承的外圈与所述外壳固定连接，所述轴承的内圈与所述转子轴固定连接。

进一步的，所述第四腔室靠近内部的一端设置有转子铁芯，靠近外部的一端设置有永磁体。

为了实现上述目的，第二方面，本发明还提供了一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机工作方法，采用如下技术方案：

一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机工作方法，使用了如第一方面中所述的耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，包括：

利用旋转变压器定子和旋转变压器转子配合采集的旋转变压器信号反馈进行闭环驱动；定子屏蔽套和转子屏蔽套对外界的高温、高压和腐蚀介质运行环境进行隔离。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明中外壳上设置有相互隔离的第一腔室和第二腔室；第一腔室内设置有旋转变压器定子，第二腔室内设置有定子绕组和铁芯；转子轴上设置有相互隔离的第三腔室和第四腔室，第三腔室内设置有旋转变压器转子，第四腔室内设置有转子铁芯；通过第一腔室和第二腔室上设置的定子屏蔽套，以及第三腔室和第四腔室上设置的转子屏蔽套，实现了耐高温高压的目的，满足了高温、高压和腐蚀介质中运行的环境要求，同时通过旋转变压器定子和旋转变压器转子实现了速度和位置的精确控制驱动目的，兼顾了电机在高温、高压和腐蚀介质中运行的环境要求，以及对电机精确控制的要求；并且第一腔室和第二腔室隔离设置，避免了定子绕组和铁芯和旋转变压器定子之间的电磁干扰，第三腔室和第四腔室隔离设置，避免了转子铁芯和旋转变压器转子之间的电磁干扰，提高了控制精度；满足在核反应堆中的而应用，适应和可以促进核电产业的发展；同时，本发明中定子屏蔽套设置在屏蔽加强圈内侧，转子轴外侧开设有第一环形槽，定子屏蔽套外侧面与定子腔室的外边缘齐平，转子屏蔽套外侧面与第一环形槽的外边缘齐平，最大限度的避免了定子屏蔽套和转子屏蔽套设置带来占用空间的问题，并且避免了转动过程中定子屏蔽套和转子屏蔽套对其他的部件的干扰和影响；将转子铁芯和永磁铁等设置在第二环形槽和第三环形槽内，不但节省了空间，而且通过转子轴上第二环形槽和第三环形槽间的材料将两个环形槽进行隔离，实现了旋转变压器转子与转子铁芯的隔离，隔离效果好，且不需要设置其他填充物，有利于加工装配。

附图说明

构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。

图1为本发明实施例1的结构示意图；

其中，1、外壳；2、旋转变压器定子；3、定子绕组和铁芯；4、永磁体；5、屏蔽加强圈；6、轴承；7、转子屏蔽套；8、转子铁芯；9、定子屏蔽套；10、支撑环；11、旋转变压器转子；12、转子轴。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1：

在提高电机耐高温、耐高压和耐腐蚀能力时，屏蔽套的添加会对电机的整体机构有一定的要求，并且对编码器等具有一定的影响，导致传统电机的机构无法兼顾电机在高温、高压和腐蚀介质中运行的环境要求，以及对电机精确控制的要求。针对上述问题，如图1所示，本实施例提供了一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，可以用于高温、高压和腐蚀介质中的可控旋转驱动，是一种带旋转编码器的永磁同步屏蔽可控电机；具体包括外壳1，所述外壳1上设置有相互隔离的第一腔室和第二腔室；所述第一腔室内设置有旋转变压器定子2，所述第二腔室内设置有定子绕组和铁芯3；所述第一腔室和所述第二腔室上设置有定子屏蔽套9；

所述外壳1上转动连接有转子轴12，所述转子轴12外侧开设有第一环形槽，所述第一环形槽内设置有转子屏蔽套7；所述第一环形槽内设置有相互隔离的第二环形槽和第三环形槽，可以理解的，所述第一环形槽为尺寸较大的环形槽，所述第二环形槽和第三环形槽为尺寸较小的环形槽，所述第二环形槽和第三环形槽也开设在所述转子轴12上，且位于所述所述第一环形槽内，此处的尺寸是指沿所述转子轴12轴向上的尺寸；所述第二环形槽和所述转子屏蔽套的内壁构成第三腔室，所述第三环形槽和所述转子屏蔽套的内壁构成第四腔室，所述第三腔室内设置有旋转变压器转子11，所述第四腔室内设置有转子铁芯8；所述转子屏蔽套7外侧面与所述第一环形槽的外边缘齐平；可以理解的，所述转子轴12为实心轴。

具体的，通过第一腔室和第二腔室上设置的定子屏蔽套9，以及第三腔室和第四腔室上设置的转子屏蔽套7，实现了耐高温高压的目的，满足了高温、高压和腐蚀介质中运行的环境要求，同时通过旋转变压器定子2和旋转变压器转子11实现了速度和位置的精确控制驱动目的，具体的，在高温、高压和腐蚀介质中，可控旋转动力输出，担负可控速度和圈数的转动，电机可以通过电驱动，根据传感器电信号反馈，控制电驱动输出。本实施例中的电机兼顾了电机在高温、高压和腐蚀介质中运行的环境要求，以及对电机精确控制的要求；并且第一腔室和第二腔室隔离设置，避免了定子绕组和铁芯3和旋转变压器定子2之间的电磁干扰，第三腔室和第四腔室隔离设置，避免了转子铁芯8和旋转变压器转子11之间的电磁干扰，提高了控制精度。

可选的，所述外壳1采用耐压外壳，比如哈氏合金和690合金等；所述转子屏蔽套7和所述定子屏蔽套9均采用耐压屏蔽套，比如哈氏合金和690合金等；所述定子绕组和铁芯3采用耐热定子绕组和铁芯，比如铁芯采用硅钢片、绕组采用玻纤绕包线。

本实施例中，所述第一腔室设置在所述外壳1的一端，所述第三腔室设置在所述转子轴12上靠近所述第一腔室的一端；使得所述旋转变压器定子2和所述旋转变压器转子11在位置上对应，保证其采集信号的准确性。所述第二腔室设置在所述外壳的另一端，所述第四腔室设置在所述转子轴12上靠近所述第二腔室的一端；使得所述定子绕组和铁芯3以及所述转子铁芯8在位置上对应，保证电机的运行稳定性。所述第四腔室靠近内部的一端设置转子铁芯8，靠近外部的一端还可以设置有永磁体4，所述永磁体4可采用钐钴永磁。

在本实施例中，所述第一腔室和所述第二腔室内均设置有屏蔽加强圈5。可选的，所述外壳1上设置有定子腔室，所述定子腔室内通过支撑环10等结构设置有屏蔽加强圈5，所述支撑环10和所述屏蔽加强圈5将所述定子腔室分为第一腔室和第二腔室，可以理解的，所述支撑环10的上下两侧均设置有屏蔽加强圈，屏蔽加强圈的结构可以根据定子腔室内的具体结构空间进行设置。所述支撑环10可以采用比如哈氏合金和690合金等；所述屏蔽加强圈5可以采用比如哈氏合金和690合金等。

本实施例中，所述定子屏蔽套9设置在所述屏蔽加强圈5外侧，所述定子屏蔽套9外侧面与所述定子腔室的外边缘齐平。所述转子轴12外侧开设有第一环形槽，所述转子屏蔽套7设置在所述第一环形槽内；所述转子屏蔽套7外侧面与所述第一环形槽的外边缘齐平。

可以理解的，所述定子屏蔽套9设置在屏蔽加强圈5外侧，转子轴12外侧开设有所述第一环形槽，定子屏蔽套9外侧面与定子腔室的外边缘齐平，转子屏蔽套7外侧面与所述第一环形槽的外边缘齐平，最大限度的避免了定子屏蔽套9和转子屏蔽套7设置带来占用空间的问题，并且避免了转动过程中定子屏蔽套9和转子屏蔽套7对其他的部件的干扰和影响。

为了实现所述外壳1和所述转子轴12的转动连接，可选的，所述外壳1的两端设置有轴承6，所述轴承6的外圈与所述外壳1固定连接，所述轴承6的内圈与所述转子轴12固定连接。具体的，所述轴承6的外圈固定在所述外壳1上，所述轴承6的内圈部与所述转子轴12相连接，使得电机转子可相对电机定子转动，电机转子和电机定子之间是电机气隙。

本实施例中，电机可有采用旋转变压器信号反馈下的闭环驱动，转角控制精度可以达到1°内，电机可做速度和位置的精确控制驱动。电机拥有外壳1和屏蔽套形成的封闭腔室，所以能在腐蚀介质中工作，并承受介质和环境10MPa的高压。旋转变压器定子2的绕组和耐热定子绕组采用能承受高温的高温电磁线，比如玻纤绕包线，因此可以承受外部介质和环境300℃~400℃的高温。

本实施例的工作原理或过程为：

电机可以由可控电流通过的定子绕组和铁芯3产生电磁场，与转子轴12上的永磁体4产生的磁场作用，推动转子旋转，输出扭矩；旋转变压器定子2和旋转变压器转子11在高温下工作，输出转子位置信号，与电机定转子一同形成闭环驱动；外壳1和定子屏蔽套9作为定子绕组和铁芯3、旋转变压器定子2所在腔室的承压边界，将其与外部介质隔离；外壳1、定子铁芯、屏蔽加强圈5和支撑环10承受外部高压；转子屏蔽套7和转子轴12作为旋转变压器转子11和永磁体4所在腔室的承压边界，将其与外部介质隔离，转子轴12、转子铁芯8和永磁体4承受外部高压；旋转变压器定子2的绕组和定子绕组可采用能承受高温的电磁线，以承受外部介质和环境的高温；轴承6用于支撑转子平稳旋转。

实施例2：

本实施例提供了一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机工作方法，使用了如实施例1中所述的耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，包括：

利用旋转变压器定子2和旋转变压器转子11配合采集的旋转变压器信号反馈进行闭环驱动；定子屏蔽套9和转子屏蔽套7对外界的高温、高压和腐蚀介质运行环境进行隔离。

以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，其特征在于，包括外壳，所述外壳上设置有相互隔离的第一腔室和第二腔室；所述第一腔室内设置有旋转变压器定子，所述第二腔室内设置有定子绕组和铁芯；所述第一腔室和所述第二腔室上设置有定子屏蔽套；

所述外壳上转动连接有转子轴，所述转子轴外侧开设有第一环形槽，所述第一环形槽内设置有转子屏蔽套；所述第一环形槽内设置有相互隔离的第二环形槽和第三环形槽；所述第二环形槽和所述转子屏蔽套的内壁构成第三腔室，所述第三环形槽和所述转子屏蔽套的内壁构成第四腔室，所述第三腔室内设置有旋转变压器转子，所述第四腔室内设置有转子铁芯；所述转子屏蔽套外侧面与所述第一环形槽的外边缘齐平；

所述第一腔室和所述第二腔室内均设置有屏蔽加强圈；所述外壳上设置有定子腔室，所述定子腔室内通过支撑环设置有屏蔽加强圈，所述支撑环和所述屏蔽加强圈将所述定子腔室分为第一腔室和第二腔室；

所述定子屏蔽套设置在所述屏蔽加强圈内侧，所述定子屏蔽套外侧面与所述定子腔室的外边缘齐平。

2.如权利要求1所述的一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，其特征在于，所述第一腔室设置在所述外壳的一端，所述第三腔室设置在所述转子轴上靠近所述第一腔室的一端。

3.如权利要求2所述的一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，其特征在于，所述第二腔室设置在所述外壳的另一端，所述第四腔室设置在所述转子轴上靠近所述第二腔室的一端。

4.如权利要求1所述的一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，其特征在于，所述外壳的两端设置有轴承，所述轴承的外圈与所述外壳固定连接，所述轴承的内圈与所述转子轴固定连接。

5.如权利要求1所述的一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，其特征在于，所述第四腔室靠近内部的一端设置有转子铁芯，靠近外部的一端设置有永磁体。

6.一种耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机工作方法，其特征在于，使用了如权利要求1-5任一项所述的耐高温高压永磁同步屏蔽可控电机，包括：

利用旋转变压器定子和旋转变压器转子配合采集的旋转变压器信号反馈进行闭环驱动；定子屏蔽套和转子屏蔽套对外界的高温、高压和腐蚀介质运行环境进行隔离。