CN1937371A - 交流永磁潜水电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种交流永磁潜水电机，包括相配合连接的定子和转子，所述定子和转子分别进行整体灌封后装配连接在一起；所述定子为集中绕组结构，所述转子装有笼型起动绕组和永磁体，且定子齿与转子之间为不均匀气隙。本发明采用整体灌封工艺对电机进行处理，简化了潜水电机防水绝缘结构，消除因防水机械密封造成的机械磨擦损耗，减少水磨损耗，缩小电机体积，节省电机材料，改善运行性能，提高潜水电机绝缘可靠性和效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁电机，特别涉及一种交流永磁潜水电机。
背景技术
目前市场广泛使用的潜水泵都是由交流异步潜水电机驱动，主要用于提取地下水。交流异步潜水电机绝缘防水结构基本采用充液式或干式机械密封，由于这些防水结构复杂、机械损耗大，造成潜水电机体积大、效率低、防水绝缘可靠性差，甚至造成水体污染(充油式)。尤其是小型交流异步潜水电机，由于其转子励磁损耗以及防水机械密封消耗大量有功功率，损耗占其输入功率比例过大，使其效率一直难以提高。国家标准GB/T2818-2002规定：充水式三相交流异步潜水电机规定效率分别为：0.55KW 51％；0.75KW 55％；1.1KW 59％；1.5KW 62％；2.2KW 64％；3KW66％。充油式三相交流异步潜水电机规定效率分别为：0.55KW 59％；0.75KW 62％；1.1KW 66％；1.5KW 68％；2.2KW 70％；3KW 71％。由此可看出小功率交流异步潜水电机效率普遍偏低，造成能源浪费。
现有专利(专利号01108064.7)公开了一种塑封潜水电机，由定子机壳、定子铁芯、三相绕组和绕组引出电缆及接头构成带绕组定子结构，由转轴、磁扼、磁钢和不锈钢钢套构成转子结构，其特征是所述带绕组定子采用由导热环氧灌封料整体灌封的塑封结构，由位于定子内圆上的灌封层和绕组两端的灌封段与定子机壳构成密封的定子，定子绕组引出电缆及接头伸出塑封结构外；所述转子采用环氧封口胶塑封结构，由其磁钢段两端塑封端面与不锈钢钢套构成密封的转子。这种塑封潜水电机可以有效避免上述广泛使用的交流异步潜水电机的诸多缺陷，但是由于其自身的结构决定了这种塑封潜水电机不具备自起动功能，必须配置专用控制设备才能用于直流或交流电源。而潜水电机使用环境一般较为恶劣，使用人员素质普遍较低，极易造成专用控制设备中电子元器件损坏，加之永磁直流无刷潜水电机需用直流电源，使其应用受到极大限制。同时这种塑封潜水电机为了固定电机的上下端盖，在定子机壳两端分别焊接了内盖，焊接内盖须将塑封好的定子浸入水中，仅露出机壳焊接部位，以免烫损定子塑封面。焊接好定子内盖再进行内盖和定子外壳加工。这种结构不仅加工复杂，浪费大量贵重材料(不锈钢)，而且在定子内部经常残留金属碎末，给电机绝缘留下隐患，同时一旦电机塑封绝缘遭到损伤，由于内盖难以拆除而无法进行补救，整个定子往往只得报废。
发明内容
本发明的目的在于解决上述交流异步潜水电机的绝缘防护结构复杂、可靠性差、效率低的缺陷，以及永磁直流无刷潜水电机需要配以专用控制设备和直流电源，操作比较麻烦、使用不够方便的不足；提供一种结构简单、合理，密封防水性能好，操作容易，使用方便的交流永磁潜水电机。通过本发明的实施有望取代目前市场广泛使用的小型交流异步潜水电机。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种交流永磁潜水电机，包括相配合连接的定子和转子，所述定子和转子分别进行整体灌封后装配连接在一起，其特征在于：所述定子为集中绕组结构，所述转子装有笼型起动绕组和永磁体，且定子齿与转子之间为不均匀气隙；其气隙特征在于定子齿中间窄，两边宽；这样可以使定子气隙磁场呈正弦分布状态，同时减少了定子铁芯槽数，进而削弱由定子绕组产生的气隙磁场谐波，能有效改善电机运行特性。
所述定子包括机壳、定子绕组、铁芯，所述机壳通过灌封其内部的灌封材料与定子绕组及铁芯连结成一体式结构；使其灌封体内的定子绕组、铁芯不受外界液体的侵蚀。所述灌封特征在于：在定子内圆周装有非磁性防腐绝缘套或灌以塑封材料，在定子两端灌以塑封材料，并与机壳构成内封装有定子铁芯、定子绕组的整体定子。
所述转子包括非磁性防腐外套、笼型起动绕组、永磁体、转子轭、转子轴，所述转子轭、永磁体、笼型起动绕组、非磁性防腐外套依次套接于转子轴外形成转子主体，并在转子主体的两端与转子轴之间灌以塑封材料，把笼型起动绕组、永磁体以及转子轭灌封成整体转子，使灌封成的整体转子内的笼型起动绕组、永磁体以及转子轭不受外界液体的侵蚀。
上述经灌封后的定子内圆为圆柱形，且表面光滑、平整；经灌封后的转子外圆为圆柱形，且圆柱形表面及两端面光滑、平整；这样当电机运转时能有效减少定子及转子与其周边液体的摩擦损耗。
所述转子的永磁体呈瓦片状，数量可为2片或2片的整数倍，轴对称分布于笼型起动绕组与转子轭之间，相邻的永磁体极性相反。
所述转子的笼型起动绕组由笼型绕组和环形导磁体组成，其笼型绕组由埋设在环形导磁体槽中的导条与两端环形导体连成整体，并在转子相邻永磁体之间安置一笼型绕组导条；用于减少转子永磁磁极间的漏磁，节省了价格相对贵重的永磁材料用量。
所述环形导磁体中埋设的笼型绕组导条数为电机极数的整数倍。
本交流永磁潜水电机还包括上端盖及下端盖，所述下端盖直接嵌入定子的机壳内部，与带绕组的定子同时塑封固定；所述上端盖套接入转子轴与定子机壳之间，并与定子机壳固定连接；其连接方式可为柱销或螺钉固定连接的方式。前述上端盖及下端盖的设置方式较之现有塑封潜水电机，免除固定上下端盖的内盖，缩短电机长度，减少加工工时，减轻电机重量，同时节省大量不锈钢等贵重材料，降低电机生产成本，增强产品市场竞争力。
所述转子轴与上端盖之间装配轴封，用以阻挡外界颗粒物体直接进入转子轴承内部，以免造成转子轴与转子轴承(水润滑轴承)的额外磨损。
本交流永磁潜水电机可为3相或单相结构。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明对定子及转子结构以及定子绕组形式的改进，使本发明电机可用普通220V单相交流电或380V三相交流电直接驱动，免除现有塑封潜水电机须配备专用控制设备和直流电源的限制，更加易于推广应用。
(2)本发明对上端盖及下端盖与机壳连接固定方式的改进，可以有效避免现有塑封潜水电机端盖连接固定方式的诸多缺陷，缩短电机长度，减少加工工时，减轻电机重量，同时节省大量不锈钢等贵重材料，降低电机生产成本，增强产品市场竞争力。
(3)本发明电机具有异步起动和同步运行功能，免除在交流异步潜水电机异步运行中的励磁损耗，同时节省价格贵重的电磁线、不锈钢和永磁材料，更重要的是减少电机铜耗和谐波产生的电机杂散损耗，改善了电机运行特性，进一步提高了电机效率。如750W交流永磁潜水电机效率达78％，比同规格交流异步潜水电机效率提高16％以上。
(4)本发明电机的定子采用集中整距绕组，这样既能缩短定子绕组端部长度，缩小电机体积，又能节省电磁线用量，降低电机铜耗。
(5)本发明电机的定子与转子都采取了整体灌封工艺处理，当电机内腔浸入外界液体时，对电机的绝缘不会造成任何影响，而且本发明电机还可利用外界液体通过电机各部件之间缝隙进入电机内腔，对电机水润滑轴承进行润滑，同时对电机内部进行冷却。
附图说明
图1是本发明交流永磁潜水电机的结构示意图。
图2是图1所示交流永磁潜水电机的截面图。
图3是图1所示交流永磁潜水电机的塑封定子的结构示意图。
图4是图1所示交流永磁潜水电机的塑封转子的结构示意图。
图5是本发明交流永磁潜水电机另一结构的截面图。
图6是本发明交流永磁潜水电机又一结构的截面图。
上述图中各构件标号及名称为：1、机壳；2、铁芯，3、定子绕组，4、非磁性防腐外套；5、笼型绕组；5′、环形导磁体；6、塑封材料；6′、非磁性防腐绝缘套；7、永磁体；8、转子轭；9、转子轴；10、轴封；11、上端盖；12、水润滑轴承；13、下端盖。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
图1～图4示出了本发明的具体结构，由图1和图2可见，本交流永磁潜水电机为3相4极式结构，定子铁芯为6个齿，三相交流绕组U、V、W顺序循环分别绕制在6个齿上，包括相配合连接的定子和转子，所述定子和转子分别进行整体灌封后装配连接在一起；所述定子为集中绕组结构，如图3所示，包括机壳、定子绕组、铁芯，所述机壳通过灌封其内部的灌封材料与定子绕组及铁芯连结成一体式结构；使其灌封体内的定子绕组、铁芯不受外界液体的侵蚀；所述灌封特征在于：在定子内圆周装有非磁性防腐绝缘套或灌以塑封材料，在定子两端灌以塑封材料，并与机壳构成内封装有定子铁芯、定子绕组的整体定子。所述转子的结构如图4所示，包括非磁性防腐外套、笼型起动绕组、永磁体、转子轭、转子轴，所述转子轭、永磁体、笼型起动绕组、非磁性防腐外套依次套接于转子轴外形成转子主体，并在转子主体的两端与转子轴之间灌以塑封材料，把笼型起动绕组、永磁体以及转子轭灌封成整体转子，使灌封成的整体转子内的笼型起动绕组、永磁体以及转子轭不受外界液体的侵蚀；所述转子装有笼型起动绕组和永磁体，且定子齿与转子之间为不均匀气隙；其气隙特征在于定子齿中间窄，定子齿两边宽；这样可以使定子气隙磁场呈正弦分布状态，同时减少了定子铁芯槽数，进而削弱由定子绕组产生的气隙磁场谐波，能有效改善电机运行特性；所述转子的永磁体呈瓦片状，数量为4片或4片的整数倍，轴对称分布于笼型起动绕组与转子轭之间，相邻的永磁体极性相反；所述转子的笼型起动绕组由笼型绕组和环形导磁体组成，其笼型绕组由埋设在环形导磁体槽中的导条与两端环形导体连成整体，并在转子相邻永磁体之间安置一笼型绕组导条；用于减少转子永磁磁极间的漏磁，节省价格相对贵重的永磁材料用量。上述经灌封后的定子内圆为圆柱形，且表面光滑、平整；经灌封后的转子外圆为圆柱形，且圆柱形表面及两端面光滑、平整；这样当电机运转时能有效减少定子及转子与其周边液体的摩擦损耗。本交流永磁潜水电机还包括上端盖及下端盖，所述下端盖直接嵌入定子的机壳内部，与带绕组的定子同时塑封固定；所述上端盖套接入转子轴与定子机壳之间，并与定子机壳固定连接；其连接方式可为柱销或螺钉固定连接的方式。所述转子轴与上端盖之间装配轴封，用以阻挡外界颗粒物体直接进入转子轴承内部，以免造成转子轴与转子轴承(水润滑轴承)的额外磨损。
实施例2
图5示出了本发明的另一结构形式，由图5可见，本实施例除下述结构特征外同实施例1：本交流永磁潜水电机为单相2极式结构，定子铁芯为4个齿，其中2个齿绕制主绕组线圈，另2个齿绕制辅绕组线圈，且主、辅绕组相间排列。转子的永磁体数量为2片或2片的整数倍。
实施例3
图6示出了本发明的又一结构形式，由图6可见，本实施例除下述结构特征外同实施例1：本交流永磁潜水电机为3相2极式结构，其定子铁芯为3个齿，三相绕组U、V、W依照电机旋转方向，顺序绕制在3个齿上，转子的永磁体数量为2片或2片的整数倍。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1、一种交流永磁潜水电机，包括相配合连接的定子和转子，所述定子和转子分别进行整体灌封后装配连接在一起；其特征在于：所述定子为集中绕组结构，所述转子装有笼型起动绕组和永磁体，且定子齿与转子之间为不均匀气隙；其气隙特征在于定子齿中间窄，定子齿两边宽。
2、根据权利要求1所述的交流永磁潜水电机，其特征在于：所述定子包括机壳、定子绕组、铁芯，所述机壳通过灌封其内部的塑封材料与定子绕组及铁芯连结成一体式结构。
3、根据权利要求2所述的交流永磁潜水电机，其特征在于：所述灌封是在定子内圆周装有非磁性防腐绝缘套或灌以塑封材料，在定子两端灌以塑封材料，并与机壳构成内封装有定子铁芯、定子绕组的整体定子。
4、根据权利要求1所述的交流永磁潜水电机，其特征在于：所述转子包括非磁性防腐外套、笼型起动绕组、永磁体、转子轭、转子轴，所述转子轭、永磁体、笼型起动绕组、非磁性防腐外套依次套接于转子轴外形成转子主体，并在转子主体的两端与转子轴之间灌以塑封材料，把笼型起动绕组、永磁体以及转子轭灌封成整体转子。
5、根据权利要求4所述的交流永磁潜水电机，其特征在于：所述转子的永磁体呈瓦片状，数量可为2片或2片的整数倍，轴对称分布于笼型起动绕组与转子轭之间，相邻的永磁体极性相反。
6、根据权利要求4所述的交流永磁潜水电机，其特征在于：所述转子的笼型起动绕组由笼型绕组和环形导磁体组成，其笼型绕组由埋设在导磁体槽中的导条与两端环形导体连成整体，并在转子相邻永磁体之间安置一笼型绕组导条。
7、根据权利要求6所述的交流永磁潜水电机，其特征在于：所述环形导磁体中埋设的笼型绕组的导条数，为电机极数的整数倍。
8、根据权利要求1所述的交流永磁潜水电机，其特征在于：包括上端盖及下端盖，所述下端盖直接嵌入定子的机壳内部，与带绕组的定子同时塑封固定；所述上端盖套接入转子轴与定子机壳之间，并与定子机壳固定连接；其连接方式为柱销或螺钉固定连接的方式；所述转子轴与上端盖之间装配轴封。
9、根据权利要求1～8任一项所述的交流永磁潜水电机，其特征在于：为3相或单相结构。
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