CN201204528Y - 一种低速大扭矩电机 - Google Patents

Abstract

一种低速大扭矩电机，由转子部分和定子部分组成，根据设备需要电机可制成内转子结构或外转子结构，在内转子结构中，转子部分由电机轴、转子铁芯、永久磁钢、轴承等部件组成，定子部分主要由定子机壳、定子铁芯、定子线圈、电机端盖等部件组成。在外转子结构中，转子部分由外转子机壳、转子铁芯、永久磁钢、电机端盖等部件组成，定子部分主要由定子铁芯、定子线圈、电机轴、轴承等部件组成。本实用新型与现有产品相比，电机以低速大扭矩方式运转，可省去减速机直接驱动机械设备，简化了系统结构、提高了系统的相应速度、提高了系统效率、减小了系统故障率、缩小了系统体积。这种电机具有起动转矩大、起动电流小、电机起动不会对电网造成冲击、电机在整个速度范围内均高效运行等特点。

Description

一种低速大扭矩电机

所属技术领域

本实用新型涉及一种电机，特别是一种低速大扭矩电机。

背景技术

在目前的电机驱动系统中，大都以异步电机作为动力源，由电机转速公式n＝60f/p可知，异步电机的转速n决定于电网频率f和电机本身极对数p，由于电网频率为恒定值，电机极对数受到电机体积的限制，不能设置太多，因此，电机通常以每分钟750转～3000转的速度高速运转。根据电机功率公式P＝MΩ可知，在电机功率P一定时，电机速度Ω越高时电机所产生的转矩M越小，而被拖设备通常需要低转速大扭矩运转，为了满足机械设备需要，形成了三种动力模式，第一种是“电动机+减速机+被拖设备”，第二种是“变频器+电动机+被拖设备”，第三种是“变频器+电动机+减速机+被拖设备”。在第一种模式中，电动机输出的高转速、小转矩通过减速机变为设备需要的低转速、大扭矩，这种模式的缺点是被拖设备需要的转速不能连续可调，且由于减速机的存在，使系统体积庞大、动力传递过程中损失较大，系统效率低。在第二种模式中，变频器通过改变电机的输入频率来改变电机的转速，在这种系统中电机可以实现在一定范围内连续无级调速，但在低速时电机的输出转矩很小，难以达到设备对转矩的要求。为了使被拖设备速度连续可调，又能使设备在低速时产生较大的转矩，将第一种模式与第二种模式叠加形成第三种模式，即“变频器+电动机+减速机+被拖设备”系统，在该系统中电机保持较高的转速，由减速机实现大的减速效果，将电机输出的高转速小扭矩转换为设备需要的低转速、大扭矩，变频器只在基准频率附近改变频率，使电机速度在一定范围内连续可调，从而为被拖设备提供所需要的低转速、大扭矩、速度连续可调的动力，这种模式的缺点是配置复杂、结构庞大、故障率高、成本高、效率低、运行费用高。

发明内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种低速大扭矩电机(简称电机)，电机在专用驱动器控制下，既可以实现低转速大扭矩运转，又可实现无级连续调速。

本实用新型的技术解决方案是：一种低速大扭矩电机，其特点在于:低速大扭矩电机由转子部分和定子部分组成，根据设备需要电机可制成内转子结构或外转子结构。在内转子结构中，转子部分由电机轴、转子铁芯、永久磁钢、轴承等部件组成，定子部分主要由定子机壳、定子铁芯、定子线圈、电机端盖等部件组成。在内转子结构的低速大扭矩电机中，转子铁芯套在电机轴上，永久磁钢安装在转子铁芯上，轴承分别安装在转子铁芯两端，起到支撑电机转子的作用，而定子线圈安放在定子铁芯中，然后定子铁芯压入定子机壳中，两电机端盖安装在定子机壳两端，支撑电机两轴承，从而支撑起电机转子。在外转子结构中，转子部分由外转子机壳、转子铁芯、永久磁钢、电机端盖等部件组成，定子部分主要由定子铁芯、定子线圈、电机轴、轴承等部件组成。在外转子结构的低速大扭矩电机中，永久磁钢装在转子铁芯上，转子铁芯安装在转子机壳中，两电机端盖的外端与转子机壳连接，内端与电机两轴承连接，从而支撑起电机转子。而定子线圈安放在定子铁芯中，然后定子铁芯压入电机轴上，在定子铁芯两端分别装配轴承，通过两电机端盖支撑起电机转子。

本实用新型的原理是：采用无刷直流电机原理，根据无刷直流电机的转速公式n＝(U-2dU-2RI)/CeΦ和转矩公式M＝CtΦI，式中n代表电机转速，U代表电机给定电压，dU代表功率管管压降，功率管导通时为0.3V～0.7V的定值，R代表电机绕组电阻，I代表电机绕组电流，Ce代表电机电势常数，Φ代表电机每极磁通量，M代表电机转矩，Ct代表电机转矩常数，可知，在电机设计中只要合理选择电机电压U、电机电势常数Ce、每极磁通量Φ和绕组电阻R，就可以使电机在某一转速n下运行，而电机转速n与电网频率f和电机极对数p无关。在已制成的电机中，电机的电势常数Ce、每极磁通量Φ、绕组电阻R是一个确定值，只要改变电机的给定电压U就可以改变电机转速n，实现电机的连续无级调速。同时电机转矩M与转速n无关，在已制成的电机中，电机的转矩常数Ct、每极磁通量Φ是一个确定值，电机转矩M与电机电流I成正比，增加电机电流I就可以线型增大电机转矩M，即在电机低速时就可以产生额定转速时的转矩，因此本实用新型所述的低速大扭矩电机可以实现低速大扭矩运行。而异步电机低速时功率因数很低，大的电机电流也只能产生较小的转矩，因此异步电机一般不能用作低速直接驱动。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：电机以低速大扭矩方式运转，可省去减速机或变频器直接驱动机械设备，简化了系统结构、提高了系统的相应速度、提高了系统效率、减小了系统故障率、缩小了系统体积。这种电机本身还具有负载特性优异、低速性能好、起动转矩大、起动电流小、不会对电网造成冲击、速度连续可调等特点，电机在整个速度范围内均高效运行，这与异步电机(只在额定点附近效率高)相比有质的提高。

附图说明

图1为本发明的内转子结构的低速大扭矩电机结构示意图。

图2为本发明的外转子结构的低速大扭矩电机结构示意图。

本实用新型可根据需要制成两种结构，即内转子结构和外转子结构。图1为本实用新型所述的内转子结构的低速大扭矩电机，转子部分主要由电机轴1、轴承2、转子铁芯3、永久磁钢4组成，定子部分主要由定子机壳5、定子铁芯6、定子线圈7、电机端盖8组成。图2为本实用新型所述的外转子结构的低速大扭矩电机，转子部分主要由转子机壳14、转子铁芯15、永久磁钢16、电机端盖18组成，定子部分主要由电机轴11、轴承12、定子铁芯13、定子线圈17组成。

具体实施方式

本实用新型的内转子结构的低速大扭矩电机如图1所示，转子铁芯3整体迭装后压装在电机轴1上，永久磁钢4粘贴在转子铁芯3上，电机轴1的两端分别装有轴承2，定子铁芯6压装在定子机壳5内，定子线圈7安装在定子铁芯6的线槽中，电机端盖8的外端与定子机壳5连接、内端与轴承2的外圈连接，使电机成为一个整体。在这种内转子结构电机中，当电机定子线圈7按控制逻辑关系通电时，定子线圈7将产生磁场，该磁场与永久磁钢4的固有磁场耦合，产生转矩，该转矩通过转子铁芯3传递到电机轴1上，使电机轴1旋转从而驱动负载作功。

本实用新型的外转子结构的低速大扭矩电机如图2所示，定子铁芯13整体迭装后压装在电机轴11上，电机轴11的两端分别装有轴承12，定子线圈17安放在定子铁芯13的线槽中，转子铁芯15迭装后压入转子机壳14内，永久磁钢16粘贴在转子铁芯15上，电机端盖18的外端与转子机壳14连接、内端与轴承12的外圈连接，使电机成为一个整体。在这种外转子结构电机中，当电机定子线圈17按控制逻辑关系通电时，定子线圈17将产生磁场，该磁场与永久磁钢16的固有磁场耦合产生转矩，该转矩通过转子铁芯15传递到转子机壳14上，使转子机壳14旋转从而带动负载作功。

在本实用新型的低速大扭矩电机中，因电机要比同功率的一般电机输出较大的转矩，因此内转子结构的低速大扭矩电机的电机轴1或外转子结构的低速大扭矩电机的电机轴11要比常规电机应有更大的直径或更大的强度，以满足电机输出大扭矩的需要。

为了简化整体系统的结构，充分发挥低速大扭矩电机的特性，外转子结构的低速大扭矩电机的转子机壳14，其外表面可直接加工成齿轮、皮带轮或机械设备需要的形状，将电机的输出扭矩直接通过转子机壳14传递给所拖动设备。

Claims (3)

1、一种低速大扭矩电机，其特征在于:在内转子结构的低速大扭矩电机中，转子部分主要由电机轴(1)、轴承(2)、转子铁芯(3)、永久磁钢(4)组成，定子部分主要由定子机壳(5)、定子铁芯(6)、定子线圈(7)、电机端盖(8)组成，转子铁芯(3)整体迭装后压装在电机轴(1)上，永久磁钢(4)粘贴在转子铁芯(3)上，电机轴(1)的两端分别装有轴承(2)，定子铁芯(6)压装在定子机壳(5)内，定子线圈(7)安装在定子铁芯(6)的线槽中，电机端盖(8)的外端与定子机壳(5)连接、内端与轴承(2)的外圈连接，使电机成为一个整体；在外转子结构的低速大扭矩电机中，转子部分主要由转子机壳(14)、转子铁芯(15)、永久磁钢(16)、电机端盖(18)组成，定子部分主要由电机轴(11)、轴承(12)、定子铁芯(13)、定子线圈(17)组成，定子铁芯(13)整体迭装后压装在电机轴(11)上，电机轴(11)的两端分别装有轴承(12)，定子线圈(17)安放在定子铁芯(13)的线槽中，转子铁芯(15)迭装后压入转子机壳(14)内，永久磁钢(16)粘贴在转子铁芯(15)上，电机端盖(18)的外端与转子机壳(14)连接、内端与轴承(12)的外圈连接，使电机成为一个整体。

2、根据权利要求1所述的低速大扭矩电机，其特征在于:内转子结构的低速大扭矩电机的电机轴(1)或外转子结构的低速大扭矩电机的电机轴(11)比常规电机应有更大的直径或更大的强度。

3、根据权利要求1所述的低速大扭矩电机，其特征在于:外转子结构的低速大扭矩电机的转子机壳(14)的外表面可直接加工成齿轮、皮带轮或负载设备需要的形状。

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