WO2013023402A1

WO2013023402A1 - 大功率节能电机

Info

Publication number: WO2013023402A1
Application number: PCT/CN2011/080420
Authority: WO
Inventors: 平国民
Original assignee: 浙江寰亚电子有限公司
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-02-21

Abstract

一种大功率节能电机，包括电机及其控制电路。电机包括依次相连的底座（1）、机壳（2）和顶盖（3）及安装在机壳（2）内的定子（4）和转子，转子中心设有转轴（5），转子包括铁芯（6），铁芯（6）内设有多个永磁体安装孔，多个永磁体安装孔均匀地环绕于转轴（5）外，每个永磁体安装孔内安装有永磁体（7）。铁芯（6）的上下两端均安装有铝套环（8），铝套环（6）上有齿片（9）。底座（1）上安装有向铁芯（6）凸起的喇叭状吸风口（13），顶盖（3）的背面通过一圈围体（15）连接有一个喇叭状吸风嘴（14），围体（15）上开有通风口（16）。上述结构提高电机内部的空气对流，提升了风冷效果；此外，永磁体长久运行后也不会坏掉，能够确保电机运行的可靠性，延长使用寿命。

Description

大功率节能电机

技术领域

本发明涉及一种电机，尤其涉及一种散热好、噪声低、可靠性高、使用寿命长、省电节能的大功率节能电机。

背景技术

目前电机是工业生产中的主要动力，其节能指标、调速性能、输出输入功率比、噪声、运行寿命一直是大家关注的性能指标。电机一般包括定子和由铁芯构成的转子，通常只在转轴的一端设置一个风扇用于定子和转子的散热，但在大功率电机中，温升还是很高，使用时间一长，常常会烧坏绝缘层，如果温度超过永磁体的工作极限还将造成永磁体的不可逆退磁，将使电机转速更高、效率降低、功率、扭矩减小，将产生更大的热量，最终使电机失效，导致停机。而且，原有电机由于转子上永磁体设置得不合理，这种结构应用到大功率电机上，不但费用大，而且长久运行后易损坏，可靠性不高。另一方面，原有电机的控制电路一般要用到变压器，变压器工作时会产生很多的热能，影响其它电路的可靠性，而且电源效率不高，节能效果不佳。

发明内容

本发明主要解决原有电机由于转子上永磁体设置得不合理，这种结构应用到大功率电机上，不但费用大，而且长久运行后易损坏，可靠性不高的技术问题；提供一种大功率节能电机，其通过改变永磁体的安装结构，从而改变磁路，使电机长久运行后永磁体也不会坏掉，提高可靠性，而且降低费用，节省成本。

本发明同时解决原有大功率电机散热效果不好，影响电机运行可靠性及使用寿命的技术问题；提供一种大功率节能电机，其最大化地提高电机机壳内部的空气对流，提升风冷效果，散热效果好，从而确保电机运行的可靠性，延长使用寿命。

本发明又解决原有电机的控制电路一般要用到变压器，变压器工作时会产生很多的热能，影响其它电路的可靠性，电源效率不高，节能效果不佳的技术问题; 提供一种大功率节能电机，其控制电路省去了笨重的变压器，从而减少热源，提高可靠性及电源效率，达到省电节能的目的。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括电机及其控制电路，电机包括依次相连的底座、机壳和顶盖及安装在机壳内的定子和转子，转子中心设有转轴，所述的转子包括铁芯，铁芯内设有多个永磁体安装孔，多个永磁体安装孔均匀地环绕于所述的转轴外，每个永磁体安装孔内安装有永磁体。铁芯由数块矽钢片或硅钢片层叠而成，每块矽钢片上开有多个环绕转轴的、用来安放永磁体的安装孔，矽钢片层叠成铁芯后在铁芯内形成多个永磁体安装孔。环绕于转轴的数块永磁体可以是四块、六块或八块。本发明将数块永磁体嵌装在铁芯内，安装结构巧妙，很好地改变了磁路，使电机长久运行后永磁体也不会坏掉，提高可靠性，而且节省材料，降低费用，节省成本。

作为优选，所述的铁芯的上下两端均设有铝套环，铝套环上设有若干沿转轴圆周均布的齿片，位于铁芯上端的铝套环上的齿片朝上，位于铁芯下端的铝套环上的齿片朝下，所述的机壳上设有若干栅形通风孔。带有齿片的上、下铝套环既起到固定铁芯的作用，又起到风轮的作用，使转子转动时直接从机壳内部产生气流，通过机壳上的栅形通风孔和电机外部的空气进行热量交换，提高散热效果。

作为优选，所述的铁芯的外周轴向设有个数和永磁体一致的凹槽，所述的凹槽位于两个相邻的永磁体之间，位于铁芯上下两端的铝套环之间连接有连接柱，所述的连接柱一一对应地卡在所述的凹槽内。结构紧凑，连接牢固，而且不影响永磁体的磁路分布。

作为优选，所述的铁芯上设有轴向设置的若干个安装孔，位于铁芯上下两端的铝套环之间连接有若干个连接杆，所述的连接杆一一对应地穿设在所述的安装孔内。铁芯一般由矽钢片或硅钢片层叠而成，连接杆对层叠起来的矽钢片或硅钢片起到压紧及固定作用。

作为优选，所述的底座上设有向铁芯凸起的喇叭状吸风口，喇叭状吸风口的大直径口连在底座上，喇叭状吸风口的小直径口朝向所述的铁芯。便于把电机外围的空气集中通过喇叭状吸风口吹向定子和转子，并从电机机壳的栅形通风孔流出，有效降低电机内部温度。

作为优选，所述的顶盖的背面通过一圈围体连接有一个喇叭状吸风嘴，喇叭状吸风嘴的大直径口连在围体上，喇叭状吸风嘴的小直径口朝向所述的铁芯，所述的围体上设有若干间隔设置的通风口。便于从围体侧面的通风口吸入空气，经过喇叭状吸风嘴吹向转子。配合底座上的喇叭状吸风口，从电机的上、下两端吸入外部空气，吹向转子和定子，再从机壳侧面的栅形通风口吹出，形成多个风道，带走电机运转产生的热量，提高风冷效果，同时也起到排出灰尘的作用，噪声也较低。电机上的顶盖起到防止杂物掉入电机内的作用。

作为优选，所述的永磁体安装孔有四个，永磁体安装孔的横截面呈长条状，所述的永磁体呈扁形的长方体。

作为优选，所述的控制电路包括整流滤波模块、电源转换模块、单片机模块、前级驱动模块、功率驱动模块和按键模块、显示模块、远程通信接口，整流滤波模块的输入端接交流输入电源，整流滤波模块的输出端，一路经电源转换模块为整个控制电路提供工作电压，另一路接功率驱动模块，前级驱动模块、按键模块、显示模块和远程通信接口分别和所述的单片机模块相连，前级驱动模块再和功率驱动模块相连，功率驱动模块和所述的电机相连。本控制电路采用直流 PWM脉宽调制方式，电源直接由单相交流 220V或三相交流 380V供电，经全控桥式整流滤波电路，产生 300V 以上的高压直流电。由于采用高电压供电，电机电枢电流相对减小，单片机模块、按键模块、显示模块以及前级驱动模块、功率驱动模块要用到的低压工作电源由电源转换模块提供，省去原来电机控制电路中笨重的变压器，提高可靠性，同时减少热源，提高电源效率，省电节能。单片机模块产生的控制信号通过前级驱动模块后，放大的电信号再驱动功率驱动模块，从而驱动电机运转，和常用的可控硅驱动相比，具有大功率、高开关频率、低损耗、高可靠的优点。本控制电路采用本地控制和远程控制两种控制方式。本地控制通过按键模块输入相关参数，使电机运转，相关参数通过显示模块显示。将远程通信接口和远端的监控主机相连，实现数据的远程通讯，通过监控主机既能设定电机运转的相关参数又能对电机的速度、运行状态、故障报警等数据进行分析和控制，实现电机的远程控制。

作为优选，所述的电机上设有电流传感器、电压传感器和转速传感器，所述的电流传感器、电压传感器和转速传感器分别和所述的单片机模块相连。电机运转时的当前电流、当前输出功率、实际运行转速等在线实时数据通过各传感器输送给单片机模块，再通过显示模块显示出来，便于工作人员操作和控制，及时了解电机的工作状态。

作为优选，所述的按键模块和显示模块采用触摸屏，所述的远程通信接口采用 CAN总线接口。结构紧凑，连接方便，操作及显示方便，通讯可靠性好。本发明的有益效果是：通过改变永磁体的安装结构，从而改变磁路，使电机长久运行后永磁体也不会坏掉，提高可靠性，而且降低费用，节省成本。本发明最大化地提高电机机壳内部的空气对流，提升风冷效果，散热效果好，从而确保电机运行的可靠性，延长使用寿命。本发明电机的控制电路省去了笨重的变压器，从而减少热源，提高可靠性及电源效率，达到省电节能的目的。

附图说明

图 1是本发明的一种立体分解结构示意图。

图 2是本发明中铁芯的一种俯视结构示意图。

图 3是本发明中控制电路的一种电路原理框图。

图中 1.底座， 2.机壳， 3.顶盖， 4.定子， 5.转轴， 6.铁芯， 7.永磁体， 8.铝套环， 9.齿片， 10.栅形通风孔， 11.凹槽， 12.连接柱， 13.喇叭状吸风口， 14. 喇叭状吸风嘴， 15.围体， 16.通风口， 17.整流滤波模块， 18.电源转换模块， 19. 单片机模块， 20.前级驱动模块， 21.功率驱动模块， 22.按键模块， 23.显示模块， 24.远程通信接口， 25.电流传感器， 26.电压传感器， 27.转速传感器， 28.安装孔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例 1 : 本实施例的大功率节能电机，如图 1所示，包括电机及其控制电路。电机包括依次相连的底座 1、机壳 2和顶盖 3及安装在机壳 2内的定子 4和转子，转子中心安装有转轴 5，转轴两端通过轴承和底座、顶盖相连，机壳 2上有数个栅形通风孔 10。如图 2所示，转子包括由数块矽钢片层叠而成的铁芯 6，每块矽钢片上开有四个环绕转轴的、用来安放永磁体的安装孔，矽钢片层叠成铁芯后在铁芯内形成四个环绕转轴的永磁体安装孔，永磁体安装孔的横截面呈长条状，每个永磁体安装孔内安装有永磁体 7，永磁体 7呈扁形的长方体，相邻两个永磁体互相垂直，四个永磁体大小及厚度均相等。每块矽钢片上还开有八个用来穿设连接杆的通孔，其中四个分别位于四个永磁体安装孔的外侧，另外四个分别位于四个永磁体安装孔围成的框体的四个角上，矽钢片层叠成铁芯后在铁芯内形成八个轴向设置的安装孔 28。铁芯 6安装在两个铝套环 8围成的空间内，铝套环 8上有数片沿转轴 5圆周均布的齿片 9，每个齿片径向设置，位于铁芯 6上端的铝套环 8上的齿片 9朝上，位于铁芯 6下端的铝套环 8上的齿片 9朝下，上、下两个铝套环 8之间连接有八根连接杆、铝套环的边缘之间连接有四根连接柱 12。八根连接杆一一对应地穿设在铁芯的八个安装孔 28 内，对层叠的矽钢片起到压紧的作用。铁芯 6的外周轴向设置有四条凹槽 11，每条凹槽 11位于两个相邻的永磁体 7之间，四根连接柱 12—一对应地卡在凹槽 11内。底座 1上连有一个向铁芯 6凸起的喇叭状吸风口 13，喇叭状吸风口 13的大直径口连在底座 1上，喇叭状吸风口 13的小直径口朝向铁芯 6。顶盖 3的背面通过一圈围体 15连接有一个喇叭状吸风嘴 14，喇叭状吸风嘴 14的大直径口连在围体 15上，喇叭状吸风嘴 14的小直径口朝向铁芯 6，围体 15上沿圆周均匀地开有多个间隔设置的通风口 16。

如图 3所示，本发明大功率节能电机的控制电路包括整流滤波模块 17、电源转换模块 18、单片机模块 19、前级驱动模块 20、功率驱动模块 21、按键模块 22、显示模块 23和远程通信接口 24以及和电机相连的电流传感器 25、电压传感器 26和转速传感器 27。整流滤波模块 17的输入端接单相交流 220V或三相交流 380V 交流输入电源，整流滤波模块 17的输出端，一路经电源转换模块 18为整个控制电路提供工作电压，另一路接功率驱动模块 21，前级驱动模块 20、按键模块 22、显示模块 23、远程通信接口 24以及电流传感器 25、电压传感器 26、转速传感器 27分别和单片机模块 19相连，前级驱动模块 20的输出端再和功率驱动模块 21 的输入端相连，功率驱动模块 21 的输出端和电机相连。本实施例中，按键模块 22和显示模块 23采用触摸屏实现，远程通信接口 24采用 CAN总线接口。

本发明在同等功率下，省电在 50%以上，体积和重量减轻 35%以上，且散热性能非常好，确保电机长久运行后永磁体也不会损坏，运行平稳，噪声低，多级变速，高速可达 5000转 /分，低速可达 500转 /分，既能本地控制又能远程控制，具有大功率、高开关频率、低损耗、高可靠性的优点。

Claims

权利要求

1. 一种大功率节能电机，包括电机及其控制电路，电机包括依次相连的底座（1)、机壳（2) 和顶盖（3) 及安装在机壳（2) 内的定子（4) 和转子，转子中心设有转轴（5)，其特征在于所述的转子包括铁芯（6)，铁芯（6) 内设有多个永磁体安装孔，多个永磁体安装孔均匀地环绕于所述的转轴（5) 外，每个永磁体安装孔内安装有永磁体（7)。

2.根据权利要求 1所述的大功率节能电机，其特征在于所述的铁芯（6) 的上下两端均设有铝套环（8)，铝套环（8) 上设有若干沿转轴（5) 圆周均布的齿片（9)，位于铁芯（6) 上端的铝套环（8) 上的齿片（9) 朝上，位于铁芯（6) 下端的铝套环（8) 上的齿片（9) 朝下，所述的机壳（2) 上设有若干栅形通风孔（10)。

3.根据权利要求 2所述的大功率节能电机，其特征在于所述的铁芯（6) 的外周轴向设有个数和永磁体（7) —致的凹槽（11)，所述的凹槽（11) 位于两个相邻的永磁体（7) 之间，位于铁芯（6) 上下两端的铝套环（8) 的边缘之间连接有连接柱（12)，所述的连接柱（12) —一对应地卡在所述的凹槽（11) 内。

4.根据权利要求 2或 3所述的大功率节能电机，其特征在于所述的铁芯（6) 上设有轴向设置的若干个安装孔（28)，位于铁芯（6) 上下两端的铝套环（8) 之间连接有若干个连接杆，所述的连接杆一一对应地穿设在所述的安装孔（28) 内。

5.根据权利要求 1或 2或 3所述的大功率节能电机，其特征在于所述的底座 (1) 上设有向铁芯（6) 凸起的喇叭状吸风口（13)，喇叭状吸风口（13) 的大直径口连在底座（1) 上，喇叭状吸风口（13) 的小直径口朝向所述的铁芯（6)。

6.根据权利要求 1或 2或 3所述的大功率节能电机，其特征在于所述的顶盖 (3) 的背面通过一圈围体（15)连接有一个喇叭状吸风嘴（14)，喇叭状吸风嘴 (14) 的大直径口连在围体（15) 上，喇叭状吸风嘴（14) 的小直径口朝向所述的铁芯（6)，所述的围体（15) 上设有若干间隔设置的通风口（16)。

7.根据权利要求 5所述的大功率节能电机，其特征在于所述的顶盖（3) 的背面通过一圈围体（15) 连接有一个喇叭状吸风嘴（14)，喇叭状吸风嘴（14) 的大直径口连在围体（15) 上，喇叭状吸风嘴（14) 的小直径口朝向所述的铁芯

(6)，所述的围体（15) 上设有若干间隔设置的通风口（16)。

8.根据权利要求 1或 2或 3所述的大功率节能电机，其特征在于所述的永磁体（7) 安装孔有四个，永磁体安装孔的横截面呈长条状，所述的永磁体（7) 呈扁形的长方体。

9.根据权利要求 1所述的大功率节能电机，其特征在于所述的控制电路包括整流滤波模块（17)、电源转换模块（18)、单片机模块（19)、前级驱动模块（20)、功率驱动模块（21) 和按键模块（22)、显示模块（23)、远程通信接口（24)，整流滤波模块（17) 的输入端接交流输入电源，整流滤波模块（17) 的输出端，一路经电源转换模块（18)为整个控制电路提供工作电压，另一路接功率驱动模块（21)，前级驱动模块（20)、按键模块（22)、显示模块（23) 和远程通信接口（24) 分别和所述的单片机模块（19) 相连，前级驱动模块（20) 再和功率驱动模块（21) 相连，功率驱动模块（21) 和所述的电机相连。

10.根据权利要求 9所述的大功率节能电机，其特征在于所述的电机上设有电流传感器（25)、电压传感器（26)和转速传感器（27)，所述的电流传感器（25)、电压传感器（26) 和转速传感器（27) 分别和所述的单片机模块（19) 相连。