WO2016026214A1 - 低速大扭矩电动机外转子、电动机及相关起重机 - Google Patents

Abstract

一种电动机外转子、低速大扭矩电动机以及起重机，外转子包括筒状的转子壳体（3），永磁体（6）在转子壳体（3）内沿周向和轴向两个方向上规则排列，永磁体（6）的两个周向侧面呈内侧削角状的斜平面，永磁体（6）长度为30-95mm，厚度为8-18mm，电动机采用上述外转子，转子壳体（3）的两端均固定安装有固定盘（4），定子铁心（1）上的定子槽为梨形槽，中心轴（2）的右端固定安装在设有防转结构的右刚性支座上。起重机以电动机的转子壳体（3）作为起升机构的卷筒，用于连接和卷绕起升机构的钢丝绳（49）。电动机有利于降低谐波转矩，简化结构，运行稳定，振动小，噪音小，温升低，能够在低速（超低速）大扭矩下正常运行。

Description

低速大扭矩电动机外转子、电动机及相关起重机 技术领域

本发明涉及一种适应于低速(超低速)大扭矩外转子永磁同步电机的外转子、一种低速大扭矩外转子永磁同步电机及一种直接以这种电动机外转子的转子壳体(转子壳体)作为其起升机构卷筒的直驱式大扭矩起重机。

背景技术

现有电动机包括转子和定子，通常采用定子在外转子在内的结构，也有部分电动机为转子在外而定子在内，这种电动机被称为外转子电动机。外转子电动机的定子铁心安装在固定的中心轴上，铁心上嵌装有定子绕组，转子的壳体呈筒状，包围在定子外侧，转子壳体的内壁上分布有永磁体，定子绕组通电后产生旋转磁场，与安装在转子内壁上的永磁体相作用，驱动转子旋转。现有这种电动机在速度较高时运行良好，但当需要低速(包括超低速)运行时，谐波转矩和齿槽转矩等负面影响就会变得非常明显，导致温度上升，振动和噪音加大，出力下降，当温升达到一定程度时，则可能出现不可逆的退磁现象，这些缺陷严重妨碍着外转子电动机在低速下的应用。而许多设备的执行机构经常会需要在很低的速度下运行，因此，对于高速的电动机而言，通常需要设置减速机构，例如常见的齿轮减速箱进行变速，以适应设备执行机构的需要。例如，对于用于驱动起重机卷筒的电动机而言，往往需要设置庞大的齿轮箱进行减速，不仅体积大，结构复杂，生产成本和维护费用高，而且还带来了不必要的动力消耗。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种外转子，可用于低速大扭矩永磁电动机，以形成良好的永磁场，以利于降低谐波转矩，简化永磁体的安装结构，提高永磁体的牢固性和可靠性，并有利于降低成本。

本发明的目的之二是提供一种超低速大扭矩永磁电动机，其能够在低速(超低速)大扭矩下正常运行，并且运行稳定，振动小，噪音小，温升低。

本发明的目的之三是提供一种采用上述超低速大扭矩电动机的起重机，其起升机构不需要设置齿轮箱，体积小，生产成本和维护费用低，使用方便，能够在低速(超低速)大扭矩下正常运行。

本发明所采用的技术方案为：

一种电动机的外转子，包括筒状的转子壳体，所述转子壳体的内壁上安装有多个永磁体，所 述多个永磁体采用相同的瓦形六面体结构，所述永磁体在周向和轴向两个方向上规则排列，所述永磁体的两个周向侧面呈内侧削角状的斜平面状。

优选的，所述永磁体周向侧面的削角角度为5-35度。

优选的，任一周向上和任一轴向上排列的所述永磁体的数量都是多个。

优选的，所述永磁体在周向上沿圆周对齐且均匀分布，在轴向上沿直线对齐且均匀分布。

优选的，所述永磁体在轴向上的长度在30-95mm之间，所述永磁体的厚度在8-18mm之间。

通常，所述永磁体的两个轴向侧面为平面状，位于垂直于中心轴轴线的平面上，轴向上的相邻永磁体紧挨在一起，相互间没有间隙或仅有微小间隙。

优选的，周向上相邻的所述永磁体之间留有间距且设有轴向延伸的固定压条，所述固定压条固定连接在所述转子壳体上，所述固定压条的周向两侧分别压紧在相邻永磁体的周向侧面上。

优选的，所述固定压条的截面形状呈矩形、梯形、圆形或椭圆形，所述固定压条采用螺钉紧固、粘结或插接方式固定在所述转子壳体上。

优选的，所述固定压条与所述转子壳体的内壁之间留有压条紧固间隙，所述压条紧固间隙是空的，或者所述压条紧固间隙内填充有非导磁的粘结剂，或者所述压条紧固间隙内设有非导磁的垫。

优选的，所述永磁体横截面在径向上的外边缘呈圆心位于所述转子壳体的轴线上的圆弧线形，所述永磁体横截面在径向上的内边缘采用以下任意一种形式：

(1)所述内边缘为一圆弧，该圆弧的圆心位于所述转子壳体的轴线上，该内边缘的两端均与所述永磁体横截面的相应周向侧边直接连接；

(2)所述内边缘为一圆弧，该圆弧的半径等于所述外边缘的半径，圆心位于所述外边缘的中点与所述外边缘的圆心的连接线的延长线上，该内边缘的两端与所述永磁体横截面的相应周向侧边均直接连接；

(3)所述内边缘为一圆弧，圆心位于所述转子壳体的轴线上，该内边缘的两端均通过一个小的凹圆弧线与所述永磁体横截面的相应周向侧边连接；

(4)所述内边缘为一圆弧，该圆弧的半径等于所述外边缘的半径，圆心位于所述外边缘的中点与所述外边缘的圆心的连接线的延长线上，该内边缘的两端均通过一个小的凹圆弧线与所述永磁体横截面的相应周向侧边连接。

一种低速大扭矩电动机，包括外转子和定子，所述定子包括中心轴、固定安装在所述中心轴上的定子铁心以及固定安装在所述定子铁心上的定子绕组，所述外转子为上述任意一种外转子，所述转子壳体的两端均固定安装有固定盘，所述固定盘通过相应的转子轴承与所述中心轴旋转连接，所述中心轴的右端从与其连接的相应端轴承内延伸出来，固定安装在右刚性支座上，所述右刚性支座上设有轴安装孔，所述中心轴的右端部插入所述右刚性支座的轴安装孔且与所述右刚性支座之间设有用于防止两者相对转动的防转结构。

优选的，所述定子铁心上设有用于嵌装所述绕组的定子槽，所述定子槽为梨形槽，槽口尺寸k在2.5-4.5mm之间，所述绕组的节距为1。

优选的，所述定子采用8极9槽、10极12槽、20极24槽、30极36槽、22极24槽、16极18槽或32极36槽的极槽配合方式，极弧系数为0.8-0.9，所述永磁体采用钕铁硼材料，长度为30-95mm，厚度为8-18mm。

优选的，所述定子设有用于采集定子内温度信号的定子温度传感器。

优选的，这种电动机设有内冷却结构，所述内冷却结构包括下列任意一种散热风道或任意多种散热风道的组合：

(1)所述中心轴为中空轴，所述中心轴的轴孔构成轴内冷却的轴内散热风道；

(2)所述定子铁心的外侧面与所述外转子的内侧面之间设有环形缝隙，所述环形缝隙构成定子外冷却的定子外散热风道；

(3)所述定子铁心内设有轴向通孔，所述轴向通孔构成定子内冷却的定子内散热风道，所述定子铁心上的轴向通孔由组成所述定子铁心的定子冲片上冲出的相应散热风道孔连接而成；

上述各散热风道的通风方式为自然通风和/或强制通风。

优选的，所述内冷却结构采用下列任意一种强制通风结构：

(1)当所述内冷却结构为所述轴内散热风道时，所述中心轴的轴孔内设有轴内通风风机，所述轴内通风风机为位于出风端的所述中心轴轴孔的轴内抽风风机和/或位于进风端的所述中心轴轴孔内的轴内送风风机；

(2)当所述内冷却结构包括所述轴内散热风道、且包括所述定子外散热风道和/或所述定子内散热风道时，所述定子铁心的两端分别与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间隙，所述定子外散热风道和/或定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述中心轴两端的侧壁上均设有连通所述中心轴的轴孔和相应端的所述端部匀压气隙带的中心轴侧孔，所述中心轴的轴孔的一端封闭，另一端设有轴内通风风机，所述轴 内通风风机为位于出风端的所述中心轴轴孔的轴内抽风风机和/或位于进风端的所述中心轴轴孔内的轴内送风风机，所述轴内通风风机位于相应端的所述中心轴的侧孔的外侧；

(3)当所述内冷却结构包括所述定子外散热风道和/或所述定子内散热风道、且包括或者不包括所述轴内散热风道时，所述定子铁心的两端分别与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间隙，所述定子外散热风道和/或所述定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，出风端的所述固定盘上设有连通出风端的所述端部均压气隙带的出风风道，所述出风风道的数量为一个或多个，进风端的所述固定盘上设有连通进风端的所述端部均压气隙带的进风风道，所述进风风道的数量为一个或多个，所述进风风道内串接有进风气泵，位于所述进风气泵两端的所述进风风道上均设有进风单向阀，所述进风气泵包括缸体，所述缸体轴向设置在相应的所述固定盘上，所述缸体内设有与其配套的活塞，所述活塞连接有延伸到所述固定盘内侧的活塞杆，所述缸体内的空腔由所述活塞分隔为有杆腔和无杆腔，所述有杆腔位于所述无杆腔的内侧，所述中心轴上设有位于进风端的所述端部匀压气隙带内且与所述活塞杆构成凸轮机构的多级凸轮，所述多级凸轮转动时推动所述活塞杆往复移动，所述进风气泵的进气口和出气口均设置在所述无杆腔的底部，当还包括所述轴内散热风道时，进风端和或出风端的所述中心轴的侧壁上设有连通相应端的所述中心轴的轴孔和所述端部匀压气隙带的中心轴侧孔，进风端的所述中心轴的轴孔封闭、部分封闭或者不封闭。

优选的，所述转子壳体的左端连接有编码器，其连接方式为下列任意一种：

(1)所述编码器为外转子编码器，包括相互旋转连接的内套和外套，所述中心轴的左端从与其连接的所述转子轴承内延伸出来，固定安装在左刚性支座上，所述左刚性支座上设有轴安装孔，所述中心轴的左端插入所述左刚性支座的轴安装孔内且与所述左刚性支座之间设有用于防止两者相对转动的防转结构，所述内套固定连接所述中心轴的左端，所述外套固定连接左端的所述固定盘，所述中心轴、转子壳体、内套和外套同轴；

(2)所述编码器为内转子编码器并配有连接用阶梯轴和轴承支座，包括相互旋转连接的内套和外套，所述连接用阶梯轴通过外轴承安装在所述轴承支座上，所述连接用阶梯轴的右端设有径向凸缘，所述径向凸缘同轴紧固在左端的所述固定盘上，所述编码器的内套固定套接在所述连接用阶梯轴的左端部或通过联轴器与所述连接用阶梯轴的左端同轴连接，所编码器的外套通过连接件与所述轴承支座固定连接，所述外轴承优选为单列或双列调心轴承。

优选的，所述刚性支座(右刚性支座和/或左刚性支座)采用下列任意一种：

(1)所述刚性支座上的轴安装孔为多边形孔，与其连接的相应端的中心轴轴段呈相同的多 边形，所述轴安装孔与插入其中的所述中心轴轴段过盈配合或过渡配合，相应的多边形结构构成了所述的防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的本体上或者设置在调整套上，当设置在所述调整套上时，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴安装孔设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的本体上设有与所述调整套外缘对应的调整套安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配合，并设有或者不设有紧固螺栓；

(2)所述刚性支座上的轴安装孔为圆柱形孔，相应端的所述中心轴轴段呈圆柱状，所述刚性支座上设有若干穿透所述轴安装孔侧壁的销钉通孔，所述中心轴的相应轴段上设有若干分别与所述若干销钉通孔对接的若干销钉盲孔，若干销钉或销轴分别楔入所述相互对接的销钉通孔和销钉盲孔，所述销钉或销轴及其配套结构构成了所述防转结构；

(3)所述刚性支座上的轴安装孔为圆柱形孔，相应端的所述中心轴轴段呈圆柱状，所述轴安装孔和插入所述轴安装孔内的所述中心轴轴段之间设有多个键，所述键及其配套结构构成了所述防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的本体上或者设置在调整套上，当设置在所述调整套上时，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴安装孔设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的本体上设有与所述调整套外缘对应的调整套安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配合，并设有或者不设有紧固螺栓；

(4)所述刚性支座上的轴安装孔为鼓形孔，与其连接的相应端的所述中心轴轴段呈相同的鼓形，所述轴安装孔与插入其中的所述中心轴轴段过盈配合或过渡配合，相应的鼓形结构构成了所述的防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的本体上或者设置在调整套上，当设置在所述调整套上时，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴安装孔设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的本体上设有与所述调整套外缘对应的调整套安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配合，并设有或者不设有紧固螺栓；

(5)所述刚性支座上的轴安装孔为花键孔，与其连接的相应端的所述中心轴轴段为花键轴，二者间所采用的上述花键结构构成了所述防转结构。

优选的，所述定子设有用于采集定子内温度信号的定子温度传感器，通过所述定子温度传感器采集定子内的实时温度，依据采集到的所述定子内的实时温度判定电动机的疲劳状态，设定与所述定子温度传感器的温度采集部位相对应的工作温度上限值，当相应定子温度传感器采集到的温度达到或超过相应的工作温度上限值时，判断为电动机疲劳并依此判断 控制停机，当所采集到的温度低于相应的工作温度上限值时，判断为电动机未疲劳并允许电动机进行工作。

优选的，这种电动机设有用于在线获得电动机电流的电流信号采集装置，所述电流信号采集装置为用于采集定子绕组的电流输入信号的电流传感器和/或为能够输出其电流输出信号的变频器，通过电流信号采集装置获得电流信号，以所述电流信号为荷载传感信号或者由所述电流信号计算并获得荷载数据。

优选的，这种电动机设有用于在线获得电动机电压的电压信号采集装置，所述电压信号采集装置为用于采集定子绕组的电压输入信号的电压传感器和/或为能够输出其电压输出信号的变频器，通过所述电压信号采集装置获得电压信号，以所述电压信号为旋转速度的传感信号或者由所述电压信号计算并获得转速数据。

一种起重机，包括上述任意一种超低速大扭矩电动机，所述超低速大扭矩电动机的转子壳体用作所述起重机的起升机构的卷筒，用于连接和卷绕所述起升机构的钢丝绳。

优选的，所述电动机一端的所述固定盘连接有旋转编码器，另一端的所述固定盘设有与其配套组成盘式制动器的制动钳装置，该固定盘构成所述盘式制动器的制动盘，通过其径向延伸在所述外转子的壳体圆周之外的凸缘(延伸出来的盘体边缘)或与该固定盘固定连接的制动法兰盘与所述制动钳装置的摩擦块配合。

本发明的有益效果为：

这种外转子由于采用了在周向和轴向上规则排列的多个瓦形的永磁体，有利于根据需要选择永磁体的大小、形状以及在相应方向上多个永磁体的分布方式进行磁场优化，通过限定永磁长度等方式明显地消除或抑制了高次谐波的影响，有利于避免或减小磁场畸变，还便于加工制造；由于将永磁体的周向侧面设置成斜平面并通过优化的削角角度设计，可以大幅度减小磁场畸变，根据申请人的实验，相对于现有技术下的常规设计，采用上述永磁体结构并结合本发明的其他优化设计，气隙磁场波形的畸变率可降低了50％—80％，使气隙磁场波形畸变率控制在15％或10％以下，反电动势波形的畸变率控制在10％或8％以下，由此大幅度提高了电机的运行平稳性、降低了噪音、减小了转矩脉动且有助于增加转矩输出；由于采用了轴向延伸的固定压条，可以同时将多个永磁体紧压，由此不仅简化了安装工艺，方便了安装作业，而且可以采用适宜的非磁性材料制成固定压条，以减小加工难度，降低工艺要求，保证永磁体安装的质量，同时还避免了因在永磁体上打孔等产生的负面影响，有助于改善电动机的电磁性能；由于所述永磁体横截面在径向上的内边缘可以采用多种形状，有利于实现电磁性能的优化，有利于根据电动机性能和加工需要灵活选择，特别是通过该内边缘的两端各设 置一个小的凹圆弧线与相应周向侧边连接的形状，可以明显地改善气隙磁场波形，减小畸变率。

这种电动机由于采用外转子构造，有利于大扭矩输出；由于设置了定子温度传感器，能够获得定子内部的真实温度，这个温度相对于现有技术下采用的电动机外表面温度或机座温度而言，可以更准确地体现电动机的疲劳程度或者温升对电动机的影响，由于温升对电动机的影响主要表现为定子铁心在不同温度下的不同特性，并且定子铁心是否达到一定温度限值是电动机能否继续工作的主要影响因素和必要限定条件，而电动机外表面温度与定子内部温度不同，两者之间也并非严格的线性关系，因此通过定子温度传感器采集的定子内温度能够更精确、更及时地判断出电动机的疲劳状态，避免因温度不准确导致的误判漏判，既有效且可靠地保证了电动机运行在合理或安全的温度范围内，又避免在定子温度未达到停机限值而停机造成的浪费，同时还避免了因使用者忽视电动机工作制导致电动机定子温升过高给电动机带来的损害；对于需要大扭矩输出的场合，例如当这种电动机用于桥门式起重机的起升机构时，工作时转子与定子之间相互作用力矩可达200kNm以上，采用现有技术的轴端安装固定方式易于出现固定不住的问题，而通过在中心轴右端与右刚性支座之间设有了用于防止中心轴和支座相对转动的防转结构，有效地保证了了电动机安装的稳定性，避免了现有安装技术下中心轴易于打滑旋转的现象；由于在电动机内部设置了散热风道，并可以通过强制通风的方式进行风冷，有利于大幅度提高散热能力，控制温升，特别是由于可以采用自动气泵进行通风，在转子转动时气泵自动动作，转子停止时气泵也停止动作，不仅方便了操作，而且还无需另行接入电源；由于设置了编码器，并且外转子编码器和内转子编码器均可以使用，为准确地通过编码器采集转子转动和位置信号提供了条件，有利于控制变频器的供电性能与实际需要相一致，提高运行质量；由于设置了电流传感器和电压传感器，并通过电流信号获得荷载信号，通过电压信号获得转速信号，由此极大地减小了相应数据采集的难度，简化了控制设备控制过程；由于采用了优化的转子和定子设计，使电动机的电磁性能得到很大的改善，在上述优选的实施方式下，电动机转速可低至0.001r/min-30r/min，转矩密度可高达80kN·m/m³以上，瞬时过载能力可高达1.5-2.0倍过载。

这种起重机以低速大扭矩电动机的外转子的壳体直接作为起升机构的钢丝绳卷筒，无需设置减速装置就能够满足运行要求，由此极大地简化了结构，减少了材料消耗量，降低了生产成本，提高了控制精度，降低了能耗。

附图说明

图1是本发明超低速大扭矩电动机的总体结构示意图；

图2(a)、2(b)和2(c)分别为本发明涉及永磁体横截面形状的三种实施例的示意图；

图3是本发明永磁体安装结构的一个实施例的轴向示意图；

图4是本发明永磁体安装结构的另一个实施例的轴向示意图；

图5是本发明一种空心轴的结构示意图；

图6是本发明涉及若干散热风道的截面结构示意图；

图7是本发明一种冷却结构的示意图；

图8是本发明另一种冷却结构的示意图；

图9是本发明第三种冷却结构的示意图；

图10本发明涉及外转子编码器的结构示意图；

图11是本发明涉及内转子编码器的结构示意图；

图12是本发明一种刚性支座的示意图；

图13是本发明另一种刚性支座的示意图；

图14是本发明第三种刚性支座的示意图；

图15是本发明第四种刚性支座的示意图；

图16是本发明第五种刚性支座的示意图；

图17是本发明第六种刚性支座的示意图；

图18是本发明涉及的电流I与起重负载G的关系曲线(电动机用于起重机的起升机构，电动机的转子壳体作为起重机钢丝绳卷绕系统的钢丝绳卷筒，直接卷绕钢丝绳，负载为起重机的吊重)；

图19是本发明涉及的电压U与运行速度V的关系曲线(电动机用于起重机的起升机构，电动机的转子壳体作为起重机钢丝绳卷绕系统的钢丝绳卷筒，直接卷绕钢丝绳)；

图20为本发明起重机中涉及起升机构的结构示意图。

具体实施方式

参见图1-17，本发明公开了一种低速大扭矩电动机的外转子以及采用这种外转子的低速大扭矩电动机，这种电动机通常可以为三相永磁同步电动机，也可以为单相永磁同步电动机。所称电动机包括通常意义下的这类电动机本身，也包括在这种电动机结构和工作原理的基础上附加其他具体应用功能的电动装置。

这种超低速大扭矩电动机包括外转子和位于所述外转子内的定子(参见图1)，所述定子主要由定子铁心1、定子绕组和中心轴2构成，所述中心轴可以是实心轴或空心轴，所述定子铁心固定安装在中心轴上，所述定子铁心上设有定子槽，定子绕组固定嵌装在所述定 子槽上，所述外转子包括筒状的转子壳体3(通常可被称为外筒)，所述转子壳体的两端固定连接有固定盘4，所述固定盘通过转子轴承5与所述中心轴旋转连接，所述转子壳体内固定安装有若干永磁体6，所述若干永磁体采用相同的瓦形六面体结构且沿周向和轴向两个方向规则排列，任一周向和任一轴向上排列的所述永磁体数量均为多个，所述永磁体的两个周向侧面呈内侧削角状的斜平面状，其削角角度θ为5-35度(参见图2)。当定子绕组通电后，产生的旋转磁场与永磁体产生的磁场相互作用，驱动转子同步旋转，由此将电能转换为机械能。由于采用了周向和轴向上规则排列的若干永磁体形成永磁磁场，有利于实现磁场结构的优化，特别是由于周向上采用了多个永磁体且永磁体的两个周向侧面呈5-35度的内侧削角状的斜平面状，大幅度减小了磁场波形的畸变率；由于轴向上采用多个永磁体，也有利于减小永磁体的长度，明显地消除或抑制了高次谐波。

所述若干永磁体在周向上和轴向上的规则分布方式为在周向上沿圆周对齐且均匀分布，在轴向上沿直线对齐且均匀分布，由此不仅有利于合理安排各永磁体的周向分布和轴向分布，实现磁场优化，而且结构简单，便于加工、安装和维护。

周向相邻的所述永磁体之间留有间距，由此有利于优化磁场和便于安装。

所述永磁体在所述转子壳体内的安装固定方式可以采用下列任意一种方式：

(1)参见图3，所述转子壳体的内表面设有若干轴向延伸、周向间隔排列的且与所述永磁体的形状和尺寸相适应的燕尾槽，所述永磁体嵌装在相应的燕尾槽内；

(2)参见图4，周向相邻的所述永磁体之间设有轴向延伸的固定压条7，所述轴向延伸的固定压条通过螺钉紧固在所述转子壳体上并与所述永磁体的两侧侧面紧压。

对于上述第(1)种安装方式，所述嵌装在相应的燕尾槽内的永磁体与所述燕尾槽之间可以相互粘结，对于上述第(2)种安装方式，所述轴向延伸的固定压条的横截面可以呈矩形或梯形，所述轴向延伸的固定压条的径向外侧面与所述转子壳体的内壁之间也可以设有不导磁粘结剂8，由此提高安装的牢固性且不会对磁场产生负面影响。所述固定压条采用矩形截面易于加工，而梯形截面可以使两侧与相应永磁体的相应侧面密切贴合，有利于提高牢固性和可靠性。

对于上述第(2)种安装方式(即当周向相邻的所述永磁体之间设有轴向延伸的固定压条时)，所述轴向延伸的固定压条通过螺钉紧固在所述转子壳体上并与所述永磁体的两侧侧面紧压，所述轴向延伸的固定压条的横截面呈矩形或梯形，由此可以进一步提高安装的牢固性并进一步优化磁场。

所述永磁体的径向外表面可以为轴线与所述中心轴轴线重合的圆柱曲面，所述永磁 体的径向内表面为轴线与所述中心轴轴线重合或平行的圆柱曲面或者为由多个轴线相互平行的圆柱曲面相接而成的曲面，所述多个圆柱曲面的连接线可以位于轴线与所述中心轴轴线重合的圆柱曲面上。

作为进一步的优选结构，所述永磁体横截面(垂直于中心轴轴线方向上的截面)在径向上的外边缘61(径向上远离中心轴的边缘)呈圆心位于所述中心轴轴线上(在永磁体横截面所在平面上，所述中心轴轴线表现为一个点，下同)的圆弧线形，所述永磁体横截面在径向上的内边缘62(径向上靠近中心轴的边缘)呈单一的圆弧形或者为由多段圆弧相互连接成的曲线，通过这些曲线表面的优化设计，可以明显地改善气隙磁场波形，减小畸变率。

图2(a)-(c)给出涉及永磁体横截面在径向上的内边缘形状的几个实施例：

图2(a)给出的实施例中：所述永磁体横截面在径向上的内边缘呈单一的圆弧形，其圆心位于所述中心轴轴线上，外边缘和内边缘的半径分别为R1和R2，形成在径向上等厚的永磁体，使各永磁体径向内、外表面分别位于与所述转子壳体同轴的相应圆柱面上(转子壳体与中心轴同轴)，并使永磁体在径向上的内表面与定子的外表面之间间距相等；

图2(b)给出的实施例中：所述永磁体横截面在径向上的内边缘呈单一的圆弧形，其半径与所述永磁体横截面在径向上的外边缘的半径相等，均为R1，其圆心位于所述永磁体横截面外边缘中点与所述中心轴轴线所确定的直线上，由此形成永磁体中央厚两侧薄的结构，有利于消除边缘谐波；

图2(c)的实施例中，所述永磁体横截面在径向上的内边缘可以采用图2(a)实施例的形状，也可以采用图2(b)实施例的形状，其特殊之处在于将图2(a)实施例和图2(b)实施例中永磁体横截面在径向上的内边缘与永磁体横截面的周向侧边通过一个小的凹圆弧线(半径为R3)连接，而不是通常情况下的直接连接或者通过凸形圆角连接，由此可以更有效地减小边缘谐波。两边圆弧的设置起到了类似“削角”的效果，有利于进一步减小转矩脉动，优化磁场，明显地消除或减小高次谐波的作用力，为电动机在低速/超低速、大扭矩下稳定工作提供基础保证。

所述永磁体的长度(轴向长度)可以在30-95mm之间，所述永磁体的厚度(当永磁体为不等厚结构时，指最大厚度)在8-18mm之间，由此在保证机械强度和磁场强度的前提下，可以明显地减小高次谐波的影响。

所述永磁体可以采用钕铁硼材料，以提高磁性能。

一种优选的所述永磁体材料满足下列条件，以保证电动机正常运行，提高适应性：

(1)剩磁在1.25T以上，内禀矫顽力在20-30kOe之间；

(2)150-180℃时的去磁曲线为一条直线，不出现去磁拐点或者出现去磁拐点但其最大去磁工作点b_mh高于其去磁拐点。

由此，所述永磁体应选取牌号为SH、UH或EH钕铁硼材料，或者性能相当或更优的其他可能牌号的钕铁硼材料。采用具有上述特点的永磁材料，可以消除传统的低速大扭矩电动机的永磁体在起重机运行工况下必将产生的不可逆去磁风险，是本发明能够实现低速或超低速、大扭矩的重要保证。

所述定子槽可以采用梨形槽，槽口尺寸k在2.5-4.5mm之间，绕组节距为1，由此可以明显地优化定子磁场，消除或减小高次谐波，改善频率特性，提高出力，节省材料，降低铜耗。

这种电动机的优化极弧系数为0.8-0.9，优化极槽配合采用8极9槽、10极12槽、20极24槽、30极36槽、22极24槽、16极18槽或32极36槽配合方式，以获得优化的气隙磁场，消除齿槽转矩。

经过上述改进，在优选的实施例下并结合其他配套的优化装置(例如优质变频器)，本发明电动机的气隙磁场波形的畸变率可降低50％—80％，使气隙磁场波形畸变率控制在15％或10％以下，反电动势波形的畸变率控制在10％或8％以下，由此大幅度提高了电动机的运行平稳性、降低了噪音、减小了转矩脉动且有助于增加转矩输出，并有助于控制温升，因此在超低速大扭矩的情形下依然能够正常运行，特别适用于卷筒直驱(以转子壳体作为卷筒)的起重机起升机构及其他类似场合。

为提高散热能力，改善散热效果，特别是对于某些产热量大的使用场合，可以在电动机内部设置散热风道，通过自然通风或强制通风的方式，直接在电动机内部通风降温。

例如，可以设有下列任意一种或多种内冷却结构(参见图5-8)：

(1)所述中心轴为中空轴，所述中心轴的轴孔9构成用于轴内冷却的轴内散热风道(参见图5)；

(2)所述定子铁心的外侧面与所述外转子的内侧面之间设有构成定子外散热风道10的环形缝隙(参见图6)；

(3)所述定子铁心内设有构成定子内散热风道11的轴向通孔(参见图6)。

所述定子铁心可以由若干相同结构的沿轴向叠置的定子冲片组成，在此情况下，在所述定子冲片上冲制有若干散热风道孔以叠成所述定子内散热风道，由此可以在基本上不增加加工工艺或工艺难度的情况下，形成所需的定子内散热风道。

所述定子冲片上的若干散热风道孔可以沿同一圆周均匀分布，由此可以均衡各处的散热效果。当需要设置多层散热风道孔时，所述定子冲片上的若干散热风道孔可以沿多个圆周分布，各圆周的若干散热风道孔均匀分布。

所述定子冲片上分布于同一圆周上的的若干散热风道孔的形状和大小相同，均为以所述定子冲片的中心为圆心的弧形长条孔，由此可以保证定子铁心强度的情况下有效地提高风道的散热面积。

所述定子冲片上的散热风道孔距该定子冲片内边缘(位于中央的中心轴安装孔的边缘)的距离小于距该定子冲片外边缘的距离，由此在综合定子外散热风道和定子内散热风道作用的情况下，提高总体散热效率和散热能力。

当需要强制通风时，可以采用下列任意一种强制通风结构：

(1)当所述中心轴为中空轴时，所述中心轴出风端的轴孔敞口，所述中心轴出风端的轴孔内设有轴内抽风风机，当还设有定子外散热风道和/或定子内散热风道时，所述定子铁心的两端分别与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带12的间隙，所述定子外散热风道和/或定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述中心轴出风端的侧壁上设有连通所述中心轴的轴孔和相应端的所述端部匀压气隙带的中心轴侧孔13，所述轴内抽风风机位于该中心轴侧孔的外侧；

(2)当设有定子外散热风道和/或定子内散热风道时，所述定子铁心的两端分别与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带12的间隙，所述定子外散热风道和/或定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述进风端的固定盘上设有进风风道，所述进风风道的数量为一个或多个，所述进风风道内串接有进风气泵，位于所述进风气泵两端的所述进风风道上均设有进风单向阀，所述进风气泵包括缸体，所述缸体轴向设置在相应的所述固定盘上，所述缸体内设有与其配套的活塞，所述活塞连接有延伸到所述固定盘内侧的活塞杆，所述缸体内的空腔由所述活塞分隔为有杆腔和无杆腔，所述有杆腔位于所述无杆腔的内侧，所述中心轴上设有位于相应端的所述端部匀压气隙带内且与所述活塞杆构成凸轮机构的多级凸轮，所述多级凸轮转动时推动所述活塞杆往复移动，所述进风气泵的进气口和出气口均设置在所述无杆腔的底部。当在上述情况下还设有轴内散热风道时，所述中心轴进风端的侧壁上设有连通所述中心轴的轴孔和相应端的所述端部匀压气隙带的中心轴侧孔，由此使各散热风道相互连通。

下面给出几种散热冷却的具体实施方式：

例如，可以通过所述定子外散热风道和定子内散热风道进行电动机内的通风散热，在此情况 下，两个所述端部匀压气隙带12应分别连通各自的通风风道14，所述通风风道可以开设在相应端的固定盘上并与相应端的端部匀压气隙带相连接(参见图7)，以简化结构，降低风阻和提高效率，其中一个固定盘(例如右端的固定盘)上的通风风道用作进风风道，另一个固定盘(例如左端的固定盘)上的通风风道用作出风风道，当需要进行强制通风时，至少一个所述固定盘上的通风风道设有强制通风装置，通过强制通风装置的通风作用(鼓入和/或抽出)，在所述定子内散热风道和定子外散热风道形成具有所需风量和压力的气流，定子铁心上的热量通过热交换散到定子内散热风道和定子外散热风道的气流中被气流带出，由此实现高效强制散热的目的。上述定子外散热风道和端部匀压气隙带均可以是现有电动机的相应间隙，可以根据散热和匀压的需要进行尺寸和形状上的改进而无需另外重新设置，有利于简化结构。

所述进风风道和出风风道的数量可以均为若干个，根据需要也可以是一个，所述进风风道的数量与所述出风风道的数量可以相等也可以不相等。

所述进风风道和所述出风风道分别开设在相应端的固定盘上，所述出风风道上设有出风单向阀15，所述强制通风装置为进风气泵16，所述进风气泵的数量为若干个，分别串接各自对应的所述进风风道中，所述进风气泵两端的进风风道上均设有相应的进风单向阀(例如相对于所述气泵而言的进气阀17、排气阀18)。对所述气泵的驱动和工作方式控制可以通过任意适宜的现有和其他可能的适宜技术。

所述进风气泵包括缸体，所述缸体轴向设置在相应的所述固定盘上，所述缸体内设有配套的活塞，所述活塞连接有延伸到所述固定盘内侧的活塞杆，所述缸体内空腔由所述活塞分隔为有杆腔和无杆腔，所述有杆腔位于所述无杆腔的内侧，所述中心轴上设有位于相应端部匀压气隙带内且与所述活塞杆构成凸轮机构的多级凸轮19，所述多级凸轮转动时推动所述活塞杆往复移动，所述进风气泵的进气口和出气口均设在所述无杆腔的底部，由此所述无杆腔构成所述进风风道的一部分，实现所述气泵在所述进风风道上的串接。通常在活塞杆顶端可以设置与所述凸轮配合的轮子，所述凸轮的凸台也可以采用一个顶弧与两个内弧平滑连接的曲面结构，以减小摩擦。电动机工作时，所述固定盘随外转子转动并通过所述多级凸轮带动所述各个气泵的活塞杆往复移动，进而带动各个气泵的活塞往复移动，随着活塞的移动，依靠所述进风气泵两端进风风道上的进风单向阀的作用，外部空气进入无杆腔，再从无杆腔进入相应端的匀压气隙带，经过定子内散热风道和定子外散热风道后，经另一端的出风口流出。根据实际需要，可以通过适宜的气泵数量(进风风道数量)、气泵参数及凸轮上的凸台数量等，可以满足电动机散热对风量和风压的要求。这种气泵无需另接外部动力，在电 动机工作时自动开始工作，电动机停止时自动停止，非常方便。

作为上述两端通风风道均开设在固定盘上的替代方案，所述通风风道也可以均开设在相应端的中心轴上(如图8)，或者一端的通风风道开设在固定盘上，另一端的通风风道开设在固定盘上(如图9)。将通风风道开设在中心轴上有利于提高对强制通风装置的适应性，简化与强制通风装置之间的连接结构，并提高通风能力，所述开设在中心轴上的通风风道可以由开设在所述中心轴端部的中心轴轴向孔(相当于从轴端向内延伸一定长度的中心轴轴孔)20和设置在所述中心轴轴向孔的侧壁上的中心轴侧孔21构成，所述中心轴轴向孔的外端开口，里端封堵(包括采用封堵件封堵或设置成盲孔)，所述中心轴侧孔的一端连通相应端的端部匀压气隙带，另一端连通所述中心轴轴向孔。

当采用送风风机作为强制通风装置时，在进风端的中心轴上开设进风风道，所述送风风机的出风口连通所述进风风道或者直接将适宜的送风风机安装在所述进风风道内，与这种强制通风方式相适应，所述出风风道可以开设在相应端的固定盘上，也可以开设在相应端的中心轴上，当所述出风风道开设在相应端的固定盘上，所述开设在相应端的固定盘上的出风风道的数量通常可以为多个，以提高通风能力。

当采用抽风风机作为所述强制通风装置时，将所述出风风道设在相应端的中心轴上，所述抽风风机的进风口连通所述出风风道或者直接将适宜的抽风风机安装在所述出风风道内，与这种强制通风方式相适应，所述进风风道可以开设在相应端的固定盘上，也可以开设在相应端的中心轴上，当所述进风风道开设在相应端的固定盘上，所述开设在相应端的固定盘上的进风风道的数量通常可以为多个，以提高通风能力。

对于进风风道和出风风道均设置在中心轴上的上述冷却方式，如果将中心轴上的进风风道和出风风道连通(实际上就是采用贯通的中心轴轴孔)，形成轴内散热风道，并适当设置进风端和出风端的中心轴侧孔13的大小，使定子外散热风道、定子内散热风道及轴内散热风道中的空气流量符合要求，就可以同时实现定子外散热风道、定子内散热风道及轴内散热风道同时散热的目的。

如图9所示，所述中心轴轴孔的进风端通过堵板22封堵(封闭)，所述出风端的中心轴轴孔内设有引风机23或者所述出风端的中心轴轴孔连接有引风机。引风机启动后，外部冷空气从进风端固定盘上的进风风道进入该端的端部匀压气隙带，一部分经过外散热风道后进入出风端的端部匀压气隙带，然后通过相应端的中心轴侧孔进入中心轴轴孔，另一部分经过进风端的中心轴侧孔进入该端的中心轴轴孔，沿中心轴轴孔流入出风端，两部分空气流在出风端中心轴轴孔内汇合，经引风机送出中心轴，由此形成对定子外表面和中心轴内部的 强制风冷，由此实现高效强制散热的目的。

所述电动机的编码器可以采用外转子编码器，也可以采用常见的内转子编码器。

通常，所述编码器为旋转编码器，包括相互旋转连接的内套24和外套25，所述内套和外套之间留有间隙，所述内套和外套上设有对应的位置感应元件，以保证外套相对于内套的转动，以获得相应的传感信号。

当所述编码器为安装在所述转子壳体左端的外转子编码器时(参见图10)，所述内套套接在从左端延伸出来的所述中心轴上并与所述中心轴固定连接，所述外套与所述转子壳体固定连接(可以直接固定，也可以借助其他结构件间接固定)，所述中心轴、转子壳体、内套和外套同轴。工作时，所述内套与所述中心轴一起固定不动，所述外套与所述转子壳体完全同步地转动，所述外套的角位移、旋转速度、旋转加速度等参数与所述转子壳体完全相同，有利于保证检测数据的可靠性和提高检测精度。

所述内套与所述中心轴固定连接的方式可以为套接在所述中心轴上的所述内套与所述中心轴之间设有联接键26，这种连接固定的方式结构简单，安装方便，可靠性好。

所述中心轴左端用于连接所述内套的轴颈为阶梯轴颈，所述内套的右端由所述阶梯轴颈上的相应止口定位，所述内套的左端由固定套接在所述阶梯轴颈的止推环27定位，由此通过简单的结构保证内套在轴向上的定位和固定。

所述阶梯轴颈上还可以套接有隔套28，所述隔套位于所述内套与位于所述内套左侧用于定位的所述内套止口之间，所述隔套的右端与所述止口的端面相接，所述隔套的左端与所述内套的右端相接，所述止推环的右端与所述内套的左端相接，通过隔套的设置，以利于将内套定位在适宜的轴向位置上。

所述隔套可以由一段套筒结构构成，所述套筒结构的轴向中部设有环形隔板，所述环形隔板位于左端的所述转子轴承的左侧，其外径大于该转子轴承的内径，由此还可以对相应端的转子轴承起到防护作用。

位于左端的所述固定盘的外边缘部位通过螺栓紧固在所述转子壳体相应端口处的环形凸缘29上，所述固定盘的内圆与相应转子轴承的外圈固定连接，由此方便有效地实现了所述转子壳体左端端口的封堵以及转子壳体与转子轴承之间的连接。

由于现有技术背景下，通常能够用作所述转子轴承的轴承外径大于所述外套的外径，因此，所述外套上设有外套法兰30，所述外套法兰位于一连接用法兰盘31的左侧，并通过螺栓紧固在该连接用法兰盘的内边缘部位上，所述连接用法兰盘位于所述左端的固定盘的左侧，所述连接用法兰盘的外边缘部位通过螺栓紧固在所述左端的固定盘的内边缘部位， 由此实现所述外套与所述转子壳体之间的固定连接。由此方便有效地解决了因所述编码器外套大小和位置等因素无法直接与固定盘连接的问题。

在上述外转子编码器的安装方式下，所述中心轴的左端与右端一样，安装在其对应的左刚性支座32上，所述左刚性支座安装在所述外转子编码器的外侧，由此不仅方便了编码器的安装，简化连接结构，也便于使用和维护。

当所述编码器为安装在所述转子壳体左端的内转子编码器33时(参见图11)，通常采用小孔径内转子编码器，所述小孔径内转子编码器设有连接用阶梯轴34和轴承支座，所述连接用阶梯轴通过外轴承35安装在所述轴承支座上，所述连接用阶梯轴的右端设有径向凸缘，所述径向凸缘同轴连接所述左端的固定盘4，所述编码器的内套固定套接在所述连接用阶梯轴的左端部或通过联轴器36或类似连接件与所述连接用阶梯轴的左端同轴连接，所编码器的外套通过连接件与所述轴承支座固定连接。由于编码器的内套通过连接用阶梯轴与所述转子壳体3同轴连接，通过相应的连接件使外套固定不动，由此可以将常规技术下的内转子编码器用于直径较大的外转子电动机的检测，例如本发明公开的超低速大扭矩电动机。

所述轴承支座优选由上座37和下座38两部分对接而成，所述上座和下座通过螺栓紧固在一起，以方便加工、安装和维护。

所述外轴承优选采用单列或双列调心轴承，以改善和提高受力性能。

所述轴承支座上固定设有用于轴承外圈轴向限位的挡环39和轴承盖40，所述挡环位于所述外轴承的右侧，所述轴承盖位于所述外轴承的左侧，所述挡环和轴承盖与所述连接用阶梯轴之间留有间隙，以实现可靠的定位并避免对连接用阶梯轴的妨碍。

所述连接用阶梯轴上各轴段的直径由右到左逐段递减，以适应于转子壳体和编码器上相应件的安装尺寸要求。

所述连接用阶梯轴可以为实心或空心的回转体结构件，当采用空心结构时，可以通过中孔进行穿线和通风等。

所述编码器外套与所述轴承支座之间的连接件包括过渡连接用的异型法兰41，所述异型法兰的两端分别为外缘环形连接部和内缘环形连接部，所述外缘环形连接部和内缘环形连接部之间的部分呈带有环形阶梯的筒状，所述外缘环形连接部位于所述异型法兰的右端，与轴承盖连接，所述内缘环形连接部位于所述异型法兰的左端，与所述外套上的安装法兰连接，由此不仅适应了电动机和编码器上相应件的轴向位置和径向尺寸的连接要求，而且还对外轴承等件起到有效的保护作用。

所述刚性支座(右刚性支座和，如果有的话，左刚性支座)可以采用任意适宜的形 式，由于圆柱形的光轴和圆柱形的光孔之间的摩擦力有限，因此当中心轴的扭矩很大时，易于出现打滑，因此，可以通过将相互配合的中心轴轴段和轴安装孔42设置成非圆形，例如多边形孔(参见图12)和鼓形孔(图16)，或者通过销43或螺栓等沿径向穿过位于刚性支座和中心轴上的孔(参见图14)，使其一部分位于刚性支座内，另一部分位于中心轴内，由此阻止中心轴相对刚性支座转动，还可以通过将轴安装孔设置成花键孔(参见图17)、或者在中心轴和轴安装孔之间设置联接键44(参见图15)等方式阻止中心轴相对刚性支座旋转。

所述轴安装孔可以直接设置在所述刚性支座上，即设置在所述刚性支座的本体上，优选地，刚性支座可以采用由刚性支座的本体和调整套45分体结构，所述轴安装孔设置在所述调整套的中央，所述调整套的外侧呈圆柱形，所述刚性支座的本体上设有与所述调整套外缘对应的调整套安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配合，并设有或者不设有紧固螺栓上，安装时可以将所述调整套与中心轴作为整体安装到刚性支座的本体的调整套安装孔中，而调整套安装孔为圆柱形孔，方便中心轴找正，降低了中心轴安装时周向角度调整的难度和两刚性支座的同轴调整难度，还降低了刚性支座和中心轴轴颈的加工要求，当中心轴的两端均安装在刚性支座上时，通常至少有一个刚性支座为上述设置有调整套的刚性支座。

所述定子温度传感器的数量为一个或多个，所述定子温度传感器的设置位置(是指采集温度的位置，对应温度采集部位)可以为一个或多个，由此可以根据不同需要以及加工和操作上的便利，灵活设置定子温度传感器的数量和安装位置。

例如，所述定子温度传感器可以设置在下列任意位置上：

a)所述定子温度传感器设置在所述定子铁心上的定子槽内，位于相应定子槽槽壁和该定子槽内的绕组之间，由此采集到的温度基本上体现出定子铁心的温度，可视为或用作定子铁心的温度；

b)所述定子铁心内部设有定子温度传感器安装孔，所述定子温度传感器嵌装在所述定子温度传感器安装孔内，由此可以更为精准地采集到定子铁心内部的温度，可以将所述定子温度传感器安装孔设置在定子铁心的最高温度部位，以获得定子铁心上的最高温度，避免因实际采集到的定子铁心内部温度低于其最高温度致使这些部位因温度超过铁心的工作温度上限值而出现故障；通常，所述定子温度传感器安装孔可以在相应铁心片的冲制过程中冲制出来；

c)所述定子温度传感器设置在所述定子铁心的定子槽内的绕组内部，由此可以直接采集到绕组的内部温度。基于与前面所述同样的理由，绕组内部设置的定子温度传感器也优选设置在 绕组内的温度最高部位；

d)所述中心轴内还可以设有或不设有用于采集中心轴温度的定子温度传感器，通过用于采集中心轴温度的定子温度传感器可以获得中心轴温度，以便与其他温度相比较，分析研究电动机上的温度梯度变化，并可以在控制要求相对较低的情况下作为控制依据或者通过修正后作为控制依据。

如果将测温探头放置于电动机轴承或者电动机外壳上进行测温，不能反映出电动机内部的产热和温度状况。特别是对应外转子永磁同步电动机而言，定子绕组的铜损和定子铁心的铁损是发热的主要原因，而这些热能首先引发定子铁心和定子绕组的温度上升，经过较长的路径才到达外壳或轴承，因此，从外壳或轴承测得的温度不能真实地体现定子内部的温度，不利于对电动机状态作出准确的判断，也不利于对电动机进行精确的控制。另外由于人们是通过时间试验而定义电动机的工作级别，但在实际的运行过程中，使用者一般不会去统计电动机运行的时间，运行到工作级别限定的最大工作时间后，经常会出现不对电动机进行停机等处理而继续运行的现象，在人们不掌握电动机内部温度的情况下，易于导致事故发生，而如果完全依据工作制工作，尽管通常可以保证安全运行，但往往也存在电动机未达到应停机的内部温度之前就停机的现象，导致电动机的利用率下降，影响工作效率可以通过定子温度判定电动机的疲劳状态，因此，通过定子温度判断电动机疲劳状态和程度更为准确，可以设定与定子上温度采集部位相对应的工作温度上限值，当采集到的温度达到或超过相对应的工作温度上限值时，判断电动机疲劳并依此判断控制停机，当所采集到的温度低于相对应的工作温度上限值时，判断电动机未疲劳并允许电动机进行工作。

当所述定子温度传感器所采集到的温度低于相对应的工作温度上限值时，计算达到相对应的工作温度上限值的电动机持续工作时间，并以此作为允许电动机继续持续工作的最大时长，由此使使用者了解和掌握电动机的实际情况，对电动机后续的工作时间做到心中有数。所述最大时长的计算，可以依据设定的程序，周期性或在一定条件下计算，也可以依据人工输入的指令进行相应的温度采集和计算。

这种电动机还可以设有用于在线获得电动机电流的电流信号采集装置和/或用于在线获得电动机电压的电压信号采集装置，所述电流信号采集装置为用于采集定子绕组的电流输入信号的电流传感器和/或为能够输出其电流输出信号的变频器，所述电压信号采集装置为用于采集定子绕组的电压输入信号的电压传感器和/或为能够输出其电压输出信号的变频器，当两种信号都通过变频器获得时，输出电流信号和电压信号的变频器可以是同一变频器，通过电流信号采集装置获得电流信号，以所述电流信号为荷载传感信号或者由所述电流 信号计算并获得荷载数据，通过所述电压信号采集装置获得电压信号，以所述电压信号为旋转速度的传感信号或者由所述电压信号计算并获得转速数据。

分别利用电流信号和电压信号确定电动机荷载和电动机运行速度的原理如下：对所述永磁同步电动机进行I_d＝0的矢量控制，在控制器的作用下，定子绕组供电电流(即定子电流)只有纯转矩电流I_q，而没有励磁电流I_d。电动机运行在这种模式下，电动机荷载与绕组供电电流之间以及电动机运行速度与绕组供电电压(即定子电压)之间存在确定的正相关关系。因此，直接获取到电动机电压信息和电流信息，就相当于知道了电动机运行速度和电动机荷载，相比现有技术下的各种直接检测电动机运行速度和电动机荷载的检测方式更为可靠，且实现起来更为简单、快捷。

图18显示了上述矢量控制状态下一种用作起重机无齿轮起升机构的大力矩低速永磁同步电动机的电流负载曲线，在任意确定的电流下都对应于确定的载荷(吊重)，因此根据绕组供电电流就可以计算得出电动机的吊重，也可以根据实际需要直接将所采集的电流信号用作体现吊重的传感信号，在电动机/起重机超载控制中，根据吊重与电流之间的关系设定确认吊重超载的电流信号阈值，当所采集的电流信号达到或超过给定的电流信号阈值时，启动超载保护动作，停止电动机工作，由此极大的方便了吊重信号的采集以及电动机超载的确认，极大地简化了数据处理量，避免了现实中因重量传感器导致的吊重数据失真和吊重超载控制不准确的缺陷，也有助于减小和消除因屏蔽称重仪所带来的安全隐患。

图19显示了上述矢量控制状态下一种用作起重机无齿轮起升机构的大力矩低速永磁同步电动机的电压/转速曲线，该曲线为一上升的单曲线，在任意确定的电压下都对应于确定的电动机运行速度，因此依据绕组供电电压可以计算得出电动机的电动机运行速度，也可以根据实际需要直接将所采集的电压信号用作体现电动机运行速度的传感信号送入相应的监控装置，监视或控制电动机的运行状态，但需要限定电动机最高转速时，可以根据电动机运行速度与电压之间的关系设定确认电动机运行速度超速的电压信号阈值，当所采集的电压信号达到或超过给定的电压信号阈值时，启动超速保护动作，由此为电动机运行速度的在线检测提供了一种便捷的方式。

作为本发明电动机的一个重要的应用方式，可以用作起重机起升机构的起升电动机，以这种电动机的转子壳体直接卷绕起升机构的钢丝绳49，以消除为减速传动而设置的庞大的齿轮箱。图20给出了在这种应用下的起重机小车的实施例，该起重小车包括由左、右端梁和两端分别与所述左、右端梁连接的平衡梁构成的小车架，还包括起升电动机和钢丝绳卷绕机构，所述左、右端梁分别安装有相应的主动车轮/主动车轮组和被动车轮/被动车轮 组，所述主动车轮/主动车轮组配有车轮驱动电动机，所述起升电动机采用本发明公开的任意一种超低速大扭矩电动机，所述起升电动机通过左、右两端的刚性支座46安装在所述左、右端梁上，所述刚性支座与所述电动机的安装轴之间设有用于防止两者相对转动的防转结构，所述安装轴通常为电动机的中心轴，与刚性支座间固定连接，所述电动机的转子壳体3用于缠绕钢丝绳，构成所述钢丝绳卷绕机构的卷筒，所述钢丝绳卷绕机构还包括与所述钢丝绳配套的滑轮组，所述滑轮组由动滑轮和定滑轮组成，所述定滑轮的数量和所述动滑轮的数量分别为一个或多个，所述定滑轮安装在所述平衡梁上，而所述动滑轮则安装在动滑轮支架内，所述动滑轮支架内设有动滑轮心轴，所述动滑轮通过轴承或者轴套安装在所述动滑轮心轴上，所述动滑轮支架上安装有吊钩48。由于起升电动机的外转子直接作为卷筒，省去了现有技术下的齿轮箱，由此不仅避免了因齿轮箱带来的各种缺陷，而且还可以充分利用外转子永磁同步电动机特别是低速(含超低速)大扭矩外转子永磁同步电动机所具有的各种优越性能。

所述起升电动机一端的所述固定盘连接有旋转编码器，由此可以通过旋转编码器采集外转子的位置信息和运动信息，另一端的所述固定盘配有与其配套形成盘式制动器的制动钳装置，该固定盘构成所述盘式制动器的制动盘并通过其径向延伸在所述外转子的壳体之外的盘体(也可以是与相应端的固定盘固定连接的制动法兰盘)与所述制动钳装置的摩擦块配合，由此可以对起升电动机的工作进行控制，通过盘式制动器进行起升电动机的制动和/或制动后的位置保持，所述盘式制动器优选电磁盘式制动器，以方便控制，由于直接采用安装在所述转子壳体一端的固定盘连接编码器，另一端的固定盘直接用作钳式制动器的制动盘，由此不仅结构简单，而且可以提高了精度和可靠性。

本发明所称瓦形六面体是指其主体部分呈类似于瓦的柱体，包括两个径向的表面、两个周向的表面和两个轴向的表面，其中径向的两个表面和周向的两个表面相互间隔两两连接形成柱体的侧面，轴向的两个表面构成该柱体的顶和底，呈近似扇形。柱体的任一棱边既可以是平面相交、曲面相交、平面和曲面相交形成的棱边，也可以是平滑过渡的曲面或其他任意适宜的结构。

本发明所称的永磁体上某个表面呈内侧削角状的斜平面状是指其径向的内侧向永磁体径向内表面中间倾斜的状态。

本发明所称的永磁体的两个周向侧面的削角角度是指以永磁体横截面的外边缘两端点与中心轴轴线的连线为度量基准，永磁体横截面的周向侧边与相应侧的上述连线的夹角。

本发明所称的凹圆弧线是指相对于其所在的实体来说，其弯曲方向使所述实体的体 积或面积变小的圆弧线。

本发明中数值范围“A-B”包含A、B两个端值。

本发明所称的插接方式是指通过在两件物体中的一件上设置凹槽，使另一件的某个部分插入到该凹槽中从而使二者相连接的方式。

本发明涉及中心轴以及转子壳体和定子等延伸方向与中心轴延伸方向相同的件时，除另有说明，所称两端或左右两端是指沿中心轴轴线方向的两端，其中“左”和“右”限定仅仅是为了表述上的便利，分别表述沿中心轴轴线方向的任意一端和与其相对的另一端，避免因表述不清导致两端相互混淆，不构成对实际使用时左右方向的限定。

本发明所称轴承连接为通过轴承实现的可旋转的活动连接。

本发明所称结构包括由一个件形成的结构和由多个件形成的结构，所称两个件之间设有的结构指对两个件相互间连接关系或作用方式产生影响的结构，包括这两个件或其中任一件本身形成的这种结构，也包括增加其他件后形成的这种结构。

本发明所称圆柱曲面为构成圆柱侧面的部分曲面，所称圆柱曲面的轴线为该圆柱曲面对应圆柱的轴。

本发明所称周向为沿圆周方向，对圆周上的任意一点，为该点的切线方向，所述径向为沿圆的直径方向，所称轴向为中心轴轴线或平行于中心轴轴线的延伸方式。除另有说明外，当涉及永磁体或涉及转子壳体和定子及其各部分时，所称轴向和径向涉及的圆周为在与中线轴轴线垂直的平面上且圆心在中心轴轴线上的圆周。

本发明所称的外和内是相对概念，在径向方向上，靠近中心轴轴线的方向为内，反之为外；在轴向方向上，向中心轴的两端延伸的方向为外，反之为内，例如，定子铁心位于固定盘的内侧。

本发明所称环形缝隙是指该缝隙的横截面呈环形。

本发明所称抽风风机指用于抽取空气的气体输送机械，可依据温度、风量和阻力等因素选用适宜的型式。

本发明所称多边形孔或鼓形孔指其横截面为多边形或鼓形的孔，同样，多边形柱(或其他立体结构)鼓形柱(或其他立体结构)指其横截面的外轮廓为多边形或鼓形的柱(或其他立体结构)，所称鼓形为由两条平行直线段以及分别连接这两条直线段两侧的同侧端点的两条弧线围成的图形，两条弧线相对于该该图形为中部向外凸的弧线，该图形相对于两直线段的中点连线镜像对称，相对于两弧线的中心连线也镜像对称。

本发明所称钢丝绳包括由多根或多股细钢丝拧成的挠性绳索，也包括用于其他任意适 宜材料制成的同用途绳索。

本发明所称梯形包括几何学所称的梯形和轮廓近似于几何学所称梯形的形状，由四条边组成，其上底和下底边缘线可以呈弧形，各线连接处可以呈角状，也可以呈平滑的过渡曲线状，同样，所述矩形包括几何学所称的梯形和轮廓近似于几何学所称矩形的形状。

本发明任意独立权利要求的各从属权利要求要求的附加技术特征作为独立的优化技术手段，既可以单独存在，也可以与该独立权利要求下的其他从属权利要求的附加技术特征组合，除非其中一个从属权利要求的某一(某些)附加技术特征是对另一个从属权利要求的某一(某些)附加技术特征的进一步限定。

除本发明明确记载或依据公知常识可以得出本发明对任意一个技术手段的任意一个优选/限定依赖于对另一个技术手段的限定外，本发明对任意一个技术手段的任意一个限定可以与对任意另一个技术手段的任意一个限定任意组合以形成相应的技术方案。

Claims (21)

1. 一种电动机的外转子，包括筒状的转子壳体，所述转子壳体的内壁上安装有多个永磁体，所述多个永磁体采用相同的瓦形六面体结构，其特征在于所述永磁体在周向和轴向两个方向上规则排列，所述永磁体的两个周向侧面呈内侧削角状的斜平面状。
2. 如权利要求1所述的外转子，其特征在于所述永磁体周向侧面的削角角度为5-35度。
3. 如权利要求2所述的外转子，其特征在于任一周向上和任一轴向上排列的所述永磁体的数量都是多个，所述永磁体在周向上沿圆周对齐且均匀分布，在轴向上沿直线对齐且均匀分布。
4. 如权利要求3所述的外转子，其特征在于所述永磁体在轴向上的长度在30-95mm之间，所述永磁体的厚度在8-18mm之间。
5. 如权利要求4所述的外转子，其特征在于周向上相邻的所述永磁体之间留有间距且设有轴向延伸的固定压条，所述固定压条固定连接在所述转子壳体上，所述固定压条的周向两侧分别压紧在相邻永磁体的周向侧面上。
6. 如权利要求5所述的外转子，其特征在于所述固定压条的截面形状呈矩形、梯形、圆形或椭圆形，所述固定压条采用螺钉紧固、粘结或插接方式固定在所述转子壳体上。
7. 如权利要求5所述的外转子，其特征在于所述固定压条与所述转子壳体的内壁之间留有压条紧固间隙，所述压条紧固间隙是空的，或者所述压条紧固间隙内填充有非导磁的粘结剂，或者所述压条紧固间隙内设有非导磁的垫。
8. 如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的外转子，其特征在于所述永磁体横截面在径向上的外边缘呈圆心位于所述转子壳体的轴线上的圆弧线形，所述永磁体横截面在径向上的内边缘采用以下任意一种形式：

   (1)所述内边缘为一圆弧，该圆弧的圆心位于所述转子壳体的轴线上，该内边缘的两端均与所述永磁体横截面的相应周向侧边直接连接；

   (2)所述内边缘为一圆弧，该圆弧的半径等于所述外边缘的半径，圆心位于所述外边缘的中点与所述外边缘的圆心的连接线的延长线上，该内边缘的两端与所述永磁体横截面的相应周向侧边均直接连接；

   (3)所述内边缘为一圆弧，圆心位于所述转子壳体的轴线上，该内边缘的两端均通过一个小的凹圆弧线与所述永磁体横截面的相应周向侧边连接；

   (4)所述内边缘为一圆弧，该圆弧的半径等于所述外边缘的半径，圆心位于所述外边缘的中点与所述外边缘的圆心的连接线的延长线上，该内边缘的两端均通过一个小的凹圆弧线与所述永磁体横截面的相应周向侧边连接。
9. 一种低速大扭矩电动机，包括外转子和定子，所述定子包括中心轴、固定安装在所述中心轴上的定子铁心以及固定安装在所述定子铁心上的定子绕组，其特征在于所述外转子为权利要求1-8中任意一项权利要求所述的外转子，所述转子壳体的两端均固定安装有固定盘，所述固定盘通过相应的转子轴承与所述中心轴旋转连接，所述中心轴的右端从与其连接的相应端轴承内延伸出来，固定安装在右刚性支座上，所述右刚性支座上设有轴安装孔，所述中心轴的右端部插入所述右刚性支座的轴安装孔且与所述右刚性支座之间设有用于防止两者相对转动的防转结构。
10. 如权利要求9所述的超低速大扭矩电动机，其特征在于所述定子铁心上设有用于嵌装所述绕组的定子槽，所述定子槽为梨形槽，槽口尺寸k在2.5-4.5mm之间，所述绕组的节距为1。
11. 如权利要求10所述的超低速大扭矩电动机，其特征在于所述定子采用8极9槽、10极12槽、20极24槽、30极36槽、22极24槽、16极18槽或32极36槽的极槽配合方式，极弧系数为0.8-0.9，所述永磁体采用钕铁硼材料，长度为30-95mm，厚度为8-18mm。
12. 如权利要求11所述的超低速大扭矩电动机，其特征在于所述定子设有用于采集定子内温度信号的定子温度传感器。
13. 如权利要求9、10、11或12所述的超低速大扭矩电动机，其特征在于设有内冷却结构，所述内冷却结构包括下列任意一种散热风道或任意多种散热风道的组合：

    (1)所述中心轴为中空轴，所述中心轴的轴孔构成轴内冷却的轴内散热风道；

    (2)所述定子铁心的外侧面与所述外转子的内侧面之间设有环形缝隙，所述环形缝隙构成定子外冷却的定子外散热风道；

    (3)所述定子铁心内设有轴向通孔，所述轴向通孔构成定子内冷却的定子内散热风道，所述定子铁心上的轴向通孔由组成所述定子铁心的定子冲片上冲出的相应散热风道孔连接而成；

    上述各散热风道的通风方式为自然通风和/或强制通风。
14. 如权利要求13所述的超低速大扭矩电动机，其特征在于所述内冷却结构采用下列任意一种强制通风结构：

    (1)当所述内冷却结构为所述轴内散热风道时，所述中心轴的轴孔内设有轴内通风风机，所述轴内通风风机为位于出风端的所述中心轴轴孔的轴内抽风风机和/或位于进风端的所述中心轴轴孔内的轴内送风风机；

    (2)当所述内冷却结构包括所述轴内散热风道、且包括所述定子外散热风道和/或所述定子 内散热风道时，所述定子铁心的两端分别与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间隙，所述定子外散热风道和/或定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述中心轴两端的侧壁上均设有连通所述中心轴的轴孔和相应端的所述端部匀压气隙带的中心轴侧孔，所述中心轴的轴孔的一端封闭，另一端设有轴内通风风机，所述轴内通风风机为位于出风端的所述中心轴轴孔的轴内抽风风机和/或位于进风端的所述中心轴轴孔内的轴内送风风机，所述轴内通风风机位于相应端的所述中心轴的侧孔的外侧；

    (3)当所述内冷却结构包括所述定子外散热风道和/或所述定子内散热风道、且包括或者不包括所述轴内散热风道时，所述定子铁心的两端分别与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间隙，所述定子外散热风道和/或所述定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，出风端的所述固定盘上设有连通出风端的所述端部均压气隙带的出风风道，所述出风风道的数量为一个或多个，进风端的所述固定盘上设有连通进风端的所述端部均压气隙带的进风风道，所述进风风道的数量为一个或多个，所述进风风道内串接有进风气泵，位于所述进风气泵两端的所述进风风道上均设有进风单向阀，所述进风气泵包括缸体，所述缸体轴向设置在相应的所述固定盘上，所述缸体内设有与其配套的活塞，所述活塞连接有延伸到所述固定盘内侧的活塞杆，所述缸体内的空腔由所述活塞分隔为有杆腔和无杆腔，所述有杆腔位于所述无杆腔的内侧，所述中心轴上设有位于进风端的所述端部匀压气隙带内且与所述活塞杆构成凸轮机构的多级凸轮，所述多级凸轮转动时推动所述活塞杆往复移动，所述进风气泵的进气口和出气口均设置在所述无杆腔的底部，当还包括所述轴内散热风道时，进风端和或出风端的所述中心轴的侧壁上设有连通相应端的所述中心轴的轴孔和所述端部匀压气隙带的中心轴侧孔，进风端的所述中心轴的轴孔封闭、部分封闭或者不封闭。
15. 如权利要求9、10、11或12所述的超低速大扭矩电动机，其特征在于所述转子壳体的左端连接有编码器，其连接方式为下列任意一种：

    (1)所述编码器为外转子编码器，包括相互旋转连接的内套和外套，所述中心轴的左端从与其连接的所述转子轴承内延伸出来，固定安装在左刚性支座上，所述左刚性支座上设有轴安装孔，所述中心轴的左端插入所述左刚性支座的轴安装孔内且与所述左刚性支座之间设有用于防止两者相对转动的防转结构，所述内套固定连接所述中心轴的左端，所述外套固定连接左端的所述固定盘，所述中心轴、转子壳体、内套和外套同轴；

    (2)所述编码器为内转子编码器并配有连接用阶梯轴和轴承支座，包括相互旋转连接的内套和外套，所述连接用阶梯轴通过外轴承安装在所述轴承支座上，所述连接用阶梯轴的右端 设有径向凸缘，所述径向凸缘同轴紧固在左端的所述固定盘上，所述编码器的内套固定套接在所述连接用阶梯轴的左端部或通过联轴器与所述连接用阶梯轴的左端同轴连接，所编码器的外套通过连接件与所述轴承支座固定连接，所述外轴承优选为单列或双列调心轴承。
16. 如权利要求15所述的超低速大扭矩电动机，其特征在于所述刚性支座采用下列任意一种：

    (1)所述刚性支座上的轴安装孔为多边形孔，与其连接的相应端的中心轴轴段呈相同的多边形，所述轴安装孔与插入其中的所述中心轴轴段过盈配合或过渡配合，相应的多边形结构构成了所述的防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的本体上或者设置在调整套上，当设置在所述调整套上时，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴安装孔设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的本体上设有与所述调整套外缘对应的调整套安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配合，并设有或者不设有紧固螺栓；

    (2)所述刚性支座上的轴安装孔为圆柱形孔，相应端的所述中心轴轴段呈圆柱状，所述刚性支座上设有若干穿透所述轴安装孔侧壁的销钉通孔，所述中心轴的相应轴段上设有若干分别与所述若干销钉通孔对接的若干销钉盲孔，若干销钉或销轴分别楔入所述相互对接的销钉通孔和销钉盲孔，所述销钉或销轴及其配套结构构成了所述防转结构；

    (3)所述刚性支座上的轴安装孔为圆柱形孔，相应端的所述中心轴轴段呈圆柱状，所述轴安装孔和插入所述轴安装孔内的所述中心轴轴段之间设有多个键，所述键及其配套结构构成了所述防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的本体上或者设置在调整套上，当设置在所述调整套上时，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴安装孔设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的本体上设有与所述调整套外缘对应的调整套安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配合，并设有或者不设有紧固螺栓；

    (4)所述刚性支座上的轴安装孔为鼓形孔，与其连接的相应端的所述中心轴轴段呈相同的鼓形，所述轴安装孔与插入其中的所述中心轴轴段过盈配合或过渡配合，相应的鼓形结构构成了所述的防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的本体上或者设置在调整套上，当设置在所述调整套上时，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴安装孔设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的本体上设有与所述调整套外缘对应的调整套安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配合，并设有或者不设有紧固螺栓；

    (5)所述刚性支座上的轴安装孔为花键孔，与其连接的相应端的所述中心轴轴段为花键轴，二者间所采用的上述花键结构构成了所述防转结构。
17. 如权利要求9、10、11或12所述的超低速大扭矩电动机，其特征在于所述定子设有用于采集定子内温度信号的定子温度传感器，通过所述定子温度传感器采集定子内的实时温度，依据采集到的所述定子内的实时温度判定电动机的疲劳状态，设定与所述定子温度传感器的温度采集部位相对应的工作温度上限值，当相应定子温度传感器采集到的温度达到或超过相应的工作温度上限值时，判断为电动机疲劳并依此判断控制停机，当所采集到的温度低于相应的工作温度上限值时，判断为电动机未疲劳并允许电动机进行工作。
18. 如权利要求9、10、11或12所述的超低速大扭矩电动机，其特征在于设有用于在线获得电动机电流的电流信号采集装置，所述电流信号采集装置为用于采集定子绕组的电流输入信号的电流传感器和/或为能够输出其电流输出信号的变频器，通过电流信号采集装置获得电流信号，以所述电流信号为荷载传感信号或者由所述电流信号计算并获得荷载数据。
19. 如权利要求9、10、11或12所述的超低速大扭矩电动机，其特征在于设有用于在线获得电动机电压的电压信号采集装置，所述电压信号采集装置为用于采集定子绕组的电压输入信号的电压传感器和/或为能够输出其电压输出信号的变频器，通过所述电压信号采集装置获得电压信号，以所述电压信号为旋转速度的传感信号或者由所述电压信号计算并获得转速数据。
20. 一种起重机，其特征在于包括如权利要求9-19中任意一项权利要求所述的超低速大扭矩电动机，所述超低速大扭矩电动机的转子壳体用作所述起重机的起升机构的卷筒，用于连接和卷绕所述起升机构的钢丝绳。
21. 如权利要求20所述的起重机，其特征在于所述电动机一端的所述固定盘连接有旋转编码器，另一端的所述固定盘设有与其配套组成盘式制动器的制动钳装置，该固定盘构成所述盘式制动器的制动盘，通过其径向延伸在所述外转子的壳体圆周之外的凸缘或与该固定盘固定连接的制动法兰盘与所述制动钳装置的摩擦块配合。

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