專利名稱：高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)及應(yīng)用，屬于一種高 效節(jié)能、低轉(zhuǎn)速、大扭矩、連續(xù)調(diào)速的直接驅(qū)動永磁直流無刷電動機(jī)。
背景技術(shù)：
進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類對能源消費(fèi)的需求量迅速 增加。統(tǒng)計資料表明，方便、快捷的電能消耗一半以上是由電動機(jī)傳動裝置轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而 消耗的，人類即將直接面臨石油、煤炭、天然氣等不可再生資源的枯竭。圍繞著保護(hù)地球環(huán) 境、節(jié)省資源、第五能源的開發(fā)應(yīng)用高效電動機(jī)技術(shù)的全面研究應(yīng)用。在這種背景下，稀土永磁電機(jī)以其高效率節(jié)能、高可靠性、調(diào)速簡便、免維護(hù)、長壽 命等優(yōu)點(diǎn)引起國內(nèi)外專家高度重視，取得了豐碩研究和應(yīng)用成果。但在大功率、低轉(zhuǎn)速、大 轉(zhuǎn)矩應(yīng)用上還沒有充分挖掘潛力，存在著明顯的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)及應(yīng)用， 以達(dá)到高效節(jié)能，簡化傳動機(jī)構(gòu)，方便維護(hù)、降低維護(hù)成本，降低噪音、減少環(huán)境污染。本發(fā) 明按照通用型結(jié)構(gòu)設(shè)計，可對現(xiàn)有相關(guān)領(lǐng)域傳統(tǒng)電機(jī)進(jìn)行大面積替換改造。針對目前大功 率、大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速驅(qū)動應(yīng)用場合存在的傳動機(jī)構(gòu)復(fù)雜、效率低下、維護(hù)費(fèi)用高、噪音大、啟 動困難、選型上大馬拉小車、維護(hù)工作強(qiáng)度大的不足，本發(fā)明在提高電機(jī)制造工藝，高效節(jié) 能、簡化系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)，提高運(yùn)行的可靠性、安全性等方面具有顯著效果。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案本發(fā)明高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)及 應(yīng)用，主要包括兩個端蓋1、16、定子傳感器架37、密封端蓋33、機(jī)座4，嵌有三相星形聯(lián)接對 稱電樞繞組的定子和裝有條形切向永磁體45的(具有凸極特性)徑向磁場轉(zhuǎn)子、同軸式徑 向磁敏位置傳感器等組成。為節(jié)約制造成本，使新系統(tǒng)設(shè)計選型、老系統(tǒng)更新更經(jīng)濟(jì)、更方 便，便于系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，電機(jī)機(jī)座4、端蓋1和定子沖片39均采用國家標(biāo)準(zhǔn)Y系列電機(jī)標(biāo)準(zhǔn) 件。電機(jī)定子鐵芯6由若干片定子沖片39、用隔磁端環(huán)10、和扣片3固定而成，在疊片 時沿圓周扭斜一個槽距角；電機(jī)轉(zhuǎn)子是針對徑向勵磁方式的電機(jī)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計，由若干個轉(zhuǎn)子沖片40疊壓 在轉(zhuǎn)軸5上組成轉(zhuǎn)子鐵芯9，鐵芯截面上均布24個“丄”形磁極槽并且兩個相鄰的“丄”形 磁極槽中間沖有24個多功能梨形槽。為了有效的減輕轉(zhuǎn)子的重量，轉(zhuǎn)子鐵芯7上沖若干個 去重孔。條形切向永磁體45根據(jù)徑向勵磁極性要求嵌入“丄，，形磁極槽的“ I ”槽內(nèi)，條形 絕緣墊條8嵌入“丄”形磁極槽的“_”槽內(nèi)，支撐條形切向永磁體45。為了防止永磁體45 從槽內(nèi)脫出和金屬屑等雜物吸入“上”形磁極槽內(nèi)，兩端面用非導(dǎo)磁端環(huán)10端封并由雙頭 螺栓12穿過多功能梨形槽壓緊，構(gòu)成12對極切向磁鋼徑向磁場轉(zhuǎn)子。表貼式永磁位置傳感器轉(zhuǎn)子35由鋁合金或其他非導(dǎo)磁材料制成位置傳感器轉(zhuǎn)座43、外圓溝槽內(nèi)沿圓周粘貼徑向充磁的瓦形永磁體44構(gòu)成。徑向充磁的瓦形永磁體44將 位置傳感器轉(zhuǎn)座43外圓溝槽均分為二十四等份，十二對極。同軸磁敏扇形位置傳感器定子36由扇形PCB印制板41、裝于扇形PCB印制板41 上的開關(guān)霍爾元件Hl H3和扇形密封罩42組成。開關(guān)霍爾元件的磁敏面朝向軸芯。其特征在于1、電機(jī)機(jī)座4、端蓋1、定子沖片36采用國家標(biāo)準(zhǔn)Y系列標(biāo)準(zhǔn)機(jī)件，節(jié)約制造成本， 實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一；便于系列化、標(biāo)準(zhǔn)化；使新系統(tǒng)設(shè)計選型、老系統(tǒng)更新更 經(jīng)濟(jì)、更方便。2、制造工藝性好、裝配簡單，漏磁小、自然退磁降低。3、起動力矩大，無需大馬配小車，簡化系統(tǒng)，避免一次投資的浪費(fèi)。4、表貼式永磁位置傳感器轉(zhuǎn)座43由鋁合金或其他非導(dǎo)磁材料制成，與位置傳感 器定子36構(gòu)成同軸徑向磁敏結(jié)構(gòu)，不受軸的躥動影響，穩(wěn)定可靠。


圖1高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子配合示意2高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)的定子沖片示意圖；圖3高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片示意圖；圖4高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)轉(zhuǎn)子示意圖；圖5同軸式徑向磁敏位置傳感器定子示意圖；圖6同軸式徑向磁敏位置傳感器轉(zhuǎn)子示意圖；圖7立式高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)示意圖；圖8臥式高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)示意具體實(shí)施例方式本發(fā)明優(yōu)選的第一個實(shí)施例為一臺立式高效率大力矩永磁直流無刷采油螺桿泵 驅(qū)動電動機(jī)，見圖7。該電機(jī)的構(gòu)成是密封蓋、旋轉(zhuǎn)軸唇形密封、扇形位置傳感器定子、傳 感器定子支架、同軸徑向磁敏傳感器轉(zhuǎn)子、上端蓋、上軸承、殼體、由定子鐵芯和電樞繞組組 成的定子、下端蓋法蘭、組合下軸承、潤滑油池密封蓋、氈圈油封、水泥漿介質(zhì)軸用L形滑環(huán) 式組合下密封、裝有空心轉(zhuǎn)軸且由轉(zhuǎn)子鐵芯、切向永磁體、竹條墊板、推力圓柱滾子軸承套 組成的轉(zhuǎn)子、空心密封管部件、空心轉(zhuǎn)軸密封架、水泥漿介質(zhì)軸用L形滑環(huán)式組合上密封、 組合扶正軸承等。上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成一臺立式高效率大力矩永磁直流無刷采油螺桿泵驅(qū)動電動 機(jī)。定子鐵芯是由厚度為0. 5mm硅鋼片材料制成的定子沖片疊壓而成，定子鐵芯長度 見表(一)。定子沖片通用于Y系列定子沖片見圖2。疊壓時將定子沖片沿圓周方向扭斜 一個槽距角χ度見圖3。電樞繞組為三相星形聯(lián)接對稱繞組，嵌于定子鉄芯的槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子鐵芯由厚度為0.5mm硅鋼片材料制成的沖片疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵芯長度見表 (一)。轉(zhuǎn)子沖片見圖4。沖片在軸的一端由軸肩定位，另一端用軸套壓緊并用軸用擋圈卡 在軸槽定位，擋圈封口并焊接。條形絕緣墊條嵌入“丄”形磁極槽的“_”槽內(nèi)，支撐條形切向永磁體，條形切向永磁體根據(jù)徑向勵磁極性要求嵌入“丄”形磁極槽的“I”槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子鐵 芯兩端用端環(huán)封蓋并用24根M8螺桿緊定，螺桿與兩端端環(huán)間用“T”形絕緣襯墊隔離，螺紋 處沖點(diǎn)并涂漆防松。根據(jù)立式安裝以及采油螺桿泵驅(qū)動特點(diǎn)，上支撐為游動端選用深溝球 軸承6020. ZZ外圈與上端蓋孔為間隙配合，外圈與傳感器架間放置波形彈簧墊圈A，保證有 3-3. 5的軸向躥量，以保證安裝作業(yè)及補(bǔ)償軸的熱伸長量。采用油溝密封。扇形徑向定子傳 感器裝于定子支架上，由密封罩和裝于其上的旋轉(zhuǎn)軸唇形密封保護(hù)，防止塵雨侵入。下支撐 為固定端，用推力圓柱滾子軸承29420和深溝球軸承6220組成，承受軸向載荷并起扶正作 用。采用LAN-100潤滑油潤滑軸承組。潤滑油池密封蓋、氈圈油封、推力圓柱滾子軸承套、 軸端油封架與水泥漿介質(zhì)軸用L形滑環(huán)式組合密封構(gòu)成潤滑油池密封?？招拿芊夤懿考煽招拿芊夤?、空心密封管座及“0”橡膠圈、水泥漿介質(zhì)軸用L形 滑環(huán)式組合上密封、兩個帶有螺旋槽的尼龍?zhí)捉M成。空心密封管座通過“0”橡膠圈與下端 蓋法蘭靜密封，并用螺釘固定，實(shí)現(xiàn)電機(jī)下支撐內(nèi)部與采油液完全隔離；空心密封管部件上 端通過兩組水泥漿介質(zhì)軸用L形滑環(huán)式組合上密封實(shí)現(xiàn)與電機(jī)空芯轉(zhuǎn)軸的動密封。裝于空 心密封管部件上端的兩個組合扶正軸承6911. 2Z保證了電機(jī)空芯轉(zhuǎn)軸在采油時與空心密 封管的同軸性，保證兩組水泥漿介質(zhì)軸用L形滑環(huán)式組合上密封的有效、可靠、長壽命。再 輔以嵌裝在空心密封管內(nèi)壁上的上下兩個帶有螺旋槽的尼龍?zhí)?螺旋槽加工于內(nèi)表面)， 利用螺旋反輸送作用，壓送采油液以起到輔助密封密封作用。聯(lián)軸器內(nèi)表面凸齒與電機(jī)空芯轉(zhuǎn)軸上端面凹槽剛性聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)扭矩傳遞。聯(lián)軸器 內(nèi)表面通過“0”橡膠圈密封與電機(jī)空芯轉(zhuǎn)軸外表面實(shí)現(xiàn)靜密封，防止采油液外泄。本實(shí)施例適合于陸地或海上采油直接驅(qū)動螺桿泵動力驅(qū)動裝置，或者應(yīng)用于操作 危險、維修困難的化工液體輸送等領(lǐng)域。本實(shí)施例在陸上直接驅(qū)動螺桿泵運(yùn)行試驗(yàn)證明高效節(jié)能，系統(tǒng)效率> 90%，對 比傳統(tǒng)抽油機(jī)噸液節(jié)電65%，對比目前通用螺桿泵抽油機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)噸液節(jié)電35%，占地 小，采油液無外泄，無環(huán)境污染，輸出扭矩大，過載能力強(qiáng)，過載扭矩大于三倍額定轉(zhuǎn)矩，免 維護(hù)，調(diào)參簡捷、調(diào)速范圍大、靈活、，性能優(yōu)越，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，便于遠(yuǎn)程集中控制。本發(fā)明優(yōu)選的第二個實(shí)施例為一臺臥式高效率大力矩永磁直流無刷輸油螺桿泵 驅(qū)動電動機(jī)見圖8。該電機(jī)的構(gòu)成是左密封蓋、旋轉(zhuǎn)軸唇形密封、扇形位置傳感器定子、傳 感器定子支架、左端蓋、殼體、由定子鐵芯和電樞繞組組成的定子、右端蓋法蘭、裝有轉(zhuǎn)軸且 由轉(zhuǎn)子鐵芯、切向永磁體、竹條墊板、同軸徑向磁敏傳感器轉(zhuǎn)子組成的轉(zhuǎn)子，兩端分別選用 深溝球軸承固定支撐，在右端支撐軸承外圈與端蓋間放置WG型波形墊圈，減少軸承運(yùn)轉(zhuǎn)噪 音，提高軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度與平穩(wěn)性，并補(bǔ)償軸的熱伸長量。上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成一臺臥式稀土永磁 直流無刷力矩采油螺桿泵驅(qū)動電動機(jī)。本實(shí)施例適合定子鉄芯是由厚度為0. 5mm硅鋼片材料制成的定子沖片疊壓而成， 定子鐵芯長度見表(一)。定子沖片通用于Y系列定子沖片見圖2。疊壓時將定子沖片沿 圓周方向扭斜一個槽距角χ度見圖3。電樞繞組為三相星形聯(lián)接對稱繞組，嵌于定子鉄芯的槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子鐵芯由厚度為0.5mm硅鋼片材料制成的沖片疊壓而成，轉(zhuǎn)子鐵芯長度見表 (一)。轉(zhuǎn)子沖片見圖4。沖片在軸的一端由軸肩定位，另一端用軸套壓緊并用軸用擋圈卡 在軸槽定位，擋圈封口并焊接。條形絕緣墊條嵌入“丄”形磁極槽的“_”槽內(nèi)，支撐條形切向永磁體，條形切向永磁體根據(jù)徑向勵磁極性要求嵌入“丄”形磁極槽的“I”槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子鐵 芯兩端用端環(huán)封蓋并用24根M8螺桿緊定，螺桿與兩端端環(huán)間用“T”形絕緣襯墊隔離，螺紋 處沖點(diǎn)并涂漆防松。根據(jù)輸油螺桿泵驅(qū)動特點(diǎn)，兩端支撐分別選用深溝球軸承6020. ZZ和 6220. ZZ，右端支撐軸承外圈與端蓋間放置波形彈簧墊圈A，保證有3-3. 5的軸向彈性壓縮 量，以保證安裝作業(yè)及補(bǔ)償軸的熱伸長量。扇形徑向定子傳感器裝于定子支架上，由密封罩 和裝于其上的旋轉(zhuǎn)軸唇形密封保護(hù)，防止塵雨、油污侵入。電機(jī)空芯轉(zhuǎn)軸上端面凹槽直接與輸油螺桿泵驅(qū)動軸的凸齒剛性聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)扭矩傳 遞。本實(shí)施例既適合于集油泵站輸油直接驅(qū)動螺桿泵動力驅(qū)動裝置也適合于低轉(zhuǎn)速 高效率塑料擠出機(jī)直驅(qū)場合，同時也適用于低轉(zhuǎn)速高效率紡紗機(jī)的直接驅(qū)動。高效節(jié)能，系 統(tǒng)效率> 90%，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，占地小，維護(hù)簡便或免于維護(hù)，無潤滑油外泄，無環(huán)境污染， 運(yùn)行噪音低，輸出扭矩大，過載能力強(qiáng)，過載扭矩大于三倍額定轉(zhuǎn)矩，調(diào)參簡捷、調(diào)速連續(xù)、 靈活、范圍大，性能優(yōu)越，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，便于遠(yuǎn)程集中控制和管理。實(shí)現(xiàn)了高技術(shù)性能與系 統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)原油的高效輸送。
權(quán)利要求
一種高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)及應(yīng)用，由機(jī)座、定子鐵芯、電樞繞、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、雙頭螺栓、條形切向永磁體、絕緣墊條、隔磁端環(huán)、絕緣襯套、表貼式永磁位置傳感器轉(zhuǎn)子、同軸磁敏扇形位置傳感器定子組成，其特征在于定子鐵芯梨形槽均布，內(nèi)嵌有三相星形聯(lián)接對稱電樞繞組，轉(zhuǎn)子上均布“⊥”形磁極槽并且兩個相鄰的“⊥”形磁極槽中間均布多功能梨形槽，表貼式永磁位置傳感器轉(zhuǎn)子由鋁合金或其他非導(dǎo)磁材料制成的位置傳感器轉(zhuǎn)座和粘貼于位置傳感器轉(zhuǎn)子座外圓溝槽內(nèi)的徑向充磁瓦形永磁體構(gòu)成，開關(guān)霍爾元件的磁敏面朝向軸芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)及應(yīng)用，其特征 在于定子鐵芯梨形槽均布，內(nèi)嵌有三相星形聯(lián)接對稱電樞繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)及應(yīng)用，其特征 在于殼體、定子鐵芯，選用Y系列標(biāo)準(zhǔn)機(jī)座和Y系列標(biāo)準(zhǔn)定子沖片，轉(zhuǎn)子鐵芯上的切向稀土 永磁體安放在“丄”形磁極槽內(nèi)，由條形絕緣墊條支撐，構(gòu)成永磁切向磁鋼徑向磁場轉(zhuǎn)子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)及應(yīng)用，其特征 在于表貼式永磁位置傳感器轉(zhuǎn)子由非導(dǎo)磁材料制成的位置傳感器轉(zhuǎn)子座和粘貼于位置傳 感器轉(zhuǎn)子座外圓溝槽內(nèi)的徑向充磁瓦形永磁體構(gòu)成。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)及應(yīng)用，其特征在 于同軸式磁敏扇形位置傳感器定子由扇形PCB印制板、裝于扇形PCB印制板上的開關(guān)霍爾 元件、扇形密封罩組成。
全文摘要
高效率永磁直流無刷低轉(zhuǎn)速力矩通用型電機(jī)及應(yīng)用，該電機(jī)由殼體、定子鐵芯、電樞繞組、(空芯)轉(zhuǎn)軸、帶“⊥”形永磁體槽轉(zhuǎn)子鐵芯、條形切向永磁體、“I”形絕緣墊條、非導(dǎo)磁端環(huán)、襯套墊、表貼式永磁位置傳感器轉(zhuǎn)子、同軸式磁敏扇形位置傳感器定子組成，本發(fā)明結(jié)構(gòu)按通用型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，漏磁小，電機(jī)調(diào)速靈活、高效、比功率大，調(diào)速范圍更廣，且調(diào)節(jié)裝置經(jīng)濟(jì)、可靠，切向永磁體不會造成不可逆的退磁，該產(chǎn)品廣泛適用于油田采油螺桿泵、各種螺桿擠出機(jī)直驅(qū)裝置、紡織機(jī)械、低速大力矩傳送機(jī)械等。
文檔編號H02K29/08GK101976925SQ20091021524
公開日2011年2月16日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者吳連旺, 孫德海, 紀(jì)鳳雪, 運(yùn)明亞 申請人:天津市科麟機(jī)電設(shè)備有限公司;天津星空間結(jié)構(gòu)技術(shù)研究院;天津星空間高新企業(yè)孵化中心