設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機及疲勞測定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機及一種適于這種電機的疲勞測定方法，所述電機的定子內(nèi)設(shè)有溫度傳感器。所述方法通過所述傳感器采集定子內(nèi)部的實時溫度，當溫度達到或超過相對應(yīng)的工作溫度上限值時判斷電機疲勞并控制停機，低于相對應(yīng)的工作溫度上限值時判斷電機未疲勞并允許電機進行工作，并可以計算達到相對應(yīng)的工作溫度上限值的電機持續(xù)工作時間，以此作為允許電機繼續(xù)持續(xù)工作的最大時長。本發(fā)明可以精確地掌握電機內(nèi)部的溫度狀態(tài)，依據(jù)內(nèi)部溫度對電機疲勞程度作出精確的判斷，以便精確、有效、可靠的控制電機的安全運行，特別適用于低速大扭矩外轉(zhuǎn)子電動機及依據(jù)這種電動機的卷筒直驅(qū)的起重機起升機構(gòu)等。
【專利說明】設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機及疲勞測定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機，還涉及這種電機的疲 勞測定方法，適用于各種永磁同步電機，特別是低速大扭矩外轉(zhuǎn)子永磁同步電動機以及基 于這種電動機的起重機無齒輪起升機構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)下，電機測溫一般都是把測溫探頭放置于電機軸承或者電機外殼上進行 測溫，這種方式測得的溫度反映不了電機內(nèi)部的產(chǎn)熱和溫度狀況，特別是對應(yīng)外轉(zhuǎn)子永磁 同步電機而言，定子繞組的銅損和定子鐵心的鐵損是發(fā)熱的主要原因，而這些熱能首先引 發(fā)定子鐵心和定子繞組的溫度上升，經(jīng)過較長的路徑才到達外殼或軸承，因此，從外殼或軸 承測得的溫度不能真實地體現(xiàn)定子內(nèi)部的溫度，不利于對電機狀態(tài)作出準確的判斷，也不 利于對電機進行精確的控制。另外，由于人們是通過時間試驗而定義電機的工作級別，但在 實際的運行過程中，使用者一般不會去統(tǒng)計電機運行的時間，運行到工作級別限定的最大 工作時間后，經(jīng)常會出現(xiàn)不對電機進行停機等處理而繼續(xù)運行的現(xiàn)象，在人們不掌握電機 內(nèi)部溫度的情況下，易于導致事故發(fā)生，而如果完全依據(jù)工作制工作，盡管通?？梢员ＷC安 全運行，但往往也存在電機未達到應(yīng)停機的內(nèi)部溫度之前就停機的現(xiàn)象，導致電機的利用 率下降，影響工作效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永 磁同步電機，還提供了這種電機的疲勞測定方法，通過采用本發(fā)明提供的電機和測定方法， 可以精確地掌握電機內(nèi)部的溫度狀態(tài)，并依據(jù)內(nèi)部溫度對電機疲勞程度作出精確的判斷， 以便精確、有效、可靠的控制電機的安全運行。
[0004] 本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案： 一種設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機，包括筒狀的外轉(zhuǎn)子和位于所述外轉(zhuǎn)子 內(nèi)的定子，所述定子由定子鐵心和設(shè)置在所述定子鐵心上的繞組構(gòu)成，所述定子鐵心安裝 在固定的中軸上，所述轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)有固定盤，所述固定盤通過軸承旋轉(zhuǎn)連接在所述中軸 上，所述定子設(shè)有用于采集定子溫度的溫度傳感器。
[0005] -種電機疲勞測定方法，適宜于上述電機及本發(fā)明對上述電機的各種進一步限定 和/或改進的技術(shù)方案，通過設(shè)置在所述定子上的所述溫度傳感器采集定子內(nèi)部的實時溫 度，依據(jù)采集到的所述定子內(nèi)部的實時溫度判定電機的疲勞狀態(tài)。
[0006] 本發(fā)明的有益效果：由于在定子內(nèi)部設(shè)置了溫度傳感器，以溫度傳感器所采集的 定子內(nèi)部的實時溫度作為電機疲勞狀態(tài)(包括疲勞、未疲勞及經(jīng)過多長時間達到疲勞等）的 判斷標準，由此真實地反映出定子鐵心內(nèi)部的溫度狀況，由于溫度對電機的影響主要表現(xiàn) 為定子鐵心在不同溫度下的不同特性，并且定子鐵心是否達到一定溫度限值是電機能否繼 續(xù)工作的主要影響因素，因此可以更精確、更及時地判斷出電機的疲勞狀態(tài)，避免因溫度不 準確導致的誤判漏判，既有效且可靠地保證了電機運行在合理的溫度范圍內(nèi)，又避免在定 子溫度未達到停機限值而停機造成的浪費，同時還避免了因使用者忽視電機工作制給電機 造成的損害。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明涉及的電機的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0008] 參見圖1，本發(fā)明提供了一種設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機，包括筒狀 的外轉(zhuǎn)子1和位于所述外轉(zhuǎn)子內(nèi)的定子2,所述定子由定子鐵心和設(shè)置在所述定子鐵心上 的繞組構(gòu)成，所述定子鐵心安裝在固定的中軸3上，所述轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)有固定盤4,所述固 定盤通過軸承旋轉(zhuǎn)連接在所述中軸上，所述定子內(nèi)設(shè)有用于采集定子溫度的溫度傳感器5， 由此可以通過這種溫度傳感器直接采集到定子內(nèi)部的溫度。
[0009] 對于上述電機，可以采用下列任意一種或任意多種進一步限定和/改進方案： 優(yōu)選地，所述溫度傳感器的數(shù)量為一個或多個，所述溫度傳感器的設(shè)置位置(是指采集 溫度的位置，對應(yīng)溫度采集部位）可以為一個或多個，由此可以根據(jù)不同需要以及加工和操 作上的便利，靈活設(shè)置溫度傳感器的數(shù)量和安裝位置。
[0010] 例如，所述溫度傳感器可以設(shè)置在下列任意位置上： (1) 所述溫度傳感器設(shè)置在所述定子鐵心上的線槽內(nèi)，位于相應(yīng)線槽槽壁和該線槽內(nèi) 的繞組之間，由此采集到的溫度基本上體現(xiàn)出定子鐵心的溫度，可視為或用作定子鐵心的 溫度； (2) 所述定子鐵心內(nèi)部設(shè)有溫度傳感器安裝孔，所述溫度傳感器嵌裝在所述溫度傳感 器安裝孔內(nèi)，由此可以更為精準地采集到定子鐵心內(nèi)部的溫度，可以將所述溫度傳感器安 裝孔設(shè)置在定子鐵心的最高溫度部位，以獲得定子鐵心上的最高溫度，避免因?qū)嶋H采集到 的定子鐵心內(nèi)部溫度低于其最高溫度致使這些部位因溫度超過鐵心的工作溫度上限值而 出現(xiàn)故障；通常，所述溫度傳感器安裝孔可以在相應(yīng)鐵心片的沖制過程中沖制出來。
[0011] (3)所述溫度傳感器設(shè)置在所述定子鐵心的線槽內(nèi)的繞組內(nèi)部，由此可以直接采 集到繞組的內(nèi)部溫度。基于與前面所述同樣的理由，繞組內(nèi)部設(shè)置的溫度傳感器也優(yōu)選設(shè) 置在繞組內(nèi)的溫度最高部位； 所述中軸內(nèi)還可以設(shè)有或不設(shè)有用于采集中軸溫度的溫度傳感器，通過用于采集中 軸溫度的溫度傳感器可以獲得中軸溫度，以便與其他溫度相比較，分析研究電機上的溫度 梯度變化，并可以在控制要求相對較低的情況下作為控制依據(jù)或者通過修正后作為控制依 據(jù)。 通常，所述多個溫度傳感器的設(shè)置位置可以各不相同或不完全相同（部分相同、部分不 同)。
[0012] 優(yōu)選地，所述溫度傳感器通過能夠傳輸溫度信號的引線連接測溫儀表/測溫電 路，例如，所述中軸可以采用中空軸，所述中軸的壁上設(shè)有內(nèi)外貫通的引線孔6,所述溫度傳 感器的引出線由外到內(nèi)穿過所述引線孔，再從中軸的軸孔的一端引出，連接位于電機本體 外部的測溫儀表/測溫電路7,當連接測溫儀表時，可以通過儀表進行溫度顯示，并可以利 用儀表所具有的報警功能在所采集的溫度超過相應(yīng)工作溫度上限值時進行聲光報警。
[0013] 所述測溫儀表/測溫電路可以獨立使用，也可以連接電機控制系統(tǒng)8。
[0014] 優(yōu)選地，所述測溫儀表/測溫電路連接電機控制系統(tǒng)，所述電機控制系統(tǒng)可以在 軟件的支持下或者依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)下電機控制系統(tǒng)所具有的處理功能，根據(jù)需要進行相應(yīng)的 數(shù)據(jù)處理和對電機的控制，例如，達到或超過工作溫度上限值時進行報警和停機，所述測溫 儀表/測溫電路依據(jù)需要對溫度傳感器送出的信號(通?？梢詾槟M信號)進行濾波和模數(shù) 轉(zhuǎn)換等處理，形成可以為所述電機控制系統(tǒng)接收和處理有效的數(shù)據(jù)形式。
[0015] 對于上述電機及經(jīng)上述各種進一步限定/改進的電機，本發(fā)明還提供了一種電機 疲勞度測定方法，其主要通過設(shè)置在所述定子上的所述溫度傳感器采集定子內(nèi)部的實時溫 度，依據(jù)采集到的所述定子內(nèi)部的實時溫度判定電機的疲勞狀態(tài)，由此使得對電機疲勞狀 態(tài)的判斷更為精確、真實和可靠。
[0016] 優(yōu)選地，可以設(shè)定與定子上的所述溫度傳感器的溫度采集部位相對應(yīng)的工作溫度 上限值，當相應(yīng)溫度傳感器采集到的溫度達到或超過相對應(yīng)的工作溫度上限值時，判斷電 機疲勞并依此判斷控制停機，當所采集到的溫度低于相對應(yīng)的工作溫度上限值時，判斷電 機未疲勞并允許電機進行工作。
[0017] 優(yōu)選地，定子上的所述溫度傳感器所采集的溫度至少包括所述定子鐵心的內(nèi)部溫 度，所述定子鐵心的內(nèi)部溫度為嵌裝在所述定子鐵心內(nèi)部的所述溫度傳感器所采集的溫度 和/或位于所述定子鐵心的線槽內(nèi)壁和該線槽內(nèi)的繞組之間的溫度傳感器所采集的溫度。 由于定子鐵心溫升超過一定限度是導致電機磁性能和出力下降的主要因素，并且超過一定 溫度后還將導致非常嚴重的退磁，因此，通過定子鐵心的溫度控制是非常有效和可靠的控 制。
[0018] 優(yōu)選地，定子上的所述溫度傳感器采集的溫度包括定子鐵心的內(nèi)部溫度和繞組的 內(nèi)部溫度，分別設(shè)置定子鐵心內(nèi)部溫度的工作溫度上限值和所述繞組內(nèi)部溫度的工作溫度 上限值，當所述定子鐵心的內(nèi)部溫度和所述繞組的內(nèi)部溫度中任意一種溫度達到或超高相 對應(yīng)的工作溫度上限值時，判定為電機疲勞，當兩種溫度均未達到相對應(yīng)的工作溫度上限 值時，判定為電機未疲勞，所述繞組的內(nèi)部溫度為設(shè)置在所述定子鐵心的線槽內(nèi)的繞組內(nèi) 部的所述溫度傳感器所采集的溫度。由于繞組和鐵心的產(chǎn)生熱量的機制不同，溫升不同，對 電機的影響機制也不同，因此分別依據(jù)這兩個溫度進行控制，有助于提高控制的可靠性。
[0019] 優(yōu)選地，當定子上的所述溫度傳感器所采集到的溫度低于相對應(yīng)的工作溫度上限 值時，計算達到相對應(yīng)的工作溫度上限值的電機持續(xù)工作時間，并以此作為允許電機繼續(xù) 持續(xù)工作的最大時長，由此使使用者了解和掌握電機的實際情況，對電機后續(xù)的工作時間 做到心中有數(shù)。
[0020] 所述最大時長的計算，可以依據(jù)設(shè)定的程序，周期性或在一定條件下計算，也可以 依據(jù)人工輸入的指令進行相應(yīng)的溫度采集和計算。
[0021] 本發(fā)明所述基于低速大扭矩外轉(zhuǎn)子永磁同步電動機的起重機無齒輪起升機構(gòu)是 指以將這種電動機的外轉(zhuǎn)子用作起升機構(gòu)的卷筒直接纏繞和牽制鋼絲繩進行起升作業(yè)的 起重機起升機構(gòu)，這種起升機構(gòu)不需要設(shè)置齒輪箱，由此極大地簡化了結(jié)構(gòu)，減小了體積， 降低了能耗，減少了故障，方便了操作和維護。
【權(quán)利要求】
1. 一種設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機，包括筒狀的外轉(zhuǎn)子和位于所述外轉(zhuǎn) 子內(nèi)的定子，所述定子由定子鐵心和設(shè)置在所述定子鐵心上的繞組構(gòu)成，所述定子鐵心安 裝在固定的中軸上，所述轉(zhuǎn)子的兩端設(shè)有固定盤，所述固定盤通過軸承旋轉(zhuǎn)連接在所述中 軸上，其特征在于所述定子設(shè)有用于采集定子溫度的溫度傳感器。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機，其特征在于所述溫 度傳感器的數(shù)量為一個或多個，所述溫度傳感器的設(shè)置位置為一個或多個。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機，其特征在于所述溫 度傳感器設(shè)置在下列任意位置上： (1) 所述溫度傳感器設(shè)置在所述定子鐵心上的線槽內(nèi)，位于相應(yīng)線槽槽壁和該線槽內(nèi) 的繞組之間； (2) 所述定子鐵心內(nèi)部設(shè)有溫度傳感器安裝孔，所述溫度傳感器嵌裝在所述溫度傳感 器安裝孔內(nèi)； (3) 所述溫度傳感器設(shè)置在所述定子鐵心的線槽內(nèi)的繞組內(nèi)部； 所述多個溫度傳感器的設(shè)置位置各不相同或不完全相同。
4. 如權(quán)利要求1、2或3所述的設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機，其特征在于 所述中軸內(nèi)還設(shè)有或不設(shè)有用于采集中軸溫度的溫度傳感器，所述溫度傳感器通過能夠傳 輸溫度信號的引線連接測溫儀表/測溫電路。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)有定子內(nèi)置溫度傳感器的永磁同步電機，其特征在于所述測 溫儀表/測溫電路連接電機控制系統(tǒng)。
6. -種適于權(quán)利要求1-5中任意一項權(quán)利要求所述電機的電機疲勞測定方法，其特征 在于通過設(shè)置在所述定子上的所述溫度傳感器采集定子內(nèi)部的實時溫度，依據(jù)采集到的所 述定子內(nèi)部的實時溫度判定電機的疲勞狀態(tài)。
7. 如權(quán)利要求6所述的電機疲勞度測定方法，其特征在于設(shè)定與定子上的所述溫度傳 感器的溫度采集部位相對應(yīng)的工作溫度上限值，當相應(yīng)溫度傳感器采集到的溫度達到或超 過相對應(yīng)的工作溫度上限值時，判斷電機疲勞并依此判斷控制停機，當所采集到的溫度低 于相對應(yīng)的工作溫度上限值時，判斷電機未疲勞并允許電機進行工作。
8. 如權(quán)利要求7所述的電機疲勞度測定方法，其特征在于定子上的所述溫度傳感器所 采集的溫度至少包括所述定子鐵心的內(nèi)部溫度，所述定子鐵心的內(nèi)部溫度為嵌裝在所述定 子鐵心內(nèi)部的所述溫度傳感器所采集的溫度和/或位于所述定子鐵心的線槽內(nèi)壁和該線 槽內(nèi)的繞組之間的溫度傳感器所采集的溫度。
9. 如權(quán)利要求7所述的電機疲勞度測定方法，其特征在于定子上的所述溫度傳感器 采集的溫度包括定子鐵心的內(nèi)部溫度和繞組的內(nèi)部溫度，分別設(shè)置定子鐵心內(nèi)部溫度的工 作溫度上限值和所述繞組內(nèi)部溫度的工作溫度上限值，當所述定子鐵心的內(nèi)部溫度和所述 繞組的內(nèi)部溫度中任意一種溫度先達到或超高相對應(yīng)的工作溫度上限值時，判定為電機疲 勞，當兩種溫度均未達到相對應(yīng)的工作溫度上限值時，判定為電機未疲勞，所述繞組的內(nèi)部 溫度為設(shè)置在所述定子鐵心的線槽內(nèi)的繞組內(nèi)部的所述溫度傳感器所采集的溫度。
10. 如權(quán)利要求7、8或9所述的電機疲勞度測定方法，其特征在于當定子上的所述溫度 傳感器所采集到的溫度低于相對應(yīng)的工作溫度上限值時，計算達到相對應(yīng)的工作溫度上限 值的電機持續(xù)工作時間，并以此作為允許電機繼續(xù)持續(xù)工作的最大時長。
【文檔編號】H02K21/22GK104158374SQ201410414145
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】喻術(shù)號, 郭睿 申請人:江西工埠機械有限責任公司