專利名稱：數(shù)控全速稀土同步電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型結(jié)構(gòu)的電機，確切地說，涉及一種數(shù)字控制、其速率可以在從低速到超高速范圍的任何一個速度狀態(tài)下平衡工作的稀土同步電機，屬于機電一體化系統(tǒng)中基礎(chǔ)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
近年來，高科技的迅速發(fā)展已經(jīng)將許多產(chǎn)業(yè)部門推向了可以直接采用數(shù)字技術(shù)進行自動控制的階段。采用當代以微型計算機為代表的數(shù)字控制技術(shù)將大大拓寬現(xiàn)有的各種常規(guī)傳統(tǒng)工業(yè)機、泵(例如各種工業(yè)泵、風機、空氣壓縮機等其它旋轉(zhuǎn)工業(yè)機械)的工作范圍，人們可以不必再通過以往傳統(tǒng)的各種復雜的自動化儀表和系統(tǒng)對工業(yè)裝置的各種工作狀態(tài)進行控制，而只要把這些操作(如機泵的起動、停止、升降速等)、操作要求(時間、轉(zhuǎn)速、壓力等參數(shù))等都用數(shù)字的形式表達出來，并把這些數(shù)字通過信息載體(如穿孔卡、紙帶、軟磁盤、EPROM芯片等)送給專用或通用的微型計算機，由計算機進行數(shù)據(jù)處理優(yōu)化后發(fā)出各種指令控制工作機械作最佳工況下的運行操作。這樣，不但大大簡化了工業(yè)裝置龐大的控制裝備；而且，在比較普遍實現(xiàn)數(shù)字技術(shù)控制后，工業(yè)產(chǎn)業(yè)部門就可以對生產(chǎn)活動直接實現(xiàn)信息管理了。實際上，目前的工業(yè)機、泵都有相當寬的工作范圍，是可以適當調(diào)節(jié)其工況進行優(yōu)化生產(chǎn)的。但是，囿于傳統(tǒng)觀念，一般采用的工業(yè)用交流電動機是不能改變其轉(zhuǎn)速的。在采用變頻供電技術(shù)之后，交流電動機就可以調(diào)速運行了。但是由于原設(shè)計制造這些交流電動機時，尚未考慮到今天會出現(xiàn)數(shù)控技術(shù)對電機提出的新要求；而且，由于受到電網(wǎng)頻率的限制，常規(guī)的工業(yè)交流電動機的轉(zhuǎn)速最高只能達到3000轉(zhuǎn)／分(50周)或3600轉(zhuǎn)／分(60周)。因此，對于高速機、泵必須配裝齒輪增速箱，把電機轉(zhuǎn)速再升高到高速機泵所需的工作轉(zhuǎn)速。采用數(shù)控變頻技術(shù)，電機的轉(zhuǎn)速可以不再受電網(wǎng)頻率的制約，因此可以要求電機的轉(zhuǎn)速能夠提高到與高速機泵相同步，以便直接驅(qū)動高速工作機械。采用同步電動機對改善電網(wǎng)的功率因素有利，可以節(jié)電；而且，同步電機具有特硬的機械特性，效率較高。但是傳統(tǒng)的同步電動機比較異步電動機結(jié)構(gòu)復雜，加上需要復雜的輔助設(shè)備，所以，除了個別大型裝備外，一般用戶可忍受較多的電力消耗，也還是普遍選用售價低，使用簡便的異步電動機。但是，近年來稀土材料的開發(fā)利用在電機制造技術(shù)領(lǐng)域中也取得了不少成就，用磁土永磁材料取代電磁體，不僅大量節(jié)省有色金屬，還減少了電力消耗。此外，利用數(shù)字控制技術(shù)后，同步電機也可以不再需要配備傳統(tǒng)的輔助設(shè)備。按照這種新概念，就可以使同步交流電動機的結(jié)構(gòu)和普通鼠籠式異步電動機一樣簡單了。
本實用新型的目的是基于上述原因而設(shè)計一種數(shù)字控制的全速稀土同步電機。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的它包括有定子和轉(zhuǎn)子兩部分，其中定子結(jié)構(gòu)與鼠籠式異步交流電動機完全相同，而轉(zhuǎn)子是一個用具有較高剛性和良好導磁性能的鋼材制作的表面光潔的實心圓柱體，在該圓柱體中間有若干個填滿安放稀土磁體的槽孔，柱體的兩端裝有蓋板，把由多個薄片狀稀土單體疊合粘接成組合體的稀土磁體全部封閉在轉(zhuǎn)子里。
本實用新型電機具有許多特點。首先，它是專為數(shù)控技術(shù)設(shè)計的可以與數(shù)控變頻電源配套使用，并與之完全匹配，只要控制變頻電源對其供電，就能對本發(fā)明電機的工作狀態(tài)進行控制，用它與具有變工況性能的機泵等工作機械配套使用，就能構(gòu)成數(shù)控變工況機組設(shè)備。本實用新型結(jié)構(gòu)與鼠籠異步電機同樣簡單，但具有同步電機的許多優(yōu)良性能。其轉(zhuǎn)子類似異步電機普通隱極式轉(zhuǎn)子，外形為光潔平滑的圓柱形實心整體，經(jīng)過精密的機械加工，使其旋轉(zhuǎn)軸周圍質(zhì)量分布均衡，這樣可以使電機在從低速到超高速(10.000～24，000轉(zhuǎn)／分)的任何一個狀態(tài)下都能平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，達到全速動平衡的要求。再者，由于轉(zhuǎn)子是稀土材料永磁體，轉(zhuǎn)子中沒有導電元器件，既充分利用了我國盛產(chǎn)的稀土材料，又能大量節(jié)省有色金屬。并且，轉(zhuǎn)子中沒有電力消耗，也不會因此發(fā)熱，因而可以不必專門設(shè)計考慮轉(zhuǎn)子的冷卻問題，其機械效率和電能利用效率都比鼠籠電機要高。本實用新型與數(shù)控電源配套使用時，可以免去任何啟動輔助設(shè)備就能實現(xiàn)無沖擊平滑啟動。并且，由于啟動時啟動電流小于電機的額定電流，電力變壓器的容量也可以因此而相應(yīng)減少。同樣，本實用新型與常規(guī)同步電機一樣，它既可以作為電動機驅(qū)動工業(yè)機泵使用，也可用作發(fā)電機與高速燃氣輪機直接配套使用，總之，本實用新型是機電一體化技術(shù)中的一種新型基礎(chǔ)裝備。
以下結(jié)合附圖，具體介紹本實用新型。


圖1是本實用新型轉(zhuǎn)子的外視圖。
圖2是本實用新型轉(zhuǎn)子的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實用新型轉(zhuǎn)子的稀土磁體結(jié)構(gòu)示意圖。
本實用新型的定子結(jié)構(gòu)與普通鼠籠式異步交流電動機完全相同，所以兩者可以通用，也就是任何鼠籠電機在更換了本實用新型的稀土轉(zhuǎn)子之后都可以改裝成本發(fā)明的數(shù)控全速同步電機。也由于定子結(jié)構(gòu)為已知技術(shù)，本文就不再具體敘述了，只重點介紹稀土轉(zhuǎn)子。
如圖1所示，本實用新型轉(zhuǎn)子的外觀是一個外表光潔的實心圓柱體1，這是用具有良好導磁性能和較高剛性的鋼材制成的，使它不但具有較小的磁阻以滿足電機的電磁設(shè)計要求，還能得到盡可能高的一次臨界轉(zhuǎn)速，以便使電機的全部轉(zhuǎn)速范圍都處在其一次臨界點以下，又能確保在高速旋轉(zhuǎn)下稀土磁體能承受極高的離心力而不致?lián)p傷。也是基于這個原因，在轉(zhuǎn)子的圓柱體兩端裝有蓋板2，使稀土磁體全部封裝在轉(zhuǎn)子內(nèi)部。而蓋板2是鑲嵌在轉(zhuǎn)子圓柱體內(nèi)，用高強度粘合劑(或焊接)使之成為堅固整體的。
圖2是轉(zhuǎn)子的橫截面，在其圓柱形轉(zhuǎn)子中間對應(yīng)于安放磁體的位置有若干個槽孔3，槽孔內(nèi)壁需經(jīng)機械切削加工，以便其能與磁體4緊密偶合，以盡可能減少磁阻。而稀土材料因其物理機械性能和加工工藝上的原因，目前只能制造薄片狀的單體，其厚度不能做得太厚，所以轉(zhuǎn)子中的稀土磁體乃是由許多個薄片狀的單體6疊合粘接而成的組合體7(參見圖3)。為了與轉(zhuǎn)子的孔壁有嚴密的吻合接觸，稀土磁體的外周面應(yīng)經(jīng)機械加工整形，其頂面和底面則應(yīng)進行磨削加工，以保證與蓋板偶合緊密，減少磁阻。稀土磁體粘合成組合體，經(jīng)加工后裝入轉(zhuǎn)子槽孔時，也應(yīng)用高強度粘合劑把其直接粘在轉(zhuǎn)子上。這是因為稀土材料十分脆弱，容易破碎。采用這種特殊結(jié)構(gòu)，可以使得即使有個別稀土磁體破裂，經(jīng)粘合后仍不會影響磁極的性能妨礙使用。在轉(zhuǎn)子全部加工好后，就可對稀土磁體進行充磁，使轉(zhuǎn)子形成磁極，而在磁極之間的空間則用環(huán)氧樹脂5等材料填實充滿，使整個轉(zhuǎn)子形成一個堅固的實心整體，可以承受超高速旋轉(zhuǎn)。
國內(nèi)盛產(chǎn)稀土材料，本實用新型的磁體原料來源豐足，在常溫下工作的電機可以選用 鐵硼稀土材料作磁體，在高溫(80℃)下工作的電機則可以選用鍶稀土材料作磁體。
國內(nèi)使用稀土材料制造的永磁電機由于受到磁體厚度的限制，高速電機功率只能做到幾十千瓦，低速電機則已做到200千瓦。如使用本實用新型采用疊片結(jié)構(gòu)的稀土磁體，因可組成一定體積的組合體，所以可以做成數(shù)百千瓦以上的大功率電機。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控全速稀土同步電機，包括有定子和轉(zhuǎn)子兩部分，其中的定子結(jié)構(gòu)與普通鼠籠式異步交流電動機完全相同，其特征在于轉(zhuǎn)子是一個用具有良好導磁性能和剛性較高的鋼材制作的表面光潔的實心圓柱體，在該圓柱體中間有若干個填滿安放稀土磁體的槽孔，柱體的兩端裝有蓋板把多個薄片狀稀土單體疊合粘接成組合體的稀土磁體全部封閉在轉(zhuǎn)子里。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控全速稀土同步電機，其特征在于轉(zhuǎn)子的槽孔其內(nèi)壁應(yīng)經(jīng)切削加工，以使其能與磁體緊密偶合，減少磁阻。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控全速稀土同步電機，其特征在于稀土磁體的材料可以是 鐵硼或鍶，前者適用于常溫下工作，后者可在高溫(80℃)工作。
專利摘要一種數(shù)控全速稀土同步電機，由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子結(jié)構(gòu)與普通鼠籠式異步交流電動機相同，而轉(zhuǎn)子是一個用具有良好導磁性能和剛性較高的鋼材制作的表面光潔的實心圓柱體。在該圓柱體中間有若干個填滿安放稀土磁體的槽孔，柱體的兩端裝有蓋板，把由多個薄片狀稀土單體疊合粘接成組合體的稀土磁體全部封閉在轉(zhuǎn)子里。轉(zhuǎn)子無需耗電，大量節(jié)省有色金屬，可在低速到超高速范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，與數(shù)控電源配套應(yīng)用，是機電一體化的基礎(chǔ)裝備。
文檔編號H02K1/00GK2092162SQ9120342
公開日1992年1月1日 申請日期1991年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月12日
發(fā)明者莫湖 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠