一種單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機的製作方法

2023-06-21 15:40:26

專利名稱：一種單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於特殊機械裝備的一種驅動電機，特別涉及一種永磁同步電動機。
背景技術：
隨著裝備製造業的發展，機械裝備對其驅動電機的要求越來越高；特別是特殊結構電機的應用，其中以超細長比(電機細長比大於1 :20)結構的低速大轉矩永磁同步電動機在管道電機系統和潛油螺杆泵系統中的應用尤為突出。近年來，永磁同步電動機技術的成熟取代了異步電機加齒輪減速的傳統機構，實現了低速大轉矩直驅的要求，成功避免了異步電機加齒輪減速系統效率低、功率因數低的缺陷。傳統的潛油螺杆泵電動機普遍採用細長結構的兩極三相鼠籠式異步電動機，其定子由非磁性物隔開的多段鐵芯組成，沒有實現機械結構完全獨立。長期的工程實踐表明這種異步電機存在各段轉子功率分配不均、轉差率不同等問題，大大縮短了電機的壽命。針對超細長比結構異步電機的諸多問題，人們一直在探尋解決方案，直到永磁同步電動機的大範圍推廣。專利號為201020140638. 2，名稱為直驅式電動潛油螺杆泵。此專利取消了減速器和減速器保護器，採用永磁電機直接驅動， 提高了機械效率，延長了檢泵周期。但是所述永磁電機的細長結構，其細長比高達1 :50，甚至更高；電機下線只能採用人工穿線的方法，製造工藝相當困難；並且超細長轉軸表面形位公差很難控制，不便於批量化生產。專利號為201010253462. 6，名稱是潛油直驅永磁電機。此專利介紹了應用在潛油螺杆泵上的一種特殊永磁電機結構，定子採用斜槽，永磁體採用表貼式；提到此潛油直驅永磁電機含有至少兩臺永磁電機，各永磁電機的相同一相線圈繞組串行連接在一起；但如果其中一臺永磁電機一相繞組發生故障則整個潛油直驅永磁同步電機全部停止工作，沒有實現各永磁電機電磁完全獨立。另外，串聯運行的電機系統對電源電壓等級要求較高；當串行電機達到一定數量時，甚至無法實現正常供電。以上所述電機均對超細長比電機結構進行了分解處理，但側重點各有不同，沒有實現機械和電磁上的真正解耦。
發明內容本實用新型為解決超細長比電機結構工藝製造難以實現的問題，提供一種單元組合式永磁同步電動機構成超細長結構電機，將傳統超細長比結構的電機分成若干常規細長比(電機細長比小於1 :5)的單元組合式永磁同步電動機(下文均簡稱為單元電機)並聯運行；系統可以根據需要的轉矩選擇單元電機臺數，總輸出轉矩為各單元電機輸出轉矩之和。為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案一種單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，由各自獨立的單元組合式永磁同步電動機同方向依次安裝在鋼管中所組成，各單元電機三相繞組並聯運行，其特徵在於單元組合式永磁同步電動機的轉軸上沿徑向從內向外依次安裝有轉子和定子鐵芯，定子鐵芯兩端分別固定安裝有上端蓋和下端蓋，上端蓋通過扶正軸承與轉軸連接，下端蓋通過推力軸承與轉軸連接，定子鐵芯上安裝有定子繞組，定子繞組端部嵌有溫度傳感器元件，並且定子繞組的電源通過熱敏開關與航空插座連接，三相交流電源線兩端分別連接在航空插座的公母接頭上，航空插座的公母接頭分別安裝在上端蓋和下端蓋的兩個端面上。所述單元組合式永磁同步電動機的軸向長度< lm。轉軸、上端蓋和下端蓋均採用非導磁材料製成。上端蓋和下端蓋分別通過緊固螺釘固定在定子鐵芯兩端，並有拉緊螺栓分別將上端蓋和下端蓋拉緊。轉子由多個轉子扇形塊拼接成型，轉子扇形塊通過螺釘直接固定在轉軸上，相鄰轉子扇形塊之間安裝有永磁體。永磁體採用矩形塊內置式切向結構。定子鐵芯的定子衝片軛部外側開有供三相交流電源線走線的外緣凹槽。定子鐵芯外表面塗有熱敏變色油漆層。轉軸的兩端分別設置有相對應的凹槽和凸臺，上端蓋和下端蓋的端面上分別設置有相對應的圓柱凸臺和圓柱凹槽，並且兩端面上還設置有止口。本實用新型的優點及效果為單元組合式永磁同步電動機能夠單獨存在並可以任意組合，實現了機械和電磁完全獨立；很好地解決了超細長比結構電機的製造、運行以及維修問題。


圖1為單元組合式永磁同步電動機的結構示意圖；圖2為單元組合式永磁同步電動機的徑向截面圖；圖3為單元組合式永磁同步電動機的裝配連接示意圖；附圖標記說明1.上端蓋、2.扶正軸承、3.轉軸、4.轉子、5.定子鐵芯、6.推力軸承、7.下端蓋、 8.熱敏開關、9.拉緊螺栓、10.螺釘、11.三相交流電源線、12.轉子扇形塊、13.定子繞組、 14.外緣凹槽、15.永磁體、16.航空插座、17.圓柱凸臺、18.凹槽、19.止口、20.緊固螺釘、 21.凸臺、22.圓柱凹槽。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明。如圖1、2所示，單元組合式永磁同步電動機的轉軸3上沿徑向從內向外依次安裝有轉子4和定子鐵芯5，定子鐵芯通過衝片外緣凹槽14焊接技術疊壓成型，轉軸3採用非導磁材料製成。該單元組合式永磁同步電動機無機殼，軸向長度在Im以下，定子鐵芯5通過外緣凹槽14焊接成型後在兩端各加工一個臺階分別與上端蓋1和下端蓋7配合，充當普通電機機殼作用，上端蓋1和下端蓋7均採用非導磁材料製成。上端蓋1和下端蓋7由緊固螺釘20固定在定子鐵芯5兩端，並有拉緊螺栓9分別將上端蓋1和下端蓋7拉緊。由於此單元組合式永磁同步電動機多是垂直放置，所以選用推力軸承6與下端蓋7配合，承受轉軸 3軸向載荷；另選用扶正軸承2與上端蓋1配合，保證氣隙均勻。本實施例中轉子4是由轉子扇形塊12拼接成型，靠螺釘10緊固在轉軸3上，相鄰轉子扇形塊12之間安裝有永磁體 15，永磁體15採用矩形塊內置式切向結構。單元組合式永磁同步電動機的徑向截面圖如圖2所示，本實施例中採用對槽/8極配合；安裝在定子鐵芯5上的定子繞組13採用單層直槽配合，大大降低了定子繞組13的下線工藝難度；轉子側，通過轉子扇形塊12的特殊形狀拼接構成非均勻氣隙，能很好的改善單元組合式永磁同步電動機的性能參數曲線。定子鐵芯5的衝片軛部開有外緣凹槽14供三相交流電源線11走線，本實施例中三相交流電源線11兩端分別與安裝在上端蓋1和下端蓋7兩端面上的航空插座16公母接頭相連接。定子鐵芯5上安裝有定子繞組13，定子繞組13端部嵌有溫度傳感器元件，並且定子繞組13的電源通過熱敏開關8接在航空插座16上，並起到過載熱保護作用，當過載溫升過高時自動將該單元組合式永磁同步電動機從端部航空插座16上切除。另外，在定子鐵芯5外表面塗有熱敏變色油漆，當溫升過高時油漆自動變色，維修時能夠直觀識別故障單元並及時替換。單元組合式永磁同步電動機的裝配連接示意圖如圖3所示，此單元組合式永磁同步電動機能夠單獨存在並可以任意組合。在轉軸3的兩端分別設置有相對應的凹槽18和凸臺21，上端蓋1和下端蓋7的端面上分別設置有相對應的圓柱凹槽22和圓柱凸臺17，兩端蓋的端面邊緣還設置有止口 19。在裝配超細長結構電機時，每個單元組合式永磁同步電動機按照規定的方向依次裝入細長鋼管中，相鄰兩單元組合式永磁同步電動機先調整轉軸 3端部的凹槽18和凸臺21對接嵌入，再由圓柱凸臺17、圓柱凹槽18進行導向，相鄰兩臺單元組合式永磁同步電動機的航空插座16公母接頭自動對接，最後由止口 19定位，各單元電機三相繞組並聯運行，完成各單元組合式永磁同步電動機的機械和電磁重組，並最終組成完整的超細長結構電機。
權利要求1.一種單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，由各自獨立的單元組合式永磁同步電動機同方向依次安裝在鋼管中所組成，各單元電機三相繞組並聯運行，其特徵在於單元組合式永磁同步電動機的轉軸(3)上沿徑向從內向外依次安裝有轉子(4)和定子鐵芯(5 )，定子鐵芯(5 )兩端分別固定安裝有上端蓋(1)和下端蓋(7 )，上端蓋(1)通過扶正軸承(2)與轉軸(3)連接，下端蓋(7)通過推力軸承(6)與轉軸(3)連接，定子鐵芯(5)上安裝有定子繞組(13)，定子繞組(13)端部嵌有溫度傳感器元件，並且定子繞組(13)的電源通過熱敏開關(8)與航空插座(16)連接，三相交流電源線(11)兩端分別連接在航空插座 (16)的公母接頭上，航空插座(16)的公母接頭分別安裝在上端蓋(1)和下端蓋(7)的兩個端面上。
2.根據權利要求1所述單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，其特徵在於所述單元組合式永磁同步電動機的軸向長度< lm。
3.根據權利要求1所述單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，其特徵在於轉軸(3 )、上端蓋(1)和下端蓋(7 )均採用非導磁材料製成。
4.根據權利要求1所述單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，其特徵在於上端蓋(1)和下端蓋(7)分別通過緊固螺釘(20)固定在定子鐵芯(5)兩端，並有拉緊螺栓(9)分別將上端蓋(1)和下端蓋(7)拉緊。
5.根據權利要求1所述單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，其特徵在於轉子(4)由轉子扇形塊(12)拼接成型，轉子扇形塊(12)通過螺釘(10)直接固定在轉軸 (3)上，相鄰轉子扇形塊(12)之間安裝有永磁體(15)。
6.根據權利要求5所述單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，其特徵在於永磁體(15 )採用矩形塊內置式切向結構。
7.根據權利要求1所述單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，其特徵在於定子鐵芯(5)的定子衝片軛部外側開有供三相交流電源線(11)走線的外緣凹槽(14)。
8.根據權利要求1所述單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，其特徵在於定子鐵芯(5)外表面塗有熱敏變色油漆層。
9.根據權利要求1所述單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，其特徵在於轉軸(3)的兩端分別設置有相對應的凹槽(18)和凸臺(21)，上端蓋(1)和下端蓋(7)的端面上分別設置有相對應的圓柱凸臺(17)和圓柱凹槽(22)，並且兩端面上還設置有止口 (19)。
專利摘要一種單元組合式永磁同步電動機組成的超細長結構電機，將傳統超細長比結構的電機分成若干常規細長比的單元組合式永磁同步電動機並聯運行；各單元電機能夠單獨存在並可以任意組合，實現了機械和電磁完全獨立。系統可以根據需要的轉矩選擇單元電機臺數。本實用新型電機上下兩端蓋分別裝有扶正軸承和推力軸承；定子鐵芯通過衝片凹槽焊接技術疊壓成型；轉子由多個轉子扇形塊拼接成型；轉軸為非導磁材料；永磁體為矩形塊內置式切向結構；相鄰兩電機在連接時有圓柱凸臺導向和止口定位。本實用新型很好的解決了傳統超細長比電機細長結構加工工藝難的問題，並充分利用了永磁同步電動機低速大轉矩的特點，可以廣泛應用到管道電機系統和潛油螺杆泵系統中。
文檔編號H02K1/27GK202094775SQ20112021920
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月27日 優先權日2011年6月27日
發明者馮桂宏, 劉忠奇, 張炳義, 李慶旭 申請人:瀋陽工業大學