一種交流異步直驅高速電機的製作方法
2023-11-05 06:54:52
本實用新型涉及高速電機，尤其涉及一種交流異步直驅高速電機。
背景技術：
直驅高速電機是一種取代「傳統低速電機+齒輪箱或皮帶傳動系統」的新型產品，可廣泛應用於蒸汽壓縮機、製冷壓縮機、空氣壓縮機、鼓風機、膨脹機、燃氣輪機發電、餘熱發電、脫硫除塵等高速透平機械領域。由於直驅高速電機克服了「傳統低速電機+齒輪箱或皮帶傳動系統」的能耗高、噪音大、振動大、故障點多等不足，可以獲得顯著的增效、節能、降噪的效果，因而近年來市場對高速電機的需求越來越迫切。
直驅高速電機根據電機定轉子的工作原理可以分為永磁型（包括永磁同步和永磁無刷直流）和交流異步型。永磁電機雖然功率密度大，效率高，但是普遍存在著使用一段時間後不同程度地退磁現象，特別是在高溫和振動劇烈的環境中退磁現象更加明顯。相比較而言，交流異步電機可靠性高，電磁特性對溫度變化和振動不敏感，性能穩定，因而在工程上得到了非常廣泛的應用。
交流異步高速電機在許多場合應用需要採用高壓供電（通常為3000V，6000V，10000V），並且需要非常大的輸出功率，常常達到1MW至20MW。高壓大功率電機要求電機轉軸能輸出非常大的扭矩，對轉軸的機械強度要求很高，同時由於高速運行的特點，電機轉子軸系還必須有足夠高的剛性和儘可能高的臨界轉速。
目前提高電機轉子軸系剛度和臨界轉速的辦法主要有；增加轉軸直徑；縮短軸承跨距；提高主軸材料強度；將電機轉子與轉軸過盈聯結；採用「拉杆轉子」結構等等。
「增加轉軸直徑；縮短軸承跨距；提高主軸材料強度」的方法目前在工程領域已被廣泛應用。但當材料性能和機械結構尺寸空間挖掘到一定限度後，就很難再繼續進一步提高軸系的剛度。
「將電機轉子與轉軸過盈聯結」的方法，也是目前高速電機領域增強轉軸剛度廣泛應用的方法。該方法的主要不足是：轉子過盈聯結到轉軸上之後，很難拆卸；即使採用專門的工裝設備，也存在拆卸成本高、操作時間長、容易損壞電機轉子內孔和轉軸外表面的缺點。
「拉杆轉子」是國內外高速透平機械領域已經採用的一種方法，它將交流異步電機的轉子（鼠籠式結構，將矽鋼片聯結為一體）套在前後兩個「半軸」之上，兩個「半軸」之間採用拉杆聯結，轉子軸系在拉杆的拉力作用下變成一個整體。由於拉杆作用增加了電機轉子端面的抗彎剛度，這種結構也能夠起到增加轉子軸系剛度的效果。但是「拉杆轉子」結構也存在著明顯不足：一是需要專門的工裝設備，裝配工藝過程複雜，對裝配師傅的技能要求較高，對拉杆的拉力和變形控制要求很嚴格；二是軸系裝配好之後一般很難再拆卸，如果拆卸通常會採取「破壞」某個零件的形式來保全其他零件；三是一旦拉杆出現質量問題，將面臨導致轉子軸系斷裂、發生惡性事故的風險。
由於現有的高速電機轉子軸系存在著上述缺點，導致高速電機未能在壓縮機、鼓風機、膨脹機、燃氣輪機發電、餘熱發電、脫硫除塵等高速透平機械領域廣泛應用。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種能夠承受更高的臨界轉速、拆裝方便、可減少動平衡調整次數的交流異步直驅高速電機。
為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案：
一種交流異步直驅高速電機，包括殼體、定子和導磁鋼實心轉子，所述定子裝設於殼體內，所述導磁鋼實心轉子空套於定子內，所述導磁鋼實心轉子兩端分別連接一半軸，所述半軸通過軸承組件支承於殼體上。
作為上述技術方案的進一步改進：
所述導磁鋼實心轉子於外圓周面上開設有兩條環向槽和多條軸向槽，所述多條軸向槽設於兩條環向槽之間，各軸向槽的端部均與環向槽連通，所述環向槽內嵌設銅端環，所述軸向槽內嵌設銅導條。
所述銅端環和銅導條均與導磁鋼實心轉子焊接連接。
所述導磁鋼實心轉子與半軸通過沿圓周方向均勻分布的多個螺釘連接，所述多個螺釘的徑向位置低於環向槽和軸向槽的徑向槽底位置。
所述螺釘伸入導磁鋼實心轉子的深度不超過銅端環的軸向位置。
與現有技術相比，本實用新型的優點在於：
本實用新型的交流異步直驅高速電機，導磁鋼實心轉子兩端分別連接一半軸，半軸通過軸承組件支承於殼體上，導磁鋼實心轉子比傳統矽鋼片轉子具有更高的強度，能夠承受更高的臨界轉速，傳統矽鋼片轉子能夠承受的最高線速度通常在180m/s左右，但是本實用新型的導磁鋼實心轉子能夠承受的最高線速度可達250m/s；導磁鋼實心轉子與半軸的連接工藝非常簡單，裝配拆卸都很方便，且不會損壞零件，避免了現有拉杆轉子裝拆不便、容易損害零件的不足；因為現有矽鋼片轉子高速運行一段時間後會重新進行應力分布，轉子動平衡會被破壞，因此矽鋼片轉子裝配需要進行多次動平衡，但是本實用新型的導磁鋼實心轉子由於連接牢固、質量分布穩定，高速運行一般不會破壞軸系的動平衡，因此可以減少動平衡調整的次數。導磁鋼實心轉子與半軸通過沿圓周方向均勻分布的多個螺釘連接，其總體的連接拉力比拉杆轉子的拉力更大，抵抗彎矩變形的能力也更大。
附圖說明
圖1是本實用新型交流異步直驅高速電機實施例的結構示意圖。
圖2是圖1中導磁鋼實心轉子的A-A剖面視圖。
圖3是圖1中導磁鋼實心轉子的B-B剖面視圖。
圖4是圖1中導磁鋼實心轉子的C-C剖面視圖。
圖中各標號標示：
1、殼體；2、定子；3、導磁鋼實心轉子；31、環向槽；32、軸向槽；4、半軸；5、軸承組件；6、銅端環；7、銅導條；8、螺釘。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例的交流異步直驅高速電機，包括殼體1、定子2和導磁鋼實心轉子3，定子2裝設於殼體1內，導磁鋼實心轉子3空套於定子2內，導磁鋼實心轉子3兩端分別連接一半軸4，半軸4通過軸承組件5支承於殼體1上。本實用新型的交流異步直驅高速電機，導磁鋼實心轉子3比傳統矽鋼片轉子具有更高的強度，能夠承受更高的臨界轉速，傳統矽鋼片轉子能夠承受的最高線速度通常在180m/s左右，但是本實用新型的導磁鋼實心轉子3能夠承受的最高線速度可達250m/s；導磁鋼實心轉子3與半軸4的連接工藝非常簡單，裝配拆卸都很方便，且不會損壞零件，避免了現有拉杆轉子裝拆不便、容易損害零件的不足；因為現有矽鋼片轉子高速運行一段時間後會重新進行應力分布，轉子動平衡會被破壞，因此矽鋼片轉子裝配需要進行多次動平衡，但是本實用新型的導磁鋼實心轉子3由於連接牢固、質量分布穩定，高速運行一般不會破壞軸系的動平衡，因此可以減少動平衡調整的次數。
本實施例中，導磁鋼實心轉子3於外圓周面上開設有兩條環向槽31和多條軸向槽32，多條軸向槽32設於兩條環向槽31之間，各軸向槽32的端部均與環向槽31連通，環向槽31內嵌設銅端環6，軸向槽32內嵌設銅導條7，嵌設於槽內的結構可以增加銅端環6和銅導條7與導磁鋼實心轉子3基體的接觸面積和連接強度，銅端環6的外側有一定寬度的基體材料保護，且使基體材料可以用於與半軸的聯結，而不至於影響電機轉子的電磁性能；銅端環6和銅導條7均與導磁鋼實心轉子3焊接連接，通過高壓焊接工藝構成鼠籠式實心轉子結構，可增強轉子整體強度。
本實施例中，導磁鋼實心轉子3與半軸4通過沿圓周方向均勻分布的多個螺釘8連接，其總體的連接拉力比拉杆轉子的拉力更大。多個螺釘8的徑向位置低於環向槽31和軸向槽32的徑向槽底位置，螺釘8伸入導磁鋼實心轉子3的深度不超過銅端環6的軸向位置，使導磁鋼實心轉子3的最小實體厚度儘可能放大，從而降低薄弱環節在離心力作用下受損的風險。本實施例中，螺釘8的拉力點靠近轉子外圓，相對於軸心的力臂長，所以抵抗彎矩變形的能力也更大。
雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本實用新型。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍的情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本實用新型技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本實用新型技術方案保護的範圍內。