高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机及应用

摘要

高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机及应用，该电机由壳体、定子铁芯、电枢绕组、(空芯)转轴、带“⊥”形永磁体槽转子铁芯、条形切向永磁体、“I”形绝缘垫条、非导磁端环、衬套垫、表贴式永磁位置传感器转子、同轴式磁敏扇形位置传感器定子组成，本发明结构按通用型标准设计，结构简单，漏磁小，电机调速灵活、高效、比功率大，调速范围更广，且调节装置经济、可靠，切向永磁体不会造成不可逆的退磁，该产品广泛适用于油田采油螺杆泵、各种螺杆挤出机直驱装置、纺织机械、低速大力矩传送机械等。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机及应用，属于一种高效节能、低转速、大扭矩、连续调速的直接驱动永磁直流无刷电动机。

背景技术

进入二十一世纪以来，随着科学技术的飞速发展，人类对能源消费的需求量迅速增加。统计资料表明，方便、快捷的电能消耗一半以上是由电动机传动装置转换成机械能而消耗的，人类即将直接面临石油、煤炭、天然气等不可再生资源的枯竭。围绕着保护地球环境、节省资源、第五能源的开发应用高效电动机技术的全面研究应用。

在这种背景下，稀土永磁电机以其高效率节能、高可靠性、调速简便、免维护、长寿命等优点引起国内外专家高度重视，取得了丰硕研究和应用成果。但在大功率、低转速、大转矩应用上还没有充分挖掘潜力，存在着明显的不足。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机及应用，以达到高效节能，简化传动机构，方便维护、降低维护成本，降低噪音、减少环境污染。本发明按照通用型结构设计，可对现有相关领域传统电机进行大面积替换改造。针对目前大功率、大转矩、低转速驱动应用场合存在的传动机构复杂、效率低下、维护费用高、噪音大、启动困难、选型上大马拉小车、维护工作强度大的不足，本发明在提高电机制造工艺，高效节能、简化系统传动机构，提高运行的可靠性、安全性等方面具有显著效果。

本发明采用下述技术方案：本发明高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机及应用，主要包括两个端盖1、16、定子传感器架37、密封端盖33、机座4，嵌有三相星形联接对称电枢绕组的定子和装有条形切向永磁体45的(具有凸极特性)径向磁场转子、同轴式径向磁敏位置传感器等组成。为节约制造成本，使新系统设计选型、老系统更新更经济、更方便，便于系列化、标准化，电机机座4、端盖1和定子冲片39均采用国家标准Y系列电机标准件。

电机定子铁芯6由若干片定子冲片39、用隔磁端环10、和扣片3固定而成，在叠片时沿圆周扭斜一个槽距角；

电机转子是针对径向励磁方式的电机特点进行设计，由若干个转子冲片40叠压在转轴5上组成转子铁芯9，铁芯截面上均布24个“丄”形磁极槽并且两个相邻的“丄”形磁极槽中间冲有24个多功能梨形槽。为了有效的减轻转子的重量，转子铁芯7上冲若干个去重孔。条形切向永磁体45根据径向励磁极性要求嵌入“丄”形磁极槽的“I”槽内，条形绝缘垫条8嵌入“丄”形磁极槽的“-”槽内，支撑条形切向永磁体45。为了防止永磁体45从槽内脱出和金属屑等杂物吸入“上”形磁极槽内，两端面用非导磁端环10端封并由双头螺栓12穿过多功能梨形槽压紧，构成12对极切向磁钢径向磁场转子。

表贴式永磁位置传感器转子35由铝合金或其他非导磁材料制成位置传感器转座43、外圆沟槽内沿圆周粘贴径向充磁的瓦形永磁体44构成。径向充磁的瓦形永磁体44将位置传感器转座43外圆沟槽均分为二十四等份，十二对极。

同轴磁敏扇形位置传感器定子36由扇形PCB印制板41、装于扇形PCB印制板41上的开关霍尔元件H1～H3和扇形密封罩42组成。开关霍尔元件的磁敏面朝向轴芯。

其特征在于：

1、电机机座4、端盖1、定子冲片36采用国家标准Y系列标准机件，节约制造成本，实现了高效节能与经济性的统一；便于系列化、标准化；使新系统设计选型、老系统更新更经济、更方便。

2、制造工艺性好、装配简单，漏磁小、自然退磁降低。

3、起动力矩大，无需大马配小车，简化系统，避免一次投资的浪费。

4、表贴式永磁位置传感器转座43由铝合金或其他非导磁材料制成，与位置传感器定子36构成同轴径向磁敏结构，不受轴的蹿动影响，稳定可靠。

附图说明

图1高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机的定子、转子配合示意图

图2高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机的定子冲片示意图；

图3高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机转子冲片示意图；

图4高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机转子示意图；

图5同轴式径向磁敏位置传感器定子示意图；

图6同轴式径向磁敏位置传感器转子示意图；

图7立式高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机示意图；

图8卧式高效率永磁直流无刷低转速力矩通用型电机示意图；

具体实施方式

本发明优选的第一个实施例为一台立式高效率大力矩永磁直流无刷采油螺杆泵驱动电动机，见图7。该电机的构成是：密封盖、旋转轴唇形密封、扇形位置传感器定子、传感器定子支架、同轴径向磁敏传感器转子、上端盖、上轴承、壳体、由定子铁芯和电枢绕组组成的定子、下端盖法兰、组合下轴承、润滑油池密封盖、毡圈油封、水泥浆介质轴用L形滑环式组合下密封、装有空心转轴且由转子铁芯、切向永磁体、竹条垫板、推力圆柱滚子轴承套组成的转子、空心密封管部件、空心转轴密封架、水泥浆介质轴用L形滑环式组合上密封、组合扶正轴承等。上述结构构成一台立式高效率大力矩永磁直流无刷采油螺杆泵驱动电动机。

定子铁芯是由厚度为0.5mm硅钢片材料制成的定子冲片叠压而成，定子铁芯长度见表(一)。定子冲片通用于Y系列定子冲片见图2。叠压时将定子冲片沿圆周方向扭斜一个槽距角x度见图3。

电枢绕组为三相星形联接对称绕组，嵌于定子鉄芯的槽内。

转子铁芯由厚度为0.5mm硅钢片材料制成的冲片叠压而成，转子铁芯长度见表(一)。转子冲片见图4。冲片在轴的一端由轴肩定位，另一端用轴套压紧并用轴用挡圈卡在轴槽定位，挡圈封口并焊接。条形绝缘垫条嵌入“丄”形磁极槽的“-”槽内，支撑条形切向永磁体，条形切向永磁体根据径向励磁极性要求嵌入“丄”形磁极槽的“I”槽内。转子铁芯两端用端环封盖并用24根M8螺杆紧定，螺杆与两端端环间用“T”形绝缘衬垫隔离，螺纹处冲点并涂漆防松。根据立式安装以及采油螺杆泵驱动特点，上支撑为游动端选用深沟球轴承6020.ZZ外圈与上端盖孔为间隙配合，外圈与传感器架间放置波形弹簧垫圈A，保证有3-3.5的轴向蹿量，以保证安装作业及补偿轴的热伸长量。采用油沟密封。扇形径向定子传感器装于定子支架上，由密封罩和装于其上的旋转轴唇形密封保护，防止尘雨侵入。下支撑为固定端，用推力圆柱滚子轴承29420和深沟球轴承6220组成，承受轴向载荷并起扶正作用。采用LAN-100润滑油润滑轴承组。润滑油池密封盖、毡圈油封、推力圆柱滚子轴承套、轴端油封架与水泥浆介质轴用L形滑环式组合密封构成润滑油池密封。

空心密封管部件由空心密封管、空心密封管座及“O”橡胶圈、水泥浆介质轴用L形滑环式组合上密封、两个带有螺旋槽的尼龙套组成。空心密封管座通过“O”橡胶圈与下端盖法兰静密封，并用螺钉固定，实现电机下支撑内部与采油液完全隔离；空心密封管部件上端通过两组水泥浆介质轴用L形滑环式组合上密封实现与电机空芯转轴的动密封。装于空心密封管部件上端的两个组合扶正轴承6911.2Z保证了电机空芯转轴在采油时与空心密封管的同轴性，保证两组水泥浆介质轴用L形滑环式组合上密封的有效、可靠、长寿命。再辅以嵌装在空心密封管内壁上的上下两个带有螺旋槽的尼龙套(螺旋槽加工于内表面)，利用螺旋反输送作用，压送采油液以起到辅助密封密封作用。

联轴器内表面凸齿与电机空芯转轴上端面凹槽刚性联接，实现扭矩传递。联轴器内表面通过“O”橡胶圈密封与电机空芯转轴外表面实现静密封，防止采油液外泄。

本实施例适合于陆地或海上采油直接驱动螺杆泵动力驱动装置，或者应用于操作危险、维修困难的化工液体输送等领域。

本实施例在陆上直接驱动螺杆泵运行试验证明：高效节能，系统效率≥90％，对比传统抽油机吨液节电65％，对比目前通用螺杆泵抽油机驱动系统吨液节电35％，占地小，采油液无外泄，无环境污染，输出扭矩大，过载能力强，过载扭矩大于三倍额定转矩，免维护，调参简捷、调速范围大、灵活、，性能优越，运行平稳可靠，便于远程集中控制。

本发明优选的第二个实施例为一台卧式高效率大力矩永磁直流无刷输油螺杆泵驱动电动机见图8。该电机的构成是：左密封盖、旋转轴唇形密封、扇形位置传感器定子、传感器定子支架、左端盖、壳体、由定子铁芯和电枢绕组组成的定子、右端盖法兰、装有转轴且由转子铁芯、切向永磁体、竹条垫板、同轴径向磁敏传感器转子组成的转子，两端分别选用深沟球轴承固定支撑，在右端支撑轴承外圈与端盖间放置WG型波形垫圈，减少轴承运转噪音，提高轴承的运转精度与平稳性，并补偿轴的热伸长量。上述结构构成一台卧式稀土永磁直流无刷力矩采油螺杆泵驱动电动机。

本实施例适合定子鉄芯是由厚度为0.5mm硅钢片材料制成的定子冲片叠压而成，定子铁芯长度见表(一)。定子冲片通用于Y系列定子冲片见图2。叠压时将定子冲片沿圆周方向扭斜一个槽距角x度见图3。

电枢绕组为三相星形联接对称绕组，嵌于定子鉄芯的槽内。

转子铁芯由厚度为0.5mm硅钢片材料制成的冲片叠压而成，转子铁芯长度见表(一)。转子冲片见图4。冲片在轴的一端由轴肩定位，另一端用轴套压紧并用轴用挡圈卡在轴槽定位，挡圈封口并焊接。条形绝缘垫条嵌入“丄”形磁极槽的“-”槽内，支撑条形切向永磁体，条形切向永磁体根据径向励磁极性要求嵌入“丄”形磁极槽的“I”槽内。转子铁芯两端用端环封盖并用24根M8螺杆紧定，螺杆与两端端环间用“T”形绝缘衬垫隔离，螺纹处冲点并涂漆防松。根据输油螺杆泵驱动特点，两端支撑分别选用深沟球轴承6020.ZZ和6220.ZZ，右端支撑轴承外圈与端盖间放置波形弹簧垫圈A，保证有3-3.5的轴向弹性压缩量，以保证安装作业及补偿轴的热伸长量。扇形径向定子传感器装于定子支架上，由密封罩和装于其上的旋转轴唇形密封保护，防止尘雨、油污侵入。

电机空芯转轴上端面凹槽直接与输油螺杆泵驱动轴的凸齿刚性联接，实现扭矩传递。

本实施例既适合于集油泵站输油直接驱动螺杆泵动力驱动装置也适合于低转速高效率塑料挤出机直驱场合，同时也适用于低转速高效率纺纱机的直接驱动。高效节能，系统效率≥90％，系统结构简单，占地小，维护简便或免于维护，无润滑油外泄，无环境污染，运行噪音低，输出扭矩大，过载能力强，过载扭矩大于三倍额定转矩，调参简捷、调速连续、灵活、范围大，性能优越，运行平稳可靠，便于远程集中控制和管理。实现了高技术性能与系统经济性的统一，实现原油的高效输送。