專利名稱：異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機，是對油田管式泵機械采油拖動裝置的重大技術(shù)突破，是本專利權(quán)人《低速大扭矩異型電機拖動高效低耗智能抽油機》(ZL O2 2 57259.7)的核心部件，屬電磁應(yīng)用新領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自十八世紀四十年代電磁理論應(yīng)用于電機實踐以后，近二百年以來，電力拖動裝置的發(fā)展不斷推陳出新，交流同步、交流異步、直流并勵、串勵、復(fù)勵等各類電機異彩紛呈，單相、兩相、三相五花八門。電機的應(yīng)用極大地提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，極大的方便了自動控制和遠程操縱，極大地減輕了繁重的體力勞動，各式各樣的電機已成為工農(nóng)業(yè)、科技、國防和人們?nèi)粘Ｉ钯囈陨婧桶l(fā)展的動力之源。結(jié)構(gòu)簡單，能量轉(zhuǎn)換方便，運行經(jīng)濟可靠是電機長盛不衰的根本原因。二十世紀八十年代中后期，又成功地開發(fā)出一種啟動扭矩大、啟動電流小、適用于頻繁正、反轉(zhuǎn)的開關(guān)磁阻電機，在紡織、印染、風(fēng)機、水泵、電氣機車及油田抽油機調(diào)速拖動方面取得了良好的節(jié)電降耗效果。近年來，可以實現(xiàn)低速大扭矩的滾切式電機也引起了電機行業(yè)的高度關(guān)注。但在許多情況下，如油田管式泵機械采油系統(tǒng)，換向麻煩、調(diào)速困難、能耗高，普通電機和通常適用于高速運行的開關(guān)磁阻電機不借助其它機械傳動裝置，難以適應(yīng)此種工況的運行要求，亟待開發(fā)一種全新的電機類型。多年來，本專利權(quán)人跟蹤電機技術(shù)發(fā)展的前沿，對低速大扭矩電機作了深入研究，開發(fā)出解決諸如低轉(zhuǎn)速、大扭矩、頻繁換向、節(jié)能降耗的電力拖動裝置。本發(fā)明就是在本專利權(quán)人ZL 0O 2 46414.4、ZL 00 2 59694.6、ZL 02 2 57259.7專利技術(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新改進，使之更趨完善的新一代機型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是探索一種調(diào)速簡單、換向方便、大扭矩、低轉(zhuǎn)速的電磁方法，巧妙地設(shè)計一種全新的電機，以取代笨重昂貴的減速機構(gòu)和復(fù)雜的換向系統(tǒng)，為諸如管式泵機械采油等礦場開發(fā)一種機電一體化的高效低耗拖動設(shè)備，開創(chuàng)電磁應(yīng)用新領(lǐng)域，實現(xiàn)油田管式泵機械采油等行業(yè)節(jié)能降耗的革命性突破。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明突破了傳統(tǒng)電機的設(shè)計模式，采用相極獨立磁路、不等齒距、異型轉(zhuǎn)子、大小齒短磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計的調(diào)速電機，克服了普通電機低轉(zhuǎn)速、大扭矩不易實現(xiàn)的難題，輔之以電力電子控制電路可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩的控制，四象限運行，實現(xiàn)了諸如油田管式泵機械采油等領(lǐng)域拖動裝置的革命性突破。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是1.整機結(jié)構(gòu)整機由通過支座(1)、主軸(2)、鍵(3)、軸承(4)固定在爬犁式底座上的異型定子(6)、異型轉(zhuǎn)子(7)及角度齒盤(16)和傳感器(17)等控制、保護元件組成。異型定子(6)分別由支座(1)、接線盒(18)、鎖定銷(15)、散熱片(14)、定子鐵芯(9)、勵磁繞組(21)組成；異型轉(zhuǎn)子(7)分別由懸繩槽或懸?guī)Р?10)、剎車盤(11)、保險繩槽和保險繩孔(12)、密封環(huán)(13)、轉(zhuǎn)子鐵芯(8)組成。異型定子(6)、異型轉(zhuǎn)子(7)為雙凸極、大小齒(19)短磁路特殊結(jié)構(gòu)。整機潤滑部位由軸承端蓋(5)密封。
2.轉(zhuǎn)子滾筒設(shè)計異型轉(zhuǎn)子(7)的外觀型式為對稱輪軸式雙端驅(qū)動內(nèi)轉(zhuǎn)子變矩滾筒(圖1)；或者為對稱輪軸式雙端驅(qū)動硅鋼片鐵芯外轉(zhuǎn)子變矩滾筒(圖3)；或者為對稱輪軸式雙端驅(qū)動高導(dǎo)磁率型鋼鐵芯外轉(zhuǎn)子變矩滾筒(圖5)；或者為筒狀異型外轉(zhuǎn)子滾筒(圖6)；或者為單端驅(qū)動外(內(nèi))轉(zhuǎn)子變矩滾筒(圖7)。異型轉(zhuǎn)子(7)的構(gòu)造為中空輪輻式結(jié)構(gòu)，其徑向?qū)ΨQ中心開軸孔，各受力部位用加強筋加固；其軸向?qū)ΨQ中心設(shè)懸繩槽或懸?guī)Р?10)，槽外表面為鑄造糙面，或固定或硫化耐磨橡膠，懸繩槽或懸?guī)Р?10)兩側(cè)為剎車盤(11)，剎車盤(11)外側(cè)為保險繩槽和保險繩孔(12)，保險繩槽和保險繩孔(12)用剎車盤(11)和密封環(huán)(13)遮擋，密封環(huán)(13)外端對稱設(shè)置轉(zhuǎn)子鐵芯(8)，該鐵芯為硅鋼片疊片成型或者為高導(dǎo)磁率的鋼材成型。異型轉(zhuǎn)子(7)的支撐方式為定子與支座連體式(圖1)；或者為定子與支座分體式(圖3)；或者為支座與主軸獨立支撐式(圖5)。軸承(4)裝配于轉(zhuǎn)子軸孔內(nèi)；或者裝配于定子軸孔內(nèi)。
3.定子設(shè)計異型定子(6)與異型轉(zhuǎn)子(7)對應(yīng)為不同的外、內(nèi)輪輻式結(jié)構(gòu)，兩軸端對稱設(shè)置，各受力部位用加強筋加固，輪輻開孔部位設(shè)置散熱片。異型定子(6)裝配圖外側(cè)下部設(shè)接線盒(18)，上部設(shè)鎖定銷(15)；裝配圖內(nèi)側(cè)上部小于180度的外圓弧面外加厚，鉆螺孔，用弧形蓋板固定兩端定子外殼，內(nèi)側(cè)下部小于180度的外圓弧面外加厚，鉆螺孔，與底座緊固。異型定子(6)外(內(nèi))輪緣設(shè)散熱片(14)，內(nèi)(外)輪緣固定定子鐵芯(9)，定子鐵芯(9)齒間裝有集中勵磁繞組(21)。異型定子(6)軸孔開鍵槽。
4.磁路設(shè)計本發(fā)明定、轉(zhuǎn)子為雙凸極、大小齒或定、轉(zhuǎn)子等齒距或轉(zhuǎn)子等齒距，定子不等齒距短磁路特殊結(jié)構(gòu)，即定子與轉(zhuǎn)子等齒距處磁路閉合，采用通電相定、轉(zhuǎn)子齒距相等，利用齒寬不等保證一定的重疊系數(shù)，而非通電相的定、轉(zhuǎn)子齒距不等，適時控制導(dǎo)通相時間產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩使電機或電動或發(fā)電狀態(tài)運行。定(轉(zhuǎn))子大齒上開設(shè)兩齒、三齒或更多小齒。轉(zhuǎn)子鐵芯(8)的各轉(zhuǎn)子等齒距齒極(20)由緊固條、定位槽、端面臺階、外擋圈固定在轉(zhuǎn)子本體上；定子鐵芯(9)的大小齒(19)或定子不等距齒極由緊固條、定位槽、端面臺階和擋圈軸向固定在定子內(nèi)(外)輪緣。定子鐵芯(9)沖片極間不連續(xù)(僅一個相極間連續(xù)即可)，且定子相鄰齒距不等，定子齒間裝有按一定相序構(gòu)成的集中勵磁繞組(21)，勵磁繞組(21)引出線由接線板固定，并通過接線盒(18)外接到控制柜的控制電路。
5.控制系統(tǒng)設(shè)計異型定子(6)繞組槽內(nèi)埋設(shè)熱敏傳感元件，采集溫度信號；異型轉(zhuǎn)子(7)一側(cè)設(shè)置與轉(zhuǎn)子齒形相同的角度齒盤(16)，與其對應(yīng)的定子部位裝設(shè)高性能紅外光電管元件傳感器(17)，采集角位移和轉(zhuǎn)速信號；工況模擬器采集負載信號。上述信號通過電纜反饋到控制電路，實現(xiàn)自動控制，或者以觸摸屏或遙控方式實現(xiàn)智能控制，達到電機保護、適時控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和定量分析示功圖的目的。
6.定、轉(zhuǎn)子散熱設(shè)計定子鐵芯(9)、勵磁繞組(21)的散熱由異型定子(6)外(內(nèi))輪緣設(shè)置的散熱片(14)通過大氣自然對流散熱；異型轉(zhuǎn)子(7)為無導(dǎo)條和繞組的冷轉(zhuǎn)子，主軸(2)為軸向中部密封的空心軸，軸兩端開一至數(shù)個進、排氣孔，電機內(nèi)腔的余熱既可通過異型定子(6)輪輻孔上設(shè)置的散熱片大氣自然對流散熱，又可使自然風(fēng)由主軸(2)一端的進氣孔進入電機內(nèi)腔，攜帶內(nèi)腔余熱通過中空輪輻式異型轉(zhuǎn)子(7)進入電機另一內(nèi)腔，并同時攜帶另一腔余熱經(jīng)排氣孔排出機外，或者外接無動力排風(fēng)扇或有動力排風(fēng)扇強制排出機外。
7.驅(qū)動類型設(shè)計按上述結(jié)構(gòu)形式和機理，裝配不同的轉(zhuǎn)子鐵芯和定子繞組，可擴展為多種驅(qū)動類型的異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機。按圖1的結(jié)構(gòu)形式裝配圖2的轉(zhuǎn)子鐵芯和定子繞組，其驅(qū)動類型為異型內(nèi)轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路開關(guān)磁阻調(diào)速電機；或者按圖3的結(jié)構(gòu)形式裝配圖4的轉(zhuǎn)子鐵芯和定子繞組，其驅(qū)動類型為異型外轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路開關(guān)磁阻調(diào)速電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式將轉(zhuǎn)子各齒極與轉(zhuǎn)子本體間用非導(dǎo)磁材料(如非導(dǎo)磁不銹鋼)屏蔽，在轉(zhuǎn)子各齒極間按N、S極性依次嵌入圖6的磁鋼，并配置與其對應(yīng)的定子繞組，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩交流永磁同步調(diào)速電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式裝配對應(yīng)的轉(zhuǎn)子鼠籠和定子繞組，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩交流異步調(diào)速電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式裝配對應(yīng)的轉(zhuǎn)子繞組、定子繞組和碳刷、滑環(huán)等，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩直流電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式裝配對應(yīng)的轉(zhuǎn)子永磁體、定子繞組、無刷、無滑環(huán)，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩直流無刷調(diào)速電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式裝配對應(yīng)的轉(zhuǎn)子主繞組、調(diào)節(jié)繞組、定子副繞組，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩交流整流子電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式配置電磁滑差離合器，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩電磁調(diào)速電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式擴展為更多驅(qū)動方式。按上述結(jié)構(gòu)形式裝配的不同驅(qū)動類型的電機，其勵磁繞組(21)根據(jù)不同工況對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的要求，或者為單相繞組；或者為兩相繞組；或者為三相繞組；或者為四相繞組；或者為更多相繞組，其配電方式或者為交流供電；或者為直流供電。
8.技術(shù)參數(shù)設(shè)計異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機的主要技術(shù)參數(shù)依據(jù)下列經(jīng)驗公式確定Da=WM1PemBδAnλ3]]>Nr＝WM2f/nLcm(Ns，Nr)＝qNr(＞Ns＞Nr)式中Da-電機轉(zhuǎn)子鐵芯外徑；Pem-電機電磁功率；Bδ-電機計算磁密；A-電機計算線負荷；n-電機轉(zhuǎn)速；λ-硅鋼片直徑與疊厚之比；Nr-轉(zhuǎn)子齒數(shù)；Ns-定子齒數(shù)；q-電機相數(shù)；f-供電頻率；Lcm-最小公倍數(shù)；WM1-經(jīng)驗修正系數(shù)；WM2-齒極優(yōu)化系數(shù)。
優(yōu)化后的技術(shù)參數(shù)為Mn＞15KNm；n＝0-50r/s；Da≥800mm；定、轉(zhuǎn)子齒極優(yōu)化的“WM黃金組合”為四相繞組3×16/90或3×32/180，三相繞組3×18/120。
本發(fā)明的工作原理如圖6所示，采用通電相定、轉(zhuǎn)子齒距相等，即定子與轉(zhuǎn)子等齒距處磁路閉合(采用不等齒寬保證一定的重疊系數(shù))，而非通電相的定、轉(zhuǎn)子齒距不等，從而實現(xiàn)隨機啟動運行。適時控制導(dǎo)通相時間(電角度)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩使電機或電動或發(fā)電狀態(tài)運行。改變通電相序，可改變電機轉(zhuǎn)向，控制通電電流的大小和通斷電時刻，可以改變轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，還可以實現(xiàn)制動運行。為了檢測電機的瞬時位置和轉(zhuǎn)速，在電機軸端部裝有高性能紅外光電管元件傳感器。此傳感器采集角位移信號和轉(zhuǎn)速信號，將其反饋到控制電路?？刂齐娐酚梢粋€單片機及數(shù)字、模擬電路組成，其作用是根據(jù)外部操作控制要求和電機實際運行情況連續(xù)調(diào)節(jié)輸出信號，以通過驅(qū)動電路和功率電路改變電機的通電，使之達到規(guī)定的運行要求，如轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電動與制動等，并處于最佳工作狀態(tài)。此外，控制電路還可實現(xiàn)多種保護和自診斷功能。由于單片機程序的可修改性，還可以較方便地滿足在電動機性能方面的各種要求。操作顯示電路用以接收手動、遙控或電氣操作信號，如啟動、停止、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速信號等，并將操作情況、電機實際運行情況和故障情況用數(shù)碼管和發(fā)光管顯示出來，實現(xiàn)高度智能的機電一體化。
本發(fā)明異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機與普通電動機和常規(guī)開關(guān)磁阻電機比較，在以下八個方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。
1.超低轉(zhuǎn)速、大扭矩，可取代笨重昂貴的減速機構(gòu)；2.啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流小，具有常規(guī)電機難以比擬的啟動特性；3.適于頻繁正、反轉(zhuǎn)，可取代復(fù)雜的換向機構(gòu)；4.轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、制動等機電一體化高度可控，可實現(xiàn)高度智能化；
5.極間采用短磁路結(jié)構(gòu)，可大大減少磁阻損耗；6.定子鐵芯沖片為大小齒或極間不連續(xù)，可節(jié)省材料，降低銅損；7.轉(zhuǎn)子無繞組或?qū)l，可節(jié)省鐵芯有色金屬材料，減少轉(zhuǎn)子I2R損耗；8.結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、控制靈活、節(jié)能降耗，運行經(jīng)濟可靠。
該機是總結(jié)了近代二百多年來電機運行經(jīng)驗，創(chuàng)新設(shè)計的新一代機型。


圖1為異型內(nèi)轉(zhuǎn)子連體式支撐超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機結(jié)構(gòu)示意圖，其中1.支座；2.主軸；3.鍵；4.軸承；5.軸承端蓋；6.異型定子(外)；7.異型轉(zhuǎn)子(內(nèi))；8.轉(zhuǎn)子鐵芯；9.定子鐵芯；10.懸繩槽或懸?guī)Р郏?1.剎車盤；12.保險繩槽和保險繩孔；13.密封環(huán)；14.散熱片；15.鎖定銷；16.角度齒盤；17.傳感器；18.接線盒。
圖2為異型內(nèi)轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機大小齒短磁路結(jié)構(gòu)示意圖，其中19.定子不等距齒極(大小齒)；20.轉(zhuǎn)子等齒距齒極；21.勵磁繞組；22.通電相閉合磁路。
圖3為異型外轉(zhuǎn)子分體式支撐超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機結(jié)構(gòu)示意圖，其中1.支座；2.主軸；3.鍵；4.軸承；5.軸承端蓋；6.異型定子(內(nèi))；7.異型轉(zhuǎn)子(外)；8.轉(zhuǎn)子鐵芯；9.定子鐵芯；10.懸繩槽或懸?guī)Р郏?1.剎車盤；12.保險繩槽和保險繩孔；13.密封環(huán)；14.散熱片；15.鎖定銷；16.角度齒盤；17.傳感器；18.接線盒。
圖4為異型外轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機短磁路結(jié)構(gòu)示意圖，其中19.定子不等距齒極；20.轉(zhuǎn)子等齒距齒極；21.勵磁繞組；22.通電相閉合磁路。
圖5為異型外轉(zhuǎn)子獨立式支撐超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機結(jié)構(gòu)示意圖，其中1.支座；2.主軸；3.鍵；4.軸承；5.軸承端蓋；6.異型定子(內(nèi))；7.異型轉(zhuǎn)子(外)；8.轉(zhuǎn)子鐵芯；9.定子鐵芯；10.懸繩槽或懸?guī)Р郏?1.剎車盤；12.保險繩槽和保險繩孔；13.密封環(huán)；14.散熱片；15.鎖定銷；16.角度齒盤；17.傳感器；18.接線盒。
圖6為筒狀異型外轉(zhuǎn)子超低速大扭矩永磁調(diào)速電機結(jié)構(gòu)示意圖，其中1.支座；2.主軸；3.鍵；4.軸承；5.軸承端蓋；6.異型定子(內(nèi))；7.異型轉(zhuǎn)子(外)；8.轉(zhuǎn)子鐵芯(磁鋼)；9.定子鐵芯(繞組)；10.懸繩槽或懸?guī)Р郏?1.剎車盤(轂)；23.外端蓋。
圖7為異型外轉(zhuǎn)子分體式支撐單端驅(qū)動超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機結(jié)構(gòu)示意圖，其中1.支座；2.主軸；3.鍵；4.軸承；5.軸承端蓋；6.異型定子(內(nèi))；7.異型轉(zhuǎn)子(外)；8.轉(zhuǎn)子鐵芯；9.定子鐵芯(繞組)；10.懸繩槽或懸?guī)Р郏?1.剎車盤(轂)；23.外端蓋。
實施例1本發(fā)明異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機是為《低速大扭矩異型電機拖動高效低耗智能抽油機》而設(shè)計的拖動裝置。結(jié)構(gòu)為異型內(nèi)轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路開關(guān)磁阻調(diào)速電機，異型內(nèi)轉(zhuǎn)子、異型外定子用鑄鋼一次澆鑄成型，外定子最大外徑∮1600，內(nèi)轉(zhuǎn)子最大外徑∮1380，主軸用空心軸，外定子鐵芯采用一大齒三小齒結(jié)構(gòu)，定、轉(zhuǎn)子齒極采用“WM黃金組合”，即四相繞組3×16/90或3×32/180，三相繞組3×18/120。樣機額定轉(zhuǎn)速0-20轉(zhuǎn)/分，額定扭矩大于20kNm，最大輸出功率37kW，適于拖動12型抽油機。
實施例2本發(fā)明異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機也是為油田管式泵機械采油而設(shè)計的拖動裝置。其樣機為異型外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的超低速大扭矩永磁調(diào)速電機，異型外轉(zhuǎn)子、異型內(nèi)定子殼體用鑄鋼一次澆鑄成型，其外轉(zhuǎn)子殼體與齒極間用非導(dǎo)磁不銹鋼屏蔽，外轉(zhuǎn)子最大直徑∮1412，內(nèi)定子最大外徑∮1210，主軸用空心軸。樣機額定轉(zhuǎn)速0-50轉(zhuǎn)/分，額定扭矩大于16kNm，最大輸出功率22kW，適于拖動10型抽油機。
權(quán)利要求
1.一種異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機，其特征在于整機由通過支座(1)、主軸(2)、鍵(3)、軸承(4)固定在爬犁式底座上的異型定子(6)、異型轉(zhuǎn)子(7)及角度齒盤(16)和傳感器(17)等控制、保護元件組成。異型定子(6)分別由支座(1)、接線盒(18)、鎖定銷(15)、散熱片(14)、定子鐵芯(9)、勵磁繞組(21)組成；異型轉(zhuǎn)子(7)分別由懸繩槽或懸?guī)Р?10)、剎車盤(11)、保險繩槽和保險繩孔(12)、密封環(huán)(13)、轉(zhuǎn)子鐵芯(8)組成。異型定子(6)、異型轉(zhuǎn)子(7)為雙凸極、大小齒(19)短磁路特殊結(jié)構(gòu)。整機潤滑部位由軸承端蓋(5)密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機，其特征在于異型轉(zhuǎn)子(7)的外觀型式為對稱輪軸式雙端驅(qū)動內(nèi)轉(zhuǎn)子變矩滾筒(圖1)；或者為對稱輪軸式雙端驅(qū)動硅鋼片鐵芯外轉(zhuǎn)子變矩滾筒(圖3)；或者為對稱輪軸式雙端驅(qū)動高導(dǎo)磁型鋼鐵芯外轉(zhuǎn)子變矩滾筒(圖5)；或者為筒狀異型外轉(zhuǎn)子滾筒(圖6)；或者為單端驅(qū)動外(內(nèi))轉(zhuǎn)子變矩滾筒(圖7)。異型轉(zhuǎn)子(7)的構(gòu)造為中空輪輻式結(jié)構(gòu)，其徑向?qū)ΨQ中心開軸孔，各受力部位用加強筋加固；其軸向?qū)ΨQ中心設(shè)懸繩槽或懸?guī)Р?10)，槽外表面為鑄造糙面，或固定或硫化耐磨橡膠，懸繩槽或懸?guī)Р?10)兩側(cè)為剎車盤(11)，剎車盤(11)外側(cè)為保險繩槽和保險繩孔(12)，保險繩槽和保險繩孔(12)用剎車盤(11)和密封環(huán)(13)遮擋，密封環(huán)(13)外端對稱設(shè)置轉(zhuǎn)子鐵芯(8)，該鐵芯為硅鋼片疊片成型或者為高導(dǎo)磁率的鋼材成型。異型轉(zhuǎn)子(7)的支撐方式為定子與支座連體式(圖1)；或者為定子與支座分體式(圖3)；或者為支座與主軸獨立支撐式(圖5)。軸承(4)裝配于轉(zhuǎn)子軸孔內(nèi)；或者裝配于定子軸孔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機，其特征在于異型定子(6)與異型轉(zhuǎn)子(7)對應(yīng)為不同的外、內(nèi)輪輻式結(jié)構(gòu)，兩軸端對稱設(shè)置，各受力部位用加強筋加固，輪輻開孔部位設(shè)置散熱片。異型定子(6)裝配圖外側(cè)下部設(shè)接線盒(18)，上部設(shè)鎖定銷(15)；裝配圖內(nèi)側(cè)上部小于180度的外圓弧面外加厚，鉆螺孔，用弧形蓋板固定兩端定子外殼，內(nèi)側(cè)下部小于180度的外圓弧面外加厚，鉆螺孔，與底座緊固。異型定子(6)外(內(nèi))輪緣設(shè)散熱片(14)，內(nèi)(外)輪緣固定定子鐵芯(9)，定子鐵芯(9)齒間裝有集中勵磁繞組(21)。異型定子(6)軸孔開鍵槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2、權(quán)利要求3所述的異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機，其特征在于定、轉(zhuǎn)子為雙凸極、大小齒或定、轉(zhuǎn)子等齒距或轉(zhuǎn)子等齒距，定子不等齒距短磁路特殊結(jié)構(gòu)，即定子與轉(zhuǎn)子等齒距處磁路閉合，采用通電相定、轉(zhuǎn)子齒距相等，利用齒寬不等保證一定的重疊系數(shù)，而非通電相的定、轉(zhuǎn)子齒距不等，適時控制導(dǎo)通相時間產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩使電機或電動或發(fā)電狀態(tài)運行。定(轉(zhuǎn))子大齒上開設(shè)兩齒、三齒或更多小齒。轉(zhuǎn)子鐵芯(8)的各轉(zhuǎn)子等齒距齒極(20)由緊固條、定位槽、端面臺階、外擋圈固定在轉(zhuǎn)子本體上；定子鐵芯(9)的大小齒(19)或定子不等距齒極由緊固條、定位槽、端面臺階和擋圈軸向固定在定子內(nèi)(外)輪緣。定子鐵芯(9)沖片極間不連續(xù)(僅一個相極間連續(xù)即可)，且定子相鄰齒距不等，定子齒間裝有按一定相序構(gòu)成的集中勵磁繞組(21)，勵磁繞組(21)引出線由接線板固定，并通過接線盒(18)外接到控制柜的控制電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機，其特征在于異型定子(6)繞組槽內(nèi)埋設(shè)熱敏傳感元件，采集溫度信號；異型轉(zhuǎn)子(7)一側(cè)設(shè)置與轉(zhuǎn)子齒形相同的角度齒盤(16)，與其對應(yīng)的定子部位裝設(shè)高性能紅外光電管元件傳感器(17)，采集角位移和轉(zhuǎn)速信號；工況模擬器采集負載信號。上述信號通過電纜反饋到控制電路，實現(xiàn)自動控制，或者以觸摸屏或遙控方式實現(xiàn)智能控制，達到電機保護、適時控制轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和定量分析示功圖的目的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2、權(quán)利要求3所述的異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機，其特征在于定子鐵芯(9)、勵磁繞組(21)的散熱由異型定子(6)外(內(nèi))輪緣設(shè)置的散熱片(14)通過大氣自然對流散熱；異型轉(zhuǎn)子(7)為無導(dǎo)條和繞組的冷轉(zhuǎn)子，主軸(2)為軸向中部密封的空心軸，軸兩端開一至數(shù)個進、排氣孔，電機內(nèi)腔的余熱既可通過異型定子(6)輪輻孔上設(shè)置的散熱片大氣自然對流散熱，又可使自然風(fēng)由主軸(2)一端的進氣孔進入電機內(nèi)腔，攜帶內(nèi)腔余熱通過中空輪輻式異型轉(zhuǎn)子(7)進入電機另一內(nèi)腔，并同時攜帶另一腔余熱經(jīng)排氣孔排出機外，或者外接無動力排風(fēng)扇或有動力排風(fēng)扇強制排出機外。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2、權(quán)利要求3、權(quán)利要求4、權(quán)利要求5和權(quán)利要求6所述的異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機，其特征在于按上述結(jié)構(gòu)形式和機理，裝配不同的轉(zhuǎn)子鐵芯和定子繞組，可擴展為多種驅(qū)動類型的異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機。按圖1的結(jié)構(gòu)形式裝配圖2的轉(zhuǎn)子鐵芯和定子繞組，其驅(qū)動類型為異型內(nèi)轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路開關(guān)磁阻調(diào)速電機；或者按圖3的結(jié)構(gòu)形式裝配圖4的轉(zhuǎn)子鐵芯和定子繞組，其驅(qū)動類型為異型外轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路開關(guān)磁阻調(diào)速電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式將轉(zhuǎn)子各齒極與轉(zhuǎn)子本體間用非導(dǎo)磁材料(如非導(dǎo)磁不銹鋼)屏蔽，在轉(zhuǎn)子各齒極間按N、S極性依次嵌入圖6的磁鋼，并配置與其對應(yīng)的定子繞組，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩交流永磁同步調(diào)速電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式裝配對應(yīng)的轉(zhuǎn)子鼠籠和定子繞組，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩交流異步調(diào)速電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式裝配對應(yīng)的轉(zhuǎn)子繞組、定子繞組和碳刷、滑環(huán)等，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩直流電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式裝配對應(yīng)的轉(zhuǎn)子永磁體、定子繞組、無刷、無滑環(huán)，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩直流無刷調(diào)速電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式裝配對應(yīng)的轉(zhuǎn)子主繞組、調(diào)節(jié)繞組、定子副繞組，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩交流整流子電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式配置電磁滑差離合器，其驅(qū)動類型為異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩電磁調(diào)速電機；或者按上述結(jié)構(gòu)形式擴展為更多驅(qū)動方式。按上述結(jié)構(gòu)形式裝配的不同驅(qū)動類型的電機，其勵磁繞組(21)根據(jù)不同工況對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的要求，或者為單相繞組；或者為兩相繞組；或者為三相繞組；或者為四相繞組；或者為更多相繞組，其配電方式或者為交流供電；或者為直流供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求2、權(quán)利要求3、權(quán)利要求4、權(quán)利要求5、權(quán)利要求6、權(quán)利要求7所述的異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機，其特征在于異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機的主要技術(shù)參數(shù)依據(jù)下列經(jīng)驗公式確定Da=WM1PemBδAnλ3]]>Nr＝WM2f/nLCm(Ns，Nr)＝qNr(＞Ns＞Nr)優(yōu)化后的技術(shù)參數(shù)為Mn＞15kNm，；n＝0-50r/s；Da≥800mm；定、轉(zhuǎn)子齒極“WM黃金組合”為四相繞組3×16/90或3×32/180，三相繞組3×18/120。
全文摘要
本發(fā)明為一種異型轉(zhuǎn)子超低速大扭矩短磁路調(diào)速電機，屬電磁應(yīng)用新領(lǐng)域。該機由異型定、轉(zhuǎn)子，大小齒短磁路系統(tǒng)，傳感及控制器組成。采用通電相定、轉(zhuǎn)子等齒距，而非通電相定、轉(zhuǎn)子不等齒距的短磁路結(jié)構(gòu)，適時控制導(dǎo)通相時間或電流大小產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，使電機按設(shè)定的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向、制動或電動或發(fā)電狀態(tài)運行。該機具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、大幅度節(jié)電降耗的優(yōu)點，適用于油田管式泵機械采油、水輪發(fā)電機和適于低速大扭矩的技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號H02K5/18GK1960123SQ20051011772
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日
發(fā)明者王鋼, 馬強 申請人:王鋼, 馬強, 梁篤