專利名稱：數(shù)控全速稀土同步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型結(jié)構(gòu)的電機(jī)，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(gè)速度狀態(tài)下平衡工作的稀土同步電機(jī)，屬于機(jī)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(jìn)行自動(dòng)控制的階段。采用當(dāng)代以微型計(jì)算機(jī)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(jī)、泵(例如各種工業(yè)泵、風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)等其它旋轉(zhuǎn)工業(yè)機(jī)械)的工作范圍，人們可以不必再通過以往傳統(tǒng)的各種復(fù)雜的自動(dòng)化儀表和系統(tǒng)對(duì)工業(yè)裝置的各種工作狀態(tài)進(jìn)行控制，而只要把這些操作(如機(jī)泵的起動(dòng)、停止、升降速等)、操作要求(時(shí)間、轉(zhuǎn)速、壓力等參數(shù))等都用數(shù)字的形式表達(dá)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(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理優(yōu)化后發(fā)出各種指令控制工作機(jī)械作最佳工況下的運(yùn)行操作。這樣，不但大大簡(jiǎn)化了工業(yè)裝置龐大的控制裝備;而且，在比較普遍實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)控制后，工業(yè)產(chǎn)業(yè)部門就可以對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)直接實(shí)現(xiàn)信息管理了。實(shí)際上，目前的工業(yè)機(jī)、泵都有相當(dāng)寬的工作范圍，是可以適當(dāng)調(diào)節(jié)其工況進(jìn)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)就可以調(diào)速運(yùn)行了。但是由于原設(shè)計(jì)制造這些交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，尚未考慮到今天會(huì)出現(xiàn)數(shù)控技術(shù)對(duì)電機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速最高只能達(dá)到3000轉(zhuǎn)/分(50周)或3600轉(zhuǎn)/分(60周)。因此，對(duì)于高速機(jī)、泵必須配裝齒輪增速箱，把電機(jī)轉(zhuǎn)速再升高到高速機(jī)泵所需的工作轉(zhuǎn)速。采用數(shù)控變頻技術(shù)，電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速能夠提高到與高速機(jī)泵相同步，以便直接驅(qū)動(dòng)高速工作機(jī)械。采用同步電動(dòng)機(jī)對(duì)改善電網(wǎng)的功率因素有利，可以節(jié)電;而且，同步電機(jī)具有特硬的機(jī)械特性，效率較高。但是，傳統(tǒng)的同步電動(dòng)機(jī)比較異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加上需要復(fù)雜的輔助設(shè)備，所以，除了個(gè)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(jià)低，使用簡(jiǎn)便的異步電動(dòng)機(jī)。但是，近年來稀土材料的開發(fā)利用在電機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)一樣簡(jiǎn)單了。
本發(fā)明的目的是基于上述原因而設(shè)計(jì)一種數(shù)字控制的全速稀土同步電機(jī)。
本發(fā)明是這樣實(shí)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(dòng)機(jī)完全相同，而轉(zhuǎn)子是一個(gè)用具有較高剛性和良好導(dǎo)磁性能的鋼材制作的表面光潔的實(shí)心園柱體，在該園柱體中間有若干個(gè)填滿安放稀土磁體的槽孔，柱體的兩端裝有蓋板，把由多個(gè)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。
本發(fā)明電機(jī)具有許多特點(diǎn)。首先，它是專為數(shù)控技術(shù)設(shè)計(jì)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(duì)其供電，就能對(duì)本發(fā)明電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，用它與具有變工況性能的機(jī)泵等工作機(jī)械配套使用，就能構(gòu)成數(shù)控變工況機(jī)組設(shè)備。本發(fā)明結(jié)構(gòu)與鼠籠異步電機(jī)同樣簡(jiǎn)單，但具有同步電機(jī)的許多優(yōu)良性能。其轉(zhuǎn)子類似異步電機(jī)普通隱極式轉(zhuǎn)子，外形為光潔平滑的園柱形實(shí)心整體，經(jīng)過精密的機(jī)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(jī)在從低速到超高速(10.000～24，000轉(zhuǎn)/分)的任何一個(gè)狀態(tài)下都能平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到全速動(dòng)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(dǎo)電元器件，既充分利用了我國(guó)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(huì)因此發(fā)熱，因而可以不必專門設(shè)計(jì)考慮轉(zhuǎn)子的冷卻問題，其機(jī)械效率和電能利用效率都比鼠籠電機(jī)要高。本發(fā)明與數(shù)控電源配套使用時(shí)，可以免去任何啟動(dòng)輔助設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)無沖擊平滑啟動(dòng)。并且，由于啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流小于電機(jī)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，本發(fā)明與常規(guī)同步電機(jī)一樣，它既可以作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)泵使用，也可用作發(fā)電機(jī)與高速燃?xì)廨啓C(jī)直接配套使用，總之，本發(fā)明是機(jī)電一體化技術(shù)中的一種新型基礎(chǔ)裝備。
下面結(jié)合附圖，具體介紹本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明轉(zhuǎn)子的外視圖。
圖2是本發(fā)明轉(zhuǎn)子的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)子的稀土磁體結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的定子結(jié)構(gòu)與普通鼠籠式異步交流電動(dòng)機(jī)完全相同，所以兩者可以通用，也就是任何鼠籠電機(jī)在更換了本發(fā)明的稀土轉(zhuǎn)子之后都可以改裝成本發(fā)明的數(shù)控全速同步電機(jī)。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(diǎn)介紹稀土轉(zhuǎn)子。
如圖1所示，本發(fā)明轉(zhuǎn)子的外觀是一個(gè)外表光潔的實(shí)心園柱體1，這是用具有良好導(dǎo)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(jī)的電磁設(shè)計(jì)要求，還能得到盡可能高的一次臨界轉(zhuǎn)速，以便使電機(jī)的全部轉(zhuǎn)速范圍都處在其一次臨界點(diǎn)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(gè)原因，在轉(zhuǎn)子的園柱體兩端裝有蓋板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)子園柱體內(nèi)，用高強(qiáng)度粘合劑(或焊接)使之成為堅(jiān)固整體的。
圖2是轉(zhuǎn)子的橫截面，在其園柱形轉(zhuǎn)子中間對(duì)應(yīng)于安放磁體的位置有若干個(gè)槽孔3，槽孔內(nèi)壁需經(jīng)機(jī)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(jī)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(gè)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(yán)密的吻合接觸，稀土磁體的外周面應(yīng)經(jīng)機(jī)械加工整形，其頂面和底面則應(yīng)進(jìn)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(shí)，也應(yīng)用高強(qiáng)度粘合劑把其直接粘在轉(zhuǎn)子上。這是因?yàn)橄⊥敛牧鲜执嗳酰菀灼扑?。采用這種特殊結(jié)構(gòu)，可以使得即使有個(gè)別稀土磁體破裂，經(jīng)粘合后仍不會(huì)影響磁極的性能妨礙使用。在轉(zhuǎn)子全部加工好后，就可對(duì)稀土磁體進(jìn)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(shí)充滿，使整個(gè)轉(zhuǎn)子形成一個(gè)堅(jiān)固的實(shí)心整體，可以承受超高速旋轉(zhuǎn)。
國(guó)內(nèi)盛產(chǎn)稀土材料，本發(fā)明的磁體原料來源豐足，在常溫下工作的電機(jī)可以選用鐵硼稀土材料作磁體，在高溫(80℃)下工作的電機(jī)則可以選用鍶稀土材料作磁體。
國(guó)內(nèi)使用稀土材料制造的永磁電機(jī)由于受到磁體厚度的限制，高速電機(jī)功率只能做到幾十千瓦，低速電機(jī)則已做到200千瓦。如使用本發(fā)明采用疊片結(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(jī)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控全速稀土同步電機(jī)，包括有定子和轉(zhuǎn)子兩部分，其特征在于定子結(jié)構(gòu)與普通鼠籠式異步交流電動(dòng)機(jī)完全相同，而轉(zhuǎn)子是一個(gè)用具有良好導(dǎo)磁性能和剛性較高的鋼材制作的表面光潔的實(shí)心園柱體，在該園柱體中間有若干個(gè)填滿安放稀土磁體的槽孔，柱體的兩端裝有蓋板把多個(gè)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(jī)，其特征在于稀土磁體的頂面和底面應(yīng)進(jìn)行使其表面平滑光潔、與蓋板有良好接觸的磨削加工。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控全速稀土同步電機(jī)，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。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控全速稀土同步電機(jī)，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。
全文摘要
一種數(shù)控全速稀土同步電機(jī)，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(dòng)機(jī)相同，而轉(zhuǎn)子是一個(gè)用具有良好導(dǎo)磁性能和剛性較高的鋼材制作的表面光潔的實(shí)心圓柱體。在該圓柱體中間有若干個(gè)填滿安放稀土磁體的槽孔，柱體的兩端裝有蓋板，把由多個(gè)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。
文檔編號(hào)H02K1/27GK1064770SQ9110141
公開日1992年9月23日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠