本發(fā)明涉及電機(jī)制造領(lǐng)域，尤其涉及一種安全系數(shù)高并且能有效防止漏磁的永磁同步電機(jī)。

背景技術(shù)：

在交流電網(wǎng)上，人們還廣泛使用交流異步電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)工作機(jī)械。交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)、成本低、保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但是，與同步電動(dòng)機(jī)相比，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生需從電網(wǎng)吸取無(wú)功功率，故效率低，功率因數(shù)低，尤其在輕載時(shí)，這大大增加了線路和電網(wǎng)的損耗。長(zhǎng)期以來(lái)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，例如風(fēng)機(jī)、水泵、普通機(jī)床的驅(qū)動(dòng)中，異步電動(dòng)機(jī)仍然占有主導(dǎo)地位，無(wú)形中損失了大量電能，永磁同步電動(dòng)機(jī)的誕生，克服了以上電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，三相永磁同步電動(dòng)機(jī)與三相異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子部分一致，其主要區(qū)別是在轉(zhuǎn)子部分，其轉(zhuǎn)子采用實(shí)心結(jié)構(gòu)，用永磁體替代電激磁磁極，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷結(jié)構(gòu)，縮小了轉(zhuǎn)子體積；省去了激磁直流電源，消除了激磁損耗。但由于永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子漏磁系數(shù)大的問(wèn)題不可避免的引起電機(jī)的雜散損耗大引起電機(jī)發(fā)熱，加劇了電機(jī)的溫升，容易使轉(zhuǎn)子體內(nèi)的永磁體產(chǎn)生不可逆高溫失磁，同時(shí)由于永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子漏磁系數(shù)大，降低了永磁材料利用率。另一方面，由于永磁同步電動(dòng)機(jī)特有的隔磁結(jié)構(gòu)使得機(jī)械強(qiáng)度及剛度較差，轉(zhuǎn)子扇形實(shí)心磁極鐵心容易因離心力脫落造成電機(jī)運(yùn)行事故，使得電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性大大降低，造成電機(jī)損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子總成漏磁系數(shù)大，引起電機(jī)的雜散損耗大使得電機(jī)發(fā)熱、永磁材料利用率低，以及轉(zhuǎn)子扇形實(shí)心磁極鐵心容易因離心力脫落造成電機(jī)運(yùn)行事故的問(wèn)題，提供一種在轉(zhuǎn)子磁極鐵心兩側(cè)采用非導(dǎo)磁材料鉸制孔螺栓連接非導(dǎo)磁材料轉(zhuǎn)子端板隔磁的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)包括：定子總成、防漏磁轉(zhuǎn)子；所述定子總成包括：機(jī)座、定子鐵芯、定子線圈、軸承裝配，所述線圈鑲嵌在定子鐵芯內(nèi)且固定安裝在機(jī)座內(nèi)；所述防漏磁轉(zhuǎn)子裝于所述定子鐵芯內(nèi)，其結(jié)構(gòu)包括：轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、繞組、轉(zhuǎn)子端板、鉸制孔螺栓、壓感墊片、繞組；所述繞組纏繞于所述轉(zhuǎn)子鐵芯上；所述轉(zhuǎn)子鐵芯固定于所述轉(zhuǎn)軸上，其包括若干扇形實(shí)心磁極鐵芯，所述轉(zhuǎn)子端板、鉸制孔螺栓均采用非導(dǎo)磁材料，所述扇形實(shí)心磁極鐵芯兩端有若干鉸制孔；所述轉(zhuǎn)子端板嵌有兩個(gè)所述壓感墊片，兩個(gè)所述壓感墊片相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子端板中心的軸孔呈中心對(duì)稱，且每個(gè)壓感墊片對(duì)應(yīng)一個(gè)扇形實(shí)心磁極鐵芯；所述轉(zhuǎn)子端板上有若干螺孔區(qū)，其中每個(gè)螺孔區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)扇形實(shí)心磁極鐵芯，用所述鉸制孔螺栓將所述轉(zhuǎn)子端板固定于所述扇形實(shí)心磁極鐵芯兩端的鉸制孔內(nèi)；所述壓感墊片中裝有壓力傳感裝置；所述定子總成還包括外風(fēng)扇、外風(fēng)扇罩、端蓋及外冷卻器。

較佳的，所述螺孔區(qū)的螺孔有三層，每層螺孔位于同一圓弧上，從近軸孔到遠(yuǎn)軸孔的數(shù)量分別為1、3、4，共8個(gè)，其中嵌有壓感墊片的轉(zhuǎn)子端板的螺孔區(qū)第二排中間的螺孔所對(duì)應(yīng)的扇形實(shí)心磁極鐵芯的鉸制孔內(nèi)，近所述軸孔的光滑側(cè)壁上鑿有燕尾形凹槽，所述燕尾形凹槽內(nèi)裝有壓力感應(yīng)片。

較佳的，所述壓力感應(yīng)片為壓電感應(yīng)材料片、液壓傳感器的膜片兩者的任一一種；其分別對(duì)應(yīng)的壓力傳感裝置為壓電傳感器、液壓傳感器。

較佳的，所述壓力感應(yīng)片為壓電感應(yīng)材料片，所述壓力傳感裝置為壓電傳感器，帶燕尾形凹槽的鉸制孔對(duì)應(yīng)的鉸制孔螺栓的螺帽下表面有鍍銅，所述壓電傳感器到該鉸制孔螺栓間存在回路。

較佳的，所述壓力傳感裝置的電源為內(nèi)置鋰電池或閉合線圈。

較佳的，所述非導(dǎo)磁材料為銅、鋁或不銹鋼。

較佳的，還包括過(guò)壓自動(dòng)斷電裝置，所述過(guò)壓自動(dòng)斷電裝置包括信號(hào)接收裝置、控制裝置、繼電器；所述信號(hào)接收裝置裝于所述機(jī)座上，可接收所述壓力傳感裝置發(fā)出的壓力信號(hào)，在接收的壓力信號(hào)超過(guò)在所述控制裝置上預(yù)設(shè)的額定值時(shí)，由控制裝置控制所述繼電器切斷電機(jī)供電，以保護(hù)電機(jī)安全運(yùn)行。

較佳的，確定如權(quán)利要求7所述額定值的方法，包括以下步驟：

S1.制造與所述鉸制孔孔徑大小一致的半圓形模具并且其壁上有與所述燕尾形溝槽形狀大小一致的溝槽；

S2.在步驟S1中的模具中的溝槽內(nèi)固定壓力感應(yīng)片，并將壓力感應(yīng)片與壓力傳感裝置連接，并將壓力傳感裝置外接所述信號(hào)接收裝置；

S3.用液壓機(jī)向所述步驟S1中的半圓形模具的內(nèi)壁加壓，所述液壓機(jī)的壓模僅與所述壓力感應(yīng)片完全接觸，當(dāng)液壓機(jī)施加的壓強(qiáng)等于所述鉸制孔螺栓的許用剪應(yīng)力時(shí)停止加壓，并記錄下所述信號(hào)接收裝置顯示的壓力值即所述額定值；所述壓強(qiáng)是通過(guò)液壓機(jī)施加的壓力及液壓機(jī)的壓模與燕尾形溝槽的擠壓面積計(jì)算得到的。

原理及效果 ：非導(dǎo)磁材料的轉(zhuǎn)子端板及非導(dǎo)磁材料鉸制孔螺栓完全將永磁鋼封閉在轉(zhuǎn)子體內(nèi)，非導(dǎo)磁材料的磁導(dǎo)率基本上相同與真空的磁導(dǎo)率，使得轉(zhuǎn)子體兩端的漏磁非常小，永磁鋼向外磁路提供的主磁通絕大部分匝鏈電樞繞組，永磁鋼的利用率得到了提高，取得了很好的隔磁效果。同時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)子扇形實(shí)心磁極鐵心在電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)離心力的大小，通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子端板厚度和鉸制孔螺栓直徑，使得整個(gè)轉(zhuǎn)子形成一體，提高了永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子總成的強(qiáng)度和剛度，避免了轉(zhuǎn)子扇形實(shí)心磁極鐵心容易因離心力脫落造成電機(jī)運(yùn)行事故，并且在鉸制孔側(cè)壁開(kāi)有燕尾形溝槽，并將壓力感應(yīng)裝置固定其中，并向壓感墊片中的壓力傳感裝置發(fā)出信號(hào)，使得整個(gè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)心磁極上鉸制孔螺栓受剪切力的情況，并在其受剪切力達(dá)到預(yù)設(shè)額定值時(shí)，由過(guò)壓自動(dòng)斷電裝置自動(dòng)關(guān)斷電源，提高了電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性，避免造成電機(jī)損壞。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明防漏磁轉(zhuǎn)子第一視角示意圖。

圖2為本發(fā)明轉(zhuǎn)子端板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明帶有燕尾形的鉸制孔的橫截面示意圖。

圖4為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明結(jié)構(gòu)包括：定子總成、防漏磁轉(zhuǎn)子45；所述定子總成包括：機(jī)座46、定子鐵芯44、定子線圈、軸承裝配，所述定子線圈鑲嵌在定子鐵芯44內(nèi)且固定安裝在機(jī)座46內(nèi)；所述防漏磁轉(zhuǎn)子45包括：轉(zhuǎn)子鐵芯13、轉(zhuǎn)軸11、轉(zhuǎn)子端板12、鉸制孔螺栓14、壓感墊片23、繞組；所述繞組纏繞于所述轉(zhuǎn)子鐵芯13上；所述轉(zhuǎn)子鐵芯13固定于所述轉(zhuǎn)軸11上，其包括4塊扇形實(shí)心磁極鐵芯，所述轉(zhuǎn)子端板11、鉸制孔螺栓14均采用非導(dǎo)磁材料，所述扇形實(shí)心磁極鐵芯兩端有若干鉸制孔15；所述轉(zhuǎn)子端板12嵌有兩個(gè)所述壓感墊片23，兩個(gè)所述壓感墊片23相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子端板12中心的軸孔呈中心對(duì)稱，且每個(gè)壓感墊23片對(duì)應(yīng)一個(gè)扇形實(shí)心磁極鐵芯；所述轉(zhuǎn)子端板12上有若干螺孔區(qū)，其中每個(gè)螺孔區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)扇形實(shí)心磁極鐵芯，用所述鉸制孔螺栓14將所述轉(zhuǎn)子端板12固定于所述扇形實(shí)心磁極鐵芯兩端的鉸制孔15內(nèi)；所述壓感墊片23中裝有壓力傳感裝置22；所述定子總成還包括外風(fēng)扇43、外風(fēng)扇罩32、端蓋及外冷卻器41，外冷卻器可以是冷凝管，也可以采用循環(huán)冷卻水。

更為具體的，所述螺孔區(qū)的螺孔有三層，每層螺孔位于同一圓弧上，從近軸孔到遠(yuǎn)軸孔的數(shù)量分別為1、3、4，共8個(gè)，其中嵌有壓感墊片23的轉(zhuǎn)子端板12的螺孔區(qū)第二排中間的螺孔21所對(duì)應(yīng)的扇形實(shí)心磁極鐵芯的鉸制孔32內(nèi)，近所述軸孔的光滑側(cè)壁上鑿有燕尾形凹槽31，所述燕尾形凹槽31內(nèi)裝有壓力感應(yīng)片，這里的壓力感應(yīng)片還應(yīng)該包括硬質(zhì)填充物，以便使壓力感應(yīng)片緊貼鉸制孔32內(nèi)壁，使測(cè)力更精確。

更為具體的，所述壓力感應(yīng)片為壓電感應(yīng)材料片，所述壓力傳感裝置22為壓電傳感器，帶燕尾形凹槽31的鉸制孔32對(duì)應(yīng)的鉸制孔螺栓的螺帽下表面有鍍銅，所述壓電傳感器22到該鉸制孔螺栓間存在回路24。

更為具體的，所述壓力傳感裝置22的電源為內(nèi)置鋰電池或閉合線圈。

更為具體的，所述非導(dǎo)磁材料為銅、鋁或不銹鋼。

更為具體的，還包括過(guò)壓自動(dòng)斷電裝置，所述過(guò)壓自動(dòng)斷電裝置包括信號(hào)接收裝置49、控制裝置47、繼電器48；所述信號(hào)接收裝置49裝于所述機(jī)座上，可接收所述壓力傳感裝置22發(fā)出的壓力信號(hào)，在接收的壓力信號(hào)超過(guò)在所述控制裝置47上預(yù)設(shè)的額定值時(shí)，由控制裝置47控制所述繼電器48切斷電機(jī)供電，以保護(hù)電機(jī)安全運(yùn)行。

實(shí)施例二

基于本發(fā)明制造的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，額定功率500kw,額定電壓6000v，額定電流51.6A, 頻率50HZ，轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分。轉(zhuǎn)子扇形實(shí)心磁極鐵心外徑Φ500mm，轉(zhuǎn)子扇形實(shí)心磁極鐵心內(nèi)徑（隔磁套外徑）Φ280mm，鐵心長(zhǎng)度590mm。

轉(zhuǎn)子端板采用非導(dǎo)磁材料不銹鋼，厚度15mm，鉸制孔螺栓采用非導(dǎo)磁材料不銹鋼，螺紋部分M24，鉸制孔光滑部分Φ25mm。

轉(zhuǎn)子鐵芯兩端端板及鉸制孔螺栓：

（1）、材料為304不銹鋼，端板厚度15mm，鉸制孔螺栓光滑部分Φ25mm，數(shù)量8個(gè)。304不銹鋼材料許用應(yīng)力[σ]=137.6MP,許用剪應(yīng)力[τ]=85MP，許用壓應(yīng)力[σy]=150MP。

（2）、校核計(jì)算：

a.每極鐵芯重心位置：

RZ = 38.2（R3-r3）sinα/（R2-r2）α= 191.15mm

式中：RZ-------每極轉(zhuǎn)子扇形磁極鐵心重心位置；

R--------每極轉(zhuǎn)子扇形磁極鐵心外圓半徑；

r--------每極轉(zhuǎn)子扇形磁極鐵心內(nèi)圓（套筒）半徑；

α-------扇形圓心半角。

b.每極鐵芯離心力：

F = Mｖ2/RZ = 0.00112M RZ nN2 = 22032.3㎏ = 216060.3N

式中：F--------每極轉(zhuǎn)子扇形磁極鐵心離心力；

M--------每極轉(zhuǎn)子扇形磁極鐵心重量；

ｖ-------重心位置線速度；

nN--------電機(jī)（轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)速

c.校核鉸制孔螺栓剪切強(qiáng)度：

τ= F/8A = F/8（πr2L）= 55MP ≤[τ]

式中：τ--------鉸制孔螺栓剪切強(qiáng)度；

[τ]-----材料的許用剪應(yīng)力；

A--------鉸制孔螺栓剪切面積；

rL--------鉸制孔螺栓光滑部分半徑。

d. 校核鉸制孔螺栓和端板擠壓強(qiáng)度：

σ = F/8A1 = F/8（dt） = 72 MP ≤[σy]

式中：σ--------鉸制孔螺栓和端板擠壓強(qiáng)度；

[σy]-----材料的許用壓應(yīng)力；

A1--------鉸制孔螺栓和端板擠壓面積；

d---------鉸制孔螺栓直徑；

t---------轉(zhuǎn)子端板厚度。

通過(guò)以上計(jì)算看出，采用15mm厚度轉(zhuǎn)子端板和8個(gè)鉸制孔螺栓連接，完全滿足轉(zhuǎn)子工作時(shí)扇形磁極鐵心離心力的要求。

實(shí)施例二

確定實(shí)施例一中預(yù)設(shè)的額定值的方法，包括以下步驟：

S1.制造與所述鉸制孔32孔徑大小一致的半圓形模具并且其壁上有與所述燕尾形溝槽31形狀大小一致的溝槽；

S2.在步驟S1中的模具中的溝槽內(nèi)固定壓力感應(yīng)片，并將壓力感應(yīng)片與壓力傳感裝置22連接，并將壓力傳感裝置22外接信號(hào)接收裝置49；

S3.用液壓機(jī)向步驟S1所述半圓形模具的內(nèi)壁加壓，所述液壓機(jī)的壓模僅與所述壓力感應(yīng)片完全接觸，當(dāng)液壓機(jī)施加的壓強(qiáng)等于所述鉸制孔螺栓14的許用剪應(yīng)力時(shí)停止加壓，并記錄下所述信號(hào)接收裝置49顯示的壓力值即所述額定值；所述壓強(qiáng)是通過(guò)液壓機(jī)施加的壓力及液壓機(jī)的壓模與燕尾形溝槽31的擠壓面積計(jì)算得到的。

以上僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與裝飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明覆蓋的范圍內(nèi)。