外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机的制作方法
专利名称：外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，属电磁应用新领域，是对油田管式泵机械采油拖动装置和水轮发电机技术的重大突破，是专利申请号为00246414.4“高效低耗智能式抽油机”的核心部件。
自十八世纪四十年代电磁理论应用于电机实践以后，近二百年以来，各式各样的电机已成为工农业、科技、国防和人们日常生活赖以生存和发展的动力之源。结构简单，能量转换方便，运行经济可靠是电机长盛不衰的根本原因。二十世纪八十年代中后期又成功地开发出一种启动扭矩大、启动电流小、适用于频繁正、反转的开关磁阻电机，在纺织、印染、风机、水泵、电气机车及油田抽油机调速拖动方面取得了良好的节电降耗效果。但在许多情况下，如油田管式泵机械采油系统，换向麻烦、调速困难、能耗高，普通电机和通常定、转子齿距各自相等，适用于高速运行的开关磁阻电机难以适应此种工况的运行要求，亟需开发一种全新的电机类型，以解决诸如低转速、大扭矩、频繁换向的拖动设备的需要。
本实用新型的目的是探索一种调速简单、换向方便、大扭矩、慢转速的电磁方法，巧妙地设计一种全新的电机，以取代笨重昂贵的减速机构和复杂的换向系统，为诸如管式泵机械采油、水轮发电机等开发一种机电一体化的高效低耗拖动设备，开创电磁应用新领域，实现油田管式泵机械采油、水轮发电机等领域节能降耗的革命性突破。
为实现上述目的，本实用新型突破了传统电机的设计模式，采用相极独立磁路、不等齿距、外转子双凸极短磁路结构设计的开关磁阻电机，克服了普通电机低转速、大扭矩不易实现的难题，辅之以电力电子控制电路可实现对转速、转向、扭矩的控制，四象限运行，实现了诸如油田管式泵机械采油、水轮发电机拖动拖动装置的革命性突破。
本实用新型的技术解决方案是大轮辐外转子(6)由两只滚柱轴承固定在主轴(8)上，主轴(8)通过两端支座(9)固定在爬犁式底座上，旋转部分由内外轴承盖密封。在两侧大轮辐外转子(6)外端面，留有弹力平衡带固定机构(专为油田管式泵机械采油拖动装置设计)，大轮幅外转子钢丝绳滚筒为变矩滚筒，其外表面铸有可镶嵌耐磨橡胶的梯型槽，其扭矩轨迹趋近于弹力平衡带正向扭矩和载荷反向扭矩互相抵消。大轮辐外转子(6)宽轮辐内端面镶嵌有凸极转子铁芯即转子等齿距齿极(1)，由定位槽、内端面台阶、外挡圈固定，构成大轮辐外转子(6)主体。
本实用新型的技术解决方案是大轮辐内定子(5)由键固定在主轴(8)上，其大轮辐外端面由键槽固定凸极定子铁芯即定子不等距齿极(2)，并由端面台阶和挡板轴向固定。定子铁芯冲片极间不连续(仅一个相极间连续即可)，且定子相邻齿距不等。定子齿间装有集中励磁绕组(3)，并按一定相序构成A、B、C三相绕组。三相绕组由接线板固定，并通过空心轴外接到控制柜的控制电路。
本实用新型的技术解决方案是在电机后部装有高性能红外光电管元件传感器(7)，用以采集角位移和转速信号，将其反馈到控制电路，以适时控制电机的转速和转向本实用新型的工作原理如图1所示，采用通电相定、转子齿距相等，即定子与转子等齿距处磁路闭合(采用不等齿宽保证一定的重叠系数)，而非通电相的定、转子齿距不等，从而实现随机启动运行。其定子相邻齿距之不等处，则以其它材料替代，因而可节省电机铁芯的材料。适时控制导通相时间(电角度)产生磁阻转矩使电机或电动或发电状态运行。改变通电相序，可改变电机转向，控制通电电流的大小和通断电时刻，可以改变转矩、转速，还可以实现制动运行。为了检测电机的瞬时位置和转速，在电机后部装有高性能红外光电管元件传感器。此传感器采集角位移信号和转速信号，将其反馈到控制电路。控制电路由一个单片机及数字、模拟电路组成，其作用是根据外部操作控制要求和电机实际运行情况连续调节输出信号，以通过驱动电路和功率电路改变电机的通电，使之达到规定的运行要求，如转向、转矩、转速、电动与制动等，并处于最佳工作状态。此外，控制电路还实现了多种保护和自诊断功能。由于单片机程序的可修改性，还可以较方便地满足在电动机性能方面的各种要求。操作显示电路用以接收手动、遥控或电气操作信号，如启动、停止、转向、转速信号等，并将操作情况、电机实际运行情况和故障情况用数码管和发光管显示出来，实现高度智能的机电一体化。
本实用新型外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机与普通电机和常规定、转子等齿距开关磁阻电机比较，在以下七个方面具有明显的技术优势。
1.低转速、大扭矩，可取代笨重昂贵的减速机构；2.适于频繁正、反转，可取代复杂的换向机构；
3.转速、转向、转矩、制动机电一体化高度可控，可实现高度智能化；4.传动链短，可大大降低机械损耗；5.定子铁心冲片极间不连续，转子无绕组或导条，可大大节省铁芯和有色金属材料，并减少转子的I2R损耗；6.启动转矩大、启动电流小，具有常规电机难以比拟的启动特性；7.结构简单、维修方便、控制灵活、运行经济可靠，可大幅度的节能降耗。
该机是总结了近代二百多年来电机运行经验，优化设计的理想全天候免维护换代机型。
图1为外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机短磁路结构示意图，其中1.转子等齿距齿极；2.定子不等距齿极；3.励磁绕组；4.通电相闭合磁路。
图2为外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机样机结构示意图，其中1.转子等齿距齿极；2.定子不等距齿极；3.励磁绕组；5.大轮幅内定子；6.大轮幅外转子；7.传感器；8.主轴；9.支座。
实施例本实用新型外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机的样机是专为油田管式泵机械采油即高效低耗智能式抽油机而设计制造的拖动装置。电机大轮幅外转子(6)用铸铁一次成型，最大外径φ2745，双大轮幅外端面留有弹力平衡带固定装置，大轮幅外转子(6)滚筒为变矩滚筒，留有镶嵌耐磨橡胶的钢丝绳槽。转子铁芯按相邻齿等齿距设计，铁芯宽度400mm。定子铁芯冲片极间不连续，定子最大外径φ2502。样机额定转速2-20转/分，额定扭矩大于16kNm，最大输出功率37kW。
权利要求1.一种用于管式泵采油或水轮发电机的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于整机由固定在支座(9)和主轴(8)上的大轮幅内定子(5)、大轮幅外转子(6)、传感器(7)组成。大轮幅外转子(6)内端面镶嵌有转子等齿距齿极(1)，大轮幅内定子(5)外端面镶嵌有定子不等距齿极(2)，定子不等距齿极(2)槽内装有励磁绕组(3)，各旋转部位由轴承盖、电机端盖密封。
2.根据权利要求1所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于其定子铁芯冲片极间不连续，仅一个相极间连续即可。
3.根据权利要求1所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于定子相邻齿距不等，转子相邻齿距相等。
4.根据权利要求2、3所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于铁芯材料为短磁路结构，即定子与转子等齿距处磁路闭合。采用通电相定、转子齿距相等，利用齿宽不等保证一定的重叠系数，而非通电相的定、转子齿距不等，适时控制导通相时间产生磁阻转矩使电机或电动或发电状态运行。
5.根据权利要求1所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于电动机采用双大轮幅形式。
6.根据权利要求1所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于电动机外转子钢丝绳滚筒为变矩滚筒，其外表面铸有可镶嵌耐磨橡胶的梯型槽，梯型槽扭矩轨迹趋近于弹力平衡带正向扭矩和载荷反向扭矩互相抵消。
7.根据权利要求1所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于控制系统由高性能红外光电管传感器和单片机及电子、电力控制电路组成。
专利摘要本实用新型为一种外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机,属电磁应用新领域。该机由大轮辐异型外转子、大轮辐内定子、双凸极短磁路系统、传感及控制器组成。采用通电相定、转子等齿距,而非通电相定、转子不等齿距的短磁路结构,适时控制导通相时间产生磁阻转矩,使电机或电动或发电状态运行。控制电流大小和通电时刻,可使之达到设定的转速、转矩、转向、制动等。该机具有结构简单、控制方便、大幅度节电降耗的优点,适用于油田管式泵机械采油和水轮发电机领域。
文档编号H02K15/02GK2479675SQ0025969
公开日2002年2月27日 申请日期2000年11月9日 优先权日2000年11月9日
发明者王钢, 李巍, 戈绍敏 申请人:王钢, 李巍, 戈绍敏
技术领域：
本实用新型为一种外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，属电磁应用新领域，是对油田管式泵机械采油拖动装置和水轮发电机技术的重大突破，是专利申请号为00246414.4“高效低耗智能式抽油机”的核心部件。
自十八世纪四十年代电磁理论应用于电机实践以后，近二百年以来，各式各样的电机已成为工农业、科技、国防和人们日常生活赖以生存和发展的动力之源。结构简单，能量转换方便，运行经济可靠是电机长盛不衰的根本原因。二十世纪八十年代中后期又成功地开发出一种启动扭矩大、启动电流小、适用于频繁正、反转的开关磁阻电机，在纺织、印染、风机、水泵、电气机车及油田抽油机调速拖动方面取得了良好的节电降耗效果。但在许多情况下，如油田管式泵机械采油系统，换向麻烦、调速困难、能耗高，普通电机和通常定、转子齿距各自相等，适用于高速运行的开关磁阻电机难以适应此种工况的运行要求，亟需开发一种全新的电机类型，以解决诸如低转速、大扭矩、频繁换向的拖动设备的需要。
本实用新型的目的是探索一种调速简单、换向方便、大扭矩、慢转速的电磁方法，巧妙地设计一种全新的电机，以取代笨重昂贵的减速机构和复杂的换向系统，为诸如管式泵机械采油、水轮发电机等开发一种机电一体化的高效低耗拖动设备，开创电磁应用新领域，实现油田管式泵机械采油、水轮发电机等领域节能降耗的革命性突破。
为实现上述目的，本实用新型突破了传统电机的设计模式，采用相极独立磁路、不等齿距、外转子双凸极短磁路结构设计的开关磁阻电机，克服了普通电机低转速、大扭矩不易实现的难题，辅之以电力电子控制电路可实现对转速、转向、扭矩的控制，四象限运行，实现了诸如油田管式泵机械采油、水轮发电机拖动拖动装置的革命性突破。
本实用新型的技术解决方案是大轮辐外转子(6)由两只滚柱轴承固定在主轴(8)上，主轴(8)通过两端支座(9)固定在爬犁式底座上，旋转部分由内外轴承盖密封。在两侧大轮辐外转子(6)外端面，留有弹力平衡带固定机构(专为油田管式泵机械采油拖动装置设计)，大轮幅外转子钢丝绳滚筒为变矩滚筒，其外表面铸有可镶嵌耐磨橡胶的梯型槽，其扭矩轨迹趋近于弹力平衡带正向扭矩和载荷反向扭矩互相抵消。大轮辐外转子(6)宽轮辐内端面镶嵌有凸极转子铁芯即转子等齿距齿极(1)，由定位槽、内端面台阶、外挡圈固定，构成大轮辐外转子(6)主体。
本实用新型的技术解决方案是大轮辐内定子(5)由键固定在主轴(8)上，其大轮辐外端面由键槽固定凸极定子铁芯即定子不等距齿极(2)，并由端面台阶和挡板轴向固定。定子铁芯冲片极间不连续(仅一个相极间连续即可)，且定子相邻齿距不等。定子齿间装有集中励磁绕组(3)，并按一定相序构成A、B、C三相绕组。三相绕组由接线板固定，并通过空心轴外接到控制柜的控制电路。
本实用新型的技术解决方案是在电机后部装有高性能红外光电管元件传感器(7)，用以采集角位移和转速信号，将其反馈到控制电路，以适时控制电机的转速和转向本实用新型的工作原理如图1所示，采用通电相定、转子齿距相等，即定子与转子等齿距处磁路闭合(采用不等齿宽保证一定的重叠系数)，而非通电相的定、转子齿距不等，从而实现随机启动运行。其定子相邻齿距之不等处，则以其它材料替代，因而可节省电机铁芯的材料。适时控制导通相时间(电角度)产生磁阻转矩使电机或电动或发电状态运行。改变通电相序，可改变电机转向，控制通电电流的大小和通断电时刻，可以改变转矩、转速，还可以实现制动运行。为了检测电机的瞬时位置和转速，在电机后部装有高性能红外光电管元件传感器。此传感器采集角位移信号和转速信号，将其反馈到控制电路。控制电路由一个单片机及数字、模拟电路组成，其作用是根据外部操作控制要求和电机实际运行情况连续调节输出信号，以通过驱动电路和功率电路改变电机的通电，使之达到规定的运行要求，如转向、转矩、转速、电动与制动等，并处于最佳工作状态。此外，控制电路还实现了多种保护和自诊断功能。由于单片机程序的可修改性，还可以较方便地满足在电动机性能方面的各种要求。操作显示电路用以接收手动、遥控或电气操作信号，如启动、停止、转向、转速信号等，并将操作情况、电机实际运行情况和故障情况用数码管和发光管显示出来，实现高度智能的机电一体化。
本实用新型外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机与普通电机和常规定、转子等齿距开关磁阻电机比较，在以下七个方面具有明显的技术优势。
1.低转速、大扭矩，可取代笨重昂贵的减速机构；2.适于频繁正、反转，可取代复杂的换向机构；
3.转速、转向、转矩、制动机电一体化高度可控，可实现高度智能化；4.传动链短，可大大降低机械损耗；5.定子铁心冲片极间不连续，转子无绕组或导条，可大大节省铁芯和有色金属材料，并减少转子的I2R损耗；6.启动转矩大、启动电流小，具有常规电机难以比拟的启动特性；7.结构简单、维修方便、控制灵活、运行经济可靠，可大幅度的节能降耗。
该机是总结了近代二百多年来电机运行经验，优化设计的理想全天候免维护换代机型。
图1为外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机短磁路结构示意图，其中1.转子等齿距齿极；2.定子不等距齿极；3.励磁绕组；4.通电相闭合磁路。
图2为外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机样机结构示意图，其中1.转子等齿距齿极；2.定子不等距齿极；3.励磁绕组；5.大轮幅内定子；6.大轮幅外转子；7.传感器；8.主轴；9.支座。
实施例本实用新型外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机的样机是专为油田管式泵机械采油即高效低耗智能式抽油机而设计制造的拖动装置。电机大轮幅外转子(6)用铸铁一次成型，最大外径φ2745，双大轮幅外端面留有弹力平衡带固定装置，大轮幅外转子(6)滚筒为变矩滚筒，留有镶嵌耐磨橡胶的钢丝绳槽。转子铁芯按相邻齿等齿距设计，铁芯宽度400mm。定子铁芯冲片极间不连续，定子最大外径φ2502。样机额定转速2-20转/分，额定扭矩大于16kNm，最大输出功率37kW。
权利要求1.一种用于管式泵采油或水轮发电机的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于整机由固定在支座(9)和主轴(8)上的大轮幅内定子(5)、大轮幅外转子(6)、传感器(7)组成。大轮幅外转子(6)内端面镶嵌有转子等齿距齿极(1)，大轮幅内定子(5)外端面镶嵌有定子不等距齿极(2)，定子不等距齿极(2)槽内装有励磁绕组(3)，各旋转部位由轴承盖、电机端盖密封。
2.根据权利要求1所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于其定子铁芯冲片极间不连续，仅一个相极间连续即可。
3.根据权利要求1所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于定子相邻齿距不等，转子相邻齿距相等。
4.根据权利要求2、3所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于铁芯材料为短磁路结构，即定子与转子等齿距处磁路闭合。采用通电相定、转子齿距相等，利用齿宽不等保证一定的重叠系数，而非通电相的定、转子齿距不等，适时控制导通相时间产生磁阻转矩使电机或电动或发电状态运行。
5.根据权利要求1所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于电动机采用双大轮幅形式。
6.根据权利要求1所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于电动机外转子钢丝绳滚筒为变矩滚筒，其外表面铸有可镶嵌耐磨橡胶的梯型槽，梯型槽扭矩轨迹趋近于弹力平衡带正向扭矩和载荷反向扭矩互相抵消。
7.根据权利要求1所述的外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机，其特征在于控制系统由高性能红外光电管传感器和单片机及电子、电力控制电路组成。
专利摘要本实用新型为一种外转子低速大扭矩短磁路开关磁阻调速电机,属电磁应用新领域。该机由大轮辐异型外转子、大轮辐内定子、双凸极短磁路系统、传感及控制器组成。采用通电相定、转子等齿距,而非通电相定、转子不等齿距的短磁路结构,适时控制导通相时间产生磁阻转矩,使电机或电动或发电状态运行。控制电流大小和通电时刻,可使之达到设定的转速、转矩、转向、制动等。该机具有结构简单、控制方便、大幅度节电降耗的优点,适用于油田管式泵机械采油和水轮发电机领域。
文档编号H02K15/02GK2479675SQ0025969
公开日2002年2月27日 申请日期2000年11月9日 优先权日2000年11月9日
发明者王钢, 李巍, 戈绍敏 申请人:王钢, 李巍, 戈绍敏
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