一种永磁轴向磁通变频风机 |
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| 申请号 | CN201710524816.8 | 申请日 | 2017-06-30 | 公开(公告)号 | CN107420321A | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 华中科技大学; | 发明人 | 叶才勇; 梁欣; 徐伟; 杨江涛; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种永磁轴向磁通变频 风 机，包括保护 外壳 、 基座 、 定子 铁 芯、 电枢绕组 、 转子 铁芯、 永磁体 、 叶轮 、 轴承 、压紧螺帽以及固定端盖。本发明中，采用盘状铁芯，分数槽集中绕组；永磁体励磁的同步 电机 进行驱动，通过 电流 变频的方式实现转速调节，电机在杯状旋转叶轮内；风机的固定部分与旋转部分通过轴承连接实现旋转功能。本发明通过利用轴向磁通电机的单边磁拉 力 ，克服风机旋转体在旋转过程中的摆动问题及重力带来的对轴承的压力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种永磁轴向磁通变频风机，其特征在于，包括基座(2)、定子铁芯(3)、定子绕组(4)、转子铁芯(5)、永磁体(6)、叶轮(7)和轴承(9)；其中： |
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| 说明书全文 | 一种永磁轴向磁通变频风机技术领域背景技术[0002] 在传统吊式安装的风机中，叶片在旋转工作时易受到不平衡的扰动力，使叶片发生偏振摆动，会对轴承造成破坏。同时，由于风机转子的重力作用，轴承会承受部分的轴向力，会加速轴承的磨损，降低使用寿命。传统风机一般采用应用感应电机作为驱动电机，感应电机作为应用最为广泛的工业电机，其有着控制简单、结构简单、价格低廉的特点，但是较差的调速特性限制了其应用场合，在一些要求较大调速范围工况下效率低下、发热严重。 发明内容[0003] 针对现有技术的问题，本发明提供了一种永磁轴向磁通变频风机，使永磁同步电机变频控制的方式达到良好的调速性能，解决现有技术叶片易发生偏振摆动对轴承造成破坏，风机调速特性差、大调速范围工况下效率低、发热严重等技术问题。 [0005] 所述定子铁芯为单面开槽的盘状结构，其开槽面朝向工作气隙，其开槽方向为径向；定子铁芯另一面与基座固定连接； [0006] 定子绕组绕在定子铁芯开槽后形成的定子齿上；基座、定子铁芯与定子绕组构成了整个风机的主体非旋转部分； [0007] 所述转子铁芯和永磁体构成转子，转子固定安装在所述叶轮内部；所述转子铁芯、永磁体和叶轮共同构成整个风机的主体旋转部分； [0008] 所述叶轮轮体的一个底面开设有轴承孔，用于安装轴承，以实现叶轮与基座的主轴的转动固连；叶轮轮体的另一底面为开口结构，朝向基座的底座且与之保持间隔形成腔体并确保叶轮无障碍转动；定子铁芯、定子绕组、转子铁芯和永磁体构成的电机整体安放在叶轮轮体内部空间和基座的底座构成的空腔内。 [0010] 当永磁体采用内置的安放方式时，永磁体与转子铁芯为扇形柱体，交替嵌合，圆周对称分布，结合为一个中心留有主轴通孔的盘状整体转子结构；永磁体采用周向充磁，同一转子铁芯两侧永磁体充磁方向不同； [0011] 当永磁体采用表贴的安放方式时，永磁体为扇形柱体，转子铁芯为环状结构，各个永磁体表贴在转子铁芯表面，充磁方向为轴向，不同极性的永磁体交替安放。 [0012] 优选地，当永磁体采用表贴的安放方式时，部分对称的永磁体可以由转子铁芯代替，永磁体和铁芯交错构成不同的磁极。 [0013] 优选地，所述电枢绕组采用分数槽集中绕组的安放方式，其每极每相槽数q采用以下公式计算，其中Z为槽数，p为极对数，m为相数， [0014] [0015] q为分数，y为节距，优选Z为6，p为2，m为3。 [0019] 优选地，所述永磁轴向磁通变频风机，其特征在于，风扇可采用轴流通风或离心通风的形式； [0021] 当采用离心通风，取消叶轮圆周外侧环状保护外壳结构，风机通过基座的底座上的定位孔实现安装固定。 [0022] 本发明采用轴向磁通的拓扑结构，利用了轴向磁通电机的单边磁拉力，其在自然状态下，定转子间就存在吸引力，减轻了轴承承受的转子重力，同时也能抑制扰动带来的转子偏振摆动。其采用了永磁同步电机取代了感应电机的工作方式，通过变频控制电机转速，可以得到较好的调速性能。 [0023] 本发明的增益效果体限在： [0024] (1)采用永磁轴向磁通的电机结构，利用了其单边磁拉力的特点，减轻转子对轴承的压力，抑制工作过程中扰动带来的转子偏振摆动，延长了轴承的使用寿命； [0025] (2)采用永磁同步电机变频控制的方式，使电机具有良好的调速特性； [0026] (3)电机转子安装在杯状旋转外壳内部，结构坚固牢靠； [0028] 图1为电机整体的结构剖面图(轴流式)； [0029] 图2为定子铁芯及电枢绕组结构图； [0030] 图3为旋转外壳与叶片结构图(轴流式)； [0031] 图4为内置永磁体方式下的转子铁芯与永磁体结构图； [0032] 图5为表贴永磁体，磁极全部由永磁体制成方式下，转子铁芯与永磁体结构图； [0033] 图6为表贴永磁体，磁极由永磁体与铁芯交替制成方式下，转子铁芯与永磁体结构图； [0034] 图7为轴流式永磁轴向磁通电机整体外观图； [0035] 图8为离心式永磁轴向磁通电机整体外观图； [0036] 图中：1、保护外壳；2、基座；3、定子铁芯；4、定子绕组；5、转子铁芯；6、永磁体；7、叶片；8、旋转外壳；9、轴承；10、压紧螺帽；11、固定端盖。 具体实施方式[0037] 为了更清晰地阐明本发明的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅用以解释本发明，并不限定本发明。此外，只要本发明各个实施方案方式中所涉及到的技术特征彼此之间未构成矛盾就可以相互组合。 [0038] 本发明的原理为变频控制的轴向磁通永磁同步电机，励磁磁场由转子上的永磁体产生，永磁体产生的磁力线经转子铁芯，穿过气隙到达定子铁芯，再对称地经过同样的路径回到永磁体闭合。磁力线穿过了定子铁芯与转子铁芯，在两者之间产生磁拉力，与转子重力平衡，减轻了转子对轴承的压力。当电机工作时，线圈内的交变电流形成与转子磁极相对的N、S极性的磁场，转子磁场与电枢磁场相互作用，同步旋转，使电机工作。改变电枢绕组内电流频率可以改变电枢磁场的旋转速度，进而改变转子旋转速度，达到调速的目的。 [0039] 图2为电机定子铁芯结构图，其采用硅钢片卷绕，为单侧开槽的盘状结构，开槽的一侧面向气隙，另一侧固定在基座的底座面上，其中间开孔处保证基座的主轴能够穿过。电枢绕组采用分数槽集中绕组的形式，绕在定子铁芯的齿上，按照节距y＝1，每极每相槽数为分数选取，其中槽数Z＝6，极对数p＝2，相数m＝3。分数槽集中绕组的绕线方式使得绕组端部短，不易与旋转外壳擦碰损坏，绕线方式简单，适合批量生产。 [0040] 图3为旋转外壳与叶片结构图，旋转外壳为底部开孔的杯状结构，整个电机结构都安放在杯状结构内部，结构紧凑。其底部开孔用于固定轴承，与基座主轴穿过。叶片连接在旋转外壳外侧，在每两片叶片之间，旋转外壳上开有槽，工作时叶片带动的气流经过开槽进入旋转外壳内部，经旋转外壳与基座底座的空隙，带走电枢绕组的热量。旋转外壳、叶片、转子铁芯与永磁体构成了主体旋转部分。 [0041] 轴承用于连接电机的旋转部分与非旋转部分，轴承内环固定在基座主轴上，压紧螺帽将轴承内环压紧在基座主轴的阶梯状突起上，轴承不会与基座相对移动；轴承外环固定在旋转外壳开孔处，旋转外壳开孔处有阶梯状突起，轴承固定在其上，通过固定螺帽将其压紧，不会与旋转外壳产生相对移动。 [0042] 图4为内置永磁方式下的电机转子，永磁体为轴向硅钢片叠片的扇形结构，永磁体为扇形结构周向充磁，同一铁芯两侧永磁体充磁方向不同，铁芯磁化后形成N、S交替排布的气隙磁场，中心的圆孔用于穿过基座主轴，其外径处于旋转外壳内侧对齐，嵌入其内；图5为表贴永磁体，磁极全部由永磁体制成的方式下的电机转子，铁芯为硅钢片卷绕成的盘状结构，嵌入旋转外壳内，下部与其固定连接，永磁体为扇形结构，通过胶粘的方式表贴在铁芯表面，轴向充磁，形成N、S交替磁场，其外半径处与旋转外壳内侧对其，结构紧固，不易损坏；图6为表贴永磁体，磁极由永磁体与铁芯交替制成方式下，电机转子结构，其在图5结构的基础上，将同一极性的永磁体替换成同样形状的铁芯，铁芯突起与下部圆盘结构共同通过硅钢片卷绕成型，其余永磁体轴向充磁且充磁方向相同。 [0043] 图7与图8分别为轴流式与离心式轴向磁通变频风机的外观图，轴流式基座底座轴方向面积较小，与保护外壳通过连接杆连接，保护外壳与基座上都有安装孔；离心式基座底座为圆形面积较大覆盖整个风扇，不存在保护外壳，扇叶由外圈的环状体连接加固，只有基座上有安装孔。 [0044] 仿真分析及样机实验证明，本发明所述永磁轴向磁通变频风机，可以做到有效抑制转子偏振摆动，减轻轴承轴向压力，延长使用寿命的效果，并且在变频控制下，电机达到较好的调速性能。 |
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