專利名稱：雙定轉子永磁同步電機及其裝配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械制造領域，尤其涉及永磁同步高速大功率電機及其裝配方法。
背景技術：
大型高速旋轉機械設備廣泛應用于國防、冶金、礦山、化工等領域，如各類大型風機、透平壓縮機、船舶動力系統和離心壓縮機等。大型高速旋轉機械設備在我國國民經濟中占有極其重要的地位。 傳統的高速旋轉機械設備，多采用傳動系統(皮帶傳動、齒輪箱傳動等)實現增速，動力源多為普通電機。采用這一類傳動方式的旋轉機械設備允許的最高工作轉速較低，由于傳動系統復雜，工作時振動噪聲大，故障點多，維修較復雜，特別是不利于實現無級調速，能量消耗高，工作效率低。 為了實現無級調速、節(jié)能降耗，提高旋轉機械的極限工作轉速，大型高速旋轉機械設備的發(fā)展趨勢是，直接采用變頻電源驅動的高速電機作為動力源，取代傳統的普通電機和增速箱系統。這種高速電機是集成了機械、電氣、控制、電力電子和新材料等各種先進技術的高度機電一體化的產品。其特點在于，將電機的功能與傳統的齒輪箱等傳動系統從結構上融為一體，省去了復雜的中間傳動環(huán)節(jié)，具有調速范圍寬、轉動慣量小、能量消耗少、工作效率高、易于實現無級調速和精密控制等優(yōu)點。隨著現代裝備制造業(yè)向高速度、高效率、低能耗、高自動化方向不斷發(fā)展，高速電機的技術提升和結構創(chuàng)新顯得越來越迫切。
高速電機按電機工作原理可以分為直流電機和交流電機。由于交流變頻調速技術已發(fā)展成熟，交流電機取代直流電機已成為發(fā)展的大趨勢。交流高速電機按照類型可分為交流異步電機和交流同步電機。與交流異步電機相比較，同步電機功率因素高，工作效率高，節(jié)能降耗效果明顯；其轉子不發(fā)熱，有利于降低主軸和軸承的溫升；特別是采用永磁體作為電機轉子的同步電機，由于功率密度大、重量輕、體積小，非常有利于提高轉子系統的臨界轉速。永磁同步高速電機已成為目前國內外竟相發(fā)展的高科技產品。
受永磁電機工作原理限制，永磁同步電機要同時實現高速化和大功率化非常困難，導致目前未能在高速大功率場合得到充分廣泛的應用(如高爐鼓風機中的電機往往要求功率為315kw、轉速為18000rpm，而采用單定轉子形式的永磁同步電機難以實現)。國內現有的永磁同步電機結構均為單個的電機定轉子。采用單個電機定轉子的永磁同步高速電機，功率容量低。目前永磁同步高速電機提高功率的措施可通過增加單一電機定轉子的長度和直徑提高電機功率容量。然而，增加定子直徑的同時需增加圓周方向的極對數才能提高電機功率，如果極對數多，磁密度可以增大，但是電機在同一供電頻率下的機械轉速就會降低，而對于高速同步電機來說，這增加了電機高速化的困難；如果極對數少，磁密度就會減小，會制約電機功率的提高；如果增加轉子直徑，轉子表面線速度增加，由于離心力與半徑平方成正比，導致轉子強度要求增大，工作可靠性降低。因此，只能考慮通過增加電機定轉子長度的方法提高電機功率，但是，隨著電機定轉子長度增長，定子繞線工藝難度增大，根據目前永磁同步高速電機設計制造技術水平該措施在一定程度上可以提高電機功率，但增加量非常有限，通常只適合于小于200kw的電機，通過增加單一電機定轉子的長度和直徑，使電機功率提升至315kw、轉速提升至18000rpm是非常難以實現的。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種大功率、高轉速的雙定轉子永磁同步電機，以及一種使電機箱體內兩件電機定子的相位起始位置對齊的雙定轉子永磁同步電機的裝配方法。 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案 —種雙定轉子永磁同步電機，包括電機箱體、電機主軸、前端蓋總成和后端蓋總成，所述電機主軸中部設有軸肩，電機主軸上套裝有電機前轉子和電機后轉子，所述電機前轉子和電機后轉子分別緊靠軸肩兩側，所述電機箱體內套裝有電機前定子、電機后定子和導向環(huán)，所述導向環(huán)設于電機前定子與電機后定子之間，所述電機前定子和電機后定子經穿設于導向環(huán)上的導向銷周向定位，電機前定子和電機后定子的相位起始位置對齊，所述電機主軸裝設于電機前定子和電機后定子內，電機前轉子與電機前定子位置對應，電機后轉子與電機后定子位置對應，所述前端蓋總成裝設于電機箱體前端，所述后端蓋總成裝設于電機箱體后端。 所述電機箱體前端裝設有前固定環(huán)，所述前固定環(huán)與電機前定子固定連接，所述電機箱體后端裝設有后固定環(huán)，所述后固定環(huán)與電機后定子固定連接。 所述前端蓋總成與前固定環(huán)之間設有套設于電機主軸上的前甩油盤，所述后端蓋總成與后固定環(huán)之間設有套設于電機主軸上的后甩油盤。 所述前端蓋總成包括前端蓋法蘭和前軸承，所述前端蓋法蘭固定于電機箱體前端，所述前軸承支承于電機主軸與前端蓋法蘭之間，所述后端蓋總成包括后端蓋法蘭和后軸承，所述后端蓋法蘭固定于電機箱體前端，所述后軸承支承于電機主軸與后端蓋法蘭之間。 所述前軸承和后軸承均為可傾瓦軸承。
所述后端蓋總成上裝設有電機編碼器。
—種雙定轉子永磁同步電機的裝配方法，其步驟為， (1)、將電機轉子裝于電機主軸上，具體是指，在電機主軸上裝設兩件電機轉子，兩件電機轉子分別從電機主軸的前后兩端套裝于電機主軸上，并使各電機轉子靠緊電機主軸中部所設軸肩；將電機定子裝于電機箱體內，具體是指，在電機箱體內裝設兩件電機定子和一件導向環(huán)，先將導向環(huán)與各電機定子配鉆導向孔，同時在導向環(huán)上設置第一位置標記a，配鉆時保證導向環(huán)上的第一位置標記a與電機定子上的相位起始位置c對準，將導向環(huán)與一件電機定子通過導向銷固定，固定時保持配鉆時的相對位置，先將帶有導向環(huán)的電機定子裝入電機箱體一端，裝入時根據導向環(huán)的第一位置標記a或該電機定子上的相位起始位置c在電機箱體另一端作出第二位置標記b，再將另一待裝電機定子上的相位起始位置c與電機箱體上的第二位置標記b對準并裝入電機箱體； (2)、將電機轉子連同電機主軸裝入電機定子內，具體是指，使兩件電機轉子與兩件電機定子一一對應； (3)、安裝電機的前端蓋總成和后端蓋總成。
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在電機箱體兩端裝設用于對電機定子限位的固定環(huán)。 在前端蓋總成與固定環(huán)之間設置一件甩油盤，在后端蓋總成與固定環(huán)之間設置一
件甩油盤，兩件甩油盤套設于電機主軸上。 在后端蓋總成上裝設電機編碼器。 與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的雙定轉子永磁同步電機通過將兩套電機定子和電機轉子裝設于一個電機箱體內，在導向環(huán)和導向銷的導向、周向定位作用下，最大限度的減少了電機前定子與電機后定子之間相位起始位置的誤差，使兩套定轉子之間的扭矩干擾大大減小，使電機的雙定轉子保持同步，克服了以往永磁同步電機單一定轉子功率容量小的限制，避開了增加單一電機定轉子長度和直徑帶來的工藝難題，拓寬了永磁同步電機的適用范圍，使高轉速、大功率的永磁同步電機得以實現。電機前定子的前固定環(huán)和電機后定子的后固定環(huán)不僅能對電機前定子和電機后定子進行軸向和周向定位，而且能夠阻擋部分前端蓋總成和后端蓋總成中的潤滑介質污染電機定轉子，對電機定轉子起到一定的保護作用。電機主軸上設有前甩油盤和后甩油盤，落到前甩油盤和后甩油盤上的潤滑介質在高速旋轉的作用下被甩到電機箱體內壁，再從電機箱體上的回油通道流出，前甩油盤和后甩油盤可防止?jié)櫥橘|沿電機主軸流至電機轉子上，在前甩油盤和前固定環(huán)、后甩油盤和后固定環(huán)的配合作用下，使電機定轉子與前端蓋總成和后端蓋總成隔絕，避免電機定轉子被污染、腐蝕。 本發(fā)明的雙定轉子永磁同步電機的裝配方法，在裝入電機定子時，利用導向銷以及與兩電機定子配鉆導向孔的導向環(huán)進行導向，并在安裝第二件電機定子前根據第一件電機定子的相位起始位置在電機箱體端部做出了位置標記，在安裝第二件電機定子時便于將該電機定子的相位起始位置與電機箱體上的位置標記對準，使兩電機定子的相位起始位置基本一致，并最終通過導向環(huán)和導向銷的導向使兩件電機定子的相位起始位置保持精確的一致性，實現雙定轉子同步運轉，提高永磁電機的扭矩輸出，大幅提高電機功率及轉速。本發(fā)明的雙定轉子永磁同步電機的裝配方法簡單可行、便于操作。


圖l是本發(fā)明的結構示意圖2是將電機定子裝入電機箱體時的位置標記示意圖。
圖中各標號表示1、電機箱體2、電機主軸3、前端蓋總成4、后端蓋總成5、前固定環(huán)6、后固定環(huán)7、前甩油盤8、后甩油盤11、電機前定子12、電機后定子13、導向環(huán)14、導向銷21、軸肩22、電機前轉子23、電機后轉子24、電機編碼器31、前端蓋法蘭32、前軸承41、后端蓋法蘭42、后軸承
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的雙定轉子永磁同步電機作進一步詳細說明。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的雙定轉子永磁同步電機，包括電機箱體1、電機主軸2、前端蓋總成3和后端蓋總成4，電機主軸2中部設有軸肩21，電機主軸2上套裝有電機前轉子22和電機后轉子23，電機前轉子22和電機后轉子23分別緊靠軸肩21兩側，電機箱體1內套裝有電機前定子11、電機后定子12和導向環(huán)13，導向環(huán)13設于電機前定子11和電機后定子12之間，電機前定子11和電機后定子12經穿設于導向環(huán)13上的導向銷14周向定位，電機主軸2裝設于電機箱體1內，電機前定子11和電機后定子12的相位起始位置對齊，電機前轉子22與電機前定子11位置對應，電機后轉子23與電機后定子12位置對應，前端蓋總成3裝設于電機箱體1前端，后端蓋總成4裝設于電機箱體1后端，后端蓋總成4上裝設有電機編碼器24。本發(fā)明的雙定轉子永磁同步電機通過將兩套電機定轉子裝設于一個電機箱體1內，在導向環(huán)13和導向銷14的導向、周向定位作用下，最大限度的減少了電機前定子11與電機后定子12之間相位起始位置的誤差，使兩套定轉子之間的扭矩干擾大大減小，使電機的雙定轉子保持同步，克服了以往永磁同步電機單一定轉子功率容量小的限制，避開了增加單一電機定轉子長度和直徑帶來的工藝難題，拓寬了永磁同步電機的適用范圍，使高轉速、大功率的永磁同步電機得以實現。電機前定子11靠近前端蓋總成3的一端裝設有前固定環(huán)5，前固定環(huán)5與電機前定子11固定連接，電機后定子12靠近后端蓋總成4的一端裝設有后固定環(huán)6，后固定環(huán)6與電機后定子12固定連接。電機前定子11的前固定環(huán)5和電機后定子12的后固定環(huán)6不僅能對電機前定子11和電機后定子12進行軸向和周向定位，而且能夠阻擋部分前端蓋總成3和后端蓋總成4中的潤滑介質污染電機定轉子，對電機定轉子起到一定的保護作用。前端蓋總成3與前固定環(huán)5之間設有套設于電機主軸2上的前甩油盤7，后端蓋總成4與后固定環(huán)6之間設有套設于電機主軸2上的后甩油盤8，落到前甩油盤7和后甩油盤8上的潤滑介質在高速旋轉的作用下被甩到電機箱體1的內壁上，再從電機箱體1上的回油通道流出，前甩油盤7和后甩油盤8還可防止?jié)櫥橘|沿電機主軸2流至電機轉子上，在前甩油盤7和前固定環(huán)5、后甩油盤8和后固定環(huán)6的配合作用下，使電機定轉子與前端蓋總成3和后端蓋總成4隔絕，避免電機定轉子被污染、腐蝕，延長了電機定轉子的使用壽命，提高了電機運轉的穩(wěn)定性。前端蓋總成3包括前端蓋法蘭31和前軸承32，前端蓋法蘭31固定于電機箱體1前端，前軸承32支承于電機主軸2與前端蓋法蘭31之間，后端蓋總成4包括后端蓋法蘭41和后軸承42，后端蓋法蘭41固定于電機箱體1前端，后軸承42支承于電機主軸2與后端蓋法蘭41之間。前軸承32和后軸承42均為可傾瓦軸承。前端蓋法蘭31和后端蓋法蘭41與電機箱體1的內孔可以整體加工，有利于保證主軸系統的同軸度，且工藝相對簡單，降低了加工成本。
在安裝雙定轉子永磁同步電機時，若兩電機定子的相位起始位置不一致，會導致兩套定轉子各自對同一電機主軸2輸出的扭矩存在時間差而相互干擾，使輸出功率大為減少，甚至無扭矩輸出，因此，保證雙定轉子的同步性就成為雙定轉子永磁同步電機大幅提高功率、轉速的關鍵所在；而目前的電機裝配工藝中，電機定子與電機箱體1為過盈裝配，不論是在裝入過程中，還是在裝入之后，電機定子相對于電機箱體1的周向位置幾乎不能調整，并且電機箱體l內部空間狹小，安裝雙定子時不可能從電機箱體l內部觀察兩電機定子的相位起始位置是否對齊，那么如何使兩個電機定子的相位起始位置在周向方向上保持一 致，存在很大困難。下面結合附圖對本發(fā)明的雙定轉子永磁同步電機的裝配方法作進一步 詳細說明。 如圖1和圖2所示，本發(fā)明的雙定轉子永磁同步電機的裝配方法，其步驟為，
(1)、將電機轉子裝于電機主軸2上，在電機主軸2上裝設兩件電機轉子，兩件電機 轉子分別從電機主軸2的前后兩端套裝于電機主軸2上，位于前端的為電機前轉子22，位于 后端的為電機后轉子23，使各電機轉子靠緊電機主軸2中部所設軸肩21 ;將電機定子裝于 電機箱體1內，在電機箱體1內裝設兩件電機定子和一件導向環(huán)13，先將導向環(huán)13與各電 機定子配鉆導向孔，同時在導向環(huán)13上設置第一位置標記a，配鉆時保證導向環(huán)13上的第 一位置標記a與電機定子上的相位起始位置c對準，將導向環(huán)13與一件電機定子通過導向 銷14固定，固定時保持配鉆時的相對位置，先將帶有導向環(huán)13的電機定子裝入電機箱體1 一端，裝入時根據導向環(huán)13的第一位置標記a或該電機定子上的相位起始位置c在電機箱 體1另一端作出第二位置標記b，再將另一待裝電機定子上的相位起始位置c與電機箱體1 上的第二位置標記b對準并裝入電機箱體l，從電機箱體1前端裝入的為電機前定子11，從 電機箱體1后端裝入的為電機后定子12。 (2)、在電機箱體1兩端裝設用于對電機定子軸向限位和周向定位的固定環(huán)，位于 電機箱體1前端的為前固定環(huán)5，位于電機箱體1后端的為后固定環(huán)6，將電機轉子連同電 機主軸2裝入電機定子內，安裝時使電機前轉子22與電機前定子11位置對應、電機后轉子 23與電機后定子12位置對應，之后在前端蓋總成3與固定環(huán)之間設置一件甩油盤，在后端 蓋總成4與固定環(huán)之間設置一件甩油盤，將兩件甩油盤均套設于電機主軸2上。
(3)、安裝電機的前端蓋總成3和后端蓋總成4。 (4)、在后端蓋總成4上裝設電機編碼器24，將前定轉子和后定轉子的控制線并聯 接入電機編碼器24。 本發(fā)明的雙定轉子永磁同步電機的裝配方法，在裝入電機定子時，利用導向銷14 以及與兩電機定子配鉆導向孔的導向環(huán)13進行導向，并在安裝第二件電機定子前根據第 一件電機定子的相位起始位置在電機箱體1端部做出了位置標記，便于在安裝第二件電機 定子時將該電機定子的相位起始位置與電機箱體1上的位置標記對準，使兩電機定子的相 位起始位置基本一致，并最終通過導向環(huán)13和導向銷14的導向使兩件電機定子的相位起 始位置保持精確的一致性，實現雙定轉子同步運轉，提高永磁電機的扭矩輸出，大幅提高電 機功率及轉速。本發(fā)明的雙定轉子永磁同步電機的裝配方法簡單可行、便于操作。
上述實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下，還可以作出若干等同變換，這些等同變換均應視為 本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種雙定轉子永磁同步電機，包括電機箱體(1)、電機主軸(2)、前端蓋總成(3)和后端蓋總成(4)，其特征在于所述電機主軸(2)中部設有軸肩(21)，電機主軸(2)上套裝有電機前轉子(22)和電機后轉子(23)，所述電機前轉子(22)和電機后轉子(23)分別緊靠軸肩(21)兩側，所述電機箱體(1)內套裝有電機前定子(11)、電機后定子(12)和導向環(huán)(13)，所述導向環(huán)(13)設于電機前定子(11)與電機后定子(12)之間，所述電機前定子(11)和電機后定子(12)經穿設于導向環(huán)(13)上的導向銷(14)周向定位，電機前定子(11)和電機后定子(12)的相位起始位置對齊，所述電機主軸(2)裝設于電機前定子(11)和電機后定子(12)內，電機前轉子(22)與電機前定子(11)位置對應，電機后轉子(23)與電機后定子(12)位置對應，所述前端蓋總成(3)裝設于電機箱體(1)前端，所述后端蓋總成(4)裝設于電機箱體(1)后端。
2. 根據權利要求1所述的雙定轉子永磁同步電機，其特征在于所述電機箱體(1)前 端裝設有前固定環(huán)(5)，所述前固定環(huán)(5)與電機前定子(11)固定連接，所述電機箱體(1) 后端裝設有后固定環(huán)(6)，所述后固定環(huán)(6)與電機后定子(12)固定連接。
3. 根據權利要求2所述的雙定轉子永磁同步電機，其特征在于所述前端蓋總成(3) 與前固定環(huán)(5)之間設有套設于電機主軸(2)上的前甩油盤(7)，所述后端蓋總成(4)與后 固定環(huán)(6)之間設有套設于電機主軸(2)上的后甩油盤(8)。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的雙定轉子永磁同步電機，其特征在于所述前 端蓋總成(3)包括前端蓋法蘭(31)和前軸承(32)，所述前端蓋法蘭(31)固定于電機箱體 (1)前端，所述前軸承(32)支承于電機主軸(2)與前端蓋法蘭(31)之間，所述后端蓋總成 (4)包括后端蓋法蘭(41)和后軸承(42)，所述后端蓋法蘭(41)固定于電機箱體(1)前端， 所述后軸承(42)支承于電機主軸(2)與后端蓋法蘭(41)之間。
5. 根據權利要求4所述的雙定轉子永磁同步電機，其特征在于所述前軸承(32)和后 軸承(42)均為可傾瓦軸承。
6. 根據權利要求5所述的雙定轉子永磁同步電機，其特征在于所述后端蓋總成(4) 上裝設有電機編碼器(24)。
7. —種雙定轉子永磁同步電機的裝配方法，其特征在于其步驟為，(1) 、將電機轉子裝于電機主軸(2)上，具體是指，在電機主軸(2)上裝設兩件電機轉 子，兩件電機轉子分別從電機主軸(2)的前后兩端套裝于電機主軸(2)上，并使各電機轉子 靠緊電機主軸(2)中部所設軸肩(21);將電機定子裝于電機箱體(1)內，具體是指，在電機箱體(1)內裝設兩件電機定子和一 件導向環(huán)(13)，先將導向環(huán)(13)與各電機定子配鉆導向孔，同時在導向環(huán)(13)上設置第 一位置標記a，配鉆時保證導向環(huán)(13)上的第一位置標記a與電機定子上的相位起始位置 c對準，將導向環(huán)(13)與一件電機定子通過導向銷(14)固定，固定時保持配鉆時的相對位 置，先將帶有導向環(huán)(13)的電機定子裝入電機箱體(1) 一端，裝入時根據導向環(huán)(13)的第 一位置標記a或該電機定子上的相位起始位置c在電機箱體(1)另一端作出第二位置標記 b，再將另一待裝電機定子上的相位起始位置c與電機箱體(1)上的第二位置標記b對準并 裝入電機箱體(1);(2) 、將電機轉子連同電機主軸(2)裝入電機定子內，具體是指，使兩件電機轉子與兩 件電機定子一一對應；< 3)、安裝電機的前端蓋總成(3)和后端蓋總成(4)。
8. 根據權利要求7所述的雙定轉子永磁同步電機的裝配方法，其特征在于在電機箱 體(1)兩端裝設用于對電機定子限位的固定環(huán)。
9. 根據權利要求8所述的雙定轉子永磁同步電機的裝配方法，其特征在于在前端蓋 總成(3)與固定環(huán)之間設置一件甩油盤，在后端蓋總成(4)與固定環(huán)之間設置一件甩油盤， 兩件甩油盤套設于電機主軸(2)上。
10. 根據權利要求9所述的雙定轉子永磁同步電機的裝配方法，其特征在于在后端蓋 總成(4)上裝設電機編碼器(24)。
全文摘要
雙定轉子永磁同步電機，電機主軸中部設軸肩，主軸上套裝有緊靠軸肩兩側的前、后轉子，箱體內裝前、后定子和導向環(huán)，前、后定子經導向環(huán)和導向銷定位，前、后定子的相位起始位置對齊，該電機功率大、轉速高。雙定轉子永磁同步電機裝配方法，在主軸上裝兩轉子，并使轉子靠緊主軸中部的軸肩；在箱體內裝設兩定子和一導向環(huán)，導向環(huán)與定子配鉆導向孔，在導向環(huán)上設與定子上的相位起始位置對準的標記，保持相對位置將導向環(huán)與一定子固定，將該定子裝入箱體，并在箱體上作出與該定子上的相位起始位置對應的標記，將另一定子與箱體上的標記對準并裝入箱體；將主軸裝入定子內，轉子與定子對應；安裝前、后端蓋總成，該方法可使兩定子的相位起始位置對齊。
文檔編號H02K15/00GK101702557SQ200910221380
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權日2009年11月6日
發(fā)明者侯志泉, 呂浪, 熊萬里, 羅春龍, 蔣旭光, 陽雪兵 申請人:溧陽福思寶高速機械有限公司;湖南大學