[发明专利]环形转子稀土同步电机

说明书

本发明涉及一种新型结构的电机，确切地说，涉及一种采用稀土永磁材料作磁体的高速同步电机，它可以作为数控执行装置的动力而制成各种功率的高速电动机，也可作为与燃气轮机直接配套的高速发电机。

近年来，电子信息技术的发展已对许多传统产业部门产生深远影响：可以用数字技术直接进行生产过程自动控制。当代以微型计算机为代表的数字控制技术已经渗透到传统产业的许多领域中，并日益向更加高级层次的深度和广度开拓。而这种进展已经或即将对许多按传统概念设计的机电装置提出了更新改型设计的要求。例如：目前的许多工业机械、泵类产品都有很宽的工作范围，可以调节其工况进行优化生产的。但是，目前按照传统常规设计的普遍应用的交流电动机都是不能改变转速的。在采用变频供电技术后，交流电动机可以调速运行了。但是，原先设计制造这些电动机时，尚未考虑到今天出现的数控技术对它提出的新要求，而且，由于受电网频率的限制，常规工业用交流电动机的转速最高只能达到3000转/分（50周）或3600转/分（60周）。因此，对于一些高速运行的电动机或与燃气轮机配套的高速发电机都必须配装齿轮增速箱，这样既造成了能源的浪费，又降低了机械效率，尤其对于航空机械系统，笨重庞杂的齿轮增速箱更是令人讨嫌的。国外有些公司（如英国罗斯顿公司、美国罗斯海尔公司等）正在联合研制高速逆变式非恒速燃气轮发电机组，也是因高速发电机而遇阻，暂时搞不下去了。

应用同步电机可改善电网功率因素，节约电能，而且，同步电机的机械特性特别硬，扭距大，效率高。但是，传统的同步电机结构比异步电机复杂，还需要一套复杂的辅助装置，所以，除了一些大型装备外，普通用户还是选用售价便宜、使用方便的异步电动机而宁可承受平时较多的电力消耗。近年来，稀土永磁材料在电机制造技术领域中的开发应用，已取得许多令人瞩目的成就。稀土材料的出现使电机的结构设计与制造技术都会带来一场巨大的变革。

本发明的目的利用稀土永磁材料设计一种结构新颖的高速同步电机以填补当前电机制造领域中的一种空白。

传统电机都是转子与电机轴相连，装在内部中间，定子则包围在转子的外侧。而本发明都逆其道而行之：是转子在外侧，而定子在内部。定子是用具有良好刚性和导磁性能的钢材制作的，位于电机中间，其上嵌装有单相或三相绕组，绕组的电磁结构与普通绕线式电机转子相同。定子由其一侧或两侧的安装法兰固定，并由此引出绕组接线;位于定子外周的转子则由用非磁性钢材制成的外壳，及其内侧由稀土永磁材料制成的环状磁极两部分构成，转子通过高速轴承支撑在定子外围并可自由高速转动。

本发明的优点是可以与数控变频电源配套使用，并与之完全匹配。只要控制对其供电的电源频率，就能对本发明电机的工作状态进行调节控制。本发明无论作为电动机使用，还是作为发电机使用，其工作原理也是由线圈绕组在磁场中旋转而切割磁力线产生电磁力矩的，与普通同步电机毫无二致，只是其是由嵌镶稀土磁极的转子在装有电磁绕组的定子外侧旋转这点结构变化而已，但是，因此带来的好处是巨大的：首先结构特别简单，只要在额定范围内工作，除了高速轴承以外，几乎没有别的易损零件了，因此寿命长，可靠性高。再者，其工作转速为：电源频率×120/极数。如果是电源频率为400赫的2极电极，其转速可达24000转/分。并且，如果提高电源频率，其转速还可增加。这样，就为与高速燃气轮机直接配套而省却庞杂的齿轮增速箱提供了比较理想的、结构简单又性能可靠的高速发电机，而且，这种可随电源频率改变其转速的燃气轮发电机组的技术性能要比传统的60或50赫固定频率的机组要先进。另外，本发明如果配备差速减速器（专利申请号CN91209250.5），因这种减速器具有相当高的减速比，并因此可输出足够大的扭矩，并且结构紧凑、体积小、重量轻，再辅以可以随机控制的PWM型逆变电源，就可以由计算机控制本发明电动机的转速和扭矩，这种配置，作为航空机载系统的数控执行装置是尤为适宜的。总之，本发明作为数控执行装置的驱动力和各种功率的高速电动机也是一种很理想的机型。

下面结合附图，具体介绍本发明。

图1是本结构示意图。

图2是本发明横截面结构示意图。