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双环形旋转热管冷却转子的永磁同步电动机

专 利 号:ZL201210184131.0 专利类型:
所属行业:能源/动力/电力 - 动力设备
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    大连东利伟业环保节能科技有限公司是环保节能领域的研发型企业,主要针对环保节能领域具有发展前景的课题进行前瞻性研究,并对筛选的具体项目进行市场调研、政策分析和技术评估。作为公司的主要研发者和创始人之一,共获得8项发明专利,11项实用新型专利。拥有特种永磁同步电动机、动态生物膜污水处理系统、燃煤锅炉烟气脱硝等核心技术。


    在永磁同步电动机中,由于转子与定子磁场同步旋转,常忽略转子中的涡流损耗。实际上,定子齿槽效应、绕组磁动势的非正弦分布和绕组中的谐波电流所产生的谐波磁动势也会在转子永磁体和转子磁轭中引起涡流损耗。尽管与定子铜损和铁损相比,转子涡流损耗很小,但是,转子散热条件不好,涡流损耗可能引起很高的温升,从而引起永磁体退磁。与小功率电动机所采用的铁氧体永磁材料相比,大功率电动机所采用的钕铁硼永磁材料,具有较大的电导率和较低的居里温度,更容易使永磁同步电动机因永磁体退磁而报废。

    永磁同步电动机中的表贴式转子是一种成熟的技术,瓦片形的永磁体粘贴在转子表面,转子磁轭与转轴之间有环形空腔,转子磁轭截面积较小,所产生的涡流损耗也较小,但是转子永磁体和转子磁轭所产生的热量很难通过转轴传导。防护等级较高,特别是要求防爆的电动机,其转子和定子绕组均封闭在密闭的空间中,转子散热条件更加恶劣。

    表贴式转子适用于低转速大转矩的电动机,例如油田螺杆泵抽油机的直驱式永磁同步电动机。表贴式转子在转子永磁体的外表面安装非磁性金属护套后,消除离心力对转子永磁体的粘结强度影响,可以使表贴式转子适用于高转速的电动机,例如驱动水泵和风机的永磁同步电动机。通用型电动机的输出轴是实芯轴,而油田螺杆泵抽油机的驱动电动机必须是空芯轴,使螺杆泵的光杆从电动机转轴的中间通孔穿过。

    作为油田的主要节电措施,单螺杆泵抽油机正在逐步的取代游梁式抽油机。螺杆泵抽油机的驱动方式也由交流异步电动机的皮带传动方式向永磁同步电动机的直驱传动方式转变。目前已经有直驱式永磁同步电动机的螺杆泵驱动装置在使用,直驱式永磁同步电动机直接与螺杆泵的光杆相联连,不需要采用减速器,所以无传动损耗,属于高效节能电动机。螺杆泵抽油机位于野外,并且要求防爆防尘。由于低转速下电动机转子风扇的冷却效果不理想,目前正在运行中的电动机均采用全封闭自然风冷却方式,存在转子永磁体散热不良的问题。

    用于驱动水泵和风机等高转速设备的永磁同步电动机,虽然电动机转子风扇可以冷却永磁同步电动机的机座,却无法直接冷却转子永磁体,而高转速时转子永磁体和转子磁轭涡流损耗所产生的热量更大,转子散热条件十分恶劣。


    双环形旋转热管冷却转子的永磁同步电动机,由基座端盖部件、机座部件、冷却端盖部件、转子部件和防护部件组成。电动机运行时,双环形旋转热管冷却器把转子的热量传导到转轴套管外表面,在驱动螺杆泵抽油机时,传导到转轴套管外表面的热量主要通过自然风冷却方式散发到大气中,风扇辅助对流循环,迅速冷却转子永磁体,避免因温升过高而退磁。定子铜损和铁损所产生的热量则通过机座外表面的散热片散发到大气中。双环形旋转热管冷却转子的永磁同步电动机作为通用型电动机时,传导到转轴套管外表面的热量被高转速下风扇产生的气流带走,气流穿过冷却端盖的通风槽,对机座外表面的散热片进行冷却。

    采用热管冷却转子技术方案的目的是:用冷却转子的方法确保钕铁硼永磁材料不退磁,以低等级的钕铁硼永磁材料代替高等级的钕铁硼永磁材料,确保在钕铁硼永磁材料不退磁的前提下降低生产成本。克服了普通永磁同步电机生产成本高、寿命短的缺点。采用低等级的钕铁硼永磁材料,还可以节约大量比钕还要珍贵的铽(Tb)和镝(Dy)稀土元素,提高不可再生资源的利用率,贯彻国家“可持续发展”的产业政策。

    采用热管冷却转子的永磁同步电动机原理是:在永磁同步电机转子的环形空隙内设置热管冷却器,利用转子旋转产生的离心力作为热管工作液循环的动力,使热管把转子上钕铁硼永磁材料的热量传导至电机机壳外,实现对钕铁硼永磁材料的冷却。此种冷却方式是封闭式,能够用于要求防爆防尘的电动机。


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