抱轴永磁同步变频电动机的制作方法

本发明属于电机设计技术领域，尤其涉及一种船用的抱轴永磁同步变频电动机。

背景技术：

随着新材料、机电一体化、电力电子、计算机、控制理论等各种相关新技术的不断提升，永磁同步电机因其相对于普通电机，在性能上具有体积小、重量轻、效率高、功率因数高、高效运行范围宽等优点，已经广泛应用到航空、航天、国防、装备制造、工农业生产和日常生活的各个行业。轴带驱动装置作为节约运行费用及改善机舱管理运行条件的有效手段，以其特有的优越性引起了各国造船界和航运界的重视。传统的船用推进器驱动装置采用柴油机传动齿轮进行传动，其驱动系统体积大、重量重、噪音大、振动大，不利于在船舶狭小的空间进行作业。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种体积小、结构简单的抱轴永磁同步变频电动机。

本发明实施例提供一种抱轴永磁同步变频电动机，其设于船舶上用于带动螺旋桨的传动轴转动，所述抱轴永磁同步变频电动机包括定子、转子、前端盖和后端盖，所述抱轴永磁同步变频电动机还包括：

空心轴，所述转子以热套的方式固定于所述空心轴外，所述螺旋桨的传动轴设于空心轴内，所述传动轴与空心轴之间设置胀紧联结套，以使所述传动轴和所述空心轴通过所述胀紧联结套固定连接；

多个底脚支撑架，其分别设于所述前端盖和后端盖上，所述抱轴永磁同步变频电动机通过所述多个底脚支撑架设于船体上。

在一些实施例中，所述底脚支撑架的底端设有橡胶隔振器，所述抱轴永磁同步变频电动机还包括分别设于所述前端盖和后端盖的下方的工字钢，所述橡胶隔振器分别设于所述工字钢上，以将所述抱轴永磁同步变频电动机架起。

在一些实施例中，所述底脚支撑架包括支撑板和连接板，所述支撑板的一侧与所述前端盖或后端盖的外端面连接，且其板面与所述前端盖的外端面垂直，所述连接板为两块并分别连接于所述支撑板在所述空心轴的径向方向上相对的两侧，所述连接板同时与所述前端盖或后端盖的外端面连接。

在一些实施例中，所述支撑板上开设有螺栓孔，所述螺栓孔内设有与所述橡胶隔振器连接的螺栓；

位于内侧的所述连接板为直角三角形板，所述直角三角形板的其中一条直角边与所述支撑板连接，另一条直角边与所述前端盖或后端盖的外端面连接；位于外侧的所述连接板为三角形板且向内倾斜设置，所述三角形板的一条边与所述支撑板连接，另一条边与所述前端盖或后端盖的外端面连接。

在一些实施例中，所述前端盖和后端盖上分别设有两个所述底脚支撑架，所述底脚支撑架分别位于所述前端盖和后端盖的上半部分且靠近边缘设置，位于同一端盖上的两个所述底脚支撑架对称设置，位于不同端盖上的所述底脚支撑架对称设置。

在一些实施例中，所述定子设于转子外，所述定子外固定有机壳，所述机壳通过螺栓与船体连接。

在一些实施例中，所述定子上设有用于设置绕组的绕线槽，所述绕线槽为斜槽；所述斜槽内铺设有绝缘纸，所述绝缘纸上铺设有亚胺薄膜。

在一些实施例中，所述定子由定子冲片叠压形成，其叠压系数不低于0.98，叠压后的所述定子冲片采用扣片焊接。

在一些实施例中，所述机壳为铸铁机壳。

在一些实施例中，所述转子内嵌设有多个磁钢槽，所述磁钢槽内设有磁钢，且各所述磁钢槽内的磁钢的磁势均匀分布。

与现有技术相比较，本发明实施例提供的抱轴永磁同步变频电动机采用空心轴结构，船舶的螺旋桨的传动轴直接安装于空心轴内，优化了传统轴带电动机的结构，减小了电动机的体积和重量。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本发明。

本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1为本发明实施例的抱轴永磁同步变频电动机的局部剖视图。

图2为本发明实施例的抱轴永磁同步变频电动机的轴向侧视图。

图3为本发明实施例的抱轴永磁同步变频电动机与传动轴连接的结构示意图。

图4为图3的侧视图。

图5为本发明实施例的抱轴永磁同步变频电动机的空心轴的局部剖视图。

图6为本发明实施例的抱轴永磁同步变频电动机的转子与空心轴相结合的局部剖视图。

附图标记：

1-定子；2-转子；3-前端盖；4-后端盖；5-空心轴；6-轴孔；7-台阶；8-槽部；9-胀紧联结套；10-橡胶隔振器；11-工字钢；12-支撑板；13-连接板；14-螺栓；15-连接孔；16-机壳；17-轴承端盖；18-深沟球轴承；19-密封圈；20-螺钉；21-磁钢；22-拉紧螺杆；23-传动轴。

具体实施方式

为了使得本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。

如图1至图4所示，本发明实施例提供一种抱轴永磁同步变频电动机，其用于船舶上，并与螺旋桨的传动轴23传动连接，以带动传动轴23转动，所述抱轴永磁同步变频电动机包括定子1、转子2、前端盖3和后端盖4，所述抱轴永磁同步变频电动机还包括空心轴5和多个底脚支撑架，转子2以热套的方式固定于空心轴5外，即加热转子2后将其套设于空心轴5上，冷却后，转子2便与空心轴5实现过盈配合，然后通过轴卡将转子2与空心轴5固定；螺旋桨的传动轴23设于空心轴5的轴孔6内，传动轴23与空心轴5之间设置胀紧联结套9，胀紧联结套9用于将传动轴23和空心轴5固定连接；多个底脚支撑架分别设于前端盖3和后端盖4上，抱轴永磁同步变频电动机通过多个底脚支撑架设于船体上。

本发明实施例的抱轴永磁同步变频电动机采用空心轴5，且空心轴5采用无键槽设计，并通过胀紧联结套9与螺旋桨的传动轴23连接，即以内锁紧的方式与传动轴23连接，在船舶有限的空间下，节约了空间且降低了噪音。

在一些实施例中，如图1和图3所示，底脚支撑架的底端设有橡胶隔振器10，抱轴永磁同步变频电动机还包括分别设于前端盖3和后端盖4的下方的工字钢11，工字钢11固定于船体上，橡胶隔振器10分别设于工字钢11上，通过工字钢11将抱轴永磁同步变频电动机架设于船舶上。底脚支撑架上加装橡胶隔振器10，保证电动机在空载时的振动速度有效值不超过设计值，设计值例如可以为2.8m/s；a计权声压级噪声值不超过75db(a)。

在一些实施例中，继续结合图1和图3，底脚支撑架包括支撑板12和连接板13，支撑板12的一侧与前端盖3或后端盖4的外端面连接，且其板面与前端盖3的外端面垂直，连接板13为两块并分别连接于支撑板12在空心轴5的径向方向上相对的两侧，连接板13同时与前端盖3或后端盖4的外端面连接。支撑板12用于与橡胶隔振器10连接，连接板13用于增强支撑板12与前端盖3或后端盖4的连接强度，提高使用安全性和稳定性。

继续参见图1和图3，支撑板12上开设有螺栓14孔，螺栓14孔内设有与橡胶隔振器10连接的螺栓14；支撑板12的板面与工字钢11的上表面平行，以使支撑板12和橡胶隔振器10通过螺栓14稳定连接。连接板13上可以设有连接孔15，以方便在其上通过连接孔15挂设标牌、指示牌或便签等，方便使用和记录。

连接板13的形状不限，只要将支撑板12稳定的连接于端盖即可，如图1至图4所示，用于连接同一个支撑板12的两块连接板13中，位于内侧(靠近端盖中心的为内侧)的连接板13为直角三角形板，直角三角形板的其中一条直角边与支撑板12连接，另一条直角边与前端盖3或后端盖4的外端面连接；位于外侧的连接板13为三角形板，三角形板的一条边与支撑板12连接，另一条边与前端盖3或后端盖4的外端面连接；如图2和图4所示，支撑板12的外侧接近端盖的边缘设置，为了防止位于外侧的连接板13凸出端盖而对其他设备造成干涉，且减少所占用的空间，三角形板向内倾斜设置，呈收敛状。

前端盖3和后端盖4上底脚支撑架的数量可以根据实际需要选择，本实施例不做具体限定，为了保证支撑的稳定性，参见图2和图4，本实施例的前端盖3和后端盖4上分别设有两个底脚支撑架，每个底脚支撑架下面分别通过螺栓14连接一个橡胶减震器，且两个底脚支撑架分别位于前端盖3和后端盖4的上半部分且靠近边缘设置，位于同一端盖上的两个底脚支撑架对称设置，位于不同端盖上的底脚支撑架对称设置，以进一步提高稳定性，保证使用安全性。为了减少零部件的数量，本实施例中位于同一端盖上的底脚支撑架共用一个工字钢11。

在一些实施例中，如图5所示，空心轴5的轴孔6为阶梯孔，其中部的孔径小，两端的孔径大，以在其靠近两端处分别形成台阶7，胀紧联结套9设于轴孔6的两端并分别抵于两个台阶7上；空心轴5靠近两端的外径小于其中部的外径，以使其两端分别形成槽部8，深沟球轴承18(将在下文介绍)设于槽部8内。

在一些实施例中，定子1设于转子2外，且转子2能相对定子1转动；定子1采用定子1冲片叠压设计，叠压系数不低于0.98，并通过扣片与叠压后的定子1冲片焊接。定子1采用定子1斜槽(绕线槽)，即定子1上设有用于设置绕组的绕线槽，绕线槽为斜槽；定子1绕组采用真分数槽设计，具有绕组端部短、成本低、铜耗小、效率高、齿槽转矩小、自感大、短路电流小、每相绕组相间互感小等特点。绕组的绕线(也称为电磁线)采用漆包圆铜线，以提高使用性能。绕线槽内铺设绝缘纸，绝缘纸采用复合绝缘材料制成，绝缘纸上加铺一层亚胺薄膜，提高绝缘系统的可靠性，保证电机长时间反拖至1550rpm转速的工况，电动机的绕组能承受3300v耐电压试验，历时1min而不发生击穿或出现闪络现象。

在一些实施例中，如图6所示，转子2采用转子2冲片整体冲压工艺形成，并通过拉紧螺杆22连接，合理设计极弧系数，使电压波形满足正弦波要求。转子2的磁钢21采用内嵌式结构，并定性分析所装配磁钢21极性，即，转子2内嵌设有多个磁钢槽，每个磁钢槽内分部设有磁钢21，且使每个磁钢槽内的磁钢21相对磁通量数值接近，也就是，各磁钢槽内的磁钢21的磁势均匀分布，既保证磁路对称，又保证磁钢21装配质量。

在一些实施例中，定子1外固定有筒状的机壳16，机壳16采用铸铁机壳，例如可以采用厚钢板圈成圆筒，焊接后进行加工而成；机壳16通过螺栓14与船体连接，以保证电动机的稳定性。机壳16与定子1压装在一起，机壳16的轴向方向的两端分别设置前端盖3和后端盖4，机壳16与前、后端盖4通过螺钉20连接，且机壳16与前、后端盖4之间分别设置密封圈19；前端盖3的中部连接环形的轴承端盖17，轴承端盖17与前端盖3通过螺钉20连接，轴承端盖17通过深沟球轴承18与空心轴5装配，并将空心轴5封盖，仅使其轴孔6与外界连通，参见图1和图3。后端盖4与空心轴5通过深沟球轴承18装配，并将空心轴5封盖；以一定的配合公差尺寸，将电动机组装完成，保证电动机短时间空载情况下高速运行不发生有害变形。

本发明实施例的抱轴永磁同步变频电动机在生产设计时，先进行电磁仿真，按合理的槽配合，确定定、转子2槽数，再根据磁路走向和电磁性能，确定槽型尺寸；转子2冲片采用整体冲压工艺，转子2的磁钢21采用型内嵌式结构，转子2采用过盈配合，加热转子2铁芯，由轴卡固定在空心轴5上，完成转子2部分；根据定子1冲片，设计转子2斜槽叠压，用扣片焊接，定子1绕组采用真分数槽设计，然后进行绕线、嵌线绝缘工艺，做好后压装进机壳16，完成定子1部分；最后，选好各零配件，精加工零部件及前后端盖4，选好轴承，然后将转子2装入定子1，安装轴承及前后端盖4，组装成完整电机。

本发明实施例的轴永磁同步变频电采用空心轴5设计，空心轴5直接连接用于驱动螺旋桨的传动轴23，优化了传统轴带电动机的结构，减小了电动机的体积和重量；前端盖3和后端盖4分别焊接有两个底脚支撑架，底脚支撑架加装橡胶隔振器10，机壳16与船体通过螺栓14固接，确保电动机的振动速度有效值不超过设计值，提高使用安全性，延长使用寿命。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。