专利名称：数控全速稀土同步电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型结构的电机，确切地说，涉及一种数字控制、其速率可以在从低速到超高速范围的任何一个速度状态下平衡工作的稀土同步电机，属于机电一体化系统中基础设备技术领域。
近年来，高科技的迅速发展已经将许多产业部门推向了可以直接采用数字技术进行自动控制的阶段。采用当代以微型计算机为代表的数字控制技术将大大拓宽现有的各种常规传统工业机、泵(例如各种工业泵、风机、空气压缩机等其它旋转工业机械)的工作范围，人们可以不必再通过以往传统的各种复杂的自动化仪表和系统对工业装置的各种工作状态进行控制，而只要把这些操作(如机泵的起动、停止、升降速等)、操作要求(时间、转速、压力等参数)等都用数字的形式表达出来，并把这些数字通过信息载体(如穿孔卡、纸带、软磁盘、EPROM芯片等)送给专用或通用的微型计算机，由计算机进行数据处理优化后发出各种指令控制工作机械作最佳工况下的运行操作。这样，不但大大简化了工业装置庞大的控制装备;而且，在比较普遍实现数字技术控制后，工业产业部门就可以对生产活动直接实现信息管理了。实际上，目前的工业机、泵都有相当宽的工作范围，是可以适当调节其工况进行优化生产的。但是，囿于传统观念，一般采用的工业用交流电动机是不能改变其转速的。在采用变频供电技术之后，交流电动机就可以调速运行了。但是由于原设计制造这些交流电动机时，尚未考虑到今天会出现数控技术对电机提出的新要求;而且，由于受到电网频率的限制，常规的工业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，对于高速机、泵必须配装齿轮增速箱，把电机转速再升高到高速机泵所需的工作转速。采用数控变频技术，电机的转速可以不再受电网频率的制约，因此可以要求电机的转速能够提高到与高速机泵相同步，以便直接驱动高速工作机械。采用同步电动机对改善电网的功率因素有利，可以节电;而且，同步电机具有特硬的机械特性，效率较高。但是，传统的同步电动机比较异步电动机结构复杂，加上需要复杂的辅助设备，所以，除了个别大型装备外，一般用户可忍受较多的电力消耗，也还是普遍选用售价低，使用简便的异步电动机。但是，近年来稀土材料的开发利用在电机制造技术领域中也取得了不少成就，用磁土永磁材料取代电磁体，不仅大量节省有色金属，还减少了电力消耗。此外，利用数字控制技术后，同步电机也可以不再需要配备传统的辅助设备。按照这种新概念，就可以使同步交流电动机的结构和普通鼠笼式异步电动机一样简单了。
本发明的目的是基于上述原因而设计一种数字控制的全速稀土同步电机。
本发明是这样实现的它包括有定子和转子两部分，其中定子结构与鼠笼式异步交流电动机完全相同，而转子是一个用具有较高刚性和良好导磁性能的钢材制作的表面光洁的实心园柱体，在该园柱体中间有若干个填满安放稀土磁体的槽孔，柱体的两端装有盖板，把由多个薄片状稀土单体叠合粘接成组合体的稀土磁体全部封闭在转子里。
本发明电机具有许多特点。首先，它是专为数控技术设计的可以与数控变频电源配套使用，并与之完全匹配，只要控制变频电源对其供电，就能对本发明电机的工作状态进行控制，用它与具有变工况性能的机泵等工作机械配套使用，就能构成数控变工况机组设备。本发明结构与鼠笼异步电机同样简单，但具有同步电机的许多优良性能。其转子类似异步电机普通隐极式转子，外形为光洁平滑的园柱形实心整体，经过精密的机械加工，使其旋转轴周围质量分布均衡，这样可以使电机在从低速到超高速(10.000～24，000转/分)的任何一个状态下都能平稳转动，达到全速动平衡的要求。再者，由于转子是稀土材料永磁体，转子中没有导电元器件，既充分利用了我国盛产的稀土材料，又能大量节省有色金属。并且，转子中没有电力消耗，也不会因此发热，因而可以不必专门设计考虑转子的冷却问题，其机械效率和电能利用效率都比鼠笼电机要高。本发明与数控电源配套使用时，可以免去任何启动辅助设备就能实现无冲击平滑启动。并且，由于启动时启动电流小于电机的额定电流，电力变压器的容量也可以因此而相应减少。同样，本发明与常规同步电机一样，它既可以作为电动机驱动工业机泵使用，也可用作发电机与高速燃气轮机直接配套使用，总之，本发明是机电一体化技术中的一种新型基础装备。
下面结合附图，具体介绍本发明。
图1是本发明转子的外视图。
图2是本发明转子的横截面结构示意图。
图3是本发明转子的稀土磁体结构示意图。
本发明的定子结构与普通鼠笼式异步交流电动机完全相同，所以两者可以通用，也就是任何鼠笼电机在更换了本发明的稀土转子之后都可以改装成本发明的数控全速同步电机。也由于定子结构为已知技术，本文就不再具体叙述了，只重点介绍稀土转子。
如图1所示，本发明转子的外观是一个外表光洁的实心园柱体1，这是用具有良好导磁性能和较高刚性的钢材制成的，使它不但具有较小的磁阻以满足电机的电磁设计要求，还能得到尽可能高的一次临界转速，以便使电机的全部转速范围都处在其一次临界点以下，又能确保在高速旋转下稀土磁体能承受极高的离心力而不致损伤。也是基于这个原因，在转子的园柱体两端装有盖板2，使稀土磁体全部封装在转子内部。而盖板2是镶嵌在转子园柱体内，用高强度粘合剂(或焊接)使之成为坚固整体的。
图2是转子的横截面，在其园柱形转子中间对应于安放磁体的位置有若干个槽孔3，槽孔内壁需经机械切削加工，以便其能与磁体4紧密偶合，以尽可能减少磁阻。而稀土材料因其物理机械性能和加工工艺上的原因，目前只能制造薄片状的单体，其厚度不能做得太厚，所以转子中的稀土磁体乃是由许多个薄片状的单体6叠合粘接而成的组合体7(参见图3)。为了与转子的孔壁有严密的吻合接触，稀土磁体的外周面应经机械加工整形，其顶面和底面则应进行磨削加工，以保证与盖板偶合紧密，减少磁阻。稀土磁体粘合成组合体，经加工后装入转子槽孔时，也应用高强度粘合剂把其直接粘在转子上。这是因为稀土材料十分脆弱，容易破碎。采用这种特殊结构，可以使得即使有个别稀土磁体破裂，经粘合后仍不会影响磁极的性能妨碍使用。在转子全部加工好后，就可对稀土磁体进行充磁，使转子形成磁极，而在磁极之间的空间则用环氧树脂5等材料填实充满，使整个转子形成一个坚固的实心整体，可以承受超高速旋转。
国内盛产稀土材料，本发明的磁体原料来源丰足，在常温下工作的电机可以选用铁硼稀土材料作磁体，在高温(80℃)下工作的电机则可以选用锶稀土材料作磁体。
国内使用稀土材料制造的永磁电机由于受到磁体厚度的限制，高速电机功率只能做到几十千瓦，低速电机则已做到200千瓦。如使用本发明采用叠片结构的稀土磁体，因可组成一定体积的组合体，所以可以做成数百千瓦以上的大功率电机。
权利要求
1.一种数控全速稀土同步电机，包括有定子和转子两部分，其特征在于定子结构与普通鼠笼式异步交流电动机完全相同，而转子是一个用具有良好导磁性能和刚性较高的钢材制作的表面光洁的实心园柱体，在该园柱体中间有若干个填满安放稀土磁体的槽孔，柱体的两端装有盖板把多个薄片状稀土单体叠合粘接成组合体的稀土磁体全部封闭在转子里。
2.如权利要求1所述的数控全速稀土同步电机，其特征在于稀土磁体的顶面和底面应进行使其表面平滑光洁、与盖板有良好接触的磨削加工。
3.如权利要求1所述的数控全速稀土同步电机，其特征在于转子的槽孔其内壁应经切削加工，以使其能与磁体紧密偶合，减少磁阻。
4.如权利要求1所述的数控全速稀土同步电机，其特征在于稀土磁体的材料可以是铁硼或锶，前者适用于常温下工作，后者可在高温(80℃)工作。
全文摘要
一种数控全速稀土同步电机，由定子和转子两部分组成。定子结构与普通鼠笼式异步交流电动机相同，而转子是一个用具有良好导磁性能和刚性较高的钢材制作的表面光洁的实心圆柱体。在该圆柱体中间有若干个填满安放稀土磁体的槽孔，柱体的两端装有盖板，把由多个薄片状稀土单体叠合粘接成组合体的稀土磁体全部封闭在转子里。
文档编号H02K1/27GK1064770SQ9110141
公开日1992年9月23日 申请日期1991年3月12日 优先权日1991年3月12日
发明者莫湖 申请人:北京市西城区新开通用试验厂