[发明专利]一种封闭式风冷永磁同步电机、及弱磁调速方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种封闭式风冷永磁同步电机、以及应用于该封闭式风冷永磁同步电机的弱磁调速方法。

背景技术

在石油钻井平台等领域应用到的顶驱设备中，多是采用异步电机，异步电机常常会存在电机性能与顶驱设备工况不吻合的情况，影响到顶驱设备的开采进度和效率；另外，异步电机长期暴露在恶劣的环境中，会受到海上盐雾、湿气的侵蚀，直接影响到异步电机的绝缘性能，严重缩短了异步电机在顶驱设备上的使用寿命，为此，迫切需要一种能够满足顶驱设备工况、具有较长绝缘寿命的电机来替代现有的异步电机，然而，国内在应用到顶驱设备上的永磁同步电机几乎还是一片空白。

现有的顶驱设备中，因受到设备安装空间、重量等因素限制，异步电机通常需要采用较高的电磁负荷，运行时发热较为严重，同时受到海上盐雾、湿气的影响，电机绝缘材料的寿命和可靠性受到严重考验。

针对采用较高电磁负荷的电机，其冷却方式常采用水冷和强迫风冷两种。电机水冷的系统较为复杂，适用场合较少；而强迫风冷方式结构较为简单，在很多场合的都得到了广泛应用。传统的电机强迫风冷方式是从外部安全区吸入空气，经电机一端吹入，直接冷却电机绕组，再从电机另一端吹出，达到冷却的效果。

但是在潮湿、空气带有盐雾的恶劣环境中，空气中的湿气与高盐分含量，会使得电机在强迫风冷过程中，对电机绕组冷却的同时，对电机的绝缘层产生破坏。电机停止工作时，残留在电机上的盐雾等会冷却附着在电机绕组的绝缘层上，对电机绝缘层造成很大的伤害，大大降低了电机的使用寿命。

与电励磁同步电机不同，永磁同步电机的转子励磁磁场固定不变，永磁场产生的反电势和速度成正比，当电机端电压随转速升高至逆变器能够输出的最大电压之后，继续升高电机的速度，永磁同步电机将无法再作恒转矩运行。

发明内容

本发明的目的在于提出一种封闭式风冷永磁同步电机，仅对定子铁心进行强迫风冷，不接触到电机绕组，保证在海上盐雾、湿气等恶劣环境中，电机的绝缘层不会受到影响，提高了封闭式风冷永磁同步电机承受恶劣环境中的能力、及使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种封闭式风冷永磁同步电机，包括定子、转子、风机、端盖、及盘刹组件，盘刹组件固定在上端盖上，风机通过螺栓固定在盘刹组件上、并配置有风机电动机，定子包括定子铁心与定子绕组，在定子端部分别设置上、下定子齿压板，所述定子轭部上沿圆周方向开设若干个通风孔，所有通风孔轴向贯通定子铁心；在定子端部分别设有对上、下定子齿压板形成压紧的上支架与下支架，其中，上支架与上定子齿压板、以及下支架与下定子齿压板的连接处均为内外筒结构，定子绕组的上端部位于上支架的内筒内侧，定子绕组的下端部位于下支架的内筒内侧；上支架的内外筒之间的空腔区域形成冷却风的进气腔，进气腔与通风孔的上方孔口连通，下支架的内外筒之间的空腔区域形成冷却风的排气腔，排气腔与通风孔的下方孔方口连通，沿着进气腔、通风孔与排气腔的方向形成冷却风通道；转子上嵌设有永磁体。

作为本发明的优选改进，在定子绕组的表面涂覆、固化一层密封胶，作为一层保护层，隔离潮湿、盐雾的环境；上支架与上定子齿压板、以及下支架与下定子齿压板之间分别设置有O形圈，保证上下支架对定子齿压板压紧的同时，又对定子绕组起到密封作用。

作为本发明的优选改进，所述通风孔位于定子轭部的两个圆周上，每一个圆周上的通风孔沿该圆周方向均匀分布。

在定子轭部开设通风孔，定子端部分别设有对定子绕组形成密封的上、下支架，上支架与下支架分别压紧定子端部的上、下定子齿压板，使得冷却风只能沿着进气腔、通风孔与排气腔的方向流动，而不会接触到定子绕组，即可实现对定子绕组的冷却，由于封闭式风冷永磁同步电机的转子采用内嵌式永磁体结构，转子几乎不发热，只需将定子绕组冷却即可。

本发明的目的还在于提出一种应用于上述封闭式风冷永磁同步电机的弱磁调速方法，能够提高永磁同步电机在额定转速以上时的弱磁调速范围，实现两倍的弱磁调速，所采用的技术方案是：

一种封闭式风冷永磁同步电机的弱磁调速方法，包括以下步骤：

a调节变频器的输出电压和输出频率，使得PMSM运行在额定转速以上；

b记录电流表A1的测量值I1，此测量值即为空载弱磁电流，并计算此转速下需要的转矩电流I1p；

c重复步骤b，记录多组测量值I1、及转矩电流I1p,并由实际的恒功率工况下的电流公式计算得出PMSM的电流值I，分析数据，判断电流值I是否超出电机的额定电流，进而得出电机的弱磁调速性能是否符合要求。