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浅析电机及防轴向窜动控制方法

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摘要：在日常的生产活动中，电机的转子轴向窜动是一个常见的故障，由于电机轴向窜动影响到电机的正常工作，为了解决该问题，本文介绍了一种电机，通过增加窜动检测装置和防窜动装置，能够尽可能地防止电机发生轴向窜动。

关键词：轴向窜动、温度传感器、电磁铁、永磁体

一、目的

电动机在使用过程中，有一种特殊的现象转子窜轴。动机的转子窜出定子铁芯，发生轴向位移，叫做转子窜轴。正常情况下，定子铁芯和转子铁芯两端对齐，或转子稍短于定子铁芯。当转子铁芯窜出定子铁芯达5亳米及以上时，电动机的三相空载电流将明显增大，带上负载后，定子电流会超过额定电流值，使电动机过热。同时会发出一阵阵不均匀但有规律的嗡嗡声。如果电动机转子严重窜轴，电动机就根本无法带动负载运行。

二、结构介绍

电机包括壳体、定子、转子、防窜动装置、第一半导体制冷片、外部散热装置和第一导热片。定子设置于壳体内，转子设置于定子的径向内侧，壳体具有主壳和设置与主壳两端的端盖，包括壳体前端盖和壳体后端盖，后端盖上开设有轴端槽。转子具有输出轴，输出轴的后端插入轴端槽。定子的铁芯具有定子槽，用于缠绕绕组。

为了提高电机的散热性能，定子具有多个散热孔组，每个散热孔组具有两个设置于一个相应定子槽两侧的第一条形孔。每个第一条形孔沿定子的轴向方向延伸，且开口朝向定子的径向外侧。壳体上设置有多个第二条形孔，每个第二条形孔对应于一个第一条形孔设置。

每个第一半导体制冷片插入一个第一条形孔，且其冷端面朝向临近其的定子槽，以加速绕组的散热。外部散热装置设置于壳体的外表面，每个第一导热片与外部散热装置连接，且每个第一导热片插入一个第二条形孔以及一个相应第一条形孔，且与该第一条形孔内的第一半导体制冷片的热端面接触抵靠。第一半导体制冷片和第一导热片完全充满封闭第一条形孔，且第一导热片需完全充满第二条形孔。

外部散热装置包括多个第二半导体制冷片和第三半导体制冷片。每个第二半导体制冷片的冷端面贴靠于壳体的外表面，且处于一个定子槽的径向外侧。第三半导体制冷片呈筒状，套装于壳体，且其冷端面与壳体的周壁接触抵靠。当外部散热装置也采用半导体制冷片时，更加保证了电机的散热效果。此外，半导体制冷片的冷热端互换，可使电机有效解决电机内部润滑油冻结问题，若在寒冷地区使用，可对内部进行预热，预热速度快，可有效保护电机。

每个第二条形孔的后端均设置有一个温度传感器，以检测第二条形孔内的第一导热片的温度。在每次开启电机时，且在电机开启距离上一次电机关闭时的时间间隔大于预设时间间隔时，检测电机所处的环境温度，并根据环境温度控制第一半导体制冷片的开启。预设时间间隔为2h至4h。根据每个第一导热片的温度，控制相应第一半导体制冷片的功率值，以使任意两个第一导热片的温度之间的差值在预设范围内。工作结束后，关闭电机的定子和转子预设时间后关闭第一半导体制冷片，预设时间为10min至15min。在电机关闭之后，可使电机快速降温至常温状态下，保护电机，防止电机过热损耗等。

三、防轴向窜动控制技术

防窜动装置具有电磁铁和永磁体。电磁铁安装于轴端槽的底部，永磁体安装于输出轴的后端。

窜动检测装置配置成检测输出轴的实时位置与初始位置之间的位移，以根据位移控制电磁铁的电流的大小和方向，进而控制电磁铁和永磁体之间作用力的大小，使输出轴保持处于初始位置处。

当轴向窜动的位移大时，可利用电磁铁和永磁体产生较大的回复力，随着窜动的逐渐缩小，回复力也变小。根据位移实时控制电磁铁施加于永磁体的力，通过改变力的大小和方向，实现电机的柔性控制，适应不同大小的轴向窜动，且通过闭环反馈控制，控制精确。

图一

（110-主壳、120-壳体前端盖、130-壳体后端盖、131-轴端槽、200-定子、240-绕组、300-转子、320-转子轴套、330-转子铁芯、340-第一滚动轴承组件、350-第二滚动轴承组件、520-外部散热装置、810-电磁铁、820-永磁体）

四、有益效果

由于具有窜动检测装置和防窜动装置，可在窜动检测装置检测到输出轴发生轴向窜动时，控制供向电磁铁的电流的大小和方向等，促使永磁体带动输出轴向轴向窜动方向的相反方向移动，以防止发生轴向窜动。

通过控制第一半导体制冷片的工作功率值，使电机的散热和电机的发热达到有效合理的统一，充分利用不同散热功率的第一半导体制冷片，保证电机散热的合理性，即热量多的地方散热快，热量少的地方散热慢，达到散热和发热的统一，进而可使电机的每个位置处的温度趋于一致，以保证电机的性能。

将第一半导体制冷片设置于定子槽中开设的狭缝中且对准绕组，并通过导热片可快速地将绕组等散发的热量导出至外部散热装置，电机散热效率高，保证电机的效率。对称设置的两个第一