大起動轉矩的異步起動永磁同步電動機的製作方法

2023-09-23 17:30:40 2

專利名稱：大起動轉矩的異步起動永磁同步電動機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於交流電動機技術領域，主要涉及一種永磁式同步電動機， 具體的說是涉及一種異步起動的永磁同步電動機。
背景技術：
永磁同步電動機的運行原理與電勵磁同步電動機相同，但它以永磁體提供 的磁通替代了後者的勵磁繞組勵磁，使電動機的結構進一步簡化，降低了電動 機的加工和裝配費用，並且省去了容易出現故障的集電環和電刷，提高了電動 機的可靠性；其又因無需勵磁電流，省去了勵磁損耗，提高了電動機的效率和 功率密度。隨著永磁材料性能和電力電子器件性能價格比的不斷提高，以及現 代控制理論、微機控制技術和電機製造工藝的迅猛發展，新磁路結構的不斷湧 現，永磁同步電動機以其高電機效率、高功率因數而在各個領域中得到越來越 廣泛的應用。永磁同步電機通常分為無起動繞組的調速永磁同步電動機和有起 動繞組的異步起動永磁同步電動機。特別是通過異步起動的永磁同步電動機因 其結構簡單、起動方便而特別適用於一些無需調速的場合。
現在常用的異步起動永磁同步電動機的轉子由位於外圈的異步起動轉子 部分和位於內圈的永磁起動轉子部分以及電機轉軸組成。異步起動轉子部分是 由多片矽鋼片疊置而成為一體結構的轉子鐵芯構成，在轉子鐵芯與電機轉軸之 間設有永磁體構成的永磁起動轉子部分，轉子鐵芯的外圈間隔設有轉子導條和 導磁齒，在轉子導條與永磁體之間設有隔磁磁橋。為加強隔磁效果，隔磁磁橋 的間隔很小，因而影響了起動繞組(或鼠籠)的導磁效果，造成異步起動部分 的起動繞組(或鼠籠)的導磁性能降低，使得異步起動部分的起動性能下降， 起動轉矩偏小。同時，異步起動永磁同步電動機與普通感應電動機一樣，在起動過程中也 要求具有一定的起動轉矩倍數、起動電流倍數和最小轉矩倍數。電動機在起動 過程中，異步起動轉子部分上的異步起動繞組(或鼠籠)產生的正旋轉磁場與 定子旋轉磁場的轉速彼此相對靜止，其相互作用後產生感應電動機那樣的異步 轉矩Ta;異步起動轉子部分的起動繞組產生的反旋轉磁場與在定子繞組中感應 產生的磁場產生另一異步轉矩Tb，同時，永磁起動轉子部分中的永磁體的磁場 對轉子產生一個發電制動轉矩Tg;由此，我們可以知道永磁同步電動機在起動
過程中的總平均轉矩Tav=Ta+Tb+Tg。永磁同步電動機起動過程中永磁體產生的 平均制動轉矩Tg的工況相當於一臺發電機在短路運行時的工況，其體現在電
動機轉軸上，相當於給轉軸施加一個作用方向相反的制動轉矩，其結果是造成 電動機起動轉矩減小，電動機起動困難。尤其對小容量電動機來說，由於，定 子繞組的電阻相對較大，從而永磁發電制動轉矩對電動機起動時的總平均轉矩 影響更大。
此外，永磁同步電動機還要求具有足夠的牽入同步能力。電動機從接近同 步轉速開始到牽入同步過程中，如果電動機的轉矩足夠大，則使電動機先升速 至超過同步轉速，然後又減速，使轉子轉速圍繞同步轉速振蕩，由於穩態同步 轉矩的作用，使振蕩衰減，轉子逐漸牽入同步。對於小容量電動機來說，由於 定子繞組的電阻相對較大，使得永磁體產生的發電制動轉矩在接近同步轉速時 仍很大，從而使電動機起動時的總平均轉矩下降很大，電動機牽入同步能力下 降，牽入同步困難。

實用新型內容
本實用新型的目的是針對上述缺陷，提供一種能夠增大總平均轉矩的異步 起動永磁同步電動機，該電動機在保證其高效率、高功率因數的情況下，能夠 加強電動機的起動性能和牽入同步能力。本實用新型的技術方案是 一種大起動轉矩的異步起動永磁同步電動機， 包括轉軸，轉軸上固設有電動機轉子，所述轉子由含有永磁體異步起動永磁同 步電動機轉子部分和同軸一體設置的無永磁體的純異步起動電動機轉子部分 組成。
所述的異步起動永磁同步電動機轉子部分包括轉子鐵芯，該轉子鐵芯包括 位於外圈一體結構的轉子導條和導磁齒，在轉子導條與電動機轉軸之間設置有 永磁體，在轉子導條底部與永磁體之間設有與轉子導條一體結構的隔磁磁橋； 所述的純異步起動電動機轉子部分包括與異步起動永磁同步電動機轉子部分 的轉子鐵芯為一體結構的導磁鐵芯，該導磁鐵芯的外圈設有與異步起動永磁同 步電動機轉子部分的轉子鐵芯一體結構的轉子導條及導磁齒。
所述異步起動永磁同步電動機轉子部分中的一體結構的轉子鐵芯及純異 步起動電動機轉子部分中的一體結構的導磁鐵芯是由多片帶內孔的矽鋼片疊 置而成，兩不同轉子部分的矽鋼片的內孔直徑分別對應其內部設置的永磁體或 轉軸。
所述純異步起動電動機轉子部分位於異步起動永磁同步電動機轉子部分 的一端。
所述純異步起動電動機轉子部分位於異步起動永磁同步電動機轉子部分 的中間部位。
所述純異步起動電動機轉子部分分別位於異步起動永磁同步電動機轉子 部分的兩端。
採用上述結構，本實用新型的異步起動永磁同歩電動機相對現有技術來 說，其電動機的轉子增加了一段純異步起動電動機轉子部分，該純異步起動電 動機轉子部分通過設置的一體結構的導磁鐵芯，增加了對異步起動部分起動繞 組(或鼠籠)的導磁能力，加強了異步起動部分的起動性能。其不僅加大了異步起動轉矩，同時彌補了永磁體產生的永磁發電制動轉矩，因而加大了電動機 起動時的總平均轉矩，使得電動機在保持高效率，高功率因數的情況下起動更 加迅速和穩定，同時加強了電動機牽入同步能力。

圖1為本實用新型實施例一的結構示意圖； 圖2為圖1中的A-A剖面圖； 圖3為圖1中的B-B剖面圖； 圖4為本實用新型實施例二的結構示意圖； 圖5為本實用新型實施例三的結構示意圖。
具體實施方式

本實用新型採用現有技術異步起動永磁同步電動機與異步電動機技術相 結合的設計思路，原則上異步起動永磁同步電動機的功率在異步電動機同機 座號的基礎上進行設計。
實施例一如圖l、圖2、圖3所示，本實用新型的異步起動永磁同步電
動機的轉子由含有永磁體的異步起動永磁同步電動機轉子部分1和無永磁體
的純異步起動電動機轉子部分2以及電機轉軸3組成，各部分進行緊配組裝 形成剛性連接組成轉子。
其中，異步起動永磁同步電動機轉子部分1為圓筒狀結構，其包括由多 片帶內孔的矽鋼片疊置而成的轉子鐵芯，轉子鐵芯的外圈間隔設有轉子導條 1-1和導磁齒1-3，在轉子導條1-1與電機轉軸3之間設置有瓦狀永磁體5，瓦 狀永磁體5採用異極對置方式均勻分布在轉軸3四周，相對的兩永磁體5之 間填充有非導磁材料6，在轉子導條1-1與永磁體5之間為與轉子導條1-1 一 體結構的隔磁磁橋1-4。為加大異步起動轉矩，在異步起動永磁同步電動機轉 子部分1的一端還同軸一體設置有一純異步起動電動機轉子部分2，該純異步起動電動機轉子部分2由多片帶內孔的矽鋼片疊置而成的導磁鐵芯4構成， 該導磁鐵芯4套設在電機轉軸3上。在導磁鐵芯4的外圈設有與異步起動永 磁同步電動機轉子部分1的轉子鐵芯一體結構的轉子導條2-1和導磁齒2-2。 由於異步起動永磁同步電動機轉子部分1的轉子鐵芯和純異步起動電動機轉 子部分2的導磁鐵芯均由矽鋼片疊置而成，因此從轉子的整體上看，異步起 動永磁同步電動機轉子部分1的轉子鐵芯上的轉子導條1-1和導磁齒1-3與純 異步起動電動機轉子部分2的導磁鐵芯上的轉子導條2-l和導磁齒2-3連接成 為一體結構。
該純異步起動電動機轉子部分2在電機起動過程中只產生驅動轉子旋轉 的異步起動轉矩。由於該純異步起動電動機轉子部分2中全由矽鋼片構成， 因此導磁鐵芯4對起動繞組(或鼠籠)的導磁性能高，並且不會產生發電制 動轉矩，使得該部分的異步起動轉矩增大，其不僅加強了異步起動永磁同步 電動機轉子部分1中異步起動部分的起動性能，同時可以彌補異步起動永磁 同步電動機轉子部分1中永磁體5產生的發電制動轉矩。
實施例二如圖4所示，本實施例二與實施例一的不同之處在於純異步 起動電動機轉子部分2設置在轉子的中間部位，其兩端分別為含有永磁體5 的異步起動永磁同步電動機轉子部分1。
實施例三如圖5所示，本實施例三與實施例一的不同之處在於純異步 起動電動機轉子部分2分別設置在轉子的兩端位置，含有永磁體5的異步起 動永磁同步電動機轉子部分1位於轉子的中間。
本實用新型在保持與改進前的電動機相同的功率情況下增加了電動機的 異步起動轉矩，其具體需要設置多少純異步起動電動機轉子部分的長度、增 加多少轉矩由電動機的用途及其負載大小決定。
本實用新型不局限於上述實施例，本實用新型的轉子結構也可以應用到具有其它結構永磁體的異步起動永磁同步電動機中，如具有徑向式轉子、切
向式轉子或混合式轉子的異步起動永磁同步電動機中。
近年來，世界各國都在研究和開發異步起動永磁同步電動機技術，該技 術電動機其結構簡單，成本低，效率高，功率因數高，已被人們所共識。但 由於現有技術的異步起動永磁同步電動機的起動轉矩小，使得該電動機在使 用中有很大的局限性，限制了異步起動永磁同步電動機的推廣。本實用新型 經過異步起動永磁同步電動機技術與異步電動機技術相結合，徹底解決了異 步起動永磁同步電動機起動轉矩小、起動困難的難題，特別在大負荷狀態下， 電動機能夠迅速起動，並牽入同步狀態中，其加大了電動機的起動轉矩，提 升了異步起動永磁同步電動機的起動性能，使異步起動永磁同步電動機能夠 應用於異步電動機所應用的各種領域。由於異步起動永磁同步電動機比異步 電動機節能10%以上，由此，必然會掀起電機技術上的一次革命。
權利要求1、一種大起動轉矩的異步起動永磁同步電動機，包括轉軸，轉軸上固設有電動機轉子，其特徵在於，所述轉子由含有永磁體的異步起動永磁同步電動機轉子部分和同軸一體設置的純異步起動電動機轉子部分組成。
2、 根據權利要求1所述的大起動轉矩的異步起動永磁同步電動機，其特 徵在於，所述的異步起動永磁同步電動機轉子部分包括轉子鐵芯，該轉子鐵 芯包括位於外圈一體結構的轉子導條和導磁齒，在轉子導條與電動機轉軸之 間設置有永磁體，在轉子導條底部與永磁體之間設有與轉子導條一體結構的 隔磁磁橋；所述的純異步起動電動機轉子部分包括與異步起動永磁同步電動 機轉子部分的轉子鐵芯為一體結構的導磁鐵芯，該導磁鐵芯的外圈設有與異 步起動永磁同步電動機轉子部分的轉子鐵芯一體結構的轉子導條及導磁齒。
3、 根據權利要求2所述的大起動轉矩的異步起動永磁同步電動機，其特 徵在於，所述異步起動永磁同步電動機轉子部分中的一體結構的轉子鐵芯及 純異步起動電動機轉子部分中的一體結構的導磁鐵芯是由多片帶內孔的矽鋼 片疊置而成，兩不同轉子部分的矽鋼片的內孔直徑分別對應其內部設置的永 磁體或轉軸。
4、 根據權利要求1或2或3所述的大起動轉矩的異步起動永磁同步電動 機，其特徵在於，所述純異步起動電動機轉子部分位於異步起動永磁同步電 動機轉子部分的一端。
5、 根據權利要求1或2或3所述的大起動轉矩的異步起動永磁同步電動 機，其特徵在於，所述純異步起動電動機轉子部分位於異步起動永磁同步電 動機轉子部分的中間部位。
6、 根據權利要求1或2或3所述的大起動轉矩的異步起動永磁同步電動 機，其特徵在於，所述純異步起動電動機轉子部分分別位於異步起動永磁同 步電動機轉子部分的兩端。
專利摘要本實用新型公開了一種大起動轉矩的異步起動永磁同步電動機，包括轉子，所述轉子由異步起動永磁同步電動機轉子部分和同軸一體設置的純異步起動電動機轉子部分組成。採用上述結構，本實用新型的異步起動永磁同步電動機中，相對異步起動永磁轉子部分增加了純異步起動轉子部分，加大了異步起動轉矩，彌補了永磁體產生的永磁發電制動轉矩，加大了電動機起動時的總平均轉矩，使得電動機在保持高效率，高功率因數的情況下起動更加迅速和穩定，同時加強了電動機牽入同步能力。
文檔編號H02K1/22GK201403033SQ20092008952
公開日2010年2月10日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者孫保平, 嶽群生 申請人:長葛市新世紀機電有限公司