CN103023260A - 二级式自启动永磁同步电机转子 - Google Patents

Abstract

二级式自启动永磁同步电机转子，在转子铁芯上设置有转轴孔、鼠笼导条槽和磁钢槽；鼠笼导条放置于鼠笼导条槽内，磁钢放置于磁钢槽内；磁钢槽包括2对呈V形设置的磁钢槽；在该2对磁钢槽之间设置有放置副磁钢的副磁钢槽，副磁钢槽与相邻磁钢槽间的夹角为90°或接近90°，磁钢的磁势方向与副磁钢的磁势方向相同。本发明在磁钢之间设置与磁钢垂直或接近垂直的副磁钢，且磁钢和副磁钢的磁势方向相同，使得副磁钢可以对磁钢的磁势进行补强，使磁钢耦合合成磁势更大，提高转子的转矩输出能力，以此改善自启动永磁同步电机运行中启动困难、力矩输出能力低、输出功率小的问题。

Description

二级式自启动永磁同步电机转子

技术领域

本发明属于同步电机技术领域，尤其涉及一种二极式自启动永磁同步电机中使用的转子。

背景技术

由于具有宽范围的运行能力以及舒适节能的用户体验，变频电机已广泛应用于家电电器领域。变频电机理论模型实际上是一个同步电动机，相对于异步电动机而言，由于增加了驱动控制电路、对转子位置的检测装置或逻辑运算单元，因此同步电动机的启动及运行状态更加复杂。随之，市场上出现了一种综合异步、同步电机优势的自启动永磁同步电机。

申请公布号为CN102214964A、发明名称为单相自启动永磁电机转子及其制造方法的中国发明专利申请公开了一种单相自启动永磁电机转子，其包括至少有两段分转子铁芯组成的转子铁芯、磁钢槽及磁钢，相邻的子磁钢槽错位设置。该永磁电机同步速运行后，外周分布的鼠笼不存在电流，同时由于鼠笼为弱磁材料，相当于在永磁电机的外周增加了很大一段气隙磁势降，因此电机的运行电流会增加，由此增加损耗；而且单相两极四片磁钢形式，磁钢磁势能小，也限制了电机输出功率。在启动过程中，由于鼠笼转子槽径向狭长，漏抗大，槽面积也大，不利于启动，同时狭长槽也易与磁钢磁性能干扰，启动时的大电流可能造成磁钢磁性能弱化，磁钢制动转矩对鼠笼启动不利。

授权公告号为CN 201623604U、发明名称为自启动永磁同步电机及使用该电机的压缩机的中国实用新型专利公开了一种压缩机用自启动永磁同步电机，该电极包括定子及转子，在定子内侧沿周向设有定子内齿，定子内齿与转子轭部之间存在气隙，其中部分区域的气隙宽度大于其它区域的气隙宽度，由此使制动转矩变小，启动方便。该电机将气隙局部放大来弱化磁钢制动转矩，但这样一来也增加了电机正常运行时的气隙长度，使得运行效率和输出能力都有所减小。

因此，如何克服启动困难、输出力矩小的不足仍是自启动永磁同步电机使用过程中急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以增强磁钢耦合合成磁势、提升启动性能、增加转矩输出能力的自启动永磁同步电机转子。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

二级式自启动永磁同步电机转子，在转子铁芯上设置有转轴孔、鼠笼导条槽和磁钢槽；鼠笼导条放置于鼠笼导条槽内，磁钢放置于磁钢槽内；磁钢槽包括2对呈V形设置的磁钢槽；在该2对磁钢槽之间设置有放置副磁钢的副磁钢槽，副磁钢槽与相邻磁钢槽间的夹角为90°或接近90°，磁钢的磁势方向与副磁钢的磁势方向相同。

本发明的磁钢槽及磁钢的横截面形状为矩形，所述磁钢的磁势方向平行于磁钢横截面的短中心线。

本发明的副磁钢槽及副磁钢的横截面形状为矩形，所述副磁钢的磁势方向平行于副磁钢横截面的长中心线

本发明的磁钢槽之间设置有2对间隔布置的副磁钢槽。

本发明的在所述鼠笼导条槽和磁钢槽之间设置有隔磁孔。

本发明的鼠笼导条槽包括两组对称布置的鼠笼导条槽，每组鼠笼导条槽沿圆弧间隔布置，鼠笼导条的合成磁势方向与所述磁钢的合成磁势方向之间的夹角大于0°、小于180°。

本发明的鼠笼导条槽设置于所述磁钢槽的径向外侧或设置于所述磁钢及相邻副磁钢外侧。

本发明的磁钢槽端部设置有隔磁槽。

本发明的位于所述磁钢外侧的圆弧气隙的圆心与转子截面圆心不同心。

本发明的磁钢槽向内凹或向外边缘凸出设置。

本发明在磁钢之间设置与磁钢相垂直或接近垂直的副磁钢，且磁钢和副磁钢的磁势方向相同，使得副磁钢可以对磁钢的磁势进行补强，使磁钢耦合合成磁势更大，提高转子的转矩输出能力，以此改善自启动永磁同步电机运行中启动困难、力矩输出能力低、输出功率小的问题。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1转子与定子配合形成电机的结构示意图；

图3为本发明实施例1转子与定子配合形成另一种电机的结构示意图；

图4为本发明实施例2的结构示意图；

图5为本发明实施例3的结构示意图；

图6为本发明实施例4的结构示意图；

图7为本发明实施例5的结构示意图；

图8为本发明实施例6的结构示意图；

图9为本发明实施例7的结构示意图；

图10为本发明实施例8的结构示意图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，为本实施例的二级式自启动永磁同步电机转子的结构示意图。在转子铁芯1的中心加工有转轴孔a，用于设置压缩机转轴。在转子铁芯1上加工有沿圆周间隔均布的鼠笼导条槽b，鼠笼导条槽b沿压缩机转轴轴向延伸。鼠笼导条槽b位于转轴孔a的径向外侧、靠近转子铁芯1的边缘设置。本实施例的鼠笼导条槽b的截面形状为圆形，用于放置截面形状同样为圆形的鼠笼导条。采用截面形状为圆形的鼠笼导条构成的鼠笼环，运转时鼠笼导条电阻大可以提升启动能力，同时鼠笼槽形状规整，转子外周利用率高。

在转子铁芯1上加工有2对磁钢槽c，磁钢槽c沿压缩机转轴轴向延伸，每一对磁钢槽c大致呈V字形摆放，且2对磁钢槽c对称布置。磁钢2放置于磁钢槽c中，磁钢2和磁钢槽c的截面形状都为矩形。每一对呈V形摆放的磁钢2形成一个磁极，如图1中位于上方的一对磁钢2形成N极，位于下方的一对磁钢2形成S极。在每一磁钢槽c的两侧端加工有隔磁槽e。图1中的实线箭头所示方向为磁钢的磁势方向，虚线所示为磁力线，磁力线循着磁钢磁势方向与定子形成闭合回路。本实施例中，磁钢2的磁势方向与磁钢2横截面的短中心线（亦即矩形横截面的短边）相平行。

在转子铁芯1上加工有2对副磁钢槽f，副磁钢槽f位于上下磁钢槽c之间，副磁钢槽f的横截面形状也为矩形，副磁钢槽f内放置副磁钢2’。每一副磁钢槽f与相邻磁钢槽c之间的夹角为90°。每一副磁钢2’的磁势方向与相邻磁钢2的磁势方向相同。本实施例中，副磁钢2’的磁势方向与副磁钢2’横截面的长中心线（亦即矩形横截面的长边）相平行。在磁钢2之间设置副磁钢2’，副磁钢2’可以对磁钢2的磁势进行补强，使磁钢的耦合合成磁势更大。而且8片式磁钢结构可以使转子的转矩输出能力更大。

本实施例在鼠笼导条槽b和磁钢槽c之间设置有隔磁孔g，隔磁孔g的形状可为圆形或腰孔形，本实施例在鼠笼导条槽b和磁钢槽c之间设置了一对圆形隔磁孔g和一对腰孔形的隔磁孔g。隔磁孔g用于隔断鼠笼导条和磁钢2之间的磁路耦合，削弱磁钢对鼠笼磁阻转矩，减小磁钢磁阻转矩对启动的阻力作用以及减小启动过程转子大电流对磁钢磁势的削弱。优选的，当腰孔形状的隔磁孔g的长轴中心线与磁钢2的磁势方向相平行时，隔磁效果最好。

如图2所示，为本实施例转子铁芯1与定子10配合组成电机的结构示意图。本实施例的定子10与转子铁芯1采用24/26斜槽配合，绕组方式与现有技术相同。当作为单相电机应用时，绕组可采用主副正交90°同心式排布；作为三相电机应用时，绕组可采用分布式叠绕组、波绕组、同心式绕组及复合型绕组结构。当作定频电机应用时，鼠笼环起自启动作用；作为变频电机时，只需提供变频电源，作为一个变频开环控制，鼠笼环起自检测、自启动、自同步的作用。

如图3所示，为本实施例转子铁芯1与定子10配合组成的另一种结构电机的示意图。本实施例的定子10采用六槽的结构，与转子铁芯1形成三相六槽二极的结构，实现三相定频或变频控制，启动时鼠笼环起自检测、自启动、自同步的作用。将本发明的转子根据不同需求与不同结构的定子相配合，组成相应的电机为现有技术，在此不作赘叙。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：将转子铁芯1上位于副磁钢2’旁侧的鼠笼导条槽去除，仅在磁钢2外（旁）侧（图4中转子的上部和下部）沿圆弧设置两组鼠笼导条槽b，在鼠笼导条槽b和磁钢槽c之间设置有隔磁孔g。图4中箭头F_magnetic为磁钢合成磁势方向，箭头F_cage为鼠笼导条合成磁势方向，本实施例中磁钢合成磁势方向与鼠笼导条合成磁势方向间的夹角α为90°。将转子铁芯1上位于副磁钢2’旁侧的鼠笼导条槽去除，可以去掉磁势方向与磁钢合成磁势方向相反的磁势，以弱化鼠笼环与磁钢的磁势耦合，避免削弱磁钢合成磁势，同时由于磁钢合成磁势方向与保留下来的鼠笼导条的合成磁势方向之间形成一个夹角α（0°＜α＜180°），鼠笼导条总可以形成与磁钢合成磁势方向同向的分磁势，有利于增强磁钢的耦合合成磁势。

实施例3

如图5所示，本实施例与实施例1不同的地方在于：在转子铁芯1上设置了两组位于磁钢2及相邻副磁钢2’旁侧的鼠笼导条槽b，每一组鼠笼导条槽b均沿转子铁芯1的1/4圆弧间隔均布，并且以转子铁芯1中心为对称中心对称布置。本实施例的两组鼠笼导条槽b位于转子铁芯1的左上角和右下角位置，磁钢合成磁势方向与鼠笼导条合成磁势方向间的夹角α为锐角。

实施例4

如图6所示，本实施例与实施例3不同的地方在于：本实施例的两组鼠笼导条槽b分别位于转子铁芯1的右上角和左下角位置，磁钢合成磁势方向与鼠笼导条合成磁势方向间的夹角α为钝角。

实施例5

如图7所示，本实施例与实施例2不同的地方在于：副磁钢槽f为弧形，相应的，副磁钢2’也为弧形，副磁钢槽f的弧形圆心位于副磁钢槽f的径向内侧。本实施例中副磁钢槽f与相邻磁钢槽c间的夹角略小于90°。

实施例6

如图8所示，本实施例与实施例5不同的地方在于：本实施例将位于同侧的分开设置的两个副磁钢槽f连为一体，副磁钢2’也为一体式结构，副磁钢槽f的弧形圆心位于副磁钢槽f的径向内侧。

实施例7

如图9所示，本实施例与实施例2不同的地方在于：位于磁钢2上、下两外侧圆弧气隙的圆心与转子截面圆心不同心，其余部分周边气隙不变，定转子间的非均匀气隙可以降低电机电压波形畸变率和启动阻力矩。

实施例8

如图10所示，本实施例与实施例7不同的地方在于：呈V形摆放的磁钢槽2向转子铁芯1的外边缘凸出。本实施例中副磁钢槽f与相邻磁钢槽c间的夹角略大于90°。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.二级式自启动永磁同步电机转子，在转子铁芯上设置有转轴孔、鼠笼导条槽和磁钢槽；鼠笼导条放置于所述鼠笼导条槽内，磁钢放置于所述磁钢槽内；所述磁钢槽包括2对呈V形设置的磁钢槽； 

其特征在于： 

在所述2对磁钢槽之间设置有放置副磁钢的副磁钢槽，所述副磁钢槽与相邻磁钢槽间的夹角为90°或接近90°，所述磁钢的磁势方向与所述副磁钢的磁势方向相同。 

2.根据权利要求1所述的二级式自启动永磁同步电机转子，其特征在于：所述磁钢槽及磁钢的横截面形状为矩形，所述磁钢的磁势方向平行于磁钢横截面的短中心线。 

3.根据权利要求1或2所述的二级式自启动永磁同步电机转子，其特征在于：所述副磁钢槽及副磁钢的横截面形状为矩形，所述副磁钢的磁势方向平行于副磁钢横截面的长中心线。 

4.根据权利要求1所述的二级式自启动永磁同步电机转子，其特征在于：所述磁钢槽之间设置有2对间隔布置的副磁钢槽。 

5.根据权利要求1所述的二级式自启动永磁同步电机转子，其特征在于：在所述鼠笼导条槽和磁钢槽之间设置有隔磁孔。 

6.根据权利要求1或4或5所述的二级式自启动永磁同步电机转子，其特征在于：所述鼠笼导条槽包括两组沿圆弧对称布置的鼠笼导条槽，每组鼠笼导条槽沿圆弧间隔布置，所述鼠笼导条的合成磁势方向与所述磁钢的合成磁势方向之间的夹角大于0°、小于180°。 

7.根据权利要求6所述的二级式自启动永磁同步电机转子，其特征在于：所述鼠笼导条槽设置于所述磁钢槽的径向外侧或设置于所述磁钢及相邻副磁钢外侧。 

8.根据权利要求1所述的二级式自启动永磁同步电机转子，其特征在于：所述磁钢槽端部设置有隔磁槽。 

9.根据权利要求1所述的二级式自启动永磁同步电机转子，其特征在于：位于所述磁钢外侧的圆弧气隙的圆心与转子截面圆心不同心。 

10.根据权利要求1所述的二级式自启动永磁同步电机转子，其特征在于：所述磁钢槽向内凹或向外边缘凸出设置。 

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