CN103296803A - 用于细纱机的永磁同步电动机转子结构 - Google Patents

Abstract

一种用于细纱机的永磁同步电动机转子结构，包括：转轴、转子铁心、永磁体、转子挡板，转子铁心两端用转子挡板固定在转轴上，其特征在于所述转子铁心边缘上设有若干条转子槽，电动机转子边缘q轴正对位置设有数个向内圆弧，转子铁心中心径向位置设有轴孔，轴孔与转子槽之间设有数条永磁体槽，永磁体嵌入永磁体槽中，永磁体槽的两端各设有一折段，永磁体槽两端的折段为隔磁磁桥，轴孔与永磁体槽之间设有数个隔磁槽。本发明的优点在于利用隔磁槽等措施提高了q轴电感，提高了牵入同步能力，具有转矩波动平稳，适用于纺织行业的生产设备使用。

Description

用于细纱机的永磁同步电动机转子结构

技术领域

本发明涉及一种同步电动机，特别涉及一种用于细纱机的永磁同步电动机转子结构。

背景技术

永磁同步电动机较之异步电动机具有效率高、功率密度高，节省安装空间、功率因数高、机械性能优异的特点，因此越来越受到重视。

在我国，纺织行业一直是“耗能大户”，其中电能主要通过电动机消耗，电动机的性能将影响整个系统，电动机的各项性能中，效率、功率因数、起动性能是主要影响因素。其中起动性能一直困扰纺织厂，主要表现在：当纺织设备机械惯量很大，起动转矩小时，无法起动；而单纯增大起动转矩之后，容易出现拉断丝线的情况，因此，需要高起动转矩、高牵入同步能力的电动机，专利号为ZL00252880.0公开了一种高牵入同步能力的永磁同步电动机，其结构特征为：径向分布的永磁体嵌入转子铁心的永磁体槽中，永磁体槽位于转子槽下方，两槽之间有隔磁磁桥，这种电机的牵入能力较之前电动机有所提高，但由于此种电动机的直轴电抗小于交轴电抗，而在纺织生产中细纱机转动惯量较大的情况下还是经常出现牵入转矩能力不够，或牵入不平稳等现象，从而使得细纱被拉断。

永磁同步电动机起动过程可以分为异步起动和牵入同步两个阶段，永磁同步电机在起动过程中不但要求有足够的起动转矩，以克服负载转矩使电机起动并运行到接近同步转速，还要求电机有足够高的牵入同步能力，使电机能够顺利牵入同步。当转子转速接近同步转速时，合成转矩大于负载转矩，转子仍有加速转矩，则处于加速过程，直到同步转速，电机牵入同步成功。如加速过程中合成转矩下降到等于或小于负载转矩，则不能牵入同步，电机正好处于振荡状态。异步转矩是正值，发电机制动转矩、凸极转矩是负值，电磁振荡转矩是正负交变，因此要使合成转矩大于负载转矩的关键在于提高异步转矩。

从上述分析可知，在接近同步转速时提高异步转矩是克服振荡、牵入同步转矩的关键。

在电机分析过程中，为了便于分析，通常将电机的磁路分为直轴、交轴(d/q轴)，与磁极轴线重合的磁路为直轴，与磁极轴线正交(电角度而非机械角度)的磁路为交轴，同理电机电抗分为直轴电抗与交轴电抗。

提高异步转矩，从而提高永磁电动机牵入同步能力的因素主要包括：空载反电动势、直轴电抗、交轴电抗、转子电阻、漏抗。提高电动机牵入同步能力的措施包括：合适的空载反电动势，直轴电抗应减小，交轴电抗应增大，定转子电阻、漏抗应减小。

直轴电抗、交轴电抗方面：电机的最小转矩变化不大，但对于电机的牵入性能却有利，所以应设法增大电机的交轴磁路磁导，减小电机的直轴磁路磁导，以增大Xq/Xd的比值，提高电机的牵入同步能力。

转子电阻方面：转子电阻值的大小对电机的起动性能影响很大，随着转子电阻值的减小，电机的最小转矩不断减小，这是由于转子电阻值的减小使得异步起动转矩变小所造成的；而电机的牵入性能却随着转子电阻值的减小逐渐提高，这是由于转子电阻值越小，电机开始牵入同步时的转差率就越小，电机牵入同步过程中需要的能量就小，电机就越容易牵入同步。

漏抗减小对于电动机各项性能均有提高。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种用于细纱机的永磁同步电动机转子结构。

为解决已有技术的问题，本发明提供的技术方案包括：转轴、转子铁心、永磁体、转子挡板，转子铁心两端用转子挡板固定在转轴上，其特征在于所述转子铁心边缘上设有若干条转子槽，电动机转子边缘q轴正对位置设有数个向内的圆弧，转子铁心中心径向位置设有轴孔，轴孔与转子槽之间设有数条永磁体槽，永磁体嵌入永磁体槽中，永磁体槽的两端各设有一折段，永磁体槽两端的折段为隔磁磁桥，轴孔与永磁体槽之间设有数个隔磁槽。

所述隔磁槽外侧顶端边缘与二条相邻的永磁体槽顶端内侧折点的距离(L2)为永磁体槽顶端折段宽度(L1)的1.5～2.5倍。隔磁槽外侧顶端折点与永磁体槽内侧边缘的距离(L4)为永磁体槽宽度(L3)的1.5～2.5倍。隔磁槽内侧边缘与轴孔边缘的距离(L5)为轴孔半径的25％～0.4％。

所述转子铁心上向内的圆弧的半径分别为3毫米(选用电动机机座号为90～160时)或5毫米(选用电动机机座号为180～225时)。

上述结构可以使得电动机交轴电感增大，并且不影响电动机转子机械强度，在保证永磁体槽有足够空间，且转子槽与永磁体槽距离不会太近的同时，在转子齿部磁密不过饱和的情况下，转子槽面积尽量增大，转子槽面积增大则转子电阻增大，从而提高电动机牵入同步能力。

本发明的优点在于：本发明的电动机除具有普通永磁同步电动机的效率高、功率因数高、功率密度大、温升低、噪声小的优点之外，在径向磁路结构的基础之上，进行结构优化设计，利用隔磁槽等措施提高了q轴电感，提高了牵入同步能力，具有转矩波动平稳，适用于纺织行业的生产设备使用。

附图说明

图1转子铁心冲片结构示意图；

图2转子铁心上隔磁槽的结构示意图；

图3转子铁心上隔磁槽的结构示意图；

图4转子铁心上隔磁槽的结构示意图；

图5转子铁心上转子槽的结构示意图；

图6转子铁心上向内圆弧的结构示意图；

图7本发明的q轴磁路示意图。

图中：1转子槽、2向内的圆弧、3隔磁槽、4永磁体槽、5轴孔、6隔磁磁桥、L1永磁体槽顶端折段宽度、L2隔磁槽外侧顶端边缘与二条相邻的永磁体槽顶端内侧折点的距离、L3永磁体槽宽度、L4隔磁槽外侧顶端折点与永磁体槽内侧边缘的距离、L5隔磁槽内侧边缘与轴孔边缘的距离。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

本发明中的用于纺织生产中细纱机用永磁同步电动机的转子结构由转轴、转子铁心、永磁体、转子挡板组成。转子铁心两端用转子挡板固定在转轴上。转子铁心边缘上设有28条转子槽1，转子槽位于转子最外部的边缘，参见图5。电动机转子边缘q轴正对位置设有4个向内的圆弧2，转子铁心中心径向位置设有轴孔5，轴孔5与转子槽1之间设有4条永磁体槽4，永磁体嵌入永磁体槽4中，永磁体槽4的两端各设有一折段，永磁体槽4两端的折段为隔磁磁桥6，轴孔5与永磁体槽4之间设有4个隔磁槽3，参见图1。隔磁槽3的外侧顶端边缘与二条相邻的永磁体槽4顶端内侧折点的距离L2为永磁体槽4顶端折段宽度L1的1.5～2.5倍，参见图2。隔磁槽3的外侧顶端折点与永磁体槽4内侧边缘的距离L4为永磁体槽宽度L3的1.5～2.5倍，参见图3。隔磁槽3内侧边缘与轴孔5边缘的距离L5为轴孔5半径的25％～0.4％，参见图4。所述转子铁心上向内圆弧2的半径分别为3毫米(选用电动机机座号为90～160时)或5毫米(选用电动机机座号为180～225时)，参见图6。

转子槽1为生成转子起动笼而设计，一般为铸铝，转子槽1的设计影响转子电阻，并且影响转子磁密，从而影响起动转矩与牵入能力，设计原则为在保证永磁体槽有足够空间，且转子槽1与永磁体槽4距离不会太近的同时，在转子齿部磁密不过饱和的情况下，转子槽1面积尽量增大，主要原因是转子过高，即深入转子内部太深，永磁体槽4的长度将受到影响，可设计尺寸减小，对于永磁电机性能不利，转子槽1太浅起动性能受影响。

内向的圆弧2的设计目的为加强q轴电感，因为内向的圆弧设计位于转子q轴位置上，内向圆弧使得转子磁路多出一段空气，则q轴磁路磁阻增大，但设计时如果过大则影响转子机械强度。

隔磁槽3的设计目的为加强q轴电感，如图7所示，因为隔磁槽的存在，q轴磁路中磁阻增加，并且隔磁槽主要位于q轴磁路上，对于d轴影响较小，所以达到了增加q轴电感大于增加d轴电感的目的。

Claims (5)

1.一种用于细纱机的永磁同步电动机转子结构，包括：转轴、转子铁心、永磁体、转子挡板，转子铁心两端用转子挡板固定在转轴上，其特征在于所述转子铁心边缘上设有若干条转子槽，电动机转子边缘q轴正对位置设有数个向内的圆弧，转子铁心中心径向位置设有轴孔，轴孔与转子槽之间设有数条永磁体槽，永磁体嵌入永磁体槽中，永磁体槽的两端各设有一折段，永磁体槽两端的折段为隔磁磁桥，轴孔与永磁体槽之间设有数个隔磁槽。

2.根据权利要求1所述的用于细纱机的永磁同步电动机转子结构，其特征在于所述隔磁槽外侧顶端边缘与二条相邻的永磁体槽顶端内侧折点的距离(L2)为永磁体槽顶端折段宽度(L1)的1.5～2.5倍。

3.根据权利要求1所述的用于细纱机的永磁同步电动机转子结构，其特征在于所述隔磁槽外侧顶端折点与永磁体槽内侧边缘的距离(L4)为永磁体槽宽度(L3)的1.5～2.5倍。

4.根据权利要求1所述的用于细纱机的永磁同步电动机转子结构，其特征在于所述隔磁槽内侧边缘与轴孔边缘的距离(L5)为轴孔半径的25％～0.4％。

5.根据权利要求1所述的用于细纱机的永磁同步电动机转子结构，其特征在于所述转子铁心上向内的圆弧的半径分别为：选用电动机机座号为90～160时为3毫米，或选用电动机机座号为180～225时为5毫米。

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