CN103441634B - 一种导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机。其转子包括转子铁芯、若干个笼条、若干块永磁体、隔磁环和转轴。转子铁芯齿顶处采用导磁导电的复合材料构成复合齿，铁芯的其它部分采用硅钢片叠压形成转子叠片铁芯，所述复合齿结构和转子叠片铁芯外表面紧密连接，多块永磁体采用内置切向式磁路结构均匀分布在转子叠片铁芯中，永磁体和转轴之间设置隔磁环，隔磁环为圆环形，套在转轴上，转子笼条和普通的转子开口槽笼条结构相同。本发明中齿顶部复合材料产生的涡流效应强、力矩较大、转速波动小，有助于电机的起动，进一步优化复合材料的尺寸可以有效提高电机的效率。

Description

一种导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机

技术领域

本发明涉及自起动永磁同步电机技术领域，尤其涉及一种导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机。

背景技术

交流异步电机的功率因数小、效率比较低，而永磁电机能克服这一缺点，但永磁电机有起动难的特点，为此人们对自起动永磁同步电机进行了研究，因为它既满足了起动要求，又解决了稳定运行时功率因数小和效率比较低的缺点。但在一些电机频繁起动的场合或者电机负载频繁变化的场合，电机的起动转矩和起动电流备受关注。在这些场合起动转矩小将造成起动时间长，起动过程的电流大，这些因素将造成电能的浪费。此外在电机长期运行的场合，电机的效率也受到用户的关注。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何提高自起动永磁同步电机起动转矩，降低起动电流，缩短电机的起动时间。

为了解决现有技术问题，本发明公开了一种导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机，转子包括转子铁芯、若干个笼条、若干块永磁体、隔磁环和转轴，永磁体和转轴之间设置隔磁环，隔磁环为圆环形，套在转轴上，所述转子铁芯齿顶处采用导磁导电的复合材料构成复合齿，转子铁芯的其它部分采用硅钢片叠压形成转子叠片铁芯，多块永磁体采用内置切向式磁路结构均匀分布在转子叠片铁芯中，所述复合齿和转子叠片铁芯外表面紧密连接。

进一步，作为优选，所述导磁导电的复合材料为铜铁合金材料。

进一步，作为优选，所述复合齿结构为瓦片型结构，且与气隙接触面的轴中心线和转子轴的轴中心线重合，使转子外表面构成圆柱面，在每块复合材料上沿轴向分布开有螺孔，在叠片铁芯对应复合材料螺孔的位置开有一定深度的螺纹，通过螺栓将复合材料和叠片铁芯固定在一起。

进一步，作为优选，在与复合材料接触的叠片铁芯齿部开有燕尾槽，燕尾槽中采用的复合材料和瓦片式的复合材料连接在一起，

安装时燕尾槽形状的复合材料从转子的端部穿入燕尾槽中。

进一步，作为优选，所述笼条由黄铜或铸铝构成。

本发明具有以下有益效果：通过采用复合材料，由于其导电能力比普通电机铁芯的导电能力强，产生的涡流效应强、力矩较大、转速波动小，有助于电机的起动。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1是实施方式1的轴向截面结构示意图。

图2是实施方式1的轴向一块复合齿表面螺栓的分布结构示意图。

图3是实施方式2的结构示意图。

图4是实施方式3的结构示意图。

图5是普通实心结构、叠片式结构和本发明结构的转速的有限元仿真结果。

图6是转矩的仿真结果。

图7是电流的仿真结果。

具体实施方式

参照图1-7对本发明的实施例进行说明。

为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施方式1：

下面结合附图详细说明本发明的实施例子并阐述基本原理：

如图1所示，一种新型导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机，其主要在于转子铁芯3由硅钢片压制而成，电机转子顶部采用导磁导电的实心复合材料4，转子采用黄铜制成的笼条或铸铝笼条5接近于转子的表面，永磁体6可以采用内置切向式磁路结构，永磁体6和转轴1之间采用隔磁环2；转子齿部所用的实心复合材料4厚度由复合材料导磁导电的性质决定，通过调整复合材料4的尺寸得到小的起动电流和大的起动转矩，通过螺栓把绝缘压板压紧于转子两个端面。

本发明实施例转子笼条的结构和普通转子笼条的结构相同。为了减小其运行时风磨损耗，复合材料4制成瓦片型结构，且与气隙接触面的轴中心线和转子轴的轴中心线重合，使转子外表面构成圆柱面。为了克服离心力的作用，在每块复合材料上沿轴向分布开有五个螺孔，在叠片铁芯齿部对应复合材料螺孔的位置也开有一定深度的螺孔，通过螺栓7安装在螺孔的位置将复合材料4和叠片铁芯3固定在一起。

本发明实施例以一台315kW的电机为例进行分析，当转子铁芯完全采用叠片时，由于起动转矩小，电机无法起动，产生震荡；当电机铁芯采用普通的实心结构时，起动电流较大，起动转矩较小，起动过程产生较大的损耗。本发明实施例采用实心复合材料和叠片的组合结构，实心的复合材料是由铜铁合金材料制成，铜铁的比重不同会影响其导磁导电的能力，采用此复合材料是为了在起动时复合材料中产生较强的涡流效应，磁场与涡流电流产生的力矩有助于电机的起动，加速使电机起动到同步转速，缩短起动时间，降低起动时的损耗，其起动原理和实心的转子起动原理相同；主要的铁芯部分采用叠片是为了减小涡流损耗提高电机的效率。

本发明实施例中采用复合材料，是因为其导电能力比普通电机实心铁芯的导电能力强，产生的涡流效应强，有助于电机的起动。当把复合材料部分改为普通的实心材料时，通过仿真得涡流效应减弱，产生的力矩较小，使转速产生波动，牵入同步转速比较困难。

可以适当的调整材料的铜铁比重，当复合材料确定后适当调节复合材料的厚度，可以增大起动转矩，减小起动电流，降低起动时的损耗，增大稳定运行时的功率因数。

图2为轴向一块复合齿表面螺栓的分布结构示意图。

如图5给出了普通实心结构，叠片式结构和本发明结构的转速的有限元仿真结果，可以看出复合齿转速进入同步的时间短且速度变化比较平缓。图6和图7分别是转矩和电流的有限元仿真结果，实心体的最大电流达到446.6A，复合齿的最大电流为417.7A，电流最大值小将近30A，从图7中可以看出复合齿转子起动时刻转矩有明显增大，使电机较快的进入稳定运行，仿真结果验证了理论分析。可以看出本发明的起动性能较好，适合用于要求电机频繁起动和重载起动的场合。

实施方式2：

在与复合齿材料接触的叠片铁芯齿部开有燕尾槽7，燕尾槽7中采用的复合材料和瓦片式的复合材料连接在一起，安装时燕尾槽7形状的复合材料从转子的端部传入燕尾槽7中，可以通过燕尾槽7结构来克服离心力的作用，如图3。运行的基本原理与实施方式1相同，同样也适用于频繁起动和重载起动的场合。

实施方式3：

通过对复合齿部分的结构的优化，调整其宽度与厚度来减小电机稳定运行时的涡流损耗。图4给出了调整后的结构示意图，复合材料放在燕尾槽7中来克服运行时的离心力作用，起动原理与方案1相同。实心体稳定后涡流损耗为2.59kW，复合齿的涡流损耗仅为2.14kW，但起动时间比实心转子要长0.4s左右。因此可以看出，本方案起动性能比叠片式转子的效果好，同时稳定后的实心复合材料中产生的涡流损耗小于普通实心铁芯转子产生的涡流损耗，有效的提高了效率。因此，本方案适合应用于电机长期运行的状态。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机，转子包括转子铁芯、若干个笼条、若干块永磁体、隔磁环和转轴，永磁体和转轴之间设置隔磁环，隔磁环为圆环形，套在转轴上，其特征在于，所述转子铁芯齿顶处采用导磁导电的铜铁合金复合材料构成复合齿，转子铁芯的其它部分采用硅钢片叠压形成转子叠片铁芯，多块永磁体采用内置切向式磁路结构均匀分布在转子叠片铁芯中，所述复合齿和转子叠片铁芯外表面紧密连接。

2.根据权利要求1所述的导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机，其特征在于，所述复合齿为瓦片型结构，且与气隙接触面的轴中心线和转子轴的轴中心线重合，使转子外表面构成圆柱面，在每块复合材料上沿轴向分布开有螺孔，在叠片铁芯对应复合材料螺孔的位置开有螺纹，通过螺栓将复合材料和转子叠片铁芯固定在一起。

3.根据权利要求1所述的导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机，其特征在于，与复合材料接触的转子叠片铁芯齿部开有燕尾槽，燕尾槽中采用的复合材料和复合齿的复合材料连接在一起，安装时燕尾槽形状的复合材料从转子的端部穿入燕尾槽中。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机，其特征在于，所述笼条由黄铜或铸铝构成。