CN106921274A - 低速直驱自起动永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电动机部件领域，具体涉及低速直驱自起动永磁电机。本发明通过以下技术方案得以实现的：低速直驱自起动永磁电机，包含定子和转子，所述转子包含转轴、起动笼条和设在所述转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯远离所述转轴轴心的外侧设有多个容纳槽，每个所述容纳槽中设置有永磁体，每个所述容纳槽中的永磁体为一个磁极，所有所述磁极彼此间隔相同，且相邻所述磁极的级性相反，所述永磁体连接有隔磁件。本发明的目的是提供低速直驱自起动永磁电机，在匹配中低转速输出的工业需求时，无需使用减速机或变频驱动器，且具有良好的系统稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电动机部件领域，具体涉及低速直驱自起动永磁电机。
背景技术
电动机是工业上常见的驱动设备，能把电能转换成机械能。电动机包含定子和转子，依靠磁场和电流的变换来实现转子相对定子的转动，转子包含有转轴，转轴的旋转即为动力输出。
根据实现原理不同，电机的种类和型号也分为多类，例如可分为直流电机和交流电机，根据磁场变化和转子旋转的变量可分为同步电机和异步电机，而根据电机的转速和攻略，也可分为高速电机、中速电机和低速电机。
在工业应用中，很多时候需要中低速的动力输出，如转速在187.5-500转/分的中低速，现有技术中，对于中低速的处理主要有如下三种方案。
方案一，使用常规的普通异步电机匹配减速机的方式实现。
但是这样的方案存在两个缺陷，一方面，减速机会增加故障点、可能漏油，而且还会有繁琐的后期定期加油保养维护。减速机如果没有定期维护，会降低使用寿命，系统噪音也会较大。所以常规异步电机加减速机系统不但会增加成本还会增加系统噪音，以及后续的维护成本，也有可能出现漏油情况。
另一方面，异步电机加减速机会使得整个系统效率较低；异步电机本身效率较相同规格永磁电机低，而减速机本身还有效率问题。如Y2的45kW异步电机效率92.5%，1:10减速机在非满载或者润滑不冲锋情况下效率93%，那么整个系统效率仅仅为92.5%×93%=85.03%。
方案二，采用变频技术来实现速度输出的调整。采用变频驱动器加变频永磁电机。这种方案的缺陷是投入成本太高，对于永磁电机需要加矢量控制算法的变频驱动器，相较异步电机加减速机方案效率有改善，但是变频器本身也有转换效率。变频控制器可能需要电机增加位置传感器，用于实时监测转子位置角度。
方案三，采用自起动的铁氧体永磁电机。
这样的方案同样存在一定的缺陷。首先，铁氧体相较于稀土永磁材料磁能积非常低，只有1/10。其次、铁氧体本身比稀土便宜，但是对于相同功率转速电机，稀土永磁电机比铁氧体体积小很多。生产加工和运输成本增大，虽然铁氧体本身便宜但是相应的硅钢片和漆包线以及结构件成本大幅上升成本相差并无异，但是电机体积重量大，系统笨重。再次，铁氧体相较稀土，剩磁随温度变化率大很多。铁氧剩磁体温度系数-0.2%/℃0-100℃；钕铁硼-0.11%/℃；铝镍钴-0.02%/℃。剩磁温度系数影响永磁电机的反电动势，反电动势波动会带来电机电流和效率波动，影响系统稳定性。最后，铁氧体电机，需要转子镂空更大的空间装填铁氧体，转子应力强度差，对于低转速直驱电机功率虽然不大，但是扭矩是常规的5-8倍。
发明内容
本发明的目的是提供低速直驱自起动永磁电机，在匹配中低转速输出的工业需求时，无需使用减速机或变频驱动器，且具有良好的系统稳定性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：低速直驱自起动永磁电机，包含定子和转子，所述转子包含转轴、起动笼条和设在所述转轴上的转子铁芯，所述转子铁芯远离所述转轴轴心的外侧设有多个容纳槽，每个所述容纳槽中设置有永磁体，每个所述容纳槽中的永磁体为一个磁极，所有所述磁极彼此间隔相同，且相邻所述磁极的级性相反，所述永磁体连接有隔磁件。
作为本发明的优选，所述起动笼条为多个，均匀分布，且数量为所述磁极数量的整数倍。
作为本发明的优选，所述容纳槽为一字型，延伸方向通过所述转轴的轴心，所述永磁体设在一字型的所述容纳槽内。
作为本发明的优选，所述隔磁件为隔磁桥，所述隔磁桥与所述永磁体垂直，与所述转轴的切线方向平行，所述永磁体与所述隔磁桥的抵触连接位置位于所述隔磁桥的中部。
作为本发明的优选，所述容纳槽为V字型，每个所述容纳槽中设有两块所述永磁体，成V字型排列在容纳槽中。
作为本发明的优选，所述隔磁件为空气隔磁件，包含位于两块所述永磁体远离所述转轴一端的两个外隔磁槽和位于两块所述永磁体靠近所述转轴一端的一个内隔磁槽。
作为本发明的优选，所述隔磁件中安装有铸铝导条，所述铸铝导条与所述起动笼条共同构成转子鼠笼。
作为本发明的优选，还包含与地面接触的支撑座，所述支撑座按靠近地面方向依次包含散热层、缓冲层、连接层、支撑层与底座，所述缓冲层包含成X形状的二级形变架和位于所述二级形变架上下两层的一级缓冲块，所述一级缓冲块开设有在水平方向延伸的形变孔。
作为本发明的优选，所述散热层开设有多个在竖直方向延伸的散热通道，所述散热通道的上开口的口径大于下开口的口径。
作为本发明的优选，所述连接层上开设有多个在竖直方向延伸的通道，所述支撑层包含气囊和位于所述气囊周边的支撑柱。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
1.采用永磁体，保持永磁电机效率高的特点。
2.通过自身结构来实现中低转速运行，无需高昂的变频设备和减速机，节省成本。
3、通过设置隔磁件，来对永磁体形成缓冲，优化磁路，避免永磁体失磁的现象。
4、隔磁件可为转子提供径向力，提高了电机的机械强度。
附图说明：
图1是实施例1中转子的示意图；
图2是实施例2中转子的示意图。
图3是支撑座的侧面剖视图。
图中：
1、转子铁芯，2、起动笼条，3、隔磁件， 4、永磁体，5、转轴，6、支撑座，61、散热层，611、散热通道，62、缓冲层，621、一级缓冲块， 622、二级形变架，63、连接层，631、通道，64、支撑层，641、气囊，642、支撑柱，65、底座。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1，如图1所示，低速直驱自起动永磁电机，包含定子和转子，转子包含转轴5、起动笼条2和设在转轴5上的转子铁芯1，转子铁芯1远离转轴5轴心的外侧设有多个容纳槽，每个容纳槽中设置有永磁体4，每个容纳槽中的永磁体4为一个磁极，所有磁极彼此间隔相同，且相邻磁极的级性相反，永磁体4连接有隔磁件3。
其中，定子的结构与现有技术相同，通入交流电之后，定子形成一个旋转的磁场。起动笼条2位于转子的外围，在启动过程中，静止的起动笼条2与旋转磁场发生磁感切割，产生感应电流，从而产生电磁力，作用在转轴5上形成电磁旋转，驱动转轴5旋转，实现转子的自动启动。起动笼条2为多个，均匀分布，且数量为磁极数量的整数倍。
在本实施中，容纳槽为V字型，每个容纳槽中设有两块永磁体4，成V字型排列在容纳槽中。隔磁件3为空气隔磁件，包含位于两块永磁体4远离转轴5一端的两个外隔磁槽和位于两块永磁体4靠近转轴5一端的一个内隔磁槽。隔磁件3中安装有铸铝导条，铸铝导条与起动笼条2共同构成转子鼠笼。
通常情况下，自起动永磁同步电机的起动电流倍数比同功率等级的异步机相当，起动时定子电流和感应产生的转子电流将产生很大的去磁磁势，若V 型槽结构没有采取磁路优化的情况下，磁路发生畸变，导致该去磁磁势直接作用在部分永磁体4的局部，即起动时，电磁力会直接作用在永磁体4上，不利于设备的保养与稳定。这会永磁体容易发生局部失磁，并且逐步恶化直至永磁体全部失磁。
在本技术方案中，增设了外隔磁桥和内隔磁桥，内部可以铸铝或者不铸铝，在外隔磁桥和内隔磁桥的作用下，有效减弱了起动过程中磁路畸变的程度，抑制了永磁体4内部磁密的变化，而且保证了永磁体4不会发生局部失磁的现象.
此外，在转子启动和运行的过程中，会受到电磁力和与电磁力反向的负载的作用力，对永磁体4的机械稳定性造成了影响，而在本技术方案中，隔磁件3，尤其是内隔磁槽，给永磁体4提供了一个远离转轴5轴心方向的离心力，强化了支撑，给转子提供了径向力，提供了整个电机的机械强度。
当转子启动结束，整个转子稳定旋转的时候，电磁力的产生更多的来自于永磁体4，而非起动笼条2.
实施例2，如图2所示，与实施例1的区别在于永磁体4和隔磁件3的设置上。
在本实施例中，容纳槽为一字型，延伸方向通过转轴5的轴心，永磁体4设在一字型的容纳槽内。隔磁件为隔磁桥，隔磁桥与永磁体4垂直，与转轴5的切线方向平行，永磁体4与隔磁桥的抵触连接位置位于隔磁桥的中部。隔磁件3中安装有铸铝导条，铸铝导条与起动笼条2共同构成转子鼠笼。
在本实施例中，容纳槽不为V字型，而是一字型。这样的结构使得空间利用率更高，可安置更多的永磁体4，即会形成更多的磁极。在转子的运行过程中，磁极的数量与转子的转速反相关，即磁极的数量越多，可使得转子的旋转速度越低，更适应低转速的工业需求。
与实施例1相同，隔磁桥的设置，避免了磁路发生畸变后永磁体局部失磁严重的现象，降低了转子内部的损耗，提高了电机的效率。 隔磁桥不仅优化了磁路，还形成了一个与电磁力反向的拉力，从而提高了电机的机械强度。
如图3所示，电机的下部设置有支撑座6，提升电机在运行过程的抗震、静音和散热性能。
支撑座6按靠近地面方向依次包含散热层61、缓冲层62、连接层63、支撑层64与底座65，缓冲层62包含成X形状的二级形变架622和位于二级形变架622上下两层的一级缓冲块621，一级缓冲块621开设有在水平方向延伸的形变孔。
电机运行中会产生很多的振动，在本技术方案中，使用二级抗震来进行过滤，并且用的是形变吸能的方式。位于中部的二级形变架622呈X形状，剪式的设计可以在竖直方向上进行形变，从而吸收竖直方向的振动。在二级形变架622上下两端都设有一级缓冲块621，中间开设有贯通开设的形变孔，利用这些通孔的形变来吸收振动。
散热层61开设有多个在竖直方向延伸的散热通道611，散热通道611的上开口的口径大于下开口的口径。散热层61本身可采用散热材料制成，散热通道611的上口大，下口小的设计是由于上方位置更靠近转子部件，热量多，上口大利于排出。而下口小是若设置的下口过大，则会影响一级缓冲块的接触面积和卸力接口。
连接层63上开设有多个在竖直方向延伸的通道631，支撑层64包含气囊641和位于气囊641周边的支撑柱642。
Claims (10)
1.低速直驱自起动永磁电机，包含定子和转子，其特征在于：所述转子包含转轴（5）、起动笼条（2）和设在所述转轴（5）上的转子铁芯（1），所述转子铁芯（1）远离所述转轴（5）轴心的外侧设有多个容纳槽，每个所述容纳槽中设置有永磁体（4），每个所述容纳槽中的永磁体（4）为一个磁极，所有所述磁极彼此间隔相同，且相邻所述磁极的级性相反，所述永磁体（4）连接有隔磁件（3）。
2.根据权利要求1所述的低速直驱自起动永磁电机，其特征在于：所述起动笼条（2）为多个，均匀分布，且数量为所述磁极数量的整数倍。
3.根据权利要求1所述的低速直驱自起动永磁电机，其特征在于：所述容纳槽为一字型，延伸方向通过所述转轴（5）的轴心，所述永磁体（4）设在一字型的所述容纳槽内。
4.根据权利要求3所述的低速直驱自起动永磁电机，其特征在于：所述隔磁件为隔磁桥，所述隔磁桥与所述永磁体（4）垂直，与所述转轴（5）的切线方向平行，所述永磁体（4）与所述隔磁桥的抵触连接位置位于所述隔磁桥的中部。
5.根据权利要求1所述的低速直驱自起动永磁电机，其特征在于：所述容纳槽为V字型，每个所述容纳槽中设有两块所述永磁体（4），成V字型排列在容纳槽中。
6.根据权利要求5所述的低速直驱自起动永磁电机，其特征在于：所述隔磁件（3）为空气隔磁件，包含位于两块所述永磁体（4）远离所述转轴（5）一端的两个外隔磁槽和位于两块所述永磁体（4）靠近所述转轴（5）一端的一个内隔磁槽。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的低速直驱自起动永磁电机，其特征在于：所述隔磁件（3）中安装有铸铝导条，所述铸铝导条与所述起动笼条（2）共同构成转子鼠笼。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的低速直驱自起动永磁电机，其特征在于：还包含与地面接触的支撑座（6），所述支撑座（6）按靠近地面方向依次包含散热层（61）、缓冲层（62）、连接层（63）、支撑层（64）与底座（65），所述缓冲层（62）包含成X形状的二级形变架（622）和位于所述二级形变架（622）上下两层的一级缓冲块（621），所述一级缓冲块（621）开设有在水平方向延伸的形变孔。
9.根据权利要求8所述的低速直驱自起动永磁电机，其特征在于：所述散热层（61）开设有多个在竖直方向延伸的散热通道（611），所述散热通道（611）的上开口的口径大于下开口的口径。
10.根据权利要求9所述的低速直驱自起动永磁电机，其特征在于：所述连接层（63）上开设有多个在竖直方向延伸的通道（631），所述支撑层（64）包含气囊（641）和位于所述气囊（641）周边的支撑柱（642）。
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| PB01 | Publication | ||
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