CN110601485A - 一种自起动永磁电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自起动永磁电机，机座以及设置在其上的定子和转子，所述定子包括定子铁心、定子绕组和端部压圈，所述端部压圈设置在所述定子铁心的两端，所述定子铁心套设在所述转子的外部，所述定子绕组设置在所述定子铁心和转子之间，所述转子包括转子铁心、磁钢、起动铜导条和转轴，所述转子铁心由Ⅰ型转子冲片和Ⅱ型转子冲片在轴向间隔叠压而成；所述Ⅰ型转子冲片的中部和Ⅱ型转子冲片的中部分别开设有轴孔。本发明的自起动永磁电机，结构简单、制造方便，有效提高电机的功率密度和输出性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种自起动永磁电机。
背景技术
永磁电机采用高性能稀土永磁材料作为磁源产生机电能量转化所需的励磁磁场，具有结构紧凑、功率密度高、运行效率高、可靠性高等优点，在工业驱动领域有着广泛的应用的前景。
大中型永磁电机设计中为提高电机功率密度和起动性能，一般需要将电机设计得尽量紧凑，电机转子磁钢的安装空间和通风散热面积都受到较大的限制。传统的永磁电机设计方案中，较少采用转子通风或转子通风面积设计较小，使得电机热负荷设计受到限制，电机体积增大，不利于提高电机的功率密度和动态性能。同时电机体积过大也使得电机材料利用率低，成本上升，安装空间和应用场合受限，无法满足用户需求，使得大中型永磁电机的应用推广受到限制。
大中型永磁电机的转子磁钢在电机转速较低时可以安装在转子表面，而当电机转速较高时，由于离心力作用较强，转子磁钢的安装固定难度增大，一般采用内置式结构。即在电机转子冲片上开有磁钢槽，磁钢安装在磁钢槽内。磁钢槽边界留有用于固定连接和支撑转子结构的隔磁桥。隔磁桥中有转子漏磁通通过，一般处于高度饱和状态，为减小漏磁通，提高永磁材料利用率，隔磁桥的厚度应在满足机械强度要求的基础上不宜设计过厚。
自起动永磁电机的转子上安装有类似于感应电机鼠龙的起动笼条。起动笼条进一步压缩了磁钢的安装空间，同时笼条的发热也加重了转子的散热难度。
大中型自起动永磁电机由于转子结构紧凑,磁钢安装空间有限,通风散热困难,加之机械强度限制,通过隔磁桥的漏磁通较多,因而限制了电机的容量和功率密度，加大了大中型永磁电机的设计难度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种自起动永磁电机，可以解决现有大中型自起动永磁电机设计瓶颈和技术缺陷，提高大中型永磁电机的设计水平，且结构简单、制造方便，有效提高电机的功率密度和输出性能。
实现上述目的的技术方案是：一种自起动永磁电机，所述定子包括定子铁心、定子绕组和端部压圈，所述端部压圈设置在所述定子铁心的两端，所述定子铁心套设在所述转子的外部，所述定子绕组设置在所述定子铁心和转子之间，所述转子包括转子铁心、磁钢、起动铜导条和转轴，其中：
所述转子铁心由Ⅰ型转子冲片和Ⅱ型转子冲片在轴向间隔叠压而成；
所述Ⅰ型转子冲片的中部和Ⅱ型转子冲片的中部分别开设有轴孔；
所述Ⅰ型转子冲片的外圆周壁面上开设有六个极间通风孔，所述六个极间通风孔将所述Ⅰ型转子冲片分隔为六个扇形体；每个扇形体上开设有一对第一转子磁钢槽和一个第一极靴通风孔，每个所述第一转子磁钢槽呈L形，每对第一转子磁钢槽相向设置，且每对第一转子磁钢槽的相邻端之间通过隔磁桥连接，每对第一转子磁钢槽的非相邻端与所述极间通风孔之间通过隔磁桥连接；所述第一极靴通风孔位于相应的一对第一转子磁钢槽内；每个扇形体的外周面上开设有若干转子铜导条槽，每个所述转子铜导条槽内设置有一根所述起动铜导条，所述起动铜导条胀紧固定在所述转子铜导条槽中，所有起动铜导条的两端通过端环焊接形成电机起动笼；所述磁钢呈矩形块状结构，每个所述第一转子磁钢槽内安装有若干磁钢；六个扇形体上的所有第一转子磁钢槽内磁钢的磁极沿Ⅰ型转子冲片的周向交替分布；
每个所述极间通风孔的底部呈圆弧形状，所述六个极间通风孔的底部圆弧沿同一圆周设置并组成圆形体，所述Ⅱ型转子冲片的外径与该圆形体的直径相同；
所述Ⅱ型转子冲片的外圆周壁面上开设有六个第二极靴通风孔，所述Ⅱ型转子冲片上设置有六对第二转子磁钢槽，所述六个第二极靴通风孔与所述六个扇形体的第一极靴通风孔一一对应地设置，所述六对第二转子磁钢槽与所述六个扇形体上的第一转子磁钢槽一一对应地设置；每对所述第二转子磁钢槽的相邻端之间通过隔磁桥连接，每对第二转子磁钢槽的非相邻端与所述Ⅱ型转子冲片的外圆周壁面之间通过隔磁桥连接，每个所述第二转子磁钢槽内安装有若干磁钢；六对第二转子磁钢槽内磁钢的磁极沿Ⅱ型转子冲片的周向交替分布；
所述转轴套接在所述Ⅰ型转子冲片和Ⅱ型转子冲片的轴孔内。
上述的一种自起动永磁电机，其中，所述极间通风孔的底部圆弧的两端与孔壁的连接处设有倒角。
上述的一种自起动永磁电机，其中，所述隔磁桥的宽度为3～5mm。
上述的一种自起动永磁电机，其中，所述第一极靴通风孔的形状为扇形结构，所述第一极靴通风孔的顶部圆弧直径大于或等于所述极间通风孔的底部圆弧直径。
上述的一种自起动永磁电机，其中，所述转子铜导条槽的形状为矩形，所述转子铜导条槽的槽口收缩。
上述的一种自起动永磁电机，其中，所述Ⅱ型转子冲片采用的硅钢片圆片的直径小于Ⅰ型转子冲片采用的硅钢片圆片的直径。
本发明的自起动永磁电机，可以解决现有大中型自起动永磁电机设计瓶颈和技术缺陷，提高大中型永磁电机的设计水平，且结构简单、制造方便，有效提高电机的功率密度和输出性能,与现有技术相比，有益效果体现在：
(1)通过合理的设计，在转子冲片同时开有磁钢槽、转子铜导条槽、通风孔和轴孔，既满足了磁钢和转子铜导条的安装空间限制，又增大了转子通风面积，获得较好的冷却效果；
(2)转子上起动铜导条在端部与端环焊接在一起，形成了异步电动机的鼠龙绕组，在起动过程中，不需要通过转子位置信号来调节定子三相电压的幅值和频率，可以像异步电机一样直接产生起动转矩。当转子转速与电机定子磁场同步速一致时，鼠龙绕组相当于同步电机的阻尼绕组,起到稳定永磁同步电动机的转速或快速减除震荡的效果；
(3)转子磁钢在整个轴向长度上是连续安装的，不受径向通风道阻断，增大了磁钢安装空间，同时磁钢全部安装于转子铁心中的磁钢槽中，避免了直接暴露在空气中，安全性和可靠性都得到提高；
(3)Ⅰ型转子冲片和Ⅱ型转子冲片可一共用一套冲模，并且可以实现鼠龙绕组安装焊接完成后再安装磁钢，简化了加工流程和工艺复杂度。
附图说明
图1为本发明的自起动永磁电机的结构图；
图2为Ⅰ型转子冲片的立体结构图；
图3为Ⅱ型转子冲片的结构图；
图4为转子结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
请参阅图1、图2和图3，本发明的最佳实施例，一种自起动永磁电机，包括机座10以及设置在其上的定子和转子，定子由定子铁心201、定子绕组202、通风槽板、端部压圈203和齿压板组成，端部压圈203设置在定子铁心201的两端，定子铁心201套设在转子的外部，定子绕组202设置在定子铁心201和转子之间。
转子包括转子铁心30、磁钢、起动铜导条3和转轴4。转子铁心30由Ⅰ型转子冲片1和Ⅱ型转子冲片2在轴向间隔叠压而成。
Ⅰ型转子冲片1的中部和Ⅱ型转子冲片2的中部分别开设有轴孔40。
请参阅图2，Ⅰ型转子冲片1的外圆周壁面上开设有六个极间通风孔11，六个极间通风孔11将Ⅰ型转子冲片1分隔为六个扇形体12。极间通风孔11的底部圆弧的两端与孔壁的连接处设有倒角，减小应力集中。
每个扇形体12上开设有一对第一转子磁钢槽13和一个第一极靴通风孔14，每个所述第一转子磁钢槽13呈L形，每对第一转子磁钢槽13相向设置，且每对第一转子磁钢槽13的相邻端之间通过隔磁桥15连接，每对第一转子磁钢槽13的非相邻端与极间通风孔11之间通过隔磁桥15连接；隔磁桥15的宽度为3～5mm。隔磁桥15的数量设置需要综合考虑转子最大线速度、磁钢离心力等因素对转子铁心结构强度的影响。
第一极靴通风孔14位于相应的一对第一转子磁钢槽13内，第一极靴通风孔14的形状为扇形结构，第一极靴通风孔14的顶部圆弧直径大于或等于极间通风孔11的底部圆弧直径；极靴通风孔两侧与磁钢之间留有足够的铁心宽度，供磁钢产生的励磁磁场通过。第一极靴通风孔14应在满足机械强度和励磁磁场流通不饱和的前提下尽量增大，以改善和提高通风冷却效果。通风孔可以减轻转子重量，增强转子通风散热能力，同时通风孔还可以调节气隙磁场波形，改变电机交轴磁路，进而优化电机输出性能。
每个扇形体12的外周面上(靠近气隙一侧)开设有若干转子铜导条槽16，转子铜导条槽16的形状为矩形，转子铜导条槽16的槽口收缩。每个转子铜导条槽16内设置有一根起动铜导条3，起动铜导条3胀紧固定在转子铜导条槽16中，所有起动铜导条3的两端通过端环5焊接形成电机起动笼。
磁钢呈矩形块状结构，每个第一转子磁钢槽13内安装有若干磁钢，每极磁钢槽可根据安装空间和结构强度要求分成多段。六个扇形体12上的所有第一转子磁钢槽13内磁钢的磁极沿Ⅰ型转子冲片1的周向交替分布。
请参阅图3，Ⅱ型转子冲片2的外圆周壁面上开设有六个第二极靴通风孔21，Ⅱ型转子冲片上设置有六对第二转子磁钢槽22，六个第二极靴通风孔21与六个扇形体12的第一极靴通风孔14一一对应地设置，六对第二转子磁钢槽22与六个扇形体12上的第一转子磁钢槽13一一对应地设置；每对第二转子磁钢槽22的相邻端之间通过隔磁桥15连接，每对第二转子磁钢槽22的非相邻端与Ⅱ型转子冲片2的外圆周壁面之间通过隔磁桥15连接，每个第二转子磁钢槽22内安装有若干磁钢；六对第二转子磁钢槽22内磁钢的磁极沿Ⅱ型转子冲片2的周向交替分布。
Ⅱ型转子冲片2与Ⅰ型转子冲片相比，结构上少了转子铜导条槽和极间通风孔，每个极间通风孔11的底部呈圆弧形状，六个极间通风孔11的底部圆弧沿同一圆周设置并组成圆形体，Ⅱ型转子冲片2的外径与该圆形体的直径相同。这样，在冲模过程中，Ⅱ型转子冲片采用的硅钢片圆片的直径小于Ⅰ型转子冲片采用的硅钢片圆片的直径，可以使用相同的冲模加工。
请参阅图4，转子铁心30由Ⅰ型转子冲片1和Ⅱ型转子冲片2按照一定比例组合叠压而成，叠压后轴向分布效果如图4所示，转轴4套接在Ⅰ型转子冲片和Ⅱ型转子冲片的轴孔40内。
Ⅱ型转子冲片2的外径小于Ⅰ型转子冲片1的外径，当流体经由Ⅰ型转子冲片1的轴向通风孔进入Ⅱ型转子冲片2的轴向通风孔后，部分流体进入气隙和定子通风道中，对起动铜导条3、定子铁心201和定子绕组202起到冷却作用。同时，Ⅰ型转子冲片1的第一转子磁钢槽13与Ⅱ型转子冲片2的第二转子磁钢槽22相连通，磁钢安装的轴向长度等于整个转子铁心30的轴向长度，Ⅱ型转子冲片2中励磁磁场通过两侧的Ⅰ型转子冲片1中的磁路进入气隙，整体而言，相当于增大了转子磁钢的安装空间。同时Ⅱ型转子冲片2也对磁钢起到了保护作用，相对于目前技术中磁钢暴露在转子径向通风道的做法更为安全可靠。
本发明中的一个变化例是转子冲片舍去转子铜导条槽，即转子上没有起动笼，只有磁钢槽、通风孔以及轴向通风孔，该类型转子结构与本发明中转子结构具有相同技术路径和效果，可用于变频永磁同步电机，因此也属于本发明的保护的范畴。
综上所述，本发明的自起动永磁电机，可以解决现有大中型自起动永磁电机设计瓶颈和技术缺陷，提高大中型永磁电机的设计水平，且结构简单、制造方便，有效提高电机的功率密度和输出性能。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (6)
1.一种自起动永磁电机，包括机座以及设置在其上的定子和转子，所述定子包括定子铁心、定子绕组和端部压圈，所述端部压圈设置在所述定子铁心的两端，所述定子铁心套设在所述转子的外部，所述定子绕组设置在所述定子铁心和转子之间，其特征在于，所述转子包括转子铁心、磁钢、起动铜导条和转轴，其中：
所述转子铁心由Ⅰ型转子冲片和Ⅱ型转子冲片在轴向间隔叠压而成；
所述Ⅰ型转子冲片的中部和Ⅱ型转子冲片的中部分别开设有轴孔；
所述Ⅰ型转子冲片的外圆周壁面上开设有六个极间通风孔，所述六个极间通风孔将所述Ⅰ型转子冲片分隔为六个扇形体；每个扇形体上开设有一对第一转子磁钢槽和一个第一极靴通风孔，每个所述第一转子磁钢槽呈L形，每对第一转子磁钢槽相向设置，且每对第一转子磁钢槽的相邻端之间通过隔磁桥连接，每对第一转子磁钢槽的非相邻端与所述极间通风孔之间通过隔磁桥连接；所述第一极靴通风孔位于相应的一对第一转子磁钢槽内；每个扇形体的外周面上开设有若干转子铜导条槽，每个所述转子铜导条槽内设置有一根所述起动铜导条，所述起动铜导条胀紧固定在所述转子铜导条槽中，所有起动铜导条的两端通过端环焊接形成电机起动笼；所述磁钢呈矩形块状结构，每个所述第一转子磁钢槽内安装有若干磁钢；六个扇形体上的所有第一转子磁钢槽内磁钢的磁极沿Ⅰ型转子冲片的周向交替分布；
每个所述极间通风孔的底部呈圆弧形状，所述六个极间通风孔的底部圆弧沿同一圆周设置并组成圆形体，所述Ⅱ型转子冲片的外径与该圆形体的直径相同；
所述Ⅱ型转子冲片的外圆周壁面上开设有六个第二极靴通风孔，所述Ⅱ型转子冲片上设置有六对第二转子磁钢槽，所述六个第二极靴通风孔与所述六个扇形体的第一极靴通风孔一一对应地设置，所述六对第二转子磁钢槽与所述六个扇形体上的第一转子磁钢槽一一对应地设置；每对所述第二转子磁钢槽的相邻端之间通过隔磁桥连接，每对第二转子磁钢槽的非相邻端与所述Ⅱ型转子冲片的外圆周壁面之间通过隔磁桥连接，每个所述第二转子磁钢槽内安装有若干磁钢；六对第二转子磁钢槽内磁钢的磁极沿Ⅱ型转子冲片的周向交替分布；
所述转轴套接在所述Ⅰ型转子冲片和Ⅱ型转子冲片的轴孔内。
2.根据权利要求1所述的一种自起动永磁电机，其特征在于，所述极间通风孔的底部圆弧的两端与孔壁的连接处设有倒角。
3.根据权利要求1所述的一种自起动永磁电机，其特征在于，所述隔磁桥的宽度为3～5mm。
4.根据权利要求1所述的一种自起动永磁电机，其特征在于，所述第一极靴通风孔的形状为扇形结构，所述第一极靴通风孔的顶部圆弧直径大于或等于所述极间通风孔的底部圆弧直径。
5.根据权利要求1所述的一种自起动永磁电机，其特征在于，所述转子铜导条槽的形状为矩形，所述转子铜导条槽的槽口收缩。
6.根据权利要求1所述的一种自起动永磁电机，其特征在于，所述Ⅱ型转子冲片采用的硅钢片圆片的直径小于Ⅰ型转子冲片采用的硅钢片圆片的直径。
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