CN112134382A - 一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构 - Google Patents

一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，包括转子铁芯，所述转子铁芯的每个转子磁极由V型结构的两块永磁体产生主磁场，每块永磁体朝向气隙的一端依次连接铁芯块和弹性体，所述永磁体、铁芯块和弹性体设于永磁体槽内，所述铁芯块和永磁体产生的径向离心压力可沿永磁体槽移动形成弹性体的压缩状态和释放状态两种状态。与现有技术相比，本发明在不改变电机整体结构设计和优良性能的前提下，消除起动阶段的永磁体制动发电转矩，进一步提高起动转矩，满足电动机带载/重载起动的要求，减少起动时间，减少对相关机械设备和电力系统的冲击，促进异步起动永磁同步电动机的应用，具有潜在的应用价值。

Description

一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构
技术领域
本发明涉及异步起动永磁同步电动机技术领域，尤其是涉及一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构。
背景技术
异步起动的永磁同步电动机转子上有鼠笼绕组和永磁体，鼠笼绕组产生起动时的转矩，永磁体产生同步运行时的转矩，具有异步电动机的带载起动和同步电动机的高效率运行优势，在油田、纺织、矿山等行业有一定的应用。
通常异步起动的永磁同步电动机转子设计时鼠笼绕组位于转子的外围，永磁体位于鼠笼绕组的内侧并深入转子铁芯，属于嵌入式结构，因此鼠笼绕组和永磁体存在空间竞争，电机起动过程存在永磁体产生的周期性发电制动转矩，起动能力有限、振动噪声大、起动电流对电网冲击大等突出问题。
为提升异步起动的永磁同步电动机的起动能力，专利CN110932442A提出定子绕组采用变极和转子绕组采用复合线圈结构提高异步起动转矩；专利CN110784083A和CN108233652A为提高电机起动性能以及平衡电机工况输出转矩设计了双定子结构；专利CN110752732A在转子上设置双层鼠笼绕组和磁钢槽型，用于提升电机的起动性能和输出特性；专利CN106026576A采用双转子结构消除永磁制动转矩。上述现有技术提出的转子复合线圈、双定子、双转子绕组设计使电机的结构复杂、制造困难，
专利CN108306473A和文献(田蒙蒙、王秀和、杨玉波、陈天民、于浩霞,基于变极绕组的异步起动永磁同步电动机起动性能研究[J].中国电机工程学报,2017.17(11)：3287-3293)采用变极起动消除永磁制动转矩，但变极设计仅存在于有限情况下电机极槽配合的绕组设计，不具有通用性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，包括转子铁芯，所述转子铁芯的每个转子磁极由V型结构的两块永磁体产生主磁场，每块永磁体朝向气隙的一端依次连接铁芯块和弹性体，所述永磁体、铁芯块和弹性体设于永磁体槽内，所述铁芯块和永磁体产生的径向离心压力可沿永磁体槽移动形成弹性体的压缩状态和释放状态两种状态。
优选的，所述永磁体、弹性体和铁芯块的宽度相同。
优选的，所述永磁体槽靠近气隙一侧的开槽宽度为放置永磁体处开槽宽度的1.5倍以及气隙长度的3倍以上。
优选的，所述永磁体槽靠近气隙一端的两侧填充隔磁填料。
优选的，所述隔磁填料采用固化环氧树脂隔磁填料。
优选的，所述永磁体槽靠近气隙一侧的长度为弹性体处于释放状态下长度的1.1倍。
优选的，所述弹性体采用软化温度和热分解温度均高于电机绝缘温升限度的聚氨酯弹性体。
优选的，所述转子铁芯处于静止或起动状态时，所述弹性体所受到的铁芯块和永磁体产生的径向离心压力为零或不足以引起弹性体的压缩形变，所述铁芯块和转子铁芯之间存在吸力处于静止状态。
优选的，所述转子铁芯转速升高至额定转速时，所述铁芯块和永磁体产生足够的径向离心压力，压缩所述弹性体，所述铁芯块位于永磁体槽的较宽处。
优选的，电机断电转速下降时，所述铁芯块和永磁体产生的径向离心压力下降，所述弹性体逐渐恢复释放状态。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、充分考虑鼠笼绕组和永磁体在电动机起动阶段和同步运行阶段的不同作用，利用铁芯块、永磁体产生的离心力压缩弹性体，实现起动和同步运行阶段两种不同状态，在不改变电机整体结构设计和优良性能的前提下，消除起动阶段的永磁体制动发电转矩，进一步提高起动转矩，进一步提升电机的带载/重载起动能力，减少起动时间，减少对相关机械设备和电力系统的冲击，促进异步起动永磁同步电动机的应用，具有潜在的应用价值。
2、通过对转子永磁体槽做改进设计，槽内增设弹性体、铁芯块，实现起动和同步运行阶段两种不同状态：起动阶段，离心压力不足，弹性体处于释放状态，永磁磁通大部分通过铁芯块，彻底消除了永磁体制动发电转矩，同时转子鼠笼绕组产生更大的异步起动转矩；同步运行阶段，弹性体处于压缩状态，永磁磁通匝链定转绕组，电机保持高效率运行状态。
附图说明
图1为现有的V型永磁体转子1个磁极的径向截面图；
图2为弹性体处于释放状态的V型永磁体转子1个磁极的径向截面图；
图3为弹性体处于压缩状态的V型永磁体转子1个磁极的径向截面图。
图4为弹性体处于释放状态时电机起动状态内部的磁感线图；
图5为弹性体处于压缩状态时电动机同步运行状态内部的磁感线图。
图中标注：1、转轴，2、永磁体，3、隔磁填料，4、转子铁芯，5、鼠笼绕组，6、气隙，7、定子绕组，8、定子铁芯，9、铁芯块，10、弹性体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
现有的V型永磁体转子如图1所示，转子铁芯4加工时留有鼠笼绕组槽和永磁体槽，鼠笼绕组槽放置靠近气隙6的转子外围，鼠笼绕组槽内通过铸铝或绕线制作鼠笼绕组5。永磁体槽宽度处处相同，永磁体槽内放置永磁体2和不导磁的耐高温填充物如环氧树脂材料，填充物起到隔磁和固定永磁体2的作用。隔磁填料3物位于靠近气隙6的外侧，永磁体2位于内侧，两块对称永磁体2产生电机内的主磁通。
实施例
以8极异步起动的永磁同步电机为例说明本申请的技术方案。
本申请提出一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，包括转子铁芯4，转子铁芯4的每个转子磁极由V型结构的两块永磁体2产生主磁场，每块永磁体2朝向气隙6的一端依次连接铁芯块9和弹性体10。本技术方案对永磁体槽的形状进行了改进设计，每个永磁体槽内配置一个弹性体10、一个铁芯块9和一个永磁体2，如图2、3所示，弹性体10在外、铁芯块9在内，永磁体2、弹性体10和铁芯块9的宽度相同。铁芯块9和永磁体2产生的径向离心压力可沿永磁体槽移动形成弹性体10的压缩状态和释放状态两种状态。
永磁体槽靠近气隙6一侧的开槽宽度为放置永磁体2处开槽宽度的1.5倍以及气隙6长度的3倍以上，长度约为弹性体10处于释放状态下长度的1.1倍，开槽宽处的永磁体槽的两侧填充耐高温的、不导磁的固化环氧树脂隔磁填料。
弹性体10采用软化温度和热分解温度均高于电机绝缘温升限度的聚氨酯弹性体，为不导磁不导电材料，根据所受的径向离心压力存在压缩状态和释放状态两种不同状态，铁芯块9由导磁的铁磁材料制成。
转子处于静止或起动状态时，因转速低，弹性体10所受到的铁芯块9和永磁体2产生的径向离心压力为零或不足以引起弹性体10的压缩形变并克服转子铁芯4和铁芯块9之间的吸力，因此弹性体10处于释放状态，如图2所示。永磁体2产生的磁通大部分通过铁芯块9形成漏磁通，铁芯块9和转子铁芯4之间存在吸力处于静止状态，同时靠近鼠笼绕组5处因永磁体2产生的磁通减少、电枢产生的磁通增大，电机产生的永磁制动转矩减小、鼠笼绕组5起动转矩增大，加速电机起动。如电机起动定子绕组7通电时，如图4所示，永磁体2产生的磁感线大部分通过铁芯块9闭合，定子绕组7产生的磁感线匝链鼠笼绕组5产生较大的异步起动转矩。
转子转速升高至额定转速时，因转速高，铁芯块9和永磁体2产生足够的径向离心压力，弹性体10处于压缩状态，同时铁芯块9和永磁体2处于靠近气隙6的一侧，如图3所示。铁芯块9附近的磁阻增大，永磁体2产生的通过电机气隙6的磁通增大，如图5所示，在电枢电流作用下形成转矩，电机处于高效率的同步运行状态。
电机断电转速下降时，铁芯块9和永磁体2产生的径向离心压力下降，弹性体10逐渐恢复释放状态，永磁体2产生的磁通大部分通过铁芯块9形成漏磁通，同时铁芯块9和转子铁芯4之间的磁吸力加速了这一过程。

Claims (10)

1.一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，包括转子铁芯(4)，其特征在于，所述转子铁芯(4)的每个转子磁极由V型结构的两块永磁体(2)产生主磁场，每块永磁体(2)朝向气隙(6)的一端依次连接铁芯块(9)和弹性体(10)，所述永磁体(2)、铁芯块(9)和弹性体(10)设于永磁体槽内，所述铁芯块(9)和永磁体(2)产生的径向离心压力可沿永磁体槽移动形成弹性体(10)的压缩状态和释放状态两种状态。
2.根据权利要求1所述的一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，其特征在于，所述永磁体(2)、弹性体(10)和铁芯块(9)的宽度相同。
3.根据权利要求1所述的一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，其特征在于，所述永磁体槽靠近气隙(6)一侧的开槽宽度为放置永磁体(2)处开槽宽度的1.5倍以及气隙(6)长度的3倍以上。
4.根据权利要求3所述的一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，其特征在于，所述永磁体槽靠近气隙(6)一端的两侧填充隔磁填料(3)。
5.根据权利要求4所述的一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，其特征在于，所述隔磁填料(3)采用固化环氧树脂隔磁填料。
6.根据权利要求3所述的一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，其特征在于，所述永磁体槽靠近气隙(6)一侧的长度为弹性体(10)处于释放状态下长度的1.1倍。
7.根据权利要求1所述的一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，其特征在于，所述弹性体(10)采用软化温度和热分解温度均高于电机绝缘温升限度的聚氨酯弹性体。
8.根据权利要求1所述的一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，其特征在于，所述转子铁芯(4)处于静止或起动状态时，所述弹性体(10)所受到的铁芯块(9)和永磁体(2)产生的径向离心压力为零或不足以引起弹性体(10)的压缩形变，所述铁芯块(9)和转子铁芯(4)之间存在吸力处于静止状态。
9.根据权利要求1所述的一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，其特征在于，所述转子铁芯(4)转速升高至额定转速时，所述铁芯块(9)和永磁体(2)产生足够的径向离心压力，压缩所述弹性体(10)，所述铁芯块(9)位于永磁体槽的较宽处。
10.根据权利要求1所述的一种异步起动的永磁同步电动机的转子结构，其特征在于，电机断电转速下降时，所述铁芯块(9)和永磁体(2)产生的径向离心压力下降，所述弹性体(10)逐渐恢复释放状态。
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