專利名稱：永磁自啟動同步電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁電機技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種永磁自啟動同步電機。
背景技術(shù)：
IEC60034-3指出全世界工業(yè)用電動機消耗了總發(fā)電量的30 40% ，其系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能潛力可達到30 60%;國際能源署電動機工作組報告電動機通過改善效率結(jié)合變頻調(diào)速可以節(jié)約世界范圍內(nèi)7%的電能，其中1/4 1/3的節(jié)約可來自于改善電動機的效率。
據(jù)統(tǒng)計，2007年中國國內(nèi)市場銷售的高效電機占電動機總銷量的1%左右。98%以上電機產(chǎn)品是普通效率電動機，比美國的高效電機效率低3%，比超高效電機效率低5%;風機、泵、壓縮機產(chǎn)品效率比國外先進水平低3 5個百分點；電機傳動調(diào)速及系統(tǒng)控制技術(shù)差距較大，系統(tǒng)效率比國外先進水平低20 30%，電機系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大。
推廣高效節(jié)能電動機、稀土永磁電動機，高效風機、泵、壓縮機，高效傳動系統(tǒng)等。更新淘汰低效電動機及高耗電設(shè)備；采用高效節(jié)能電機及系統(tǒng)相關(guān)節(jié)電設(shè)備新裝電機系統(tǒng)。逐步限制并禁止落后低效產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售和使用。對老舊設(shè)備更新改造，重點是高耗電中小型電機及風機、泵類系統(tǒng)的更新改造及定流量系統(tǒng)的合理匹配。 由于感應(yīng)電動機在額定負載點效率最高，在低負載率下效率和功率因數(shù)降低較多，因此即使是高效感應(yīng)電動機，在實際運行時的效率也是很低的。而高效高起動轉(zhuǎn)矩永磁同步電動機可以替代大一個至兩個功率等級的感應(yīng)電動機，并可在整個運行過程中都保持高效率和高功率因數(shù)，節(jié)電率可達到20%左右。因此，在某些特殊場合，高效高起動轉(zhuǎn)矩永磁同步電動機將以其優(yōu)良的性能替代異步電動機。 目前而言，對于小功率馬達，永磁自起動馬達的效率可以很容易達到94%，而異步馬達最高效僅僅92%。因此，目前替代55KW功率以下的馬達，永磁自啟動電機具有非常明顯的優(yōu)勢。如圖1至圖4所示，一般的永磁自啟動電機的轉(zhuǎn)子通常采用一字型，V型，U型或者W型永磁體，采用何種永磁體結(jié)構(gòu)完全依據(jù)馬達設(shè)計中所需永磁體的用量來決定，上述各種結(jié)構(gòu)都需處理好永磁體槽與轉(zhuǎn)子槽之間的關(guān)系使其滿足機械結(jié)構(gòu)強度，同時一字型，V型，U型，W型中永磁體需要定位，對加工工藝的要求較高，否則，如果永磁體槽空間小，會導(dǎo)致永磁體不能方進去；如果永磁體槽過大，永磁體偏移導(dǎo)致磁路結(jié)構(gòu)不對稱，降低電機性

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)簡單、永磁
體利用率高，而且在電機中形成的磁場變化最小的永磁自啟動同步電機。 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn) 本發(fā)明第一種實施方式的永磁自啟動同步電機，包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的圓周上設(shè)有轉(zhuǎn)子齒和轉(zhuǎn)子槽，其特征在于以經(jīng)過轉(zhuǎn)子圓心的轉(zhuǎn)子齒中心線，將轉(zhuǎn)子平均化分為與轉(zhuǎn)子極數(shù)相同數(shù)量的極區(qū)，每個極區(qū)中設(shè)有圓弧形永磁體，任意相鄰的兩極區(qū)中的永磁體以相鄰極區(qū)邊界的轉(zhuǎn)子齒中心線對稱設(shè)置。 本發(fā)明中，每個極區(qū)中的永磁體的兩端部均處于該永磁所在極區(qū)轉(zhuǎn)子槽的下方， 以使轉(zhuǎn)子槽起到隔磁作用，為了使轉(zhuǎn)子槽的隔磁效果最佳，永磁體的端部設(shè)置在轉(zhuǎn)子槽遠 離極區(qū)邊界一側(cè)邊緣的下方。 由于圓弧形永磁的對稱性，每極區(qū)中心鄰近轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸處的磁密低，即使開孔后轉(zhuǎn)
子軛部磁密的變化也不大，對馬達性能的影響很小，因此可在此處開設(shè)定位孔，以便于轉(zhuǎn)子 的安裝和定位。 本發(fā)明中，未了使永磁自啟動電機的性能較佳，根據(jù)轉(zhuǎn)子的極數(shù)P，轉(zhuǎn)子槽數(shù)量Qs 和定子槽數(shù)量Qr應(yīng)同時滿足以下條件 1)考慮轉(zhuǎn)子磁路對稱性，轉(zhuǎn)子槽數(shù)為極數(shù)的整數(shù)倍； 2)為避免起動過程中產(chǎn)生較強的異步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)滿足Qr《1. 25*(Qs+P);
3)為避免產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)滿足Qr - Qs ;Qr - Qs±P ;Qr - Qs士2P ;
4)為避免單向震動力，應(yīng)滿足Qr - Qs±l ;Qr - Qs±P±l。 本發(fā)明第二種實施方式的永磁自啟動同步電機，包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的圓周上設(shè)有轉(zhuǎn) 子齒和轉(zhuǎn)子槽，其特征在于以經(jīng)過轉(zhuǎn)子圓心的轉(zhuǎn)子槽中心線，將轉(zhuǎn)子平均化分為與轉(zhuǎn)子極 數(shù)相同數(shù)量的極區(qū)，每個極區(qū)中設(shè)有圓弧形永磁體，任意相鄰的兩極區(qū)中的永磁體以相鄰 極區(qū)邊界的轉(zhuǎn)子槽中心線對稱設(shè)置。 本發(fā)明中，每個極區(qū)中的永磁體的兩端部均處于該永磁所在極區(qū)轉(zhuǎn)子槽的下方， 以使轉(zhuǎn)子槽起到隔磁作用，為了使轉(zhuǎn)子槽的隔磁效果最佳，永磁體的端部設(shè)置在轉(zhuǎn)子槽遠 離極區(qū)邊界一側(cè)邊緣的下方。 由于圓弧形永磁的對稱性，每極區(qū)中心鄰近轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸處的磁密低，即使開孔后轉(zhuǎn) 子軛部磁密的變化也不大，對馬達性能的影響很小，因此可在此處開設(shè)定位孔，以便于矽鋼 片的安裝和定位。 本發(fā)明中，為了使永磁自啟動電機的性能較佳，根據(jù)轉(zhuǎn)子的極數(shù)P，轉(zhuǎn)子槽數(shù)量Qs 和定子槽數(shù)量Qr應(yīng)同時滿足以下條件 1)考慮轉(zhuǎn)子磁路對稱性，轉(zhuǎn)子槽數(shù)為極數(shù)的整數(shù)倍； 2)為避免起動過程中產(chǎn)生較強的異步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)滿足Qr《1. 25*(Qs+P);
3)為避免產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)滿足Qr - Qs ;Qr - Qs±P ;Qr - Qs士2P ;
4)為避免單向震動力，應(yīng)滿足Qr - Qs±l ;Qr - Qs±P±l。 本發(fā)明靠圓弧形永磁體與轉(zhuǎn)子槽底的轉(zhuǎn)子鐵心既可實現(xiàn)隔磁，不需要單獨建立隔 磁橋，再通過調(diào)整轉(zhuǎn)子槽底到永磁體的距離來調(diào)整極間漏磁系數(shù)，轉(zhuǎn)子槽在起到隔磁的作 用的同時，也能起到啟動并牽入同步的作用。 永磁體各個位置到轉(zhuǎn)子外表面的距離相等，即磁阻相等，所以在電機中形成的磁 場變化最小，不會出現(xiàn)局部磁密過高的問題，并有效降低氣隙磁密中的三次諧波含量，正弦 性效果比較好。 相同尺寸永磁體的情況下，永磁體利用率高，永磁體提供的磁通量大，可以節(jié)省定 子繞組銅線的用量，圓弧形永磁體結(jié)構(gòu)簡單，加工制作方便。由于對稱性，永磁體軸線上還 可以開設(shè)定位孔，便于矽鋼片安裝和定位。


圖1為現(xiàn)有永磁體為一字型的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為現(xiàn)有永磁體為V型的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為現(xiàn)有永磁體為U型的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為現(xiàn)有永磁體為W型的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本發(fā)明實施例1轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為本發(fā)明實施例1電機一極定子和轉(zhuǎn)子的磁力線分布示意圖。 圖7為本發(fā)明實施例2轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。 本發(fā)明的主旨在于提供一種永磁自啟動同步電機，該永磁自啟動同步電機的轉(zhuǎn)子 永磁體要結(jié)構(gòu)簡單、永磁體利用率高，而且在電機中形成的磁場變化小。本發(fā)明中，定子與 一般的永磁自啟動同步電機的定子結(jié)構(gòu)相同，定子結(jié)構(gòu)不是本發(fā)明的主要部分，在此不進 行累述。 實施例1 永磁自啟動同步電機是指轉(zhuǎn)子上具有起動繞組，能夠在某一電壓和頻率下，自己 起動并牽入同步運行的永磁電機，起動過程中，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生起動電磁力矩，同步運行時， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不起作用。因此，轉(zhuǎn)子的圓周上設(shè)有纏繞啟動繞組的轉(zhuǎn)子槽，相鄰兩轉(zhuǎn)子槽之間的 部分就構(gòu)成了轉(zhuǎn)子齒，轉(zhuǎn)子槽和轉(zhuǎn)子齒相隔設(shè)置。通常，小功率的永磁自啟動同步電機轉(zhuǎn)子 采用鑄鋁制成，轉(zhuǎn)子槽采用梯形槽結(jié)構(gòu)，與轉(zhuǎn)子梯形槽相對的是采用矩形齒結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子齒， 這主要為了保證磁路的均勻化；大功率的永磁自啟動同步電機轉(zhuǎn)子則采用銅條制成，轉(zhuǎn)子 槽采用矩形槽結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子齒則采用梯形齒結(jié)構(gòu)。 參見圖5，本發(fā)明實施例1以4極的小功率的永磁自啟動電機的轉(zhuǎn)子進行說明，轉(zhuǎn)
子的圓周上設(shè)有梯形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子齒1和矩形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子槽2，轉(zhuǎn)子被轉(zhuǎn)子齒中心線11、12、
13、14平均化分為4個極區(qū)，相鄰的極區(qū)之間以轉(zhuǎn)子齒中心線為邊界，轉(zhuǎn)子齒中心線是指經(jīng)
過轉(zhuǎn)子圓心和任何一個轉(zhuǎn)子齒1中心的連線。若轉(zhuǎn)子為6極或者8極，則需要6條或者8
條轉(zhuǎn)子齒中心線對轉(zhuǎn)子進行劃分，極區(qū)的數(shù)量與轉(zhuǎn)子的極數(shù)是完全相同的。 每個極區(qū)中設(shè)有圓弧形永磁體3，相同尺寸永磁體的情況下，圓弧形永磁體利用率
最高，永磁體提供的磁通量大，可以節(jié)省定子繞組銅線的用量，圓弧形永磁體結(jié)構(gòu)簡單，加
工制作方便。 任意相鄰的兩極區(qū)中的永磁體3以相鄰極區(qū)邊界的轉(zhuǎn)子齒中心線對稱設(shè)置，以圖
5中上端的極區(qū)的永磁體3為例，其與左端極區(qū)中的永磁體相對轉(zhuǎn)子齒中心線11對稱，其與
右端極區(qū)中的永磁體相對轉(zhuǎn)子齒中心線12對稱。這樣，所有極區(qū)中的永磁體位置到轉(zhuǎn)子外
表面的距離相等，即磁阻是相等的，所以在電機中形成的磁場變化最小，不會出現(xiàn)局部磁密
過高的問題，并有效降低氣隙磁密中的三次諧波含量，正弦性效果比較好。 每個極區(qū)中的圓弧形永磁體3的兩端部均處于其所在極區(qū)轉(zhuǎn)子槽2的下方，即以
轉(zhuǎn)子槽兩邊線向轉(zhuǎn)子圓形方向引出兩延長線，每個極區(qū)永磁體的兩端部應(yīng)處于兩延長線的確定的區(qū)域內(nèi)。以圖5中上端極區(qū)內(nèi)的永磁體3左側(cè)端部為例，其左側(cè)端部應(yīng)當處于梯形 轉(zhuǎn)子槽2的腰21和腰22向轉(zhuǎn)子方向的延長線(并未實際畫出延長線)所確定的區(qū)域內(nèi)。 這樣圓弧形永磁體與轉(zhuǎn)子槽底的轉(zhuǎn)子鐵心既可實現(xiàn)隔磁，不需要再單獨建立隔磁橋，轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)變得更加簡單。當圓弧形永磁的端部處于轉(zhuǎn)子槽遠離極區(qū)邊界一側(cè)邊緣的下方時，轉(zhuǎn) 子槽底的隔磁效果最佳，同樣以圖5中永磁體3的左側(cè)端部為例，當其左側(cè)端部處于轉(zhuǎn)子槽 2腰22 —側(cè)下方時，隔磁的效果最佳，因為此時轉(zhuǎn)子槽底可用于隔磁的范圍最大。永磁體3 的端部處于其所在極區(qū)哪個轉(zhuǎn)子槽的下方，根據(jù)電機實際的需求進行選取。
參見圖6，明顯可以看出，永磁體3與轉(zhuǎn)子槽2底的隔磁效果良好，且漏磁很少，極 間漏磁系數(shù)還可以通過轉(zhuǎn)子槽底到永磁體的距離來調(diào)整，從整體上看，磁場變化也很小。同 時，由于圓弧形永磁的對稱性，從圖6中也可以看出，極區(qū)中心鄰近轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸處的磁密低， 即使開孔后轉(zhuǎn)子軛部磁密的變化也不大，對馬達性能的影響很小，因此可在此處可開設(shè)定 位孔4(參見圖5，圖6中并未示意)，以便于矽鋼片的安裝和定位。 對于本發(fā)明自啟動永磁電機主要有三個關(guān)鍵性能要求啟動性能，牽入同步性能， 穩(wěn)態(tài)運行性能。從啟動性能和牽入同步性能考慮，要合理使用永磁體，使其具有足夠的啟動 力矩和牽入同步力矩。而從穩(wěn)態(tài)運行性能考慮，要盡可能多用永磁體來降低損耗，提高電機 的效率。因此，對于自起動永磁電機，永磁體的用量要合適，同時滿足三個性能。永磁體的 厚度有永磁電機中永磁體的工作點決定，厚度越大，永磁體的工作點越高，越不易退磁，但 是永磁體的利用率降低。 另外，轉(zhuǎn)子的極數(shù)P、轉(zhuǎn)子槽數(shù)量Qs和定子槽數(shù)量Qr之間的關(guān)系對永磁自啟動電
機的性能也相當大的影響。本發(fā)明中，為了使永磁自啟動電機的性能較佳，轉(zhuǎn)子的極數(shù)P，轉(zhuǎn)
子槽數(shù)量Qs和定子槽數(shù)量Qr應(yīng)同時滿足以下條件 1)考慮轉(zhuǎn)子磁路對稱性，轉(zhuǎn)子槽數(shù)為極數(shù)的整數(shù)倍； 2)為避免起動過程中產(chǎn)生較強的異步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)滿足Qr《1. 25*(Qs+P);
3)為避免產(chǎn)生同步附加轉(zhuǎn)矩，應(yīng)滿足Qr - Qs ;Qr - Qs±P ;Qr - Qs士2P ;
4)為避免單向震動力，應(yīng)滿足Qr - Qs±l ;Qr - Qs±P±l。 以定子槽Qs = 48為例，對于4極電機，轉(zhuǎn)子槽數(shù)的最優(yōu)選擇為40，對于6極電機， 轉(zhuǎn)子槽數(shù)的最優(yōu)選擇為42，對于8極電機，轉(zhuǎn)子槽數(shù)的最優(yōu)選擇為32。
實施例2 參見圖7，本實施例與實施例1的其他結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于轉(zhuǎn)子被轉(zhuǎn)子槽中心線 23、24、25、26平均化分為4個極區(qū)，相鄰的極區(qū)之間以轉(zhuǎn)子槽中心線為邊界，轉(zhuǎn)子槽中心線 是指經(jīng)過轉(zhuǎn)子圓心和任何一個轉(zhuǎn)子槽中心的連線。本實施例同樣是僅僅以轉(zhuǎn)子為4極作為 示例，并非限制只能適用于轉(zhuǎn)子為4極的情況，對于轉(zhuǎn)子為6極或者8極的情形同樣適用。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
永磁自啟動同步電機，包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的圓周上設(shè)有轉(zhuǎn)子齒和轉(zhuǎn)子槽，其特征在于以經(jīng)過轉(zhuǎn)子圓心的轉(zhuǎn)子齒中心線，將轉(zhuǎn)子平均化分為與轉(zhuǎn)子極數(shù)相同數(shù)量的極區(qū)，每個極區(qū)中設(shè)有圓弧形永磁體，任意相鄰的兩極區(qū)中的永磁體以相鄰極區(qū)邊界的轉(zhuǎn)子齒中心線對稱設(shè)置。
2. 如權(quán)利要求1所述的永磁自啟動同步電機，其特征在于每個極區(qū)中的永磁體的兩 端部均處于該永磁所在極區(qū)轉(zhuǎn)子槽的下方。
3. 如權(quán)利要求1所述的永磁自啟動同步電機，其特征在于永磁體的端部設(shè)置在轉(zhuǎn)子 槽遠離極區(qū)邊界一側(cè)邊緣的下方。
4. 如權(quán)利要求1所述的永磁自啟動同步電機，其特征在于每極區(qū)中心鄰近轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸 處設(shè)有定位孔。
5. 如權(quán)利要求1至4任一所述的永磁自啟動同步電機，其特征在于根據(jù)轉(zhuǎn)子的極數(shù)P，轉(zhuǎn)子槽數(shù)量Qs和定子槽數(shù)量Qr應(yīng)同時滿足以下條件1) 轉(zhuǎn)子槽數(shù)為極數(shù)的整數(shù)倍；2) Qr《1. 25*(Qs+P);3) Qr - Qs ;Qr - Qs士P ;Qr - Qs士2P ;4) Qr - Qs士l ;Qr - Qs士P士l。
6. 永磁自啟動同步電機，包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的圓周上設(shè)有轉(zhuǎn)子齒和轉(zhuǎn)子槽，其特征在于 以經(jīng)過轉(zhuǎn)子圓心的轉(zhuǎn)子槽中心線，將轉(zhuǎn)子平均化分為與轉(zhuǎn)子極數(shù)相同數(shù)量的極區(qū)，每個極 區(qū)中設(shè)有圓弧形永磁體，任意相鄰的兩極區(qū)中的永磁體以相鄰極區(qū)邊界的轉(zhuǎn)子槽中心線對 稱設(shè)置。
7. 如權(quán)利要求6所述的永磁自啟動同步電機，其特征在于每個極區(qū)中的永磁體的兩 端部均處于該永磁所在極區(qū)轉(zhuǎn)子槽的下方。
8. 如權(quán)利要求6所述的永磁自啟動同步電機，其特征在于永磁體的端部設(shè)置在轉(zhuǎn)子槽遠離極區(qū)邊界一側(cè)邊緣的下方。
9. 如權(quán)利要求6所述的永磁自啟動同步電機，其特征在于每極區(qū)中心鄰近轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸處設(shè)有定位孔。
10. 如權(quán)利要求6至9任一所述的永磁自啟動同步電機，其特征在于根據(jù)轉(zhuǎn)子的極數(shù)P，轉(zhuǎn)子槽數(shù)量Qs和定子槽數(shù)量Qr應(yīng)同時滿足以下條件1) 轉(zhuǎn)子槽數(shù)為極數(shù)的整數(shù)倍；2) Qr《1. 25*(Qs+P);3) Qr - Qs ;Qr - Qs士P ;Qr - Qs士2P ;4) Qr - Qs士l ;Qr - Qs士P士l。
全文摘要
本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)簡單、永磁體利用率高，而且在電機中形成的磁場變化最小的永磁自啟動同步電機。該電機包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的圓周上設(shè)有轉(zhuǎn)子齒和轉(zhuǎn)子槽，以經(jīng)過轉(zhuǎn)子圓心的轉(zhuǎn)子齒中心線，將轉(zhuǎn)子平均化分為與轉(zhuǎn)子極數(shù)相同數(shù)量的極區(qū)，每個極區(qū)中設(shè)有圓弧形永磁體，任意相鄰的兩極區(qū)中的永磁體以相鄰極區(qū)邊界的轉(zhuǎn)子齒中心線對稱設(shè)置。本發(fā)明靠圓弧形永磁體與轉(zhuǎn)子槽底的轉(zhuǎn)子鐵心既可實現(xiàn)隔磁，不需要單獨建立隔磁橋，再通過調(diào)整轉(zhuǎn)子槽底到永磁體的距離來調(diào)整極間漏磁系數(shù)，轉(zhuǎn)子槽在起到隔磁的作用的同時，也能起到啟動并牽入同步的作用。
文檔編號H02K1/27GK101719698SQ20091015574
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者劉立軍 申請人:東元總合科技(杭州)有限公司