專利名稱：一種正弦波電流自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及永磁電動機(jī)，特別是具有正弦波電流的自起動三相稀土永磁同步
電動機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，我國各類電動機(jī)用電量已占到全國總發(fā)電量的70%左右，其中絕大多數(shù)為 直接運(yùn)行于電網(wǎng)的三相異步電動機(jī)，實(shí)際運(yùn)行效率普遍很低，電能浪費(fèi)十分嚴(yán)重。因此抓住 電動機(jī)的節(jié)能，就是抓住了節(jié)能的關(guān)鍵。 自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與普通三相異步電動機(jī)相同，轉(zhuǎn)子上 設(shè)有起動繞組和高性能稀土永磁體，起動過程中由起動繞組產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩拖動電機(jī)旋轉(zhuǎn)起動， 接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)由于永磁體的作用把電機(jī)牽入同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。自起動三相 稀土永磁同步電動機(jī)運(yùn)行過程中沒有轉(zhuǎn)子銅耗，同時(shí)由于電動機(jī)的勵磁磁場由永磁體提 供，可以做到在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)具有較高的功率因數(shù)，定子銅耗也會明顯的減少。與普通異 步電動機(jī)相比，自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)起動及過載能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定性能好、轉(zhuǎn)速 不變、體積小、重量輕、噪聲低、效率高，可節(jié)能10% 40%。實(shí)際使用時(shí)不需要任何其他附 屬設(shè)備，安裝使用方便，可直接替代現(xiàn)有的三相異步電動機(jī)，適用于油田、煤炭、軋鋼、紡織、 化工、汽車、船舶等各行業(yè)。 自上個(gè)世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外對稀土永磁電機(jī)的研究開發(fā)進(jìn)入一個(gè)新階段。自 起動三相稀土永磁同步電動機(jī)作為其中較為復(fù)雜的一類，一直沒有取得令人滿意的進(jìn)展。 主要原因是由于電機(jī)磁路設(shè)計(jì)不合理而造成電流中含有大量諧波，這一方面會影響電機(jī)的 起動性能，另一方面會大大增加電機(jī)運(yùn)行時(shí)的損耗，降低電機(jī)的效率，電機(jī)的節(jié)能潛力沒有 很好地得到挖掘，而且電流中的大量諧波也會嚴(yán)重污染電網(wǎng)。 當(dāng)前，盡管人們在提高和改善自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)性能方
面做了大量工作，但是仍然不能獲得良好的正弦電流波形，諧波問題依然得不到根本解
決。例如，發(fā)明專利200710158557.8 "自起動高效永磁同步電動機(jī)"和實(shí)用新型專利
ZL200520100814. 9 "新型自起動永磁同步電動機(jī)"對自起動同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)性能都有一
定提高和改進(jìn)，但都不能保證獲得良好的正弦波電流，諧波問題仍然存在。 又如新型實(shí)用專利ZL00252876. 2 "正弦永磁磁密波形永磁同步電動機(jī)"通過電機(jī)
定子內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓不同心實(shí)現(xiàn)非均勻氣隙，可以改善磁密波形，但不能有效改善磁路對
稱性，也不能獲得較好的正弦波電流。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種正弦波電流自起動三相稀土永磁同 步電動機(jī)，該電動機(jī)在運(yùn)行過程中具有很好的正弦波電流，減少了諧波損耗，提高了電機(jī)的效率。 本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
3[0009] —種正弦波電流自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)，它包括電機(jī)軸、轉(zhuǎn)子、定子，轉(zhuǎn) 子設(shè)置在定子內(nèi)，轉(zhuǎn)子繞電機(jī)軸轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)子極面包括P對極，每個(gè)極包括一個(gè)極弧面，相鄰 極弧面之間為平面； 所述P為大于等于2的自然數(shù)。 上述方案中，各極的13與a的角度比值在1.5 10.0之間； |3為第一射線和第二射線之間的夾角；a = (360° /4P)-P ; 所述第一射線為電機(jī)軸向投影上，由電機(jī)軸(1)軸心引出并經(jīng)一極弧面(302)投
影頂點(diǎn)的射線； 所述第二射線為電機(jī)軸向投影上，由電機(jī)軸(1)軸心引出并經(jīng)該極弧面(302)投 影與平面(301)投影交點(diǎn)的射線。 上述方案中，轉(zhuǎn)子極面的任一極中，最小氣隙、中間氣隙、最大氣隙之間的比值為 1 : (1. 2 3) : (2. 5 10. 0); 所述最小氣隙為電機(jī)軸向投影上，第一射線與極弧面投影交點(diǎn)至該射線與定子內(nèi) 圓投影交點(diǎn)之間的距離； 所述中間氣隙為電機(jī)軸向投影上，極弧面投影與平面投影的交點(diǎn)至第二射線與定 子內(nèi)圓投影交點(diǎn)之間的距離； 所述最大氣隙為電機(jī)軸向投影上，極弧面一側(cè)平面投影線段中點(diǎn)至由電機(jī)軸軸心 弓I出并經(jīng)該中點(diǎn)的射線與定子內(nèi)圓投影交點(diǎn)之間的距離。 上述方案中，電機(jī)軸向投影上，極弧面投影為圓心設(shè)置在第一射線上且相對電機(jī) 軸軸心偏心的圓弧線。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于 1、本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)子極面包括P對極(2P個(gè)極)，每個(gè)極包括一個(gè)極弧面，相鄰極 弧面之間為平面，使轉(zhuǎn)子極面和定子內(nèi)圓之問構(gòu)成非均勻氣隙，利用了非均勻氣隙的凸極 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來抵消由于永磁體所造成的磁路上的不對稱性，改善了磁路的對稱性，使得轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)不僅制造工藝簡單，而且可以大大減少電機(jī)在自起動過程中轉(zhuǎn)子電流的負(fù)序分量，提 高電動機(jī)的起動性能，同時(shí)也可以使電機(jī)在運(yùn)行過程中具有很好的正弦波電流，減少了諧 波損耗，提高了電機(jī)的效率。 2、通過合理調(diào)整轉(zhuǎn)子極面的弧面部分與平面部分的比例以及氣隙的大小，一方面 可以獲得很好的正弦波磁密，可以進(jìn)一步減少電機(jī)在自起動過程中轉(zhuǎn)子電流的負(fù)序分量， 提高電動機(jī)的起動性能，同時(shí)也進(jìn)一步使電機(jī)在運(yùn)行過程中具有很好的正弦波電流，減少 了諧波損耗，提高了電機(jī)的效率。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1 (四極電動機(jī))局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2(六極電動機(jī))局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例3(八極電動機(jī))局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例4(十極電動機(jī))局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例5(十二極電動機(jī))局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖 圖6為本實(shí)用 型實(shí)施例1負(fù)載運(yùn)行時(shí)實(shí)測電流波形圖[0029] 圖1中1-電機(jī)軸、2-稀土永磁體、3-轉(zhuǎn)子、301-平面、302-極弧面、4-轉(zhuǎn)子起動 繞組、5-非均勻氣隙、6-定子、601-圓形，L「第一射線、L2-第二射線、L3-第三射線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述 本實(shí)用新型正弦波電流自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)，它包括電機(jī)軸1、轉(zhuǎn)子
(轉(zhuǎn)子鐵心)3、定子(定子鐵心)6，轉(zhuǎn)子3設(shè)置在定子6內(nèi)，轉(zhuǎn)子3繞電機(jī)軸1轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)子3
包括P對極，每個(gè)極包括一個(gè)極弧面302，相鄰極弧面之間為平面301。轉(zhuǎn)子3極面和定子
內(nèi)圓601之間構(gòu)成非均勻氣隙5。 所述P為大于等于2的自然數(shù)。 如圖l所示的本實(shí)用新型實(shí)施例1，它為四極7. 5KW正弦波電流自起動三相稀土永 磁同步電動機(jī)，它的轉(zhuǎn)子3包括2(P = 2)對極，每個(gè)極包括一個(gè)極弧面302，相鄰極弧面之 間為平面301，即轉(zhuǎn)子3包括4個(gè)極，轉(zhuǎn)子3極面由4個(gè)極弧面302和4個(gè)平面301構(gòu)成。 電機(jī)各極的a = 10° ， P = 35° ; P與a的角度比值在1. 5 10. 0之間； |3為第一射線1^和第二射線L2之間的夾角；a = (360° /4P)-P =45° -35° ; 所述第一射線為電機(jī)軸向投影上，由電機(jī)軸1軸心引出并經(jīng)一極弧面302投影 頂點(diǎn)的射線； 所述第二射線L2為電機(jī)軸向投影上，由電機(jī)軸1軸心引出并經(jīng)該極弧面302投影 與平面301投影交點(diǎn)的射線。 轉(zhuǎn)子3極面的任一極的非均勻氣隙5中，最小氣隙gmin為0. 8mm，中間氣隙gl為 1. 5mm，最大氣隙gmax為2. 5mm ;最小氣隙gmin、中間氣隙gl、最大氣隙gmax之間的比值在 1 : (1. 2 3) : (2. 5 10. 0)之間。 所述最小氣隙gmin為電機(jī)軸向投影上，第一射線與極弧面302投影交點(diǎn)至該 射線與定子內(nèi)圓投影交點(diǎn)之間的距離； 所述中間氣隙gl為電機(jī)軸向投影上，極弧面302投影與平面301投影的交點(diǎn)至第 二射線L2與定子內(nèi)圓投影交點(diǎn)之間的距離； 所述最大氣隙gmax為電機(jī)軸向投影上，極弧面一側(cè)平面301投影線段中點(diǎn)至由電
機(jī)軸1軸心引出并經(jīng)該中點(diǎn)的射線L3與定子內(nèi)圓投影交點(diǎn)之間的距離。 電機(jī)軸向投影上，極弧面302投影為圓心設(shè)置在第一射線k上且相對電機(jī)軸1軸
心偏心的圓弧線。 多臺本實(shí)用新型實(shí)施例1電動機(jī)經(jīng)長時(shí)間試用，運(yùn)行可靠，節(jié)能效果好。保證負(fù)載 運(yùn)行時(shí)電流波形的正弦性是提高電機(jī)效率的重要措施之一，電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)的實(shí)測電流 波形如圖6所示。 與現(xiàn)有電動機(jī)對比，本實(shí)用新型實(shí)施例1具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、高可靠性 電機(jī)在起動過程中永磁體承受很高交變磁動勢沖擊的影B向，同時(shí)，轉(zhuǎn)子溫度升高， 容易使永磁體失磁。本實(shí)用新型合理的磁路結(jié)構(gòu)一方面可以有效地削弱交變磁動勢對永磁 體的沖擊影響，另一方面也可以大大減少起動過程中轉(zhuǎn)子電流的負(fù)序分量，降低了轉(zhuǎn)子的 溫升，再加上有效的工藝保護(hù)措施，保證了永磁體在各種情況都不會出現(xiàn)失磁現(xiàn)象。[0047] 2、優(yōu)越的起動性能 本實(shí)用新型電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)可以基本消除轉(zhuǎn)子電流中的負(fù)序分量以及由此所引起 的單向轉(zhuǎn)矩，可以做到使電機(jī)在起動過程中具有合適的起動轉(zhuǎn)矩、較小的起動電流以及足 夠的牽入同步能力；同時(shí)，也可以有效降低起動過程中的脈動轉(zhuǎn)矩，保證了電機(jī)具有優(yōu)越的 起動性能。 3、高效節(jié)能 由于本實(shí)用新型電機(jī)在運(yùn)行時(shí)電流中基本沒有諧波成分，降低了電動機(jī)的損耗， 同時(shí)，合理的參數(shù)設(shè)計(jì)保證了電動機(jī)在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)功率因數(shù)都接近l，使電動機(jī)在相同 用材的條件下銅耗最小，使電機(jī)的節(jié)能效果達(dá)到最佳。 4、低振動噪聲 本實(shí)用新型實(shí)施例1的損耗小，所需要的冷卻通風(fēng)量也小，特殊設(shè)計(jì)的冷卻風(fēng)扇 使電機(jī)的通風(fēng)噪聲大為降低；同時(shí)，電動機(jī)氣隙大、電流波形好，脈動轉(zhuǎn)矩及電磁噪聲也明 顯降低；與同規(guī)格的異步電機(jī)相比，噪聲可降低10 30分貝。 如圖2所示的本實(shí)用新型實(shí)施例2，它為正弦波電流自起動三相稀土永磁同步 六極電動機(jī)，它與實(shí)施例1基本相同，只是它的轉(zhuǎn)子3極面包括3。 = 3)對極，a = (360° /4*3)-|3 =30° -|3。電機(jī)各極的13與a的角度比值也在1. 5 10. 0之間。非 均勻氣隙5中，最小氣隙gmin、中間氣隙gl、最大氣隙gmax之間的比值也在1 : (1. 2 3) : (2. 5 10. 0)之間。 如圖3所示的本實(shí)用新型實(shí)施例3，它為正弦波電流自起動三相稀土永磁同步 八極電動機(jī)，它與實(shí)施例2基本相同，只是它的轉(zhuǎn)子3極面包括4。 = 4)對極，a = (360° /4*4)-P = 22. 5° _P 。 如圖4、5所示的本實(shí)用新型實(shí)施例4、5，它們分別為十極電動機(jī)和十二極電動機(jī)。
權(quán)利要求一種正弦波電流自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)，它包括電機(jī)軸(1)、轉(zhuǎn)子(3)、定子(6)，轉(zhuǎn)子(3)設(shè)置在定子(6)內(nèi)，轉(zhuǎn)子(3)繞電機(jī)軸(1)轉(zhuǎn)動；其特征在于轉(zhuǎn)子(3)極面包括P對極，每個(gè)極包括一個(gè)極弧面(302)，相鄰極弧面之間為平面(301)；所述P為大于等于2的自然數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的正弦波電流自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)，其特征在于各極的P與a的角度比值在1. 5 10. 0之間；P為第一射線和第二射線之間的夾角；a = (360° /4P)-P ;所述第一射線為電機(jī)軸向投影上，由電機(jī)軸(1)軸心引出并經(jīng)一極弧面(302)投影頂 點(diǎn)的射線；所述第二射線為電機(jī)軸向投影上，由電機(jī)軸(1)軸心引出并經(jīng)該極弧面(302)投影與 平面(301)投影交點(diǎn)的射線。
3. 如權(quán)利要求2所述的正弦波電流自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)，其特征在于 轉(zhuǎn)子(3)極面的任一極中，最小氣隙、中間氣隙、最大氣隙之間的比值為1 : (1.2 3) : (2. 5 10. 0);所述最小氣隙為電機(jī)軸向投影上，第一射線與極弧面(302)投影交點(diǎn)至該射線與定子 內(nèi)圓投影交點(diǎn)之間的距離；所述中間氣隙為電機(jī)軸向投影上，極弧面(302)投影與平面(301)投影的交點(diǎn)至第二 射線與定子內(nèi)圓投影交點(diǎn)之間的距離；所述最大氣隙為電機(jī)軸向投影上，極弧面一側(cè)平面(301)投影線段中點(diǎn)至由電機(jī)軸 (1)軸心引出并經(jīng)該中點(diǎn)的射線與定子內(nèi)圓投影交點(diǎn)之間的距離。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的正弦波電流自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)，其特征在于 電機(jī)軸向投影上，極弧面(302)投影為圓心設(shè)置在第一射線上且相對電機(jī)軸(1)軸心偏心 的圓弧線。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種正弦波電流自起動三相稀土永磁同步電動機(jī)，它包括電機(jī)軸(1)、轉(zhuǎn)子(3)、定子(6)，轉(zhuǎn)子(3)設(shè)置在定子(6)內(nèi)，轉(zhuǎn)子(3)繞電機(jī)軸(1)轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)子(3)極面包括P對極，每個(gè)極包括一個(gè)極弧面(302)，相鄰極弧面之間為平面(301)。本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)子極面每個(gè)極包括一個(gè)極弧面，相鄰極弧面之間為平面，使轉(zhuǎn)子極面和定子內(nèi)圓之間構(gòu)成非均勻氣隙，利用了非均勻氣隙的凸極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來抵消由于永磁體所造成的磁路上的不對稱性，使得轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不僅制造工藝簡單，大大減少電機(jī)在自起動過程中轉(zhuǎn)子電流的負(fù)序分量，提高電動機(jī)的起動性能，同時(shí)也可以使電機(jī)在運(yùn)行過程中具有很好的正弦波電流，減少了諧波損耗，提高了電機(jī)的效率。
文檔編號H02K21/14GK201478968SQ20092022790
公開日2010年5月19日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者林琪, 米炫 申請人:湖北西浦電機(jī)科技有限責(zé)任公司