一種導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電機(jī)。其轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯、若干個(gè)籠條、若干塊永磁體、隔磁環(huán)和轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)子鐵芯齒頂處采用導(dǎo)磁導(dǎo)電的復(fù)合材料構(gòu)成復(fù)合齒，鐵芯的其它部分采用硅鋼片疊壓形成轉(zhuǎn)子疊片鐵芯，所述復(fù)合齒結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子疊片鐵芯外表面緊密連接，多塊永磁體采用內(nèi)置切向式磁路結(jié)構(gòu)均勻分布在轉(zhuǎn)子疊片鐵芯中，永磁體和轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置隔磁環(huán)，隔磁環(huán)為圓環(huán)形，套在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子籠條和普通的轉(zhuǎn)子開口槽籠條結(jié)構(gòu)相同。本發(fā)明中齒頂部復(fù)合材料產(chǎn)生的渦流效應(yīng)強(qiáng)、力矩較大、轉(zhuǎn)速波動(dòng)小，有助于電機(jī)的起動(dòng)，進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)合材料的尺寸可以有效提高電機(jī)的效率。
【專利說明】一種導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及自起動(dòng)永磁同步電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]交流異步電機(jī)的功率因數(shù)小、效率比較低，而永磁電機(jī)能克服這一缺點(diǎn)，但永磁電機(jī)有起動(dòng)難的特點(diǎn)，為此人們對自起動(dòng)永磁同步電機(jī)進(jìn)行了研究，因?yàn)樗葷M足了起動(dòng)要求，又解決了穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)小和效率比較低的缺點(diǎn)。但在一些電機(jī)頻繁起動(dòng)的場合或者電機(jī)負(fù)載頻繁變化的場合，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流備受關(guān)注。在這些場合起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小將造成起動(dòng)時(shí)間長，起動(dòng)過程的電流大，這些因素將造成電能的浪費(fèi)。此外在電機(jī)長期運(yùn)行的場合，電機(jī)的效率也受到用戶的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何提高自起動(dòng)永磁同步電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，降低起動(dòng)電流，縮短電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間。
[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯、若干個(gè)籠條、若干塊永磁體、隔磁環(huán)和轉(zhuǎn)軸，永磁體和轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置隔磁環(huán)，隔磁環(huán)為圓環(huán)形，套在轉(zhuǎn)軸上，所述轉(zhuǎn)子鐵芯齒頂處采用導(dǎo)磁導(dǎo)電的復(fù)合材料構(gòu)成復(fù)合齒，轉(zhuǎn)子鐵芯的其它部分采用硅鋼片疊壓形成轉(zhuǎn)子疊片鐵芯，多塊永磁體采用內(nèi)置切向式磁路結(jié)構(gòu)均勻分布在轉(zhuǎn)子疊片鐵芯中，所述復(fù)合齒和轉(zhuǎn)子疊片鐵芯外表面緊密連接。
[0005]進(jìn)一步,作為優(yōu)選,所述導(dǎo)磁導(dǎo)電的復(fù)合材料為銅鐵合金材料。
[0006]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述復(fù)合齒結(jié)構(gòu)為瓦片型結(jié)構(gòu)，且與氣隙接觸面的軸中心線和轉(zhuǎn)子軸的軸中心線重合，使轉(zhuǎn)子外表面構(gòu)成圓柱面，在每塊復(fù)合材料上沿軸向分布開有螺孔，在疊片鐵芯對應(yīng)復(fù)合材料螺孔的位置開有一定深度的螺紋，通過螺栓將復(fù)合材料和疊片鐵芯固定在一起。
[0007]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，在與復(fù)合材料接觸的疊片鐵芯齒部開有燕尾槽，燕尾槽中采用的復(fù)合材料和瓦片式的復(fù)合材料連接在一起，
[0008]安裝時(shí)燕尾槽形狀的復(fù)合材料從轉(zhuǎn)子的端部穿入燕尾槽中。
[0009]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述籠條由黃銅或鑄鋁構(gòu)成。
[0010]本發(fā)明具有以下有益效果:通過采用復(fù)合材料，由于其導(dǎo)電能力比普通電機(jī)鐵芯的導(dǎo)電能力強(qiáng)，產(chǎn)生的渦流效應(yīng)強(qiáng)、力矩較大、轉(zhuǎn)速波動(dòng)小，有助于電機(jī)的起動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中:
【具體實(shí)施方式】
[0019]參照圖1-7對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0020]為使上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0021]實(shí)施方式1:
[0022]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例子并闡述基本原理:
[0023]如圖1所示，一種新型導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電機(jī)，其主要在于轉(zhuǎn)子鐵芯3由硅鋼片壓制而成，電機(jī)轉(zhuǎn)子頂部采用導(dǎo)磁導(dǎo)電的實(shí)心復(fù)合材料4，轉(zhuǎn)子采用黃銅制成的籠條或鑄鋁籠條5接近于轉(zhuǎn)子的表面，永磁體6可以采用內(nèi)置切向式磁路結(jié)構(gòu)，永磁體6和轉(zhuǎn)軸I之間米用隔磁環(huán)2 ;轉(zhuǎn)子齒部所用的實(shí)心復(fù)合材料4厚度由復(fù)合材料導(dǎo)磁導(dǎo)電的性質(zhì)決定，通過調(diào)整復(fù)合材料4的尺寸得到小的起動(dòng)電流和大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通過螺栓把絕緣壓板壓緊于轉(zhuǎn)子兩個(gè)端面。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例轉(zhuǎn)子籠條的結(jié)構(gòu)和普通轉(zhuǎn)子籠條的結(jié)構(gòu)相同。為了減小其運(yùn)行時(shí)風(fēng)磨損耗，復(fù)合材料4制成瓦片型結(jié)構(gòu)，且與氣隙接觸面的軸中心線和轉(zhuǎn)子軸的軸中心線重合，使轉(zhuǎn)子外表面構(gòu)成圓柱面。為了克服離心力的作用，在每塊復(fù)合材料上沿軸向分布開有五個(gè)螺孔，在疊片鐵芯齒部對應(yīng)復(fù)合材料螺孔的位置也開有一定深度的螺孔，通過螺栓7安裝在螺孔的位置將復(fù)合材料4和疊片鐵芯3固定在一起。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例以一臺(tái)315kW的電機(jī)為例進(jìn)行分析，當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵芯完全采用疊片時(shí)，由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，電機(jī)無法起動(dòng)，產(chǎn)生震蕩；當(dāng)電機(jī)鐵芯采用普通的實(shí)心結(jié)構(gòu)時(shí)，起動(dòng)電流較大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，起動(dòng)過程產(chǎn)生較大的損耗。本發(fā)明實(shí)施例采用實(shí)心復(fù)合材料和疊片的組合結(jié)構(gòu)，實(shí)心的復(fù)合材料是由銅鐵合金材料制成，銅鐵的比重不同會(huì)影響其導(dǎo)磁導(dǎo)電的能力，采用此復(fù)合材料是為了在起動(dòng)時(shí)復(fù)合材料中產(chǎn)生較強(qiáng)的渦流效應(yīng)，磁場與渦流電流產(chǎn)生的力矩有助于電機(jī)的起動(dòng)，加速使電機(jī)起動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速，縮短起動(dòng)時(shí)間，降低起動(dòng)時(shí)的損耗，其起動(dòng)原理和實(shí)心的轉(zhuǎn)子起動(dòng)原理相同；主要的鐵芯部分采用疊片是為了減小渦流損耗提聞電機(jī)的效率。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例中采用復(fù)合材料，是因?yàn)槠鋵?dǎo)電能力比普通電機(jī)實(shí)心鐵芯的導(dǎo)電能力強(qiáng)，產(chǎn)生的渦流效應(yīng)強(qiáng)，有助于電機(jī)的起動(dòng)。當(dāng)把復(fù)合材料部分改為普通的實(shí)心材料時(shí)，通過仿真得渦流效應(yīng)減弱，產(chǎn)生的力矩較小，使轉(zhuǎn)速產(chǎn)生波動(dòng)，牽入同步轉(zhuǎn)速比較困難。
[0027]可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整材料的銅鐵比重，當(dāng)復(fù)合材料確定后適當(dāng)調(diào)節(jié)復(fù)合材料的厚度，可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小起動(dòng)電流，降低起動(dòng)時(shí)的損耗，增大穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)。
[0028]圖2為軸向一塊復(fù)合齒表面螺栓的分布結(jié)構(gòu)不意圖。
[0029]如圖5給出了普通實(shí)心結(jié)構(gòu)，疊片式結(jié)構(gòu)和本發(fā)明結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速的有限元仿真結(jié)果，可以看出復(fù)合齒轉(zhuǎn)速進(jìn)入同步的時(shí)間短且速度變化比較平緩。圖6和圖7分別是轉(zhuǎn)矩和電流的有限元仿真結(jié)果，實(shí)心體的最大電流達(dá)到446.6A，復(fù)合齒的最大電流為417.7A，電流最大值小將近30A，從圖7中可以看出復(fù)合齒轉(zhuǎn)子起動(dòng)時(shí)刻轉(zhuǎn)矩有明顯增大，使電機(jī)較快的進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行，仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析?？梢钥闯霰景l(fā)明的起動(dòng)性能較好，適合用于要求電機(jī)頻繁起動(dòng)和重載起動(dòng)的場合。
[0030]實(shí)施方式2:
[0031]在與復(fù)合齒材料接觸的疊片鐵芯齒部開有燕尾槽7，燕尾槽7中采用的復(fù)合材料和瓦片式的復(fù)合材料連接在一起，安裝時(shí)燕尾槽7形狀的復(fù)合材料從轉(zhuǎn)子的端部傳入燕尾槽7中，可以通過燕尾槽7結(jié)構(gòu)來克服離心力的作用，如圖3。運(yùn)行的基本原理與實(shí)施方式I相同，同樣也適用于頻繁起動(dòng)和重載起動(dòng)的場合。
[0032]實(shí)施方式3:
[0033]通過對復(fù)合齒部分的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，調(diào)整其寬度與厚度來減小電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的渦流損耗。圖4給出了調(diào)整后的結(jié)構(gòu)示意圖，復(fù)合材料放在燕尾槽7中來克服運(yùn)行時(shí)的離心力作用，起動(dòng)原理與方案I相同。實(shí)心體穩(wěn)定后渦流損耗為2.59kff,復(fù)合齒的渦流損耗僅為
2.14kW，但起動(dòng)時(shí)間比實(shí)心轉(zhuǎn)子要長0.4s左右。因此可以看出，本方案起動(dòng)性能比疊片式轉(zhuǎn)子的效果好，同時(shí)穩(wěn)定后的實(shí)心復(fù)合材料中產(chǎn)生的渦流損耗小于普通實(shí)心鐵芯轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的渦流損耗，有效的提高了效率。因此，本方案適合應(yīng)用于電機(jī)長期運(yùn)行的狀態(tài)。
[0034]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些【具體實(shí)施方式】僅是舉例說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的情況下，可以對上述方法和系統(tǒng)的細(xì)節(jié)進(jìn)行各種省略、替換和改變。例如，合并上述方法步驟，從而按照實(shí)質(zhì)相同的方法執(zhí)行實(shí)質(zhì)相同的功能以實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)相同的結(jié)果則屬于本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵芯、若干個(gè)籠條、若干塊永磁體、隔磁環(huán)和轉(zhuǎn)軸，永磁體和轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置隔磁環(huán)，隔磁環(huán)為圓環(huán)形，套在轉(zhuǎn)軸上，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子鐵芯齒頂處采用導(dǎo)磁導(dǎo)電的復(fù)合材料構(gòu)成復(fù)合齒，轉(zhuǎn)子鐵芯的其它部分采用硅鋼片疊壓形成轉(zhuǎn)子疊片鐵芯，多塊永磁體采用內(nèi)置切向式磁路結(jié)構(gòu)均勻分布在轉(zhuǎn)子疊片鐵芯中，所述復(fù)合齒和轉(zhuǎn)子疊片鐵芯外表面緊密連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電機(jī)，其特征在于，所述導(dǎo)磁導(dǎo)電的復(fù)合材料為銅鐵合金材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電機(jī)，其特征在于，所述復(fù)合齒結(jié)構(gòu)為瓦片型結(jié)構(gòu)，且與氣隙接觸面的軸中心線和轉(zhuǎn)子軸的軸中心線重合，使轉(zhuǎn)子外表面構(gòu)成圓柱面，在每塊復(fù)合材料上沿軸向分布開有螺孔，在疊片鐵芯對應(yīng)復(fù)合材料螺孔的位置開有一定深度的螺紋，通過螺栓將復(fù)合材料和疊片鐵芯固定在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電機(jī)，其特征在于，與復(fù)合材料接觸的疊片鐵芯齒部開有燕尾槽，燕尾槽中采用的復(fù)合材料和瓦片式的復(fù)合材料連接在一起，安裝時(shí)燕尾槽形狀的復(fù)合材料從轉(zhuǎn)子的端部穿入燕尾槽中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一任意一項(xiàng)所述的導(dǎo)磁導(dǎo)電復(fù)合齒結(jié)構(gòu)的自起動(dòng)永磁同步電機(jī)，其特征在于，所述籠條由黃銅或鑄鋁構(gòu)成。
【文檔編號】H02K1/27GK103441634SQ201310368133
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】李偉力, 李金陽, 李文亮, 王蒲瑞, 王耀玉 申請人:北京交通大學(xué)