具有复合磁场的转子、制造方法及其永磁同步电动机技术

本发明专利技术公开了一种具有复合磁场的转子、制造方法及其永磁同步电动机，其中转子包括主轴、转子铁芯及设置在转子铁芯上的瓦片状永磁体，每一极永磁体间留有磁力线通道，形成转子的永磁体磁场，使永磁电动机同步运转，转子铁芯上设置阻尼笼。当定子绕组通电后，转子铁芯上形成滞后的电励旋转磁场，具有较强的异步转矩。这样永磁同步电动机既能与矢量控制的同步电动机专用变频调速器配合正常起动和调速，又能和调压、调频的异步电动机专用变频调速器配套，正常起动和调速。同时，当永磁同步电动机低速运行时，能抵御因脉动转矩、纹波转矩和齿槽转矩产生的速度波动，明显改变了变频驱动永磁同步电动机的低速平稳性，增强了在恒功率区弱磁扩速的能力。

【技术实现步骤摘要】
具有复合磁场的转子、制造方法及其永磁同步电动机
本专利技术涉及电动机
，特别是涉及一种具有复合磁场的转子结构、转子的制造方法及其具有该转子的永磁同步电动机。
技术介绍
电机是使用电能的大户，据统计测算，我国电机保有量约17亿千瓦，总耗电量约3万亿千瓦时，占全社会总用电量的64％，其中工业领域的电机总用电量为2.6万亿千瓦时，工业用电动机消耗电能占其工业用电消耗的75％，在工业部门中各电机驱动系统消耗电能的比例为：泵类23％，风机16％，空压机18％，制冷压缩机7％，输送带2％，其他电机为34％，即风机、泵类、压缩机类共占总消耗的63％。国家在推进节能减排、组织实施“十大节能工程”时，把“电机系统节能工程”列入其中。首先推进标准平台建设，使我国中小型异步电动机和永磁同步电动机的能效限定值和能效等级向国际行业标准体系靠拢。并相应地建立了我国强制性电动机能效限定值和能效等级标准。主要有：GB18613-2012《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》、GB30253-2013《永磁同步电动机能效限定值及能效等级》。在两个电动机标准中，均将能效等级分为3级、2级及1级三个等级，其中1级最高(相当于IEC60034-30标准中IE4等级)，2级其次，确认为高效电机(相当于IEC60034-30标准中IE3等级)，3级最低(相当于IEC30034-30标准中的IE2等级)并强制规定到2017年9月，1级能效电动机应予以淘汰并不准使用。在4年多高效电动机研发和电机能效提升的实践中，异步电动机能效要达到1级(IE4)几乎是不可能的。而永磁电动机却是普遍能达到1级(IE4)等级，甚至更高。而最近IE又批准了IE5等级能效值，意味着，我国中小型电机的能效限定值和能效等级又将提升一级。为此，人们将永磁电动机作为我国二十一世纪中小型电机研发的领头羊产品。从我国电机系统的角度看，系统运行效率很低。以水泵为例，在工业、农业和居民生活领域，水泵等负载机械应用数量很大。据统计，水泵配套电机占电机总量的23％，年耗电量占发电量的20％。在普通装备中，水泵所占比例是高的。然而，目前水泵类产品电能利用率非常低，实际运行效率不到50％，系统运行效率不到30％，每年我国在水泵类负载为此要浪费电力100亿千瓦·时。在一些负载中需要调节水泵的流量，过去常采用阀门、挡板等调节流量，这样做系统运行效率明显下降。降低系统能耗的一种有效方法就是采用变频调速技术，其节能效果十分明显。电动机长期驱动一个出水口可变的阀门而运行于一个恒定的转速，其水的流量是通过阀门来调节的。由于电动机恒速运行于高压头，故关小阀门可减少流量，但减少能耗的数值甚小。从图1中可看到，A点为水泵原来的工作点，如果现在需要减少水的流量。在图1(a)的水流量的节流控制图中电动机的转速不变，工作点由A点移动到B点，此时的功率为：PB＝HB﹒QB＝1.2HA﹒0.8HA＝0.96PA即当水泵水的流量降低到原来的80％时，功率仅降为原来的96％，只下降了4％。如果通过改变电动机的转速来调节流量，如图1(b)所示的水流量的节流控制图，则工作点由A点变为C点，相应的功率为：PC＝HC﹒QC＝0.7HA﹒0.8QA＝0.56PA与调节阀门方式节流相比，节电率为40％。可见，通过改变电动机的转速来调节水泵流量，具有十分显著的节电效果。当然采用变频调速后，变频调速器本身也要消耗所带负载的5％～8％的电能，对于包含水泵、电动机、变频调速器的电机系统来讲，这一点也应考虑的，即使这样，水泵采用变频调速的节能效果依然是十分明显的。基于此，在泵、风机、压缩机类产品驱动电机的能效提升和驱动系统的节能改造中，采用变频调速器调速来调节水的流量和水压得到了广泛的应用。但是，原来与三相异步电动机配套的变频调速器与三相永磁同步电动机不能配套，所以在永磁同步电动机替代三相异步电动机的同时，必须同时把应用于永磁同步电动机的同步变频器同时取代原来的异步电动机配套的变频调速器，使用户进行节能改造的成本增加近一倍。之所以异步电动机配套的变频调速器不能用于永磁同步电动机，主要是因为异步电动机和永磁同步电动机调速的机理不一样所致。用于异步电动机的变频调速器是通过改变定子电压和频率来调速，而用于永磁同步电动机的变频调速器是控制永磁电动机电枢的直轴分量id和交轴分量ig，通过矢量控制实现转速的调节。因此，如果要让用于三相异步电动机的变频调速器能正常驱动及调节三相永磁同步电动机，就应该在三相永磁同步电动机转子上除了有永磁体建立磁场外，还应该具有产生足够异步转矩的阻尼笼。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：为解决异步电动机变频调速器与永磁同步电动机不能通用调速的不足，提供一种具有复合磁场的转子结构、转子的制造方法及其具有该转子的永磁同步电动机，以达到异步电动机变频调速器与永磁同步电动机通用的目的。本专利技术解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种具有复合磁场的转子，包括主轴、热套在所述主轴上的转子铁芯以及沿所述转子铁芯圆周方向设置的多个瓦片状永磁体形成的磁极，瓦片状永磁体采用粘贴的方式固定在转子铁芯上，所述瓦片状永磁体包括多个沿转子铁芯轴向无缝拼接的瓦片状磁钢元，每个瓦片状磁钢元的充磁方向磁极一致，所述瓦片状磁钢元包括多片沿转子铁芯周向无缝拼接的磁钢，相邻所述磁极的极性相反，且每一极瓦片状永磁体间留有间隙形成空气隔磁槽，上述结构的转子铁芯形成了永磁磁场；所述转子铁芯外侧设有铸铝而成的阻尼笼，所述阻尼笼包括一体连接的阻尼杆和阻尼环，所述转子铁芯外壁上沿周向设有多条与所述转子铁芯轴向一致的阻尼槽，所述阻尼槽内铸铝形成所述阻尼杆。阻尼环截面面积仍达到同规格异步电动机阻尼环截面面积的70％-85％。当定子电流通电后，转子铁芯上即形成滞后于定子旋转磁场的转子电励旋转磁场，具有较强的异步转矩。在转子铁芯上具有了永磁磁场和滞后的电励旋转磁场，即所谓的复合磁场。瓦片状永磁体的数量与永磁同步电动机的极数成整数倍，每个瓦片状永磁体均粘贴在转子铁芯的外圆表面上，且每个瓦片状永磁体与转子铁芯的轴中心线平行，每一极采用若干片磁钢拼接而成，每一片磁钢间紧靠首先形成瓦片状磁钢元，然后由瓦片状磁钢元沿轴向无缝拼接形成磁极，相邻磁极间留有空气隔磁槽，空气隔磁槽在10-25mm左右，既作为磁钢极间隔磁，又作为定子磁场切割阻尼杆的通道，采用这种方式制作的磁极一方面可以将整体的瓦片状磁极分解为多片进行加工，然后进行拼接节省原材料，另一方面，每一片瓦形状磁钢尺寸和体积变小，在磁钢生产过程的压制成形工序时，能够提高磁钢密度，使磁性能保留能力增强，有效降低退磁现象。具体的，所述阻尼槽为刀形槽。刀形槽阻尼槽内铸铝形成阻尼杆，并在阻尼杆端部形成阻尼环。作为优选，瓦片状磁钢元为等半径瓦片状磁钢元，所述瓦片状磁钢元的外缘和内缘具有相同的半径以及不同的圆心。由于瓦片状永磁体是由多片相同的瓦片状磁钢元拼接而成，因此，瓦片状永磁体也是等半径瓦片状永磁体。作为优选，瓦片状磁钢元为同心瓦片状磁钢元，所述瓦片状磁钢元的外缘和内缘具有相同的圆心以及不同的半径。由于瓦片状永磁体是由多片相同的瓦片状磁钢元拼接而成，因此，瓦片状永磁体也是同心瓦片状永磁体。进一步，所述转子铁芯的外周面上对应设置每块所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有复合磁场的转子(17)，其特征在于：包括主轴(1)、热套在所述主轴(1)上的转子铁芯(2)以及沿所述转子铁芯(2)圆周方向设置的多个瓦片状永磁体(4)形成的磁极，所述瓦片状永磁体(4)包括多个沿转子铁芯(2)轴向无缝拼接的瓦片状磁钢元(41)，所述瓦片状磁钢元(41)包括多片沿转子铁芯(2)周向无缝拼接的磁钢(42)，相邻所述磁极的极性相反，且每一极瓦片状永磁体(4)间留有间隙形成空气隔磁槽(9)；所述转子铁芯(2)外侧设有铸铝而成的阻尼笼，所述阻尼笼包括一体连接的阻尼杆(10)和阻尼环(3)，所述转子铁芯(2)外壁上沿周向设有多条与所述转子铁芯(2)轴向一致的阻尼槽(82)，所述阻尼槽(82)内铸铝形成所述阻尼杆(10)。

【技术特征摘要】
1.一种具有复合磁场的转子(17)，其特征在于：包括主轴(1)、热套在所述主轴(1)上的转子铁芯(2)以及沿所述转子铁芯(2)圆周方向设置的多个瓦片状永磁体(4)形成的磁极，所述瓦片状永磁体(4)包括多个沿转子铁芯(2)轴向无缝拼接的瓦片状磁钢元(41)，所述瓦片状磁钢元(41)包括多片沿转子铁芯(2)周向无缝拼接的磁钢(42)，相邻所述磁极的极性相反，且每一极瓦片状永磁体(4)间留有间隙形成空气隔磁槽(9)；所述转子铁芯(2)外侧设有铸铝而成的阻尼笼，所述阻尼笼包括一体连接的阻尼杆(10)和阻尼环(3)，所述转子铁芯(2)外壁上沿周向设有多条与所述转子铁芯(2)轴向一致的阻尼槽(82)，所述阻尼槽(82)内铸铝形成所述阻尼杆(10)。2.如权利要求1所述的具有复合磁场的转子(17)，其特征在于：所述阻尼槽(82)为刀形槽。3.如权利要求1所述的具有复合磁场的转子(17)，其特征在于：所述瓦片状磁钢元(41)的外缘和内缘具有相同的半径以及不同的圆心。4.如权利要求1所述的具有复合磁场的转子(17)，其特征在于：所述瓦片状磁钢元(41)的外缘和内缘具有相同的圆心以及不同的半径。5.如权利要求1所述的具有复合磁场的转子(17)，其特征在于：所述转子铁芯(2)的外周面上设置每块所述磁钢(42)的位置均对应设有一条凹槽(15)，所述凹槽(15)沿所述转子铁芯(2)的轴向延伸至所述转子铁芯(2)全长。6.如权利要求1所述的具有复合磁场的转子(17)，其特征在于：所述转子铁芯(2)的轴线方向上的两端分别安装有隔磁板(6)，所述隔磁板(6)通过铁芯穿心螺杆紧固在所述转子铁芯(2)上。7.如权利要求1所述的具有复合磁场的转子(17)，其特征在于：还包括护套(5)，所述护套(5)套设在所述瓦片状永磁体(4)的外圆周上。8.一种具有复合磁场的转子(17)的制造方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志民，吕生国，
申请(专利权)人：江苏祝尔慷电机节能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32