一种具有复合材料起动导条的自起动永磁电机制造技术

本发明专利技术公开了属于永磁电机技术领域的一种具有复合材料起动导条的自起动永磁电机。该永磁电机的转子为冲片式结构，永磁体在转子铁心内侧，N、S磁极交替布置，永磁转子采用U型、V型或混合型磁路的磁极结构，靠近转子铁心表面均匀分布复合材料鼠笼起动导条；复合材料鼠笼起动导条由黄铜和铜铁合金两种材料构成。黄铜位于转子槽底部和转子槽上部的中间部位，转子槽上部两侧部位为铜铁合金材料；或者转子槽的中间为黄铜而转子槽两侧为铜铁合金材料。各复合材料起动导条的两端在转子铁心外通过焊接的黄铜端环短路。通过调整黄铜与铜铁合金材料的结构尺寸，得到的永磁电机起动电流倍数小，抗退磁能力强，起动平稳，适合于长时间连续运行的工作场合。

Self starting permanent magnet motor with composite material starting guide bar

The invention discloses a self starting permanent magnet motor with a composite material starting guide bar, belonging to the technical field of permanent magnet motor. The rotor of the permanent magnet motor for lamination structure, permanent magnet in the rotor core inside N, S magnetic poles arranged alternately, permanent magnet rotor magnetic pole structure with U type, V type or hybrid magnetic circuit, near the rotor core is uniformly distributed on the surface of composite cage starting bar composite cage guide; starting from brass and copper iron alloy two material. The brass is located at the middle part of the bottom of the rotor groove and the upper part of the rotor groove. The upper and the lower sides of the rotor groove are made of copper and iron alloy material; or the middle of the rotor groove is brass, and the two sides of the rotor groove are made of copper iron alloy material. The ends of the starting guide bars of the composite materials are shorted outside the rotor iron core through the Welded Brass end ring. By adjusting the structural dimensions of brass and copper and iron alloy materials, the starting current of the permanent magnet motor is small, the demagnetization resistance is strong, and the starting is stable, and the utility model is suitable for a long continuous running working situation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于永磁电机技术，特别涉及一种具有复合材料起动导条的自起动永磁电 机。
技术介绍
在工业领域广泛使用交流异步电机，因为异步电机具有制造容易、坚固耐用以及 价格低廉等优点。但是异步电机需要由定子绕组提供励磁电流，其功率因数不是很高，并且 由于转子铜损耗的存在使电机的效率不高，对于中小型异步电机或电机轻载时尤为严重。 相对于异步电机，永磁同步电机转子上带有永磁磁钢，不需要外部提供励磁，可以显著提高 功率因数；在永磁电机稳态运行时转子没有基波铜损，效率比同规格的异步电机高；而且 稀土永磁电机在25% 120%额定功率范围内都具有较高的效率和功率因数。因此自起动 永磁电机在一些长时间运行或在多数工况为轻载运行的场合使用具有明显的节能优势。自起动永磁电机的永磁体在转子中多采用内嵌式结构，永磁体的外面是鼠笼起动 导条，起动时依靠起动导条中的感应电流产生力矩，实现永磁电机的异步起动，起动完成后 进入同步运行状态，理想情况下转子上没有电流。永磁电机在起动过程中的定子电流主要有两部分构成，一是由于外施电压所产生 鼠笼异步电机效应的定子电流；二是永磁体磁场作用于定子绕组且定子绕组通过电网等效 短路所产生的变频永磁发电机短路电流。这两方面的因素使得自起动永磁电机的起动电流 要比普通异步电机大的多。另外在永磁电机起动过程中，电机永磁体中的磁场主要有三部分构成鼠笼异步 电机效应磁场、变频发电机效应磁场以及永磁体本身的磁场。其中第一种磁场在转子某些 位置可能是去磁磁场，变频发电机效应磁场始终是退磁性质的磁场，这样由于起动过程种 较大的起动电流可能引起电机内永磁体的退磁或局部退磁，使电机性能下降，甚至不能正 常运行。有研究者采用转子闭口槽或闭口槽和开口槽相结合的办法来减小起动电流，但是 转子闭口槽相当于增大了转子的漏电抗，虽然减小了起动电流，但是降低了电机的起动转 矩和电机牵入同步的能力。如果要减小电机的起动电流而获得较大的异步起动转矩，最有效的办法是增大转 子电阻。然而较大的转子电阻又使带一定负载的电机异步稳态运行时的转差率较大，使牵 入能力变小，对电机牵入同步不利，甚至使电机运行在异步工作状态而不能高效地同步运 行。在通常的感应电机设计中，通过深槽或双层鼠笼转子设计，利用电机起动过程中 的挤流效应增大电机低速时的转子电阻，而在电机接近同步转速时转子等效电阻减小，提 高电机的运行效率。然而在自起动永磁电机中，由于永磁体的存在，使转子不可能采用深槽 或双层导条结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有永磁电机存在的起动电流大、容易退磁的技术不 足，本专利技术提出了一种具有复合材料起动导条的自起动永磁电机，其特征在于所述自起动永磁电机的定子铁心冲压有定子槽；转子铁心由在外圆冲压有转子槽 的圆形硅钢片叠压而成，在转子铁心内侧，冲压有永磁磁钢安装槽，永磁磁钢按N、S磁极交 替布置在永磁磁钢安装槽中；永磁转子采用U型、V型或混合型磁路的磁极结构，在每一个 磁极结构的两块磁钢顶部和底部分别设计有磁钢顶部空气隔磁槽、磁钢底部空气隔磁槽、 磁钢顶部隔磁磁桥和磁钢底部隔磁磁桥，以保证整个转子的刚度，同时又不使永磁在转子 内的漏磁过大；靠近转子铁心表面均勻分布由黄铜和铜铁合金两种材料复合构成的复合材 料的鼠笼起动导条，各鼠笼起动导条的两端在转子铁心外短路，为永磁电机的异步起动提 供起动力矩；为了放置更多的永磁体，提高永磁电机的功率，复合材料的鼠笼起动导条在转 子径向的高度比传统鼠笼异步电机鼠笼导条的高度小；定子槽和转子槽之间的配合采用普 通异步电机的槽配合，或采用增大起动力矩而在稳态运行时减小力矩波动的定子槽和转子 槽之间的配合；在转子内部由转子转轴支撑转子并对外传递力矩。所述由黄铜和铜铁合金两种材料复合构成复合材料的鼠笼起动导条，其中黄铜导 条位于转子槽底部和转子槽上部的中间部位，转子槽上部两侧部位为铜铁合金材料，或者 转子槽的中间为黄铜材料而转子槽两侧为铜铁合金材料，各复合材料鼠笼起动导条的两端 在转子铁心外通过焊接的黄铜端环短路；通过调整黄铜材料与铜铁合金材料在转子槽中的 结构尺寸，得到永磁电机具有较小的起动电流倍数和适中的起动转矩倍数，并且具有较强 的抗退磁能力。所述具有复合材料起动导条的自起动永磁电机，其定子采用和交流异步电机相同 结构的铁心和绕组结构，定子三相绕组采用星型连接。本专利技术的有益效果是与现有技术相比，具有以下特点1.复合材料起动导条永磁电机的转子导条由黄铜和铜铁合金两种材料复合而成。2.复合材料起动导条永磁电机的起动电流明显小于传统永磁电机起动电流。3.复合材料起动导条永磁电机的抗退磁能力优于传统永磁电机。附图说明下面结合附图对本专利技术作详细说明图1为复合材料起动导条永磁电机截面示意图。图2为复合材料起动导条永磁电机转子一个磁极的放大示意图。图3为传统自起动永磁电机截面示意图。图4为传统永磁电机和复合材料起动导条永磁电机起动电流随时间变化曲线。图5为传统永磁电机和复合材料起动导条永磁电机起动速度随时间变化曲线图。图6为复合材料起动导条永磁电机与传统永磁电机起动过程中永磁体内磁密随 时间变化对比图。附图标记1-鼠笼起动导条，2-永磁磁钢，3-转轴，4-转子铁心，5-定子双层绕组，6_定子铁 心， -磁钢顶部隔磁磁桥，8-磁钢底部的空气隔磁槽，9-磁钢底部隔磁磁桥，10-磁钢顶部的空气隔磁槽，11-黄铜导条，12-铜铁合金材料导条，Wl-黄铜导条宽度，Hl-黄铜导条高 度，H2-导条底部黄铜高度。具体实施例方式本专利技术提出了一种具有复合材料起动导条的自起动永磁电机。由图1所示复合材 料起动导条永磁电机截面示意图可知，所述复合材料起动导条的自起动永磁电机为均勻气 隙结构，在定子铁心6上冲压有定子槽；转子铁心4由在外圆冲压有转子槽的圆形硅钢片叠 压而成，在转子铁心内侧，冲压有永磁磁钢安装槽，永磁磁钢2按N、S磁极交替布置在永磁 磁钢安装槽中；靠近转子铁心表面均勻分布由黄铜导条11和铜铁合金材料12复合构成的 复合材料的鼠笼起动导条1，永磁转子采用U型、V型或混合型磁路的磁极结构，硅钢片上冲 压有鼠笼起动导条槽和永磁槽，分别放置鼠笼起动导条1和永磁磁钢2 ；在每一个磁极结构 的两块永磁磁钢2的顶部和底部分别设计有磁钢顶部空气隔磁槽10、磁钢底部空气隔磁槽 8、磁钢顶部隔磁磁桥7和磁钢底部隔磁磁桥9，以保证整个转子的刚度，同时又不使永磁在 转子内的漏磁过大；在转子内部由转子转轴3支撑转子并对外传递力矩。各鼠笼起动导条 1的两端在转子铁心4外短路，为永磁电机的异步起动提供起动力矩；为了放置更多的永磁 体，提高永磁电机的功率，复合材料的鼠笼起动导条在转子径向的高度比传统鼠笼异步电 机鼠笼导条的高度小；定子槽和转子槽之间的配合采用普通异步电机的槽配合，或采用增 大起动力矩而在稳态运行时减小力矩波动的定子槽和转子槽之间的配合；定子铁心6冲压 有48槽，转子起动导条数为40。如图1所示，所述具有复合材料起动导条的自起动永磁电机，定子采用和交流异 步电机相同结构的铁心和绕组结构，定子采用双层短距分布绕组结构以削弱绕组中的谐波 感应电动势，定子三相绕组5采用星型连接。所述的复合材料转子起动导条永磁电机的工作原理如下当永磁电机起动时，转子本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有复合材料起动导条的自起动永磁电机，其特征在于，所述自起动永磁电机的定子铁心冲压有定子槽；转子铁心由在外圆冲压有转子槽的圆形硅钢片叠压而成，在转子铁心内侧，冲压有永磁磁钢安装槽，永磁磁钢按Ｎ、Ｓ磁极交替布置在永磁磁钢安装槽中；永磁转子采用Ｕ型、Ｖ型或混合型磁路的磁极结构，在每一个磁极的两块磁钢顶部和底部分别设计有磁钢顶部空气隔磁槽、磁钢底部空气隔磁槽、磁钢顶部隔磁磁桥和磁钢底部隔磁磁桥，以保证整个转子的刚度，同时又不使永磁在转子内的漏磁过大；靠近转子铁心表面均匀分布由黄铜和铜铁合金材料复合构成的复合材料鼠笼起动导条，各复合材料鼠笼起动导条的两端在转子铁心外短路，为永磁电机的异步起动提供起动力矩；为了放置更多的永磁体，提高永磁电机的功率，复合材料鼠笼起动导条在转子径向的高度比传统鼠笼异步电机鼠笼导条的高度小；定子槽和转子槽之间的配合采用普通异步电机的槽配合，或采用增大起动力矩而在稳态运行时减小力矩波动的定子槽和转子槽之间的配合；在转子内部由转子转轴支撑转子并对外传递力矩。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明基，卢伟甫，宋中阳，罗应立，张健，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11