专利名称：补偿式节能三相异步电动机转子的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种鼠笼式电动机，尤其是一种补偿式节能三相异步电动机转子。
背景技术：
目前广泛应用的三相异步电动机主要由两大部分组成定子和转子.两者之间有0. 2mm Imm的均勻气隙，当定子三相绕组接通三相电源后就能产生具有一定磁极对数的空间旋转磁场，此时转子内部产生感应电势并有电流，转子电流在旋转磁场中相互作用所产生电磁作用力的，使转子向旋转磁场方向转动，从而从轴上输出机械能。一般中小型电机转子结构多为鼠笼式，其结构简单，由溶化的铝直接浇铸在定子铁芯槽内，连同短路端环和风翼一次铸成，此种结构转子电阻率相对较大，热损耗较多，电动机起动电流较大而起动转矩并不大，对于三相电源来说，异步电动机有定子绕组的存在，相当于感性阻抗，其定子电流总是滞后电网电压，在建立磁场时必须从电网吸收一定的无功功率，因为起动时由于定子电流基本上是励磁电流，主要用于无功励磁，此时转子的有功分量也几乎为零， 故定子和转子功率因数COS Ψ很低，接近于0 (为Ψ功率因数角，即功率因数为功率因数角的反弦COS=U/有功功量/总功量)，主磁通也有明显的减少，起动电流约为额定电流的4 倍 7倍，然而起动转矩倍数则仅为1. 0 2. 2。大的起动电流，对于不经常起动的电动机本身并没有什么影响，因为一般起动过程都比较短暂，但是如果频繁的起动或超出允许的起动频数时，将会引起电机绕组的过热。而起动电流大的主要问题是它将引起大的线路压降，特别是大容量电机和大惯性负载起动时所引起的电压跌落幅度大，持续时间长，从而影响附近其他电气设备的正常运行，严重时可能使重载下运行的异步电动机发生堵转，或欠压保护电器动作而停车等，电压的跌落同时也使起动电动机本身的起动发生困难，甚至于起动不起来。对于起动转矩倍数小的普通鼠笼异步电动机在额定负载下就很难起动。在一定的负载转矩下，定子电压下降将引起转矩降低，转差率加大，将使定子电流和温升超过正常值，若最大转矩小于负载转矩时，将因带不动负载而被迫带电停车，此时若无保护设备， 电动机会因过大的电流使绕组烧坏。因异步电动机磁路有气隙，用于产生磁场的空载励磁电流较大，且空载功率因数很低，因此三相异步电动机不宜长时空载或轻载运行。
发明内容本实用新型提供一种补偿式节能三相异步电动机转子，通过改变转子结构，提高了电动机运行工况的稳定性能，实现了缺相保护，缺相运行不烧电机，照常运行工作，输入电能少，输出功率大，在电压不稳定的情况下，照常启动运行，不需要任何保护辅助装置。为了解决上述技术问题，本实用新型提供了两种技术方案。方案一如下补偿式节能三相异步电动机转子，包括转子铁芯，转子铁芯由转子硅钢片叠加挤压而成，其特征在于所述转子铁芯的两端设有凹槽，转子铁芯的表面设有与两端凹槽相连接的螺旋槽，转子铁芯两端的凹槽以及转子铁芯表面的螺旋槽内嵌有稀土永磁
3材料。对上述技术方案的改进所述凹槽和螺旋槽的深度与转子内置导电铝条的宽度一致。方案二如下补偿式节能三相异步电动机转子，包括转子铁芯，转子铁芯由转子硅钢片叠加挤压而成，其特征在于所述相叠加的转子硅钢片之间通过挤压设有类似于硅钢片形状的稀土永磁材料。有益效果本实用新型方案一中所述的补偿式节能三相异步电动机转子，转子铁芯的表面设有与两端凹槽相连接的螺旋槽，转子铁芯两端的凹槽以及转子铁芯表面的螺旋槽内嵌有稀土永磁材料，这样结构的转子，稀土永磁材料均勻的分布在转子内部且环绕转子的结构，转子内形成螺旋电流，由右手螺旋定则可得本实用新型所述的转子可感应出与电流方向相同的磁场，而带点导体电流在同向磁场中流速会有所提高，故近一步提高了转子的导电性能。本实用新型方案二中所述的补偿式节能三相异步电动机转子，所述相叠加的转子硅钢片之间通过挤压设有类似于硅钢片形状的稀土永磁材料。与方案一中所述的转子结构不同但所达到的效果相同，同样是稀土永磁材料均勻的分布在转子内部且环绕转子的结构，转子内形成螺旋电流，由右手螺旋定则可得本实用新型所述的转子可感应出与电流方向相同的磁场，而带点导体电流在同向磁场中流速会有所提高，故近一步提高了转子的导电性能。综上所述，本实用新型所述的补偿式节能三相异步电动机转子的性能得到一定的提高，具体如下(1)、导电性能大大提高稀土永磁材料的导电性能比原有转子材料要好，且转子结构变化使导电面积增加，转子内形成螺旋电流，由右手螺旋定则可得本实用新型所述转子可感应出与电流方向相同的磁场，而带点导体电流在同向磁场中流速会有所提高，故近一步提高了转子的导电性能。(2)、稀土永磁材料使转子具有一定的磁性，在运行中可达到漏磁补偿的效果。(3)、良好的导电性能和电阻小的缘故使新型电机在正常工作时温升比传统Y系列电机降低，从而延长其使用寿命。电磁转矩物理表达式为Τ=ΚΤΦΙ20^Ψ2 (KT为转矩常数；Φ为磁通；I2C0SW2 转子电流的有功分量)因本实用新型所述转子磁阻小，并含有漏磁补偿故磁通Φ增大；转子电阻率低， 产生的感应电势相同的情况下，转子电流12增加，有功分量I2C0SW2增大。两方面提高了电磁转矩，也就是说在相同负载的情况下，可不必消耗原本那样多的输入功率而仍然正常运行，从而实现了前述以小带大的优点，即可节省部分电能。当电压降低或缺相时仍可保持较大的电磁转矩而不至于电动机堵转烧毁，且输出功率大，带载照常运行，因此实现了对电源和定子三相电的保护，而不需要保护辅助装置。因新型转子具有一定的磁性，起动时可视为一定的励磁，从而两相电源也可起动。电动机效率[ΡΖΑ^+ΡΟιΙ+Ρ ^+ΡΟ^+ΡΩ+ΡΔ ；(其中Ρ2为输出功率，PCul为定子铜损，PFe为铁损耗，PCu2为定子铜损，P Ω为机械损耗，P Δ为附加损耗) 因新型转子磁阻和电阻小且具有漏磁补偿，而使Pi^e铁损耗和PCu2铜损减小，电阻小使转子热损耗小即减小了 ΡΔ附加损耗。从而使电机的效率得到提高。前述以说明功率因数COSH/=有功功量/总功量，而总功量为有功功量和无功功量的向量和，新型转子的优点也就说明本实用新型能在工作时大大减小了其无功功量的消耗，从而提高了其有功功量，故其功率因数有所提高，提高程度据新型材料分布转子内的百分比而定(分布量为新型转子加工的环槽圈数而定)。本实用新型具有的有益效果为a、功率因数比现行国家标准提高0. 2-0. 4 ；b、单机节电15%_30%，综合节电30%以上；C、三相电机，断相照常运行。d、实现了以小带大，原7. 5KW电机带动的机械，现只用5. 5KW电机即可；原15KW的电机带动的机械，现只用IlKW的电机即可。e、在不同电压的情况下，电机照常启动运行，不烧电机。f、电机在同一情况下运行，比传统电机温度降低 20-30°C，可实现超长时间运行不烧机，使用寿命长。g、实现了平稳，启动电流小，不影响其他电器的正常运行。综述，在保证电动机正常运转的状况下节省大量电能，并且对电动机本身的性能得到很大的提高。
图1为本实用新型方案一的结构示意图。图2为本实用新型方案二的结构示意图。图3是转子电阻R2对电动机械特性的影响曲线图。图4是定子电压Ul对电动机械特性的影响曲线图。图3、4中所示n0、旋转磁场转速；η、转子转速；R2、转子电阻；S、转差率；Tst、 起动转矩；Tmax;最大转矩；U1、定子电压。
具体实施方式
实施例一如图1所示的补偿式节能三相异步电动机转子，包括转子铁芯1，转子铁芯1由转子硅钢片叠加挤压而成，所述转子铁芯1的两端设有凹槽2、3，转子铁芯1的表面设有与两端凹槽2、3相连接的螺旋槽4，转子铁芯1两端的凹槽2、3以及转子铁芯1表面的螺旋槽4内嵌有永磁材料5。实施例二 如图2所示的补偿式节能三相异步电动机转子，包括转子铁芯，转子铁芯由转子硅钢片6叠加挤压而成，所述相叠加的转子硅钢片6之间通过挤压设有类似于硅钢片形状的永磁材料7。在上述技术方案中，所述永磁材料是铝或铜。在图3、4中，电磁转矩T与转差率的关系式为T=KSR2U1 / R2 +(SX20 )，其中 X20为转子不动时的漏抗。转差率S=n0-n/n0。转子电阻分别为R2<R2' < R2 “，最大转矩不因转子电阻大小的变化而变化， 而起动转矩随着转子电阻的减小而减小，转子电阻越小则运行机械特性曲线越平坦，转矩受转差率的影响较小，转速波动较小。本实用新型对转子添加稀土永磁材料，比原本转子电阻小且具有漏磁补偿，从而补充了因转子电阻小而引起起动转矩小的弊端，反而相当大的程度上增加了起动转矩，因此起动过程短，电流小，对电网的冲击小，而不影响其他电器的正常运行。 在图4中，定子电压Ul对电磁转矩成平方倍的影响，当定子电压Ul减小时，电磁转矩很大程度的减小，而引起转差率增大，根据图1可见转差率的变化对电阻小的转子影响较小，转子电阻较小，其机械特性曲线平坦，具有一定的硬特性，且因稀土永磁材料的磁通补偿，当定子电源缺相失压时，新型电动机仍可保持较大的转矩，无功消耗小，而不至于使电动机有功过载，因此实用新型可实现对电动机的缺相失压保护。
权利要求1.补偿式节能三相异步电动机转子，包括转子铁芯，转子铁芯由转子硅钢片叠加挤压而成，其特征在于所述转子铁芯的两端设有凹槽，转子铁芯的表面设有与两端凹槽相连接的螺旋槽，转子铁芯两端的凹槽以及转子铁芯表面的螺旋槽内嵌有稀土永磁材料。
2.根据权利要求1所述的补偿式节能三相异步电动机转子，其特征在于所述凹槽和螺旋槽的深度与转子内置导电铝条的宽度一致。
3.补偿式节能三相异步电动机转子，包括转子铁芯，转子铁芯由转子硅钢片叠加挤压而成，其特征在于所述相叠加挤压的转子硅钢片之间通过挤压设有类似于硅钢片形状的稀土永磁材料。
专利摘要本实用新型提供了一种补偿式节能三相异步电动机转子，通过改变转子结构，提高了电动机运行工况的稳定性能，实现了缺相保护，缺相运行不烧电机，照常运行工作，输入电能少，输出功率大，在电压不稳定的情况下，照常启动运行，不需要任何保护辅助装置。其技术方案为包括转子铁芯，转子铁芯由转子硅钢片叠加挤压而成，所述转子铁芯内嵌入有稀土永磁材料。稀土永磁材料嵌入在转子铁芯表面设置的螺旋槽中，或者，稀土永磁材料交替嵌入在硅钢片之间。
文档编号H02K1/27GK202218129SQ201120338719
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月9日 优先权日2011年9月9日
发明者周正文 申请人:周正文