3kW超高效永磁同步电动机的制作方法

本发明涉及电动机，尤其涉及一种3kW超高效永磁同步电动机。

背景技术：

永磁同步电机具有高效节能、高功率密度等显著特点而得到了广泛应用。虽然永磁同步电机的定子结构和制造工艺与异步交流电机相似，但两者的转子结构不相同，永磁同步电机的转子内嵌有磁钢(稀土磁性材料)，并且通过磁钢构成磁极。

现有永磁同步电机的气隙与异步电机气隙相似，永磁磁密波形正弦性畸变率高达百分之二十以上，工作时产生大量影响电机性能的谐波，这些谐波不但增加了电机的功率损耗，而且加大了电机的振动和噪声。此外，市面上大多数的永磁同步电动机的定子内外径与异步电动机的相同，材料成本较大，并且大尺寸的电动机限制了其一定的安装环境。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种3kW超高效永磁同步电动机，有效改善永磁磁密波形的正弦性，降低磁密中的谐波含量。此外，可降低定子内外径尺寸，充分利用材料，最大限度提升永磁同步电动机的效率，实现低尺寸高效率。

为解决上述问题，本发明提出一种3kW超高效永磁同步电动机，包括：同轴设置的转子和定子，且转子和定子之间存在不均匀气隙；

所述转子内设有周向均匀间隔排布设置的若干矩形磁钢槽，每个所述矩形磁钢槽内设有磁钢；转子的每两个矩形磁钢槽之间的部位还开设有空气槽，每个所述空气槽呈由两直线壁和一条弧形壁围成的形状，空气槽的两直线壁分别与两侧矩形磁钢槽的最近槽壁之间形成两个等宽直臂，空气槽的弧形壁与转子的外壁之间形成一等宽弧形臂，两个等宽直臂和一等宽弧形臂共同构成一隔磁磁桥，隔磁磁桥的各壁等宽减少了空气槽及隔磁磁桥对应处的气隙磁通；

所述转子的外壁为近似圆形结构，所述近似圆形结构的空气槽的中心位置对应处离定子的内壁最远，形成最大气隙，减小相应位置的气隙磁通，所述近似圆形结构的矩形磁钢槽的中心位置对应处离定子的内壁最近，形成最小气隙，增大相应位置的气隙磁通，其余位置为最大气隙和最小气隙的平滑过渡段，从而形成所述不均匀气隙，以改善气隙磁密波形的正弦性；

电动机的额定功率为3kW，额定转速为3000rpm，所述定子外径为120mm，定子内径71mm，铁芯长度为80mm。

根据本发明的一个实施例，最大气隙和最小气隙之间的气隙比在1.1-1.9之间。

根据本发明的一个实施例，所述最大气隙的间隙大小范围为0.55-0.65mm之间，所述最小气隙的间隙大小范围为0.35-0.45mm之间。

根据本发明的一个实施例，所述空气槽的各壁之间以圆角连接，所述隔磁磁桥的各臂宽度在1.45-1.55mm之间。

根据本发明的一个实施例，所述矩形磁钢槽有六个，绕转子的转轴排布，且排布横截面呈正六边形，正六边形的各角部不连接以用于形成所述空气槽和隔磁磁桥，所述空气槽的两直线壁之间夹角为60度。

根据本发明的一个实施例，所述转子的两端通过非导磁端板封装磁钢。

根据本发明的一个实施例，每个所述磁钢为分段结构，分段结构的磁钢由多段短磁钢粘结而成。

根据本发明的一个实施例，所述铁芯采用硅钢片叠压而成。

根据本发明的一个实施例，定子上设置均匀分布的36个槽，单层链式绕组型式，1路并联，绕组跨距为1-6个槽。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：

转子上设置了由磁性材料构成的矩形磁钢槽，矩形磁钢槽内有磁钢，电机的气隙长度不均匀，可在永磁同步电机的气隙中形成接近正弦的磁密波，降低了磁密中的谐波含量，因而可明显减小电机的附加损耗，降低电机的温升和噪声，在额定功率范围内，以最小尺寸最大限度提升永磁同步电动机的效率，实现低尺寸高效率；

由于定子内外径的合理优化，既减小了转子体积，降低了其转动惯量，改善了电机的动态性能；同时大幅度降低了电机体积，提高了电机的功率密度以及电机的效率；

磁钢为矩形，采用了矩形磁钢槽后，可以方便地使用现有技术中的矩形磁钢，能进一步降低实施成本；矩形磁钢采用分段结构，有利于大型永磁同步电机安装磁钢。

附图说明

图1是本发明实施例的3kW超高效永磁同步电动机的结构示意图。

图中标记说明：

1-转子，2-矩形磁钢槽，3-磁钢，4-隔磁磁桥，5-空气槽，6-弧形壁，7-直线壁，8-定子，9-气隙。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，本实施例的3kW超高效永磁同步电动机，包括：同轴设置的转子1和定子8，且转子1和定子8之间的气隙9为不均匀气隙。转子1上设转轴(图中未示出)，转轴为导磁性轴。转子1相对定子8转动，实现磁生电。本实施例改进转子1结构及不均匀气隙。

转子1内设有若干矩形磁钢槽2，且周向均匀间隔布置，以转轴为中心周向排布，且矩形磁钢槽2之间等间隔。每个矩形磁钢槽2内设有磁钢3。在一个具体的实施例中，磁钢3所用材料可以为钕铁硼永磁体38UH或38SH，但不作为限制，其他永磁体材料也可以制成磁钢3；磁钢3宽度可为27.5mm，厚度可为3.2mm，但仅作为最优的实施例，具体可以有10％的上调或下调。磁钢3为矩形，采用了矩形磁钢槽2后，可以方便地使用现有技术中的矩形磁钢，能进一步降低实施成本。

转子1的每两个矩形磁钢槽2之间的部位还开设有空气槽5，也就是矩形磁钢槽2之间等间隔的用意，是用来在每个间隔部位开设空气槽5、以及通过开设空气槽5而形成的隔磁磁桥4的。空气槽5与矩形磁钢槽2之间不连通，每个空气槽5呈由两直线壁7和一条弧形壁6围成的形状，可以是截面为一边呈弧形的三角形结构，弧形壁6一方面可以与转子1的外壁相匹配，另一方面用来形成等宽弧形臂，以实现隔磁磁桥4的全部臂等宽。等宽是指内圈与外圈的间距处处相等，当然，可以存有一定的误差范围。空气槽5的两直线壁分别与两侧矩形磁钢槽2的最近槽壁之间形成两个等宽直臂，空气槽5的弧形壁与转子1的外壁之间形成一等宽弧形臂。两个等宽直臂和一等宽弧形臂共同构成一隔磁磁桥4，隔磁磁桥4的各壁等宽，可以防止漏磁，尽量使磁力线在转子1芯内形成短路，使得隔磁磁桥4磁力线饱和，减少了空气槽5及隔磁磁桥4对应处的气隙9里的气隙磁通。现有的电动机的永磁磁密波形的正弦性不佳，近似呈方波，可称为类方波，而本实施例通过减小空气槽5及隔磁磁桥4对应处的气隙磁通，以减小永磁磁密波形的类方波角部的幅度，使其更近似为正弦波形。

转子1的外壁为近似圆形结构，具体而言，近似圆形结构的空气槽5的中心位置对应处离定子8的内壁最远，换言之，该空气槽5的中心位置对应的转子1外壁处相对于其两边的转子1外壁部分较凹，气隙9间隔最大，形成最大气隙，此处的磁阻最大，磁通最小，因而相对现有电动机而言，减小了该相应位置的气隙磁通，进一步减小永磁磁密波形的类方波角部的幅度；近似圆形结构的矩形磁钢槽2的中心位置对应处离定子8的内壁最近，换言之，该矩形磁钢槽2的中心位置对应的转子1外壁处相对于其两边的转子1外壁部分较凸，气隙9间隔最小，形成最小气隙，此处的磁阻最小，磁通最大，因而相对现有电动机而言，增大了相应位置的气隙磁通，增加永磁磁密波形的类方波角部之间部位的幅度，使其更逼近正弦波；最大气隙、最小气隙之间的其余位置为最大气隙和最小气隙的平滑过渡段，从而形成所述的不均匀气隙，以改善气隙磁密波形的正弦性。

在一个实施例中，电动机的额定功率为3kW，额定转速为3000rpm。对于普通异步电动机，这个功率和转速的电机其中心高为100mm。以Y2系列电机为例，额定功率3kW、额定转速3000rpm的规格为Y2-100L-2。本实施例的电机极数为6极，效率高达93.7％，定子8外径为120mm，与Y2-80机座号的定子8外径相同，定子8内径为71mm，铁心长度为80mm。铁心材料可以为DW315-35，采用0.35mm厚的硅钢片叠压而成。定子8绕组线规为2-0.71并绕，匝数为32匝/圈，采用单层链式绕组型式，1路并联，定子8上设置36个均布的槽，转子1上设置6个均布的矩形磁钢槽2。

通过定子8内外径的合理优化，既减小了转子1体积，降低了其转动惯量，改善了电机的动态性能；同时大幅度降低了电机体积，提高了电机的功率密度以及电机的效率，在额定功率范围内，以最小尺寸最大限度提升永磁同步电动机的效率，实现低尺寸高效率。

矩形磁钢槽2的中心位置所对应的气隙长度δ1，是最小气隙长度，空气槽5的中心位置所对应的气隙长度δ2，为最大气隙长度，其余位置的气隙9长度在二者之间平滑过渡，最大气隙长度与最小气隙长度比称作该永磁同步电动机的气隙比，气隙比优选在1.1-1.9之间，气隙比在1.5附近效果最好。最小气隙长度δ1为0.35-0.45mm，优选0.4mm，最大气隙长度δ2为0.55-0.65mm，优选0.6mm。不均匀气隙的特定位置及特定气隙比，可在永磁同步电机的气隙9中形成接近或形同正弦的磁密波，能够消除部分对电动机有害的谐波，有效减小电动机的损耗、温升和噪声。

在一个实施例中，空气槽5的各壁之间以圆角连接，圆角的半径相同，优选为1mm，隔磁磁桥4的各臂宽度相等，并在14.5-1.55mm之间，隔磁磁桥4的各壁宽度优选为1.5mm。或者，隔磁磁桥4的等宽弧形臂的宽度也可稍小。

较佳的，矩形磁钢槽2可以有六个，绕转子1的转轴排布，且排布横截面呈正六边形，正六边形的各角部不连接以用于形成空气槽5和隔磁磁桥4，空气槽5的两直线壁之间夹角为60度。

在一个实施例中，转子1的两端通过非导磁端板(图中未示出)封装磁钢3。每个磁钢3为分段结构，分段结构的磁钢3由多段短磁钢粘结而成，有利于大型永磁同步电机安装磁钢3。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。