专利名称：一种带有通风结构的永磁同步电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种永磁材料励磁的同步电机，属于电动机技术领域。
背景技术：
目前电机业界的共识是三相交流永磁同步电动机以其效率高且有平坦的效率曲线，功率因数高等能力指标，优于Y系列异步电动机，是今后电机行业发展的主要方向。而且高效节能电机这一发展方向，也符合国家的节能减排政策，也被国家大力推广。但三相交流永磁同步电动机也存在诸多问题。例如:叠片磁极转子存在起动力矩不足的问题；而采用变频起动的三相交流永磁同步电动机又会使用户增加了采购变频器的成本，特别是旧电机改造还需改造控制电源柜，从而增加了额外负担。实心转子虽然解决了起动力矩的问题，但又存在转子本身涡流损耗产生的热量无法散出去、导致转子过热易使磁钢退磁的问题。申请号为200910033329.7的发明申请公开了一种具有转子启动笼的转子部件，其针对的是分体式磁极，通过转子部件内的设置的通风冷却通道，解决转子温升问题。此外还有一些通过设置通风槽解决此类问题的方法。
实用新型内容本实用新型的目的是为了克服已有技术的缺陷，为解决永磁同步电动机存在温升快、运行温度高、磁钢易退磁的问题，提出一种带有通风结构的永磁同步电机结构，进一步还具有自启动功能。一种带有通风结构的永磁同步电机，包括:定子、转子，机座；其中定子包括定子线圈和定子铁芯；转子包括磁极铁芯、永磁体、转子转轴；定子与机座固定安装；所述的隔磁套与转子转轴同轴，隔磁套的内径与转子转轴的外径相配合，使得隔磁套套于转子转轴之外且与转子转轴固定连接；所述的转子磁极铁芯之间具有纵向磁钢槽，所述的永磁体径向埋置在磁钢槽内；定子铁芯内径和转子磁极铁芯外径之间，垂直于转子转轴的每个截面内的气隙为非均匀的。定子铁芯内径和转子磁极铁芯外径之间，垂直于转子转轴的每个截面内的气隙为均匀的。定子铁芯内径和转子磁极铁芯外径之间沿转子转轴的轴向方向，最大气隙处磁密为0.5T-0.7T、最小气隙处磁密为0.9T-1T。所述磁极铁芯是多块相同形状的磁极铁芯构成的分体式磁极，所述磁极铁芯固定在隔磁套上。作为优选，每块磁极铁芯的中部采用通孔螺栓与所述的隔磁套固定，在每块磁极铁芯的两端面采用呈“8”字形的八字销钉与所述隔磁套固定。所述永磁体通过磁钢压板径向压紧在磁钢槽内；磁钢槽的两端设置有非导磁材料绝缘挡板，将永磁体在轴向上压紧在磁钢槽内。作为优选，所述磁钢压板为燕尾形槽楔。[0011]作为优选，在所述磁钢槽两端设置的非导磁材料绝缘挡板的外侧设置有端环，每个磁极铁芯上开有相等数量的轴向贯通但是径向不贯通的纵向小槽，其中嵌放小槽铜片，小槽铜片延伸出转子端面并与端环固定，构成启动鼠笼。作为优选，每个磁极铁芯上开有2条轴向贯通但是径向不贯通的纵向小槽。所述永磁体由稀土钕铁硼永磁材料制成。作为优选，所述永磁体的充磁面为正方形。沿着转子转轴的轴向，永磁体之间设有非导磁材料挡板，用于固定永磁体的轴向位置，并且使轴向上的永磁体之间具有一定间隔，即使得轴向上被隔开的永磁体之间在径向上形成通风道；在永磁体之间的通风道的下方所对应的磁钢槽和隔磁套的相应位置，沿径向开设有与永磁体之间通风道贯通的径向通风孔；所述的转子转轴为空心转轴；所述空心转轴内部开设有两头贯通的轴向通风孔，沿该转轴的轴向还开设有多排径向通风孔，所述空心转轴的径向通风孔在转轴的轴向上每排等间距分布，在转轴的径向上每排等角度分布；所述空心转轴的轴向通风孔与其径向通风孔相通；并且，所述的隔磁套的径向通风孔与空心转轴的径向通风孔位置相对应且相连通；定子铁芯上也开有贯通的径向通风孔，其位置与永磁体之间的通风道相对应。当具有磁钢压板和采用前述空心转轴方案时，所述磁钢压板也开有通风孔，通风孔位置与磁钢槽内的轴向上被隔开的永磁体之间在径向上形成通风道相对应；定子铁芯上也开有贯通的径向通风孔，其位置与磁钢压板的通风孔位置相对应。作为优选，所述的转子转轴，当电机为200KW以下时采用不锈钢空心轴，当电机为200KW-7IOKff时采用45钢或40Cr钢空心轴。作为优选，隔磁套材料为锰铝合金。在转子两端面两侧分别安装风扇，并且转子两端的风扇的风向相对，在定子线圈两端部且在转子两侧风扇上方装有风罩，风罩固定连接在机座上。机座上开有进风口和出风口，并覆盖有相应的进风口百叶窗和出风口百叶窗，其中出风口以及出风口百叶窗开设在定子铁芯外侧的机座上。与现有的技术相比，本实用新型的有益效果在于:以大气隙、空心轴、磁钢底部纵向槽及径向孔，使冷却空气能充分地对转子及定子进行散热冷却，使磁钢长期工作在较低的温度环境里，从而解决了因温度过高使磁钢易退磁的问题。定子径向通风道出口处的冷却风速可达到0.8-1.8m/s。很好的解决了转子和定子的散热问题。
图1为本实用新型永磁同步电机的结构纵向半剖面示意图；图2为本实用新型永磁同步电机及通风结构示意图；图3为所述永磁同步电机采用扇形转子结构横向截面剖面示意图；图4为转子上镶嵌的自起动鼠笼示意图；其中:(I)机座，(2)定子铁芯，(3)定子线圈，(4)永磁体，(5)隔磁套，(6)出风口百叶窗，(7)轴承盖，(8)端环，(9)小槽铜片，(10) “8”字销钉，(11)磁钢压板，(12)转子转轴，(13)风扇，[0028](14)风罩，(15)端盖，(16)磁极铁芯。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型加以详细说明，同时也叙述了本实用新型技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。本实用新型提供了一种带有通风结构的永磁同步电机。大的径向气隙和轴向非均匀气隙；永磁体为径向埋置结构；转子上嵌有启动鼠笼；定子采用成型线圈以利于高压绝缘的制作；定子采用磁性槽楔以消除齿谐波的不良影响；定子开有径向通风道以利于从大气隙通过的冷却空气带走实心转子表面的热量和定子自身的热量。本实用新型既解决了常规叠片转子永磁电动机起动困难的问题，又解决了常规实心转子永磁电动机转子散热困难的问题。其起动转矩为:2.0-3.0,同时克服了转子温度过高使永磁体易退磁的难题。一种永磁同步电动机，见附图1，包括定子、转子，机座；其中定子包括定子线圈和定子铁芯(2);转子包括磁极铁芯、永磁体(4)、转子转轴(12);定子与机座固定安装；所述的隔磁套(5)与转子转轴(12)同轴，隔磁套(5)的内径与转子转轴(12)的外径相配合，使得隔磁套(5)套于转子转轴(12)之外且与空心转轴固定连接；所述的转子磁极铁芯之间开有纵向磁钢槽，所述永磁体(4)通过磁钢压板(11)径向压紧在磁钢槽内，相邻两磁极并联提供每极磁通；定子铁芯(2)内径和转子磁极铁芯外径之间，垂直于转子转轴(12)的每个截面内的气隙为非均匀的，(例如端面具有凸型圆弧外径的磁极铁芯为非均匀)。或者，定子铁芯(2)内径和转子磁极铁芯外径之间，垂直于转子转轴(12)的每个截面内的气隙为均匀的，(例如端面具有扇形圆弧外径的磁极铁芯时候为均匀)。定子铁芯(2)内径和转子磁极铁芯外径之间沿转子转轴(12)的轴向方向，最大气隙处磁密为0.5T-0.7T 、最小气隙处磁密为0.0T-1T0所述磁极由多块相同形状的磁极铁芯(16)构成的分体式磁极，所述磁极固定在隔磁套(5)上，作为优选，每块磁极铁芯(16)的中部采用通孔螺栓与所述的隔磁套(5)固定，在每块磁极铁芯(16)的两端面采用呈“8”字形的八字销钉(10)与所述隔磁套(5)固定。作为优选，所述每块磁极铁芯(16)的两端面均为扇形端面。见附图3.[0037]作为优选，所述每块磁极铁芯(16)的两端面外圆为半径小于该扇形端面外圆的圆弧，即每块磁极铁芯(16)的两端面均为相同的沿径向方向外凸的圆弧(而其圆心不一定在磁极铁芯(16)的圆心处)，即对应径向非均匀气隙情况。所述永磁体(4)通过磁钢压板
(11)径向压紧在磁钢槽内；磁钢槽的两端设置有非导磁材料绝缘挡板，将所述永磁体(4)通过磁钢压板(11)径向压紧在磁钢槽内；作为优选，所述磁钢压板(11)为燕尾形槽楔；在该绝缘挡板的外侧设置有端环(8)，每个磁极铁芯(16)上开有相等数量的轴向贯通但是径向不贯通的纵向小槽，其中嵌放小槽铜片(9)，小槽铜片(9)延伸出转子端面并与端环(8)固定，构成启动鼠笼，见附图3和4;其槽型可根据对不同极数、型号对起动转矩要求的不同来设计计算。[0040]作为优选，所述永磁体(4)，由磁性良好，导热率大的优质稀土钕铁硼永磁材料制成。所述永磁体(4)的充磁面为正方形，或者接近正方形的矩形。如附图2所示，沿着转子转轴(12)的轴向，永磁体(4)之间设有非导磁材料挡板，用于固定永磁体(4)的轴向位置(非导磁材料挡板也可以是工字型工件，在永磁体(4)之间形成支撑，其工字梁具有透气孔)，并且使轴向上的永磁体(4)之间具有一定间隔，即使得轴向上被隔开的永磁体⑷之间在径向上形成通风道；在永磁体⑷之间的通风道的下方所对应的磁钢槽和隔磁套(5)的相应位置，沿径向开设有与永磁体(4)之间通风道贯通的径向通风孔；所述的转子转轴(12)为空心转轴；所述空心转轴内部开设有两头贯通的轴向通风孔，沿该转轴的轴向还开设有多排径向通风孔，所述空心转轴的径向通风孔在转轴的轴向上每排等间距分布，在转轴的径向上每排等角度分布；所述空心转轴的轴向通风孔与其径向通风孔相通；并且，所述的隔磁套(5)的径向通风孔与空心转轴的径向通风孔位置相对应且相连通；定子铁芯(2)上也开有贯通的径向通风孔，其位置与永磁体(4)之间的通风道相对应。定子开有径向通风道以利于从大气隙通过的冷却空气带走实心转子表面的热量和定子自身的热量。空心转轴的孔与磁钢槽下部的纵向槽通过径向孔联成整体通风道，以利于转子的通风散热。在转子两端面两侧分别安装风扇(13)，并且转子两端的风扇(13)的风向相对，通过键连接在转轴上，在定子线圈两端部且在转子两侧风扇(13)上方装有风罩(14)，风罩
(14)通过螺栓固定连接在机座上；机座上开有进风口和出风口，并覆盖有相应的进风口百叶窗和出风口百叶窗(6)，其中出风口以及出风口百叶窗(6)开设在定子铁芯(2)外侧的机座上。通过上述技术方案处理，定子径向通风道出口处的冷却风速可达到0.8-1.8m/s。很好的解决了转子和定子的散热问题。定子采用磁性槽楔，使齿谐波幅值也得到有效抑制，并且采用大的气隙，一般取6-12_，一方面进一步削弱谐波幅值；另一方面也改善气隙里面的通风条件。以大气隙、空心轴、磁钢底部纵向槽及径向孔，使冷却空气能充分地对转子及定子进行散热冷却，使磁钢长期工作在较低的温度环境里，从而解决了因温度过高使磁钢易退磁的问题。结合附图，一种永磁同步电机的实例，各部分说明如下:(I)机座，用于电机内部零部件的固定与保护；(2)定子铁芯，用于固定定子线圈和传导磁通；(3)定子线圈，用于通电状态下产生旋转磁场；(4)永磁体,用于产生主极磁场,属于固定励磁；(5)隔磁套，用于阻断转子磁力线通过转轴；(6)出风口百叶窗，用于防止杂物进入电机内部；(7)轴承盖，用于支撑和固定轴承；(8)端环，(9)小槽铜片，用于构成启动鼠笼；(10) “8”字销钉，用于连接与紧固磁极铁芯与隔磁套；(11)磁钢压板，用于固定磁钢在磁钢槽；(12)转子转轴，用于传递转矩以及支撑转子部分；(13)风扇，用于产生散热所需风量；[0058](14)风罩,用于导引风扇产生风量的方向；(15)端盖，用于连接转子部件与机壳。(16)磁极铁芯。在本实施例中上述组成部件间的连接关系为:定子线圈嵌放在定子铁芯(2)槽内，通过磁性槽楔固定，定子铁芯(2)通过焊接压装在机座内，机座上开有进风口和出风口，并覆盖有相应的进风口百叶窗和出风口百叶窗
(6)，其中出风口以及出风口百叶窗(6)开设在定子铁芯(2)外侧的机座上，在定子线圈两端部且在两风扇(13)上方装有两风罩(14)，风罩(14)通过螺栓连接固定在机座上。以上构成定子部件。两风扇(13)通过键连接在转轴上，并安装在转子两端面两侧，隔磁套(5)通过热套加键连接在转子转轴(12)上，磁极铁芯(16)通过螺栓和“8”字销钉(10)连接固定在隔磁套(5)上，磁极铁芯(16)上开有多个小槽，嵌放小槽铜片(9)并与端环(8) —起构成启动鼠笼，两磁极铁芯(16)之间嵌放永磁体(4)，所述永磁体(4)通过磁钢压板(11)径向压紧在磁钢槽内，以上构成转子部件。机座两端各有一个端盖(15)，其外圆把合在机座上，其内孔放置轴承，轴承两端有内外挡圈，风扇(13)套装在非轴伸端，其上有风罩(14)；转子部件套进定子部件里，通过轴承与端盖(15)连接并装有轴承盖(7)，端盖(15)通过止口与机座连接，就此构成了一个电机整体。实施例1:为了提高零部件的通用性，缩短开发周期和成本，本实用新型所述系列电机选用Y系列三相感应电动机的定子冲片。容量为280KW、6KV、6P、Y400-6定子冲片，外径Φ670，内径Φ465,铁芯长L = 440mm,6个径向通风道，最大气隙9mm,最小气隙6mm,满载效率94.8%，功率因数为0.96，温升为71K。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换和替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求1.一种永磁同步电机，包括:定子、转子，机座(I);其中定子包括定子线圈(3)和定子铁芯(2);转子包括磁极铁芯、永磁体(4)、转子转轴(12);所述定子与机座(I)固定安装；所述的隔磁套(5)与转子转轴(12)同轴，隔磁套(5)的内径与转子转轴(12)的外径相配合，使得隔磁套(5)套于转子转轴(12)之外且与转子转轴(12)固定连接；所述的转子磁极铁芯(16)之间具有纵向磁钢槽，所述永磁体(4)通过磁钢压板(11)固定在磁钢槽内；其特征在于: 沿着转子转轴(12)的轴向，永磁体(4)之间设有非导磁材料挡板，用于固定永磁体(4)的轴向位置，并且使轴向上的永磁体(4)之间具有一定间隔，即使得轴向上被隔开的永磁体(4)之间在径向上形成通风道；在永磁体(4)之间的通风道的下方所对应的磁钢槽和隔磁套(5)的相应位置，沿径向开设有与永磁体(4)之间通风道贯通的径向通风孔； 所述的转子转轴(12)为空心转轴；所述空心转轴内部开设有两头贯通的轴向通风孔，沿该转轴的轴向还开设有多排径向通风孔，所述空心转轴的径向通风孔在转轴的轴向上每排等间距分布，在转轴的径向上每排等角度分布；所述空心转轴的轴向通风孔与其径向通风孔相通； 并且，所述的隔磁套(5)的径向通风孔与空心转轴的径向通风孔位置相对应且相连通；定子铁芯(2)上也开有贯通的径向通风孔，其位置与永磁体(4)之间的通风道相对应。
2.根据权利要求1所述一种永磁同步电机，其特征在于，所述磁极铁芯是多块相同形状的磁极铁芯(16)构成的分体式磁极，所述磁极铁芯(16)固定在隔磁套(5)上。
3.根据权利要求2所述一种永磁同步电机，其特征在于，每块磁极铁芯(16)的中部采用通孔螺栓与所述的隔磁套(5)固定，在每块磁极铁芯(16)的两端面采用呈“8”字形的八字销钉与所述隔磁套(5)固定。
4.根据权利要求1所述一种永磁同步电机，其特征在于，所述永磁体(4)通过磁钢压板(11)径向压紧在磁钢槽内；磁钢槽的两端设置有非导磁材料绝缘挡板，将永磁体(4)在轴向上压紧在磁钢槽内。
5.根据权利要求1所述一种永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢压板(11)为燕尾形槽楔。
6.根据权利要求4所述一种永磁同步电机，其特征在于，在所述磁钢槽两端设置的非导磁材料绝缘挡板的外侧设置有端环(8)，每个磁极铁芯(16)上开有相等数量的轴向贯通但是径向不贯通的纵向小槽，其中嵌放小槽铜片(9)，小槽铜片(9)延伸出转子端面并与端环(8)固定，构成启动鼠笼。
7.根据权利要求4所述一种永磁同步电机，其特征在于，所述磁钢压板(11)开有通风孔，通风孔位置与磁钢槽内的轴向上被隔开的永磁体(4)之间在径向上形成通风道相对应；定子铁芯(2)上也开有贯通的径向通风孔，其位置与磁钢压板(11)的通风孔位置相对应。
8.根据权利要求1所述一种永磁同步电机，其特征在于，在转子两端面两侧分别安装风扇(13)，并且转子两端的风扇(13)的风向相对，在定子线圈(3)两端部且在转子两侧风扇(13)上方装有风罩(14)，风罩(14)固定连接在机座(I)上。
9.根据权利要求1所述一种永磁同步电机，其特征在于，机座(I)上开有进风口和出风口，并覆盖有相应的进风口百叶窗和出风口百叶窗(6)，其中出风口以及出风口百叶窗(6)开设在定子铁芯(2)外侧的机座(I)上。
10.根据权利要求 1所述一种永磁同步电机，其特征在于，所述用于隔开永磁体的非导磁材料挡板是工字型工件，在永磁体(4)之间形成支撑，其工字梁具有透气孔。
专利摘要本实用新型提供了一种带有通风结构的永磁同步电机，包括定子、转子，机座；沿着转子转轴的轴向，永磁体之间设有非导磁材料挡板，用于固定永磁体的轴向位置，并且使轴向上的永磁体之间具有一定间隔，即使得轴向上被隔开的永磁体之间在径向上形成通风道；在永磁体之间的通风道的下方所对应的磁钢槽和隔磁套的相应位置，沿径向开设有与永磁体之间通风道贯通的径向通风孔；所述的转子转轴为空心转轴；所述空心转轴内部开设有两头贯通的轴向通风孔，沿该转轴的轴向还开设有多排径向通风孔；定子铁芯上也开有贯通的径向通风孔，其位置与磁钢压板的通风孔位置相对应。
文档编号H02K5/20GK203086307SQ20122017745
公开日2013年7月24日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者邢明喜, 王志林, 安江龙, 漆复兴, 郜戍琴, 许 鹏, 李有生, 孙莉, 王跃军, 崔志刚 申请人:山西北方机械制造有限责任公司