一种改善2极自启动永磁电机气隙磁密波形的转子结构的制作方法

本发明属于电动机配件技术领域，具体涉及一种改善2极自启动永磁电机气隙磁密波形的转子结构。

背景技术：

因异步电机结构简单、价格低廉等优点，交流异步电机在各工业领域得到了广泛应用。但是异步电机需要由定子绕组提供励磁电流，其功率因数低，并且由于转子铝耗(铜耗)的存在，电机效率不高，对于小型异步电机或电机轻载时尤为严重。自起动永磁电机与异步电机相比，具有明显的优势，它具有效率、功率因数高，力能指标好，体积小，重量轻，温升低等特点，是替代传统异步电机的理想选择。

因异步电机的功率因数低，电机要从电网中吸收大量的无功电流，造成电网、输变电设备及发电设备中有大量无功电流，进而使电网的品质因数下降，加重了电网及输变电设备及发电设备的负荷，同时无功电流在电网、输变电设备及发电设备中均要消耗部分电能，造成电力电网效率变低，影响了电能的有效利用。同样由于异步电机的效率低，要满足输出功率的需求，势必要从电网多吸收电能，进一步增加了电网能量的损失，加重了电网负荷。在永磁电机转子中无感应电流励磁，电机的功率因数高，提高了电网的品质因数，使电网中不再需安装补偿器。

目前，自启动永磁电机大多采用均匀气隙结构，气隙磁场中含有大量谐波，当永磁体在转子内的布置不合理时，气隙磁密中的谐波会更加严重，使得永磁电机电动势中谐波含量较大，增加了电机定子中的谐波电流、谐波铜损耗以及定子铁心中的谐波损耗，同时在转子中也存在谐波铁耗、谐波电流及谐波铜耗，影响了永磁电机效率的进一步提高；另外谐波磁场和谐波电流也会产生额外的力矩波动，引起电机的振动和噪声。

由于2极自起动永磁电机转子结构的特殊性，为了增加转子中磁钢的摆放量，磁极结构一般较为复杂，传统的“一”、“U”、“V”、“W”结构很难满足设计需求，需要采用各种结构的组合式。

目前，为了减小空载气隙磁场中的磁波磁场对电机性能的影响，自起动永磁电机主要通过永磁体在转子中的布置方式以及极弧宽度的合理设计，来达到削弱气隙中谐波磁场以及减小转矩波动的目的，但该方法的削弱作用有限。为了使电机的磁场更加接近正弦，西南交通大学的徐英雷等提出了磁极形状为单段圆弧的偏心气隙结构自启动永磁电机，华北电力大学的刘明基等提出了一种转子结构为三段圆弧结构的自起动永磁电机，通过极弧偏心的方法优化气隙磁密波形，虽然实现了优化目的，但电机的转子外圆形状复杂，增加了电机的加工难度。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改善2极自启动永磁电机气隙磁密波形的转子结构。

本发明是这样实现的，提供一种改善2极自启动永磁电机气隙磁密波形的转子结构，包括具有若干鼠笼槽的转子铁芯和安装在永磁体槽中的永磁体，两个极下的永磁体均采用三段式倒“U”形磁路结构，分为中间段永磁体和两段侧面永磁体，相邻两段永磁体之间为空气槽，且三段永磁体关于中间段永磁体的中心线左右对称，两段侧面永磁体安装槽远离中间段永磁体安装槽的端部为不导磁物质填充部分；

整个转子结构关于中间段永磁体的中心线左右对称，且转子安装在转轴上。

进一步地，2极自启动永磁电机气隙磁密波形随着中间段永磁体和侧面永磁体磁性能的变化而变化。

进一步地，2极自启动永磁电机气隙磁密波形随着中间段永磁体和侧面永磁体尺寸的变化而变化。

进一步地，相邻两段永磁体之间的空气槽正对鼠笼槽底部。

进一步地，不导磁物质填充部分占所述侧面永磁体长度的20-30％。

进一步地，转轴为导磁轴，与所述转子铁芯共同构成电机轭部磁路。

进一步地，鼠笼槽为平底槽，每个极下均匀分布。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、倒“U”型的磁路结构可以合理利用2极电机的转子空间，最大限度的增加永磁体的摆放空间，克服2极自启动永磁电机转子空间有限的缺陷。

2、鼠笼槽采用平底槽可以为永磁体节约出一部分空间，也具有很好地隔磁作用，可以减小电机的漏磁。

3、本发明采用的优化电机气隙波形的方法，采用的是均匀气隙，并没有增加电机的制造难度，也没有增加冲片模具的制造难度，没有改变电机的制造方法和步骤，完全可以采用原有的设备进行加工。

4、与现有的传统的均匀气隙电机相比，采用本发明的设计方法可以优化电机的气隙磁密波形，通过正弦化电机的气隙磁密波形，可以降低气隙磁场和定子绕组内的谐波含量，提高电机效率，降低电机转矩脉动。

附图说明

图1为本发明提供的改善2极自启动永磁电机气隙磁密波形的转子结构示意图；

图2为与本发明提供的转子配套使用的定子冲片结构示意图；

图3-a为传统转子结构电机的气隙磁密波形；

图3-b为本发明提供的转子结构电机的气隙磁密波形；

图4-a为传统转子结构电机的谐波含量分析图；

图4-b为本发明提供的转子结构电机的谐波含量分析图；

图5-a为传统转子结构电机的空载反电势波形；

图5-b为本发明提供的转子结构电机的空载反电势波形。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

以一台132机座号7.5kW、2极自起动永磁电机为例，电机的定子采用标准的Y2系列定子冲片，如图2所示；转子冲片采用本发明提供的一种改善2极自起动永磁电机气隙磁密波形的结构，如图1所示，包括具有若干鼠笼槽1的转子铁芯2和安装在永磁体槽中的永磁体，两个极下的永磁体均采用三段式倒“U”形磁路结构，分为中间段永磁体3和两段侧面永磁体4，相邻两段永磁体之间为空气槽6，且三段永磁体关于中间段永磁体3的中心线左右对称，两段侧面永磁体4安装槽远离中间段永磁体安装槽的端部为不导磁物质填充部分5；整个转子结构关于中间段永磁体3的中心线左右对称，且转子安装在转轴7上。

其中，转子外圆为均匀气隙，相邻两段永磁体之间的空气槽6尽量靠近鼠笼槽1的底部，最优为正对(为了减少三段永磁体磁路的相互干扰)，不导磁物质填充部分5占侧面永磁体4长度的1/4，转轴7为导磁轴，与转子铁芯2共同构成电机轭部磁路，鼠笼槽1为平底槽，设有20个，每个极下均布10个，转子铁芯2为0.5mm厚冷轧硅钢片DW470-50叠压而成，中间段永磁体材料型号为钕铁硼N40SH，侧面永磁体的材料型号为钕铁硼N33SH，各个隔磁桥(相邻永磁体槽之间的距离)的尺寸均为1.2mm。

中间段永磁体与侧面永磁体之间用空气槽断开主要为了提高转子的机械强度，每个极下的三段永磁体以及整个转子结构均关于中间段永磁体的中心线对称是为了提高电机气隙磁场的对称性。

采取本发明转子结构时电机的气隙磁密波形、谐波含量分析、空载反电势波形与传统均匀气隙电机的对比分别如图3-a、图3-b、图4-a、图4-b、图5-a、图5-b所示，通过对比可以发现，采用本发明的设计方法可以优化电机的气隙磁密波形，通过正弦化电机的气隙磁密波形，可以降低气隙磁场和定子绕组内的谐波含量，优化反电势波形，提高电机效率，降低电机转矩脉动。