3kW超高效永磁同步電動機的制作方法

本發明涉及電動機，尤其涉及一種3kW超高效永磁同步電動機。

背景技術：

永磁同步電機具有高效節能、高功率密度等顯著特點而得到了廣泛應用。雖然永磁同步電機的定子結構和制造工藝與異步交流電機相似，但兩者的轉子結構不相同，永磁同步電機的轉子內嵌有磁鋼(稀土磁性材料)，并且通過磁鋼構成磁極。

現有永磁同步電機的氣隙與異步電機氣隙相似，永磁磁密波形正弦性畸變率高達百分之二十以上，工作時產生大量影響電機性能的諧波，這些諧波不但增加了電機的功率損耗，而且加大了電機的振動和噪聲。此外，市面上大多數的永磁同步電動機的定子內外徑與異步電動機的相同，材料成本較大，并且大尺寸的電動機限制了其一定的安裝環境。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種3kW超高效永磁同步電動機，有效改善永磁磁密波形的正弦性，降低磁密中的諧波含量。此外，可降低定子內外徑尺寸，充分利用材料，最大限度提升永磁同步電動機的效率，實現低尺寸高效率。

為解決上述問題，本發明提出一種3kW超高效永磁同步電動機，包括：同軸設置的轉子和定子，且轉子和定子之間存在不均勻氣隙；

所述轉子內設有周向均勻間隔排布設置的若干矩形磁鋼槽，每個所述矩形磁鋼槽內設有磁鋼；轉子的每兩個矩形磁鋼槽之間的部位還開設有空氣槽，每個所述空氣槽呈由兩直線壁和一條弧形壁圍成的形狀，空氣槽的兩直線壁分別與兩側矩形磁鋼槽的最近槽壁之間形成兩個等寬直臂，空氣槽的弧形壁與轉子的外壁之間形成一等寬弧形臂，兩個等寬直臂和一等寬弧形臂共同構成一隔磁磁橋，隔磁磁橋的各壁等寬減少了空氣槽及隔磁磁橋對應處的氣隙磁通；

所述轉子的外壁為近似圓形結構，所述近似圓形結構的空氣槽的中心位置對應處離定子的內壁最遠，形成最大氣隙，減小相應位置的氣隙磁通，所述近似圓形結構的矩形磁鋼槽的中心位置對應處離定子的內壁最近，形成最小氣隙，增大相應位置的氣隙磁通，其余位置為最大氣隙和最小氣隙的平滑過渡段，從而形成所述不均勻氣隙，以改善氣隙磁密波形的正弦性；

電動機的額定功率為3kW，額定轉速為3000rpm，所述定子外徑為120mm，定子內徑71mm，鐵芯長度為80mm。

根據本發明的一個實施例，最大氣隙和最小氣隙之間的氣隙比在1.1-1.9之間。

根據本發明的一個實施例，所述最大氣隙的間隙大小范圍為0.55-0.65mm之間，所述最小氣隙的間隙大小范圍為0.35-0.45mm之間。

根據本發明的一個實施例，所述空氣槽的各壁之間以圓角連接，所述隔磁磁橋的各臂寬度在1.45-1.55mm之間。

根據本發明的一個實施例，所述矩形磁鋼槽有六個，繞轉子的轉軸排布，且排布橫截面呈正六邊形，正六邊形的各角部不連接以用于形成所述空氣槽和隔磁磁橋，所述空氣槽的兩直線壁之間夾角為60度。

根據本發明的一個實施例，所述轉子的兩端通過非導磁端板封裝磁鋼。

根據本發明的一個實施例，每個所述磁鋼為分段結構，分段結構的磁鋼由多段短磁鋼粘結而成。

根據本發明的一個實施例，所述鐵芯采用硅鋼片疊壓而成。

根據本發明的一個實施例，定子上設置均勻分布的36個槽，單層鏈式繞組型式，1路并聯，繞組跨距為1-6個槽。

采用上述技術方案后，本發明相比現有技術具有以下有益效果：

轉子上設置了由磁性材料構成的矩形磁鋼槽，矩形磁鋼槽內有磁鋼，電機的氣隙長度不均勻，可在永磁同步電機的氣隙中形成接近正弦的磁密波，降低了磁密中的諧波含量，因而可明顯減小電機的附加損耗，降低電機的溫升和噪聲，在額定功率范圍內，以最小尺寸最大限度提升永磁同步電動機的效率，實現低尺寸高效率；

由于定子內外徑的合理優化，既減小了轉子體積，降低了其轉動慣量，改善了電機的動態性能；同時大幅度降低了電機體積，提高了電機的功率密度以及電機的效率；

磁鋼為矩形，采用了矩形磁鋼槽后，可以方便地使用現有技術中的矩形磁鋼，能進一步降低實施成本；矩形磁鋼采用分段結構，有利于大型永磁同步電機安裝磁鋼。

附圖說明

圖1是本發明實施例的3kW超高效永磁同步電動機的結構示意圖。

圖中標記說明：

1-轉子，2-矩形磁鋼槽，3-磁鋼，4-隔磁磁橋，5-空氣槽，6-弧形壁，7-直線壁，8-定子，9-氣隙。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。

參看圖1，本實施例的3kW超高效永磁同步電動機，包括：同軸設置的轉子1和定子8，且轉子1和定子8之間的氣隙9為不均勻氣隙。轉子1上設轉軸(圖中未示出)，轉軸為導磁性軸。轉子1相對定子8轉動，實現磁生電。本實施例改進轉子1結構及不均勻氣隙。

轉子1內設有若干矩形磁鋼槽2，且周向均勻間隔布置，以轉軸為中心周向排布，且矩形磁鋼槽2之間等間隔。每個矩形磁鋼槽2內設有磁鋼3。在一個具體的實施例中，磁鋼3所用材料可以為釹鐵硼永磁體38UH或38SH，但不作為限制，其他永磁體材料也可以制成磁鋼3；磁鋼3寬度可為27.5mm，厚度可為3.2mm，但僅作為最優的實施例，具體可以有10％的上調或下調。磁鋼3為矩形，采用了矩形磁鋼槽2后，可以方便地使用現有技術中的矩形磁鋼，能進一步降低實施成本。

轉子1的每兩個矩形磁鋼槽2之間的部位還開設有空氣槽5，也就是矩形磁鋼槽2之間等間隔的用意，是用來在每個間隔部位開設空氣槽5、以及通過開設空氣槽5而形成的隔磁磁橋4的。空氣槽5與矩形磁鋼槽2之間不連通，每個空氣槽5呈由兩直線壁7和一條弧形壁6圍成的形狀，可以是截面為一邊呈弧形的三角形結構，弧形壁6一方面可以與轉子1的外壁相匹配，另一方面用來形成等寬弧形臂，以實現隔磁磁橋4的全部臂等寬。等寬是指內圈與外圈的間距處處相等，當然，可以存有一定的誤差范圍。空氣槽5的兩直線壁分別與兩側矩形磁鋼槽2的最近槽壁之間形成兩個等寬直臂，空氣槽5的弧形壁與轉子1的外壁之間形成一等寬弧形臂。兩個等寬直臂和一等寬弧形臂共同構成一隔磁磁橋4，隔磁磁橋4的各壁等寬，可以防止漏磁，盡量使磁力線在轉子1芯內形成短路，使得隔磁磁橋4磁力線飽和，減少了空氣槽5及隔磁磁橋4對應處的氣隙9里的氣隙磁通。現有的電動機的永磁磁密波形的正弦性不佳，近似呈方波，可稱為類方波，而本實施例通過減小空氣槽5及隔磁磁橋4對應處的氣隙磁通，以減小永磁磁密波形的類方波角部的幅度，使其更近似為正弦波形。

轉子1的外壁為近似圓形結構，具體而言，近似圓形結構的空氣槽5的中心位置對應處離定子8的內壁最遠，換言之，該空氣槽5的中心位置對應的轉子1外壁處相對于其兩邊的轉子1外壁部分較凹，氣隙9間隔最大，形成最大氣隙，此處的磁阻最大，磁通最小，因而相對現有電動機而言，減小了該相應位置的氣隙磁通，進一步減小永磁磁密波形的類方波角部的幅度；近似圓形結構的矩形磁鋼槽2的中心位置對應處離定子8的內壁最近，換言之，該矩形磁鋼槽2的中心位置對應的轉子1外壁處相對于其兩邊的轉子1外壁部分較凸，氣隙9間隔最小，形成最小氣隙，此處的磁阻最小，磁通最大，因而相對現有電動機而言，增大了相應位置的氣隙磁通，增加永磁磁密波形的類方波角部之間部位的幅度，使其更逼近正弦波；最大氣隙、最小氣隙之間的其余位置為最大氣隙和最小氣隙的平滑過渡段，從而形成所述的不均勻氣隙，以改善氣隙磁密波形的正弦性。

在一個實施例中，電動機的額定功率為3kW，額定轉速為3000rpm。對于普通異步電動機，這個功率和轉速的電機其中心高為100mm。以Y2系列電機為例，額定功率3kW、額定轉速3000rpm的規格為Y2-100L-2。本實施例的電機極數為6極，效率高達93.7％，定子8外徑為120mm，與Y2-80機座號的定子8外徑相同，定子8內徑為71mm，鐵心長度為80mm。鐵心材料可以為DW315-35，采用0.35mm厚的硅鋼片疊壓而成。定子8繞組線規為2-0.71并繞，匝數為32匝/圈，采用單層鏈式繞組型式，1路并聯，定子8上設置36個均布的槽，轉子1上設置6個均布的矩形磁鋼槽2。

通過定子8內外徑的合理優化，既減小了轉子1體積，降低了其轉動慣量，改善了電機的動態性能；同時大幅度降低了電機體積，提高了電機的功率密度以及電機的效率，在額定功率范圍內，以最小尺寸最大限度提升永磁同步電動機的效率，實現低尺寸高效率。

矩形磁鋼槽2的中心位置所對應的氣隙長度δ1，是最小氣隙長度，空氣槽5的中心位置所對應的氣隙長度δ2，為最大氣隙長度，其余位置的氣隙9長度在二者之間平滑過渡，最大氣隙長度與最小氣隙長度比稱作該永磁同步電動機的氣隙比，氣隙比優選在1.1-1.9之間，氣隙比在1.5附近效果最好。最小氣隙長度δ1為0.35-0.45mm，優選0.4mm，最大氣隙長度δ2為0.55-0.65mm，優選0.6mm。不均勻氣隙的特定位置及特定氣隙比，可在永磁同步電機的氣隙9中形成接近或形同正弦的磁密波，能夠消除部分對電動機有害的諧波，有效減小電動機的損耗、溫升和噪聲。

在一個實施例中，空氣槽5的各壁之間以圓角連接，圓角的半徑相同，優選為1mm，隔磁磁橋4的各臂寬度相等，并在14.5-1.55mm之間，隔磁磁橋4的各壁寬度優選為1.5mm。或者，隔磁磁橋4的等寬弧形臂的寬度也可稍小。

較佳的，矩形磁鋼槽2可以有六個，繞轉子1的轉軸排布，且排布橫截面呈正六邊形，正六邊形的各角部不連接以用于形成空氣槽5和隔磁磁橋4，空氣槽5的兩直線壁之間夾角為60度。

在一個實施例中，轉子1的兩端通過非導磁端板(圖中未示出)封裝磁鋼3。每個磁鋼3為分段結構，分段結構的磁鋼3由多段短磁鋼粘結而成，有利于大型永磁同步電機安裝磁鋼3。

本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。