[发明专利]一种具有复合材料起动导条的自起动永磁电机

说明书

技术领域

本发明属于永磁电机技术，特别涉及一种具有复合材料起动导条的自起动永磁电机。

背景技术

在工业领域广泛使用交流异步电机，因为异步电机具有制造容易、坚固耐用以及价格低廉等优点。但是异步电机需要由定子绕组提供励磁电流，其功率因数不是很高，并且由于转子铜损耗的存在使电机的效率不高，对于中小型异步电机或电机轻载时尤为严重。相对于异步电机，永磁同步电机转子上带有永磁磁钢，不需要外部提供励磁，可以显著提高功率因数；在永磁电机稳态运行时转子没有基波铜损，效率比同规格的异步电机高；而且稀土永磁电机在25％～120％额定功率范围内都具有较高的效率和功率因数。因此自起动永磁电机在一些长时间运行或在多数工况为轻载运行的场合使用具有明显的节能优势。

自起动永磁电机的永磁体在转子中多采用内嵌式结构，永磁体的外面是鼠笼起动导条，起动时依靠起动导条中的感应电流产生力矩，实现永磁电机的异步起动，起动完成后进入同步运行状态，理想情况下转子上没有电流。

永磁电机在起动过程中的定子电流主要有两部分构成，一是由于外施电压所产生鼠笼异步电机效应的定子电流；二是永磁体磁场作用于定子绕组且定子绕组通过电网等效短路所产生的变频永磁发电机短路电流。这两方面的因素使得自起动永磁电机的起动电流要比普通异步电机大的多。

另外在永磁电机起动过程中，电机永磁体中的磁场主要有三部分构成：鼠笼异步电机效应磁场、变频发电机效应磁场以及永磁体本身的磁场。其中第一种磁场在转子某些位置可能是去磁磁场，变频发电机效应磁场始终是退磁性质的磁场，这样由于起动过程种较大的起动电流可能引起电机内永磁体的退磁或局部退磁，使电机性能下降，甚至不能正常运行。

有研究者采用转子闭口槽或闭口槽和开口槽相结合的办法来减小起动电流，但是转子闭口槽相当于增大了转子的漏电抗，虽然减小了起动电流，但是降低了电机的起动转矩和电机牵入同步的能力。

如果要减小电机的起动电流而获得较大的异步起动转矩，最有效的办法是增大转子电阻。然而较大的转子电阻又使带一定负载的电机异步稳态运行时的转差率较大，使牵入能力变小，对电机牵入同步不利，甚至使电机运行在异步工作状态而不能高效地同步运行。

在通常的感应电机设计中，通过深槽或双层鼠笼转子设计，利用电机起动过程中的挤流效应增大电机低速时的转子电阻，而在电机接近同步转速时转子等效电阻减小，提高电机的运行效率。然而在自起动永磁电机中，由于永磁体的存在，使转子不可能采用深槽或双层导条结构。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有永磁电机存在的起动电流大、容易退磁的技术不足，本发明提出了一种具有复合材料起动导条的自起动永磁电机，其特征在于：

所述自起动永磁电机的定子铁心冲压有定子槽；转子铁心由在外圆冲压有转子槽的圆形硅钢片叠压而成，在转子铁心内侧，冲压有永磁磁钢安装槽，永磁磁钢按N、S磁极交替布置在永磁磁钢安装槽中；永磁转子采用U型、V型或混合型磁路的磁极结构，在每一个磁极结构的两块磁钢顶部和底部分别设计有磁钢顶部空气隔磁槽、磁钢底部空气隔磁槽、磁钢顶部隔磁磁桥和磁钢底部隔磁磁桥，以保证整个转子的刚度，同时又不使永磁在转子内的漏磁过大；靠近转子铁心表面均匀分布由黄铜和铜铁合金两种材料复合构成的复合材料的鼠笼起动导条，各鼠笼起动导条的两端在转子铁心外短路，为永磁电机的异步起动提供起动力矩；为了放置更多的永磁体，提高永磁电机的功率，复合材料的鼠笼起动导条在转子径向的高度比传统鼠笼异步电机鼠笼导条的高度小；定子槽和转子槽之间的配合采用普通异步电机的槽配合，或采用增大起动力矩而在稳态运行时减小力矩波动的定子槽和转子槽之间的配合；在转子内部由转子转轴支撑转子并对外传递力矩。

所述由黄铜和铜铁合金两种材料复合构成复合材料的鼠笼起动导条，其中黄铜导条位于转子槽底部和转子槽上部的中间部位，转子槽上部两侧部位为铜铁合金材料，或者转子槽的中间为黄铜材料而转子槽两侧为铜铁合金材料，各复合材料鼠笼起动导条的两端在转子铁心外通过焊接的黄铜端环短路；通过调整黄铜材料与铜铁合金材料在转子槽中的结构尺寸，得到永磁电机具有较小的起动电流倍数和适中的起动转矩倍数，并且具有较强的抗退磁能力。

所述具有复合材料起动导条的自起动永磁电机，其定子采用和交流异步电机相同结构的铁心和绕组结构，定子三相绕组采用星型连接。

本发明的有益效果是与现有技术相比，具有以下特点：

1.复合材料起动导条永磁电机的转子导条由黄铜和铜铁合金两种材料复合而成。

2.复合材料起动导条永磁电机的起动电流明显小于传统永磁电机起动电流。