[发明专利]半磁片式永磁同步电动机异步起动转子

说明书

技术领域

 本发明是一种半磁片式永磁同步电动机异步起动转子，其涉及一种应用于永磁同步电动机的转子，特别是涉及一种能够异步起动的半磁片式永磁同步电动机转子。

背景技术

电动机按照用途划分为控制用电动机和驱动用电动机。控制用电动机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，最有代表性的就是伺服电动机。驱动用电动机仅用于提供相对平稳的机械动力。许多型号的电动机都具备两类电动机的性能需求。例如，Y系列三相异步电动机和永磁同步电动机。与异步电动机相比，永磁同步电动机的功率因数高，节能效果显著，所以永磁同步电动机正逐渐取代异步电动机，成为主流电动机。交流伺服永磁同步电动机需要专用的控制器，不必具备异步起动的功能。驱动用永磁同步电动机在许多工业应用中，不需要变频调速，甚至不需要频繁起动，为了在节能的前提下降低设备成本，往往要求其具备异步起动的功能。国家标准《GB/T22711高效三相永磁同步电动机技术条件》规定了一种适用于油田游梁式抽油机及类似高起动转矩负载，极数为六极、八极，同步转速为1000r/min和750r/min，转子带笼形起动绕组的永磁同步电动机。该标准中没有收录与Y系列三相异步电动机相对应的机座号132以下，以及功率2.2kw以下的永磁同步电动机。在Y3系列三相异步电动机标准中，尚有机座号63、71、80、90、100、112共六个机座号级别，功率为0.12kw、0.18kw、0.25kw、0.37kw、0.55kw、0.75kw、1.1kw、1.5kw共八个功率规格，和同步转速为3000r/min和1500r/min的二极、四极共两个同步转速等级。

中小流量水泵和风机的常用电动机为二极、四极。由水泵和风机的电动机特性可知，流量与转速的一次方成正比，扬程或出口压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。同一型号的水泵和风机在一定流量条件下，电动机的转速越低，水泵的扬程越低，风机的出口压力越小。高扬程或出口压力的水泵和风机通常选择二极电动机，低扬程或出口压力的水泵和风机通常选择四极电动机。适用于中小流量水泵和风机的电动机规格不在国家标准《GB/T22711高效三相永磁同步电动机技术条件》中有规定。

驱动水泵和风机的电动机是量大面广的通用机械设备，其每年的耗电量占中国发电总量的一半以上，中国每年所生产的中小型交流异步电动机一半以上用于驱动水泵和风机。目前中小流量的水泵和风机的电动机仍然为交流异步电动机。在需要调整流量的系统中，可以采用变频器，控制全部或部分水泵或风机的电动机运行，达到节能的目的。在不需要调整流量的系统中，只能采用高效率电动机达到节能的目的。例如，采用永磁同步电动机替代交流异步电动机。通常情况下，小流量的水泵和风机是不需要调整流量的，并且小流量的水泵和风机系统更注重成本因素，低成本的小功率节能型电动机的市场需求量很大，却没有满足此类需求的能够异步起动的小功率永磁同步电动机。其原因在于能够异步起动的普通永磁同步电动机转子结构的限制。

目前，能够异步起动的普通永磁同步电动机转子结构有两大类，一是表面式转子，二是内置式转子。表面式转子是在均布有鼠笼导条的转子铁芯表面粘贴瓦片式的永磁体，永磁体外表面有非导磁材料的护套，避免永磁体的脱落。此类电动机的表面式转子极间填充物为非导磁材料时，属于隐极电动机，极间填充物为导磁材料时，属于凸极电动机。表面式转子的缺点是，鼠笼导条在转子内部，产生的异步转矩小，仅适合于对起动性能要求不高的场合。内置式转子是在均布有鼠笼导条的转子铁芯内部安装永磁体，电动机的极数较少时，常采用串联磁路结构。内置式转子的缺点是，漏磁大，需要采用隔磁措施，转子机械强度差。内置式转子的空气槽和隔磁磁桥增加了转子的加工难度。与表面式转子相比，内置式转子的永磁体用量多，成本高。内置式转子的交轴磁阻与直轴磁阻不相等，此类电动机属于凸极电动机。凸极电动机有磁阻转矩，有利于提高电动机的过载能力，磁阻转矩也会导致气隙磁场畸变，增加了转矩脉动和运行噪音。国家标准《GB/T22711高效三相永磁同步电动机技术条件》中没有小功率电动机的原因是，内置式转子结构复杂，不适宜做小规格的电动机。

中小流量的水泵和风机都是带负载起动的，负载转矩随着电动机转速的提高而增加。中小流量的水泵和风机所需的电动机起动性能，低于游梁式抽油机等高起动转矩负载对电动机起动性能的一般要求，但高于能够空载起动的机械设备对电动机起动性能的一般要求。

发明内容