一种自起动三相二级永磁同步电机
阅读说明：本技术 一种自起动三相二级永磁同步电机 (Self-starting three-phase two-stage permanent magnet synchronous motor ) 是由 徐正雄 朱林希 于 2021-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自起动三相二级永磁同步电机,包括：机体,内部具有容腔,用以安装定子组件和转子组件,定子组件,固定安装于机体内部容腔内,包括多个堆叠的定子单元,单个定子单元的内周设有定子凹口,多个相互堆叠的定子单元中的定子凹口形成定子凹槽；转子组件,包括芯体,芯体外层设有鼠笼绕组,芯体设有四个腔体,所述腔体用以容纳磁钢件,当磁钢件容纳在所述腔体内时,磁钢件两端与腔体两端之间形成有隔磁空隙。本发明通过优化设计优化转子组件结构,通过减少电机杂散损耗,提高电机运行平衡性,从而增大启动牵引转矩。(The invention discloses a self-starting three-phase two-stage permanent magnet synchronous motor, which comprises: the stator assembly is fixedly arranged in the cavity in the machine body and comprises a plurality of stacked stator units, a stator notch is formed in the inner periphery of each stator unit, and stator notches in the plurality of stator units which are stacked mutually form a stator groove; the rotor assembly comprises a core body, a squirrel cage winding is arranged on the outer layer of the core body, four cavities are formed in the core body, the cavities are used for accommodating magnetic steel pieces, and magnetic isolation gaps are formed between two ends of each magnetic steel piece and two ends of each cavity when each magnetic steel piece is accommodated in each cavity. The invention optimizes the structure of the rotor assembly through optimized design, and improves the running balance of the motor by reducing the stray loss of the motor, thereby increasing the starting traction torque.)
技术领域
本发明涉及同步电机技术领域，特别涉及一种自起动三相二级永磁同步电机。
背景技术
近些年永磁同步电动机得到较快发展，其特点是功率因数高、效率高，在许多场合开始逐步取代最常用的交流异步电机。永磁同步电机通常也是由定子、转子、端盖、机体等部件构成，定子结构通常与普通感应电机相同，通常采用跌破结构以减少电机运行时的铁耗。转子铁芯通常采用实心结构，也可以采用叠片成型。永磁同步电机与其他电机的最大区别在于转子磁路结构的不同，使其其运行性能、控制系统、制造工艺和使用场合均存在不同。
依据永磁同步电机的转子磁路结构，可以分为表面式转子磁路结构，该结构设计制造工艺简单、成本较低、应用较为广泛，尤其适用于矩形波永磁同步电机。但是因转面无法安装起动绕组，无异步起动能力，不能用于异步启动永磁同步电机；另外还包括了凸装式永磁转子、笼型绕组永磁转子、内置式转子磁路结构等。
现有的永磁同步电机依据磁极极数反映出电动机的同步转速，2极同步转速是3000r/min，4极同步转速是1500r/min，磁极数是说该电机绕组在通电后形成的磁极极数，分2极、4极、6极、8极四等，不同等级输出的转速不同，从理论上说它的转速等于频率（50Hz）*60/磁极对数。即2极电机3000转/每分钟、4极的1500转/每分钟、6极的1000转/每分钟、8极的750转/每分钟。
若三相交流电的频率为50Hz，则合成磁场的同步转速为50r/s，即3000r/min.如果电动机的旋转磁场不止是一对磁极，进一步分析还可以得到同步转速n与磁场磁极对数p的关系：n=60f/p.f为频率，单位为Hz.n的单位为r/min。ns与所接交流电的频率 (f)、电机的磁极对数(P)之间有严格的关系ns=f/P。
因此在选用电机时，需要考虑负载多大的起动转矩，比如像带负载起动的转矩就比空载起动的转矩更大。然而，在功率恒定的情况下，通常转速越大，电机对应的转矩越小，因此现有的二级永磁同步电机虽然可以符合较多的空载运行要求，但是在实际使用过程中，当完成负载后，其负载启动的转矩通常无法满足现有使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自起动三相二级永磁同步电机，用于解决上述技术问题，优化转子组件结构，通过减少电机杂散损耗，提高电机运行平衡性，从而增大启动转矩。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种自起动三相二级永磁同步电机，包括：机体，内部具有容腔，用以安装定子组件和转子组件，定子组件，固定安装于机体内部容腔内，包括多个堆叠的定子单元，单个定子单元的内周设有定子凹口，多个相互堆叠的定子单元中的定子凹口形成定子凹槽，所述定子凹槽内缠绕导线形成定子线圈，所述定子线圈用以限定电相，定子线圈缠绕形成在轴向设置在堆叠后的定子单元两侧的绕组单元；转子组件，绕轴线X旋转，包括芯体，芯体外层设有鼠笼绕组，芯体设有四个腔体，所述腔体用以容纳磁钢件，当磁钢件容纳在所述腔体内时，磁钢件两端与腔体两端之间形成有隔磁空隙；四个腔体沿菱形四边间隔排布，位于相对面的腔体内的磁钢件分别采用N极和S极排布，并形成两极分布，位于同极的两个腔体之间设有隔磁桥。
所述鼠笼绕组包括转子单元，转子单元的外周设有转子凹槽，所述定子凹槽和所述转子凹槽的槽比为24槽/22槽。
所述隔磁桥厚度尺寸为0.8mm~1.2mm。
所述转子凹槽包括端口槽和内腔槽，所述端口槽口径尺寸为0.8mm~1.2mm，所述内腔槽由外向内口径逐步减少，所述转子凹槽内填充有导条部。
所述鼠笼绕组两侧轴向向外延伸设置有鼠笼端环，所述鼠笼端环面积尺寸为标准参考值的3~4倍。
相邻两个用以填充N极磁钢件的腔体之间的夹角为95°~100°，相邻两个用以分别填充N极磁钢件和S极磁钢件的腔体之间的夹角为80°~85°。
所述隔磁空隙尺寸为0.8mm~1.2mm。
单个腔体内的磁钢件数量为1~5件，呈同极设置，磁钢件采用钕铁硼磁钢材质制成。
所述芯体一体旋转装配在电机轴上，电机轴沿绕轴线X延伸设置，所述电机轴与机体之间设有前轴承和后轴承，所述电机轴延伸至外部。
所述电机轴一端配合设有冷却风轮，所述冷却风轮外部罩设有风罩，所述风罩用以与机体配合安装。
本发明与现有技术相比具有如下突出优点和效果：本发明通过优化设计优化转子组件结构，通过减少电机杂散损耗，提高电机运行平衡性，从而增大启动牵引转矩。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本发明的整体剖视结构示意图；
图2为本发明的转子组件结构示意图一；
图3为本发明的转子组件结构示意图二；
图4为本发明的转子凹槽结构示意图；
图5为本发明的定子单元结构示意图；
其中，1、机体；2、定子组件；21、定子单元；22、绕组单元；23、定子凹口；3、风罩；4、冷却风轮；5、电机轴；6、转子组件；61、芯体；62、磁钢件；63、鼠笼绕组；631、鼠笼端环；632、导条部；64、转子单元；65、腔体；66、转子凹槽；661、端口槽；662、内腔槽；67、隔磁空隙；68、隔磁桥。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
结合附图1至图5所示，本实施例提供的一种自起动三相二级永磁同步电机，包括：机体1，内部具有容腔，用以安装定子组件2和转子组件6；转子组件6一体旋转装配在电机轴5上，电机轴5沿绕轴线X延伸设置，电机轴5与机体1之前设有有前轴承和后轴承，发表实现旋转，电机轴5延伸至外部；电机轴5一端配合设有冷却风轮4，冷却风轮4外部罩设有风罩3，风罩3用以与机体1配合安装。
具体的，定子组件2固定安装于机体1内部容腔内，包括多个堆叠的定子单元21，单个定子单元21的内周设有定子凹口23，多个相互堆叠的定子单元21中的定子凹口23形成定子凹槽，定子凹槽内缠绕导线形成定子线圈，定子线圈用以限定电相，定子线圈缠绕形成在轴向设置在堆叠后的定子单元21两侧的绕组单元22；其中定子单元21通常由呈片状的金属板制成，定子单元21相互呈轴向堆叠形成整体，定子单元内设有定子齿，相邻之间的定子齿形成对应的定子凹口23，其中定子凹口23的开口方向向绕轴线X处朝向。
其中，为了形成定子线圈，构成绕组单元，相邻的定子齿之内常饶线圈形成多个相，每个线圈均有电绝缘材料包覆的导线构成，通常采用漆包线。
具体的，还包括转子组件6，绕轴线X旋转，用以与定子组件2配套，形成内转子式结构的永磁电机；其中包括芯体61，芯体61外层设有鼠笼绕组63，芯体设有四个腔体65，腔体65用以容纳磁钢件62，采用内置式转子磁路结构设计，将磁钢件62位于转子内部，磁钢件62外表面与定子组件1之间有铁磁物质制成的极靴，极靴采用鼠笼绕组63设置，优选为铸铝笼；该结构起到阻尼或起动作用，特别是增加了起动、稳态效果，采用内置磁钢件62结构设计，外部设置鼠笼绕组63形成的极靴保护，其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩有助于提高电机的功率密度。
具体的，当磁钢件62容纳在腔体65内时，磁钢件62两端与腔体65两端之间形成有隔磁空隙67，隔磁空隙67隔磁空隙尺寸为0.8mm~1.2mm，优选为1.0mm；四个腔体65沿菱形四边排布，位于相对面的腔体65内的磁钢件62分别采用N极和S极排布，并形成两极分布，位于同极的两个腔体65之间设有隔磁桥68，隔磁桥68厚度尺寸为0.8mm~1.2mm，优选为1.0mm；优化采用隔磁桥68和隔磁空隙67的设计，实现良好的隔磁效果。
优选的，相邻两个用以填充N极磁钢件的腔体之间的夹角为95°~100°，优选为98°，相邻两个用以分别填充N极磁钢件和S极磁钢件的腔体之间的夹角为80°~85°，优选为82°；优选采用上述夹角设计结构，同时结合对于的定转子槽比结构，其中在填充N极磁钢件和S极磁钢件的腔体之间对应外侧的转子槽为无效槽组，因此填充N极磁钢件的腔体对应的有效槽组的最大范围值在π-π/n，n为转子槽数，即可实现磁极最大化的设计。
优选的，鼠笼绕组63包括转子单元64，转子单元64的外周设有转子凹槽66，定子凹槽和转子凹槽66的槽比为24槽/22槽。
优选的，转子凹槽66包括端口槽661和内腔槽662，端口槽661口径尺寸为0.8mm~1.2mm，优选为1.0mm，内腔槽662由外向内口径逐步减少，转子凹槽66内填充有导条部632，鼠笼绕组63两侧轴向向外延伸设置有鼠笼端环631，鼠笼端环631面积尺寸为标准参考值的3~4倍，优选为3.5倍；其中标准参考值为现有设计中电机设计手册、标准等提供的对应现有相近电机进行反推设计，而标准参考值则为现有最相近电机中鼠笼端口面积尺寸，在现有设计中，鼠笼端环631面积取决于两个参数值，分别为端口轴向厚度和端环径向长度，通常端环径向长度通常为大于转子凹槽66槽深尺寸5mm~10mm，另外端口轴向厚度等依据常规设计得出后作为标准参考值，在此基础上进行独特的增倍设计。
优选设计鼠笼端环面积尺寸为标准参考值的3~4倍，其目的是为了实现进一步减少端环电阻，在起步时增加牵引转矩，使得能够实现带载起动。
现有电机的设计依据趋向于标准化设计，电机的设计流程通常是以确定主要尺寸，然后完成磁路计算，再实现参数计算，完成性能计算，在此期间需要进行多次循环调整才可完成最终方案的定形。
优选的，单个腔体65内的磁钢件62数量为1~5件，优选为2-4件，呈同极设置，磁钢件62采用钕铁硼磁钢材质制成，即为永磁体。
本发明通过优化设计优化转子组件结构，通过减少电机杂散损耗，提高电机运行平衡性，从而增大启动牵引转矩。
基于上述实施例内容部分，提供功率为400W 的自起动三相二级永磁同步电机的具体设计参数值。
基于上述参数可以得出，本三相二级永磁同步电机在起步时使得牵入转矩可以大于输出转矩，从而实现负载的带动。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
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