異步起動永磁同步電機結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究

任盼姣

（鄭州飛機裝備有限責(zé)任公司，鄭州 450005）

0 引言

異步起動永磁同步電機是在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)安放永磁體，依靠定子旋轉(zhuǎn)磁場與籠型轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)起動。正常運行時，轉(zhuǎn)子運行在同步速度，籠型轉(zhuǎn)子不再起作用。異步起動永磁同步電機主要在高效節(jié)能的場合替代感應(yīng)電動機。

1 異步起動永磁同步電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

異步起動永磁同步電機的設(shè)計主要包括定子、轉(zhuǎn)子、機座、前后端蓋、永磁體及轉(zhuǎn)軸等。典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 異步起動永磁同步電機典型結(jié)構(gòu)圖

1.1 定子設(shè)計

1）定子鐵心的設(shè)計。定子鐵心（見圖2）是主磁路的一部分，由0.5 mm（或0.35 mm）的硅鋼片疊壓而成，在鐵心內(nèi)圓上均勻分布的槽內(nèi)可嵌放定子繞組；定子沖片需經(jīng)一定的壓力壓緊后用弓形扣片扣緊，成型后壓入機座，周向用定位螺釘固緊。定子槽數(shù)的選擇原則上與普通感應(yīng)電動機相同，槽形一般選用梨型槽。

圖2 定子鐵心

2）定子繞組的設(shè)計。定子繞組是電機的電路部分，通常由銅線繞制而成，三相繞組對稱地放置在定子槽內(nèi)，繞組分為單層繞組和雙層繞組，繞組與鐵心之間由槽絕緣，雙層繞組的上下兩層導(dǎo)體之間有層間絕緣，三相定子繞組可采用星形接法或三角形接法。

1.2 轉(zhuǎn)子的設(shè)計

轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 轉(zhuǎn)子

1）轉(zhuǎn)子鐵心的設(shè)計。轉(zhuǎn)子鐵芯是電機磁路的一部分，由0.5 mm的硅鋼片疊壓而成，其軸向固緊是靠轉(zhuǎn)子籠形導(dǎo)條和端環(huán)鑄成一體，克服轉(zhuǎn)子沖片回彈力。轉(zhuǎn)子采用內(nèi)置式磁路結(jié)構(gòu)，通常采用徑向式結(jié)構(gòu)，如一字形、V字形等，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。轉(zhuǎn)子槽數(shù)與普通感應(yīng)電動機相同，其槽形可采用與之相似的槽形。

2）轉(zhuǎn)子繞組的設(shè)計。轉(zhuǎn)子繞組是電路的一部分，一般為鑄鋁鼠籠，起起動作用，動、穩(wěn)態(tài)性能好。

3）永磁體的設(shè)計。永磁體的形狀通常為矩形，其軸向長度與電機轉(zhuǎn)子鐵心軸向長度相同；磁化方向的長度和寬度設(shè)計時應(yīng)考慮：a.磁化方向的長度不能過薄，并應(yīng)使電動機的直軸電抗合理；b.磁化方向的寬度決定了永磁體能夠提供磁通的面積。

4）轉(zhuǎn)軸的設(shè)計。轉(zhuǎn)軸的作用是支持整個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并通過軸身將電動機的機械轉(zhuǎn)矩傳出去。在設(shè)計時應(yīng)滿足以下基本要求：a.要有足夠的剛度，即軸的撓度不能太大，以免在電動機運行時軸的彎曲變形大；b.要有足夠的強度，使在擔(dān)負(fù)電動機運行中可能的一切載荷下，軸的各個斷面必須足夠堅固，不致斷裂或產(chǎn)生殘余變形：c.固有臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)遠(yuǎn)離工作轉(zhuǎn)速，以免產(chǎn)生共振；d.轉(zhuǎn)軸的工藝性要好。在確定轉(zhuǎn)軸各部分尺寸時，應(yīng)進(jìn)行剛度和強度計算以及臨界轉(zhuǎn)速的校核。轉(zhuǎn)軸的材料可選用合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr。

1.3 機座的設(shè)計

機座的主要作用是支承定子鐵心和固定端蓋，又是主要的通風(fēng)散熱元件，其設(shè)計要有足夠的強度和剛度。機座的中心高的設(shè)計一般與普通感應(yīng)電動機相同。

1.4 前后端蓋的設(shè)計

前后端蓋的主要作用是支承轉(zhuǎn)子，保護(hù)電動機和配合通風(fēng)散熱。在有凸緣和立式電動機中，端蓋又可作為電動機的安裝固定之用。端蓋可分為帶軸承室和不帶軸承室兩種類型。

端蓋在設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點：1）盡量采用鑄鐵端蓋，可以設(shè)計較為合理的形狀；2）厚度盡量均勻，避免澆注后局部收縮較大；3）內(nèi)外盡量帶加強筋，可起到散熱作用，筋要按輻射狀排列；4）止口、軸承室的同軸度要好：5）有較大的端蓋，止口處加一“引裝臺”，其直徑比裝配止口小0.2～0.5 mm，軸向長度約5 mm。

1.5 軸承的選擇

軸承的作用是支承轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，一般選用滾動軸承，其型號可根據(jù)端蓋軸承室和轉(zhuǎn)軸的設(shè)計以及承載載荷進(jìn)行選擇。電動機一端為固定的定位軸承，另一端為非固定軸承，軸承外圈與軸承室間加裝波形彈簧，其游隙為波形彈簧的工作高度。波形彈簧能增加軸向預(yù)壓力，以調(diào)節(jié)軸承的軸向游隙，利于消除轉(zhuǎn)子的軸向振動，并具有緩沖作用。

1.6 異步起動永磁同步電機的有限元仿真

運用Ansoft軟件對電機進(jìn)行有限元仿真，先運用Rmxprt設(shè)定電機基本參數(shù)（額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速等），定轉(zhuǎn)子尺寸、槽數(shù)和槽形，永磁體的尺寸以及繞組的繞制方式等，并根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，使電機的設(shè)計符合性能指標(biāo)；然后再運用Maxwell 2D對設(shè)計電機的電磁場進(jìn)行分析。

2結(jié)語

本文主要研究了異步起動永磁同步電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，闡述了各部件在設(shè)計時應(yīng)注意的事項，對異步起動永磁同步電機的設(shè)計具有一定的參考價值。

［1］ 黃堅，郭中醒.實用電機設(shè)計計算手冊［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

［2］ 胡巖，武建文，李德成.小型電動機現(xiàn)代實用設(shè)計技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［3］ 唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機理論與設(shè)計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1997.