一種異步起動永磁同步電動機和異步電機改造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電機領域，具體而言，涉及異步起動永磁同步電動機和異步電機改造方法。
【背景技術】
[0002]近年來隨著中國經濟的迅猛發展，人民生活水平的快速提高，我們對能源的需求越來越大，資源對外的依賴程度也日益嚴重，據統計，2011年我國一次能源消費量居世界第二位。能源問題不僅對經濟影響大，也必然引起一些列環保問題，因此能源問題已經成為了影響我國發展的戰略性問題。電能作為最主要的二次能源，也必然是最主要的節能對象，其中異步電機是最為普遍的用電設備，約占全國用電總量的60%。
[0003]異步電機又稱感應電動機，是由氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電磁轉矩，從而實現電能量轉換為機械能量的一種交流電機，包括鼠籠式異步電機和繞線式異步電機。異步電機在工作時，定子繞組產生的旋轉磁場與轉子繞組不同步，轉子繞組要從電網吸收部分電能勵磁，消耗電網電能，這部分電能在轉子繞組中發熱消耗，使得電機的效率降低、電能損耗較大，并且工作溫升大，電機的壽命較短，造成使用成本增加。

【發明內容】

[0004]本發明提供了一種異步起動永磁同步電動機和異步電機改造方法，使上述問題得到改善。
[0005]本發明是這樣實現的:
[0006]一種異步起動永磁同步電動機，包括:
[0007]機殼，所述機殼設置有空腔；
[0008]定子，所述定子設置在所述空腔內并與所述機殼固定連接，所述定子的內側纏繞設置有定子繞組；
[0009]鼠籠轉子，所述鼠籠轉子設置在所述定子的內側并通過轉動軸與所述機殼連接，所述定子繞組靠近所述鼠籠轉子，所述鼠籠轉子包括鼠籠圈、轉子疊片、磁鋼和銅條；
[0010]所述鼠籠圈為兩個，分別設置在所述轉子疊片的兩端，所述鼠籠圈的一側與所述轉子疊片的端部貼合，所述鼠籠圈的外徑與所述轉子疊片的外徑相等，所述鼠籠圈的中間部分設置有用于穿設所述轉動軸的第一通孔，所述轉動軸的一端與所述機殼固定連接，所述轉動軸貫穿所述轉子疊片和所述第一通孔且帶動所述鼠籠轉子繞自身軸心線轉動，所述轉子疊片和兩個所述鼠籠圈的邊緣部分均設置有多個第二通孔；
[0011]所述定子內側與所述轉子疊片之間設置有氣隙，所述轉子疊片上設置有四個橫截面為矩形的通槽，所述通槽貫穿所述轉子疊片，所述磁鋼嵌設在所述通槽內，所述磁鋼的一端與其中一個所述鼠籠圈固定連接；
[0012]所述轉動軸的軸心線到所述磁鋼的距離大于所述轉動軸的直徑，多個所述通槽旋轉對稱；
[0013]所述銅條為多個，所述銅條的兩端穿過所述第二通孔并分別與兩個所述鼠籠圈固定連接。
[0014]機殼的空腔用于放置定子和鼠籠轉子，使二者在內部穩定工作；定子繞組在交流電的作用下產生旋轉磁場，銅條用于切割定子繞組產生的旋轉磁場的磁力線并形成電磁轉矩，推動鼠籠轉子繞轉動軸開始轉動，當鼠籠轉子的速度接近旋轉磁場的變化速度時，磁鋼與旋轉磁場作用將鼠籠轉子拉入同步速度，實現電機的同步運行，同步運動時，銅條不再切割磁力線。磁鋼產生的磁場發揮作用使得異步電機最終可以形成永磁同步電機，既能發揮永磁同步電機的優點，又可以解決永磁電動機起動時需要加裝驅動器的問題，降低永磁電動機的制作使用成本。
[0015]異步起動永磁同步電動機的起動原理:當電機接入三相交流電源時，三相定子繞組流過三相對稱電流產生三相磁動勢并產生旋轉磁場；該旋轉磁場與銅條有相對切割運動，根據電磁感應原理，銅條產生感應電動勢及感應電流；根據電磁力定律，載流的銅條在磁場中受到電磁力作用，形成電磁轉矩，驅動鼠籠轉子旋轉；鼠籠轉子的轉速接近定子產生的旋轉磁場時，磁鋼產生的磁場與旋轉磁場發生作用，牽引鼠籠轉子與旋轉磁場同步運轉，此時銅條不再切割磁力線，形成永磁同步電動機，即采用異步電機的起動方法起動永磁同步電動機，當電機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。
[0016]進一步地，所述通槽和所述磁鋼一一對應且均為四個，所述通槽的其中一條棱靠近所述轉子疊片的邊緣。
[0017]通槽的一條棱靠近轉子疊片的邊緣，在該位置處沒有銅條，通槽兩側的銅條之間留有磁路，使磁鋼產生的磁場與定子繞組產生的旋轉磁場相對應并相互作用；在起動時的大差轉率的條件下，銅條能夠感應出大電流，產生感應的推力，該推力大于永磁鐵的吸力，因此，電機可以帶動負載起動。
[0018]進一步地，所述銅條為12根，相鄰的兩個所述通槽之間均設置有3根所述銅條，所述鼠籠圈為純銅環，所述銅條的兩端分別與兩個所述鼠籠圈鉚接。
[0019]銅條均勻分布在轉子疊片的四周，各部分產生的感應推力較為平均，可以平穩地推動鼠籠轉子起動；鼠籠圈由純銅材料制成，銅條與其冷鉚連接，冷鉚保證轉子疊片的硅鋼片之間緊密壓實，使得感應鼠籠的電阻低、電流大，鼠籠圈要有足夠的面積，使銅條的電流循環流過形成回路。
[0020]進一步地，相鄰的兩個所述磁鋼之間相互垂直，每個所述磁鋼到所述轉動軸的軸心線的距離均相等，四個所述磁鋼旋轉對稱的角度為90°。
[0021]四個磁鋼均不穿過轉動軸，磁鋼的一個磁極與定子形成的磁場相互靠近，磁鋼與定子繞組產生的旋轉磁場之間的距離較小，可以充分利用磁鋼的磁性，產生的轉動力矩更大，電機的最大功率增加；當磁鋼的靠近定子的一條棱位于定子產生的磁場的其中一個磁極的中間部位時，定子產生的該磁極的一半對磁鋼的一個磁極產生推力，另一半對磁鋼的另一個磁極產生吸力，推力和吸力共同作用，產生最大扭矩，將鼠籠轉子拉入同步速度，鼠籠轉子與定子形成的旋轉磁場同步運行。
[0022]進一步地，相對的兩個所述磁鋼的靠近所述轉動軸的一側磁極相同，相鄰的兩個所述磁鋼的靠近所述轉動軸的一側磁極相反。
[0023]由于定子繞組形成的磁場的N極、S極在環形方向上交替，因此需要將磁鋼的靠近定子的一側的磁極交替變化，適應定子繞組產生的磁場，相鄰的兩個磁鋼的磁極方向不同，但受到的磁力相同，電機可以平穩運行。
[0024]進一步地，位于所述轉動軸的軸心線左上方和右下方的磁鋼為橫向設置，位于所述轉動軸的軸心線左下方和右上方的磁鋼為豎向設置。
[0025]四個磁鋼的方位按照逆時針方向旋轉形成反“卍”字形，“卍”字形中間的兩條連線是指將相對的兩個磁鋼虛擬相連，不具有任何意義；電機按照逆時針方向旋轉時，該電機可以發揮出比純異步電機高出20%的功率，電機反轉時，只能比純異步電機高出10%的功率，因此，逆時針旋轉的磁鋼更加適合于電機逆時針轉動時使用，提高電機的功率。
[0026]進一步地，位于所述轉動軸的軸心線左上方和右下方的磁鋼為豎向設置，位于所述轉動軸的軸心線左下方和右上方的磁鋼為橫向設置。
[0027]四個磁鋼的方位按照順時針方向旋轉形成“田”字形，電機按照順時針方向旋轉時，該電機可以發揮出比純異步電機高出20 %的功率，電機反轉時，只能比純異步電機高出10%的功率，因此，順時針旋轉的磁鋼更加適合于電機順時針轉動時使用，提高電機的功率。逆時針旋轉和順時針旋轉兩種旋向的磁鋼分別適用于電機的逆時針旋轉和順時針旋轉，用戶可以根據需要選擇磁鋼旋向適合的異步起動永磁同步電動機，使電機的功率達到最大，最大程度地發揮電機的性能，節省能源。
[0028]進一步地，所述磁鋼的長度大于所述定子的疊片長度，所述磁鋼的長度與所述定子的疊片長度之差為5mm-10mm。
[0029]磁鋼的長度比定子的疊片長度長5mm-10mm，使得定子繞組產生的磁場被充分利用，增強電機的磁能力，電機產生的旋轉力矩達到最大。
[0030]進一步地，所述磁鋼的長度小于所述通槽的長度，所述磁鋼的一端與其中一個所述鼠籠圈固定連接，所述磁鋼的另一端與另外一個所述鼠籠圈留有間隙。
[0031]磁鋼的長度小于通槽的長度，便于鼠籠圈與轉子疊片貼合，進而方便銅條與鼠籠圈之間的鉚接。
[0032]進一步地，所述磁鋼為釹鐵硼強磁鋼，所述銅條的外側設置有氧化層，所述轉子疊片由D470硅鋼片疊放而成。
[0033]釹鐵硼強磁鋼采用釹鐵硼材料制成，具有體積小、重量輕、價格便宜和較好的抗退磁性，銅條的外側設置氧化層，可以通過銅條表面氧化處理的方式，減少轉子疊片的硅鋼片之間的短路電流，感應電流經鼠籠圈形成較大的循環，經過銅條的大電流可以增加起動轉矩。轉子疊片的硅鋼片采用D470牌號，減少鐵損，發熱量減少，因此可以去除風扇等排熱部件，減少風阻，提高電機的效率1% _2%，實現異步起動永磁同步電動機節能。
[0034]—種異步電機改造方法，包括:
[0035]將異步電機的鼠籠轉子取出，并將所述鼠籠轉子的銅條、鼠籠圈及轉子疊片拆分;
[0036]在轉子疊片上開設至少四個通槽，所述通槽貫穿所述轉子疊片，所述通槽的橫截面為矩形，在所述通槽內嵌設磁鋼，所述轉子疊片的軸心線到所述磁鋼的距離大于所述異步電機的轉動軸的直徑，多個