本发明属于电机技术领域，特别是涉及一种自起动永磁同步电动机及其制造方法。
背景技术：
电能是比较昂贵的能源，节电是节能的重要任务之一。电机是国民经济各行业广泛使用的电气设备，使用量大，运行时间长，是节能的重点。在交流电网上，现在广泛使用交流异步电动机来拖动工作机械。交流异步电动机虽具有结构简单、工作可靠、寿命长、成本低、保养维护简便等优点。但是，与同步电动机相比，其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因数低，电能利用率较低，无形中损失了大量电能。
上个世纪90年代中期，大功率变频调速技术日益成熟，在大功率异步电动机的起动和调速节能方面都做出了突出的贡献。但变频技术只有在电动机转速或负载需要变动时才具有节能的优点，在额定状态下，并无节能效果，并且变频调速装置结构复杂，因价格昂贵，故障率高等缺陷制约了变频技术在大功率电动机的推广和使用。
同步电动机最显著的优点是效率高，功率因数高。其缺点是电网电压下不能自行起动，且因为转子有励磁绕组而需要滑环、电刷而使转子结构复杂。在转子上增加异步起动绕组，虽然能够做到自起动，但由于受到转子自身条件的限制，起动电流往往很大，且使电动机转子结构更加复杂。
发明创新内容：
本发明系列自起动永磁同步电动机解决了目前普通异步电动机和一般表面式转子磁路结构永磁电机不能异步起动，效率低，节能效果不理想，起动困难，转矩倍数小的技术难题。
本发明提供了一种新型的自起动永磁同步电动机，其创新的技术措施、产生的效果采用下面方法来实现：
在转子组件磁极铁心上设有x形复合槽楔，在x形复合槽楔相互之间形成的梯形槽中安装镶嵌有瓦形钕铁硼永磁钢，x形复合槽楔（9）与瓦形钕铁硼永磁钢及转子铁心紧密配合形成表面式转子磁路结构的磁极，磁极极数为2极、4极、6极、8极、10极、12极…。瓦形钕铁硼永磁钢(16)是由多块磁钢按一定顺序排列构成，每块瓦形钕铁硼永磁钢(16)轴向长度lm≈周向宽度bm,即充磁面为正方形或接近正方形的矩形，瓦形钕铁硼永磁钢(16)磁化方向长度hm应使永磁体工作于最佳工作点。转子瓦形钕铁硼永磁钢固定安装于转子铁心的外表面上，为表面式转子磁路结构电动机，该结构特点：永磁体提供的磁通方向为径向，交、直轴磁路对称，永磁体漏磁小，永磁磁极易于实现最优设计，通过调整磁钢块的数量和形状调整电动机空载反电动势大小，使电动机的空载电流达到最小，使电动机气隙磁密波形接近于正弦波，可显著提高电动机性能。
x形复合槽楔与导流屏蔽环银焊组成电动机转子的起动笼。x形复合槽楔安装在转子铁心的轴向梯形槽内，数量为2～48条，x形复合槽楔两端设有一体的内风扇叶片组成转子内风扇，高压电机设有独立的内风扇，瓦形钕铁硼永磁钢与x形复合槽楔及转子铁心紧密配合形成转子组件。x形复合槽楔不仅用于瓦形钕铁硼永磁钢的固定，也是电动机的起动笼条，对称均布设置在转子的最外部和导流屏蔽环银焊组成起动笼，极大的提高了电动机的起动性能，转矩倍数提高到2.2～3.8倍，解决了电动机带载自起动和大马拉小车现象。同时，x形复合槽楔两端设有一体的内风扇叶片组成转子内风扇结构设计，合理地分配需要冷却的部位，较好地保证了电机具有优良的散热效能，有效地散发电机产生的热量，使电机的温升和最热点温度处于最佳状态，解决了钕铁硼永磁钢受温度升高而产生退磁的影响，保证了电动机长期使用性能稳定，延长了电动机的使用寿命。
高压自起动永磁同步电动机除上述转子磁极铁心结构特征外，x形复合槽楔上不设内风扇叶片，转轴上设有两个独立内风扇，转子铁心上设有轴向通风孔和径向通风孔相通，径向通风孔对应定子铁心上径向冷却风槽。壳体外安装空空冷却器和冷却风扇。
上述创新成果外还可以直接将普通异步电动机改造成自起动永磁同步电动机，方法是电动机其他所有部件不变，对普通异步电动机转子直接加工利用，先在机床上加工去掉厚度为瓦形钕铁硼永磁钢磁化方向长度hm的转子铁心外圆，按设计要求加工出一定数量的梯形槽用来安装x形复合槽楔，采用x形复合槽楔和导流屏蔽环银焊组成起动笼，转子组件两端x形复合槽楔内风扇叶组成内风扇，x形复合槽楔安装在转子铁心的轴向梯形槽内，x形复合槽楔之间镶嵌瓦形钕铁硼永磁钢，x形复合槽楔、转子铁心与瓦形钕铁硼永磁钢紧密配合形成转子的磁极，实现对普通异步电动机转子的改造，将普通异步电动机改造成自起动永磁同步电动机。
所述x形复合槽楔与转子铁心之间的梯形槽配合联接，安全牢固可靠，可适应电动机的高速转动。
所述x形复合槽楔每两条之间的斜面形成安装瓦形钕铁硼永磁钢的梯形槽，瓦形钕铁硼永磁钢与x形复合槽楔配合面也是相同角度斜面，因此装配后瓦形钕铁硼永磁钢安全牢固可靠，可适应电动机的高速转动。
所述转子瓦形钕铁硼永磁钢固定安装于转子铁心的外表面上，为表面式转子磁路结构电动机，该结构特点：永磁体提供的磁通方向为径向，交、直轴磁路对称，永磁体漏磁小，永磁磁极易于实现最优设计，通过调整磁钢块的数量和形状调整电动机空载反电动势大小，使电动机的空载电流达到最小，使电动机气隙磁密波形接近于正弦波，可显著提高电动机性能。
所述x形复合槽楔不仅用于瓦形钕铁硼永磁钢的固定，也是电动机的起动笼条，对称均布设置在转子的最外部和导流屏蔽环银焊组成起动笼，极大的提高了电动机的起动性能。
本发明和现有技术相比具有下面优点：
由于采用了现有技术的适用性设计和本发明自起动永磁同步电动机在转子铁心上采用x形复合槽楔，创新对称均布设置在转子的最外部和导流屏蔽环银焊组成起动笼，合理采用固定安装瓦形钕铁硼永磁钢于转子铁心外表面上，成为表面式转子磁路结构自起动永磁同步电动机，解决了目前普通异步电动机和一般永磁同步电动机现有技术存在的不足，效率低，节能效果不理想，起动困难，转矩倍数小的技术难题，转矩倍数提高到2.2～3.8倍，解决了电动机带载自起动和大马拉小车现象。电动机效率可达能效1级，节电率在不同工况时可达到10%～38%。针对不同要求进行适应的设计，自起动永磁同步电动机工作电压涵盖380v,3000v,6000v,10000v,功率范围涵盖7.5kw～2000kw，极数从2极～12极以上。由于采用上述系列创新技术措施，本发明自起动永磁同步电动机，具有优越电气性能和机械性能，其主要质量指标数据如下：
额定功率时效率94%～97%，并具有平坦的效率曲线，特别是轻载时更加突出，电动机效率可达能效1级，节电率在不同工况时可达到10%～38%。
额定功率时功率因数0.97～0.99，并具有平坦的效率曲线。
较高的起动转矩倍数，可达2.2～3.8倍，解决了电动机带载起动和大马拉小车现象。
空载电流、额定电流小，自起动永磁同步电动机和异步电动机相比空载电流下降90%以上，额定电流下降20%～40%以上。
电机温升小，经实测，在同等条件下，自起动永磁同步电动机的工作温度比异步电动机低15～20℃。
附图说明
图1低压自起动永磁同步电动机总装配图；
图2为本发明低压自起动永磁同步电动机转子图；
图3高压自起动永磁同步电动机总装配图；
图4为本发明高压自起动永磁同步电动机转子图；
图5为本发明低压自起动永磁同步电动机转子起动笼；
图6为本发明高压自起动永磁同步电动机转子起动笼；
图7x形复合槽楔部位局部放大图。
上述图中部件标号如下：
1转轴
2轴承
3前端盖
4x形复合槽楔上内风扇叶（高压电机为内风扇）
5定子绕组
6定子铁心
7空空冷却器
8转子铁心
9x形复合槽楔
10导流屏蔽环
11后端盖
12外风扇
13轴向通风孔
14径向通风孔
15径向冷却风槽
16瓦形钕铁硼永磁
17机座
18机壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明加以说明。
实施例1
图1低压自起动永磁同步电动机总装配图：转轴1以轴承2安装在机壳18的前端盖3、后端盖11上，机壳18旁安装有机座17，转轴1上安装有转子铁心8、x形复合槽楔9、x形复合槽楔上内风扇叶4组成的内风扇、瓦形钕铁硼永磁钢16、x形复合槽楔9及导流屏蔽环10组成的起动笼，转子铁心8固定在转轴1上，定子铁心6固定在机壳18内，定子铁心6槽内镶嵌有三相绕组5，转轴1左端为电动机轴伸端即动力输出端，右端安装外冷却风扇12。
图2低压自起动永磁同步电动机转子图：
转子组件以转子铁心8固定在转轴1上，转子铁心8外圆周上均布十二个梯形槽安装固定有x形复合槽楔9，x形复合槽楔9的两端有一体的内风扇叶片4组成内风扇，x形复合槽楔9每两条之间形成梯形槽，槽内固定安装有一排瓦形钕铁硼永磁钢16，整个转子共有十二排，每排十二块，x形复合槽楔9与导流屏蔽环10银焊组成转子起动笼如图5所示。
实施例2
图3高压自起动永磁同步电动机总装配图：
转轴1以轴承2安装在机壳的前端盖3、后端盖11上，转轴1上安装有独立的内风扇4、转子铁心8、x形复合槽楔9、瓦形钕铁硼永磁钢16，x形复合槽楔9及导流屏蔽环10组成的起动笼，转子铁心8固定在转轴1上，转子铁心8上设有轴向通风孔13和径向通风孔14，定子铁心6固定在机壳18内，定子铁心6槽内镶嵌有三相绕组5，定子铁心6上对应转子径向通风孔14设置径向冷却风槽15，机壳18外安装有空空冷却风器7和冷却外风扇12，转轴1左端为高压自起动永磁同步电动机轴伸端即动力输出端，右端安装外冷却风扇12直通上部空空冷却器。
图4高压自起动永磁同步电动机转子图：
转子组件以转子铁心8固定在转轴1上，转子铁心8外圆周上均布十二个梯形槽安装固定有x形复合槽楔9，x形复合槽楔9每两条之间形成梯形槽，槽内固定安装有一排瓦形钕铁硼永磁钢16，整个转子共有十二排，每排十二块，沿轴向每两排瓦形钕铁硼永磁钢16之间有沿圆周的等宽槽，其槽的宽度与转子铁心8上径向通风孔14尺寸相等，径向通风孔14与轴向通风孔13相通，x形复合槽楔9与导流屏蔽环10银焊组成转子起动笼如图6所示。
图7x形复合槽楔局部放大图：
转子铁心8外圆周上梯形槽安装固定有x形复合槽楔9，x形复合槽楔9与导流屏蔽环10银焊组成转子起动笼，x形复合槽楔9每两条之间形成梯形槽，槽内固定安装有一排瓦形钕铁硼永磁钢16。
1.一种自起动永磁同步电动机，包括转子组件和定子组件和机壳（18），其特征在于：还包括安装有转子组件的转轴(1)，转轴(1)以轴承(2)安装在机壳(18)的前端盖(3)、后端盖(11)上；转子组件上包括转子铁心(8)、内风扇（4）、瓦形钕铁硼永磁钢(16)、x形复合槽楔（9）及导流屏蔽环（10），转子铁心(8)固定在转轴(1)上，在转子铁心(8)上设有x形复合槽楔（9），在x形复合槽楔（9）相互之间形成的梯形槽中安装镶嵌有瓦形钕铁硼永磁钢(16)，x形复合槽楔（9）与瓦形钕铁硼永磁钢(16)及转子铁心(8)紧密配合形成表面式转子磁路结构的磁极，定子组件固定在机壳(18)内，所述x形复合槽楔（9）与导流屏蔽环（10）组成电动机转子的起动笼，所述x形复合槽楔（9）上采用一体的内风扇叶片，两端内风扇叶片组成电动机的内冷却风扇（4），定子组件包括定子绕组(5)和定子铁心(6)，机壳(18)外安装有冷却外风扇（12）。
2.根据权利要求1所述之自起动永磁同步电动机，其特征在于：所述x形复合槽楔（9）与瓦形钕铁硼永磁钢(16)及转子铁心(8)紧密配合形成表面式转子磁路结构的磁极，磁极极数为偶数极。
3.根据权利要求1所述之自起动永磁同步电动机，其特征在于:所述x形复合槽楔（9）的下部配合安装在转子铁心(8)的轴向梯形槽内，使得x形复合槽楔（9）与磁极铁心(8)形成一体。
4.根据权利要求1所述之自起动永磁同步电动机，其特征在于:所述x形复合槽楔（9）与导流屏蔽环（10）之间采用银焊焊接。
5.根据权利要求1所述之自起动永磁同步电动机，其特征在于:所述瓦形钕铁硼永磁钢(16)是由多块磁钢按一定顺序排列构成，并且可以通过调整磁钢块的数量调整电动机空载反电动势大小，使电动机的空载电流达到最小。
6.根据权利要求1所述之自起动永磁同步电动机，其特征在于:所述每块瓦形钕铁硼永磁钢(16)轴向长度lm≈周向宽度bm,即充磁面为正方形或接近正方形的矩形。
7.根据权利要求1所述之自起动永磁同步电动机，其特征在于:所述每块瓦形钕铁硼永磁钢(16)磁化方向长度hm应使永磁体工作于最佳工作点。
8.一种自起动永磁同步电动机，包括安装有转子组件的转轴(1)，转轴(1)以轴承(2)安装在机壳(18)的前端盖(3)、后端盖(11)上；转子组件上包括转子铁心(8)、x形复合槽楔（9）、瓦形钕铁硼永磁钢(16)、x形复合槽楔（9）及导流屏蔽环（10）组成的起动笼，转子铁心(8)固定在转轴(1)上，转轴(1)上设有独立的内风扇(4)，转子铁心(8)上设有轴向通风孔(13)和径向通风孔(14)，磁极铁心(8)上设有x形复合槽楔（9）；在x形复合槽楔（9）相互之间安装镶嵌有瓦形钕铁硼永磁钢(16)；定子组件固定在机壳(18)内，定子组件包括定子绕组(5)和定子铁心(6)，定子铁心(6)上对应转子径向通风孔(14)设置径向冷却风槽(15)，机壳(18)外安装有空空冷却风器(7)和冷却外风扇（12），磁极铁心(8)上设有x形复合槽楔（9）；在x形复合槽楔（9）相互之间安装镶嵌有瓦形钕铁硼永磁钢(16)。
9.根据权利要求8所述之自起动永磁同步电动机，其特征在于:所述转子上沿轴向每两排瓦形钕铁硼永磁钢(16)之间设有沿圆周的等宽槽，其槽的宽度与转子铁心(8)上径向通风孔(14)尺寸相等，槽的数量为2～20。
10.一种自起动永磁同步电动机制造方法，其特征在于：对普通异步电动机转子直接加工利用，先在机床上加工去掉厚度为瓦形钕铁硼永磁钢磁化方向长度hm的转子铁心外圆，按设计要求加工出一定数量的梯形槽用来安装x形复合槽楔，采用x形复合槽楔和导流屏蔽环银焊组成起动笼，转子组件两端x形复合槽楔内风扇叶组成内风扇，x形复合槽楔安装在转子铁心的轴向梯形槽内，x形复合槽楔之间镶嵌瓦形钕铁硼永磁钢，x形复合槽楔、转子铁心与瓦形钕铁硼永磁钢紧密配合形成转子的磁极，实现对普通异步电动机转子的永磁化改造，将普通异步电动机改造成自起动永磁同步电动机。
技术总结