变频螺杆压缩机用永磁电机转子结构研究
哈尔滨工业大学科技成果——螺杆泵用节能型永磁变速直接驱动电机系统
哈尔滨工业大学科技成果——螺杆泵用节能型永磁变速直接驱动电机系统主要研究内容由于能源紧张，油田抽油机的节能问题已经成为广泛关注的热点之一。
潜油螺杆泵近年的发展势头良好，但采用的感应电机加机械及皮带减速方式在节能性、可靠性等方面还有待改进。
本项目是根据现有市场的需求，采用新的控制策略和生产工艺而研发的新一代伺服控制系统。
交流永磁同步电机组件是典型的机电一体化产品。
与传统的传动电机如直流电机、感应电机等相比，其主要优点一是结构简单可靠，转子上采用永磁材料后不存在通电和发热问题；二是适宜于变速伺服驱动控制和位置控制，可以做到无级调速；三是可以根据控制对象进行综合结构设计，如采用组装式、分装式、内转子或外转子式，等等；四是与感应电机相比，其高效节能的优势非常突出。
在本系统中，可以通过指令输入对驱动器进行设置，实现速度预置，实时速度调节，驱动转矩调节，软启动，软停机等功能，从而实现对螺杆泵负载的直接驱动。
技术特点及优势（1）节能效果显著：通过应用的对比数据表明，从单井耗能上效率提高了三分之一以上，线路损耗则节省百分之八十以上，如果形成规模，节能效果会非常显著；（2）运行高可靠性：取消了机械减速器和皮带减速器，减少了传动环节，减少了故障发生概率；操作系统实现了软启动和软停机，设计了断电软停机功能，可以防止传动杆的反转冲击，对螺杆泵进行有效保护；良好的启动特性和过载能力可以大大提高系统的适应性；（3）操作简单灵活：启机停机方便，可以自动实现启机和停机一键操作；实时调速方便，无须停机，只需要在驱动器上根据需要随时调节转速即可；（4）专利产品，自主知识产权：专利产品“磁阻式多极无刷旋转变压器”构成了电机的位置传感器，其结构简单，运行可靠，便于提高产品在野外的安全可靠性和降低系统整体成本。
永磁同步电动机转子部分的结构分析与研究
永磁同步电动机转子部分的结构分析与研究摘要：永磁同步电机具有许多优点，是未来最具应用前景的电机之一。
本文介绍了永磁同步电机的特点和工作原理，全面剖析了永磁同步电机转子部分的结构，并提出了一些优化思路。
关键词：永磁同步电机；转子；结构分析；优化随着我国制造业的发展，电子工业也得到了快速的进步，作为装备制造业的核心关键技术，高质量的电动机系统成为人们关注的重要焦点之一。
电机的综合性能可以直接影响弊端装备制造的效率和产品质量，而永磁同步电机（Permanent-Magnet Synchronous Motor, PMSM）相对于传统的电机系统具有诸多优点，是未来最具使用前景的电机之一。
本文主要研究永磁同步电机的转子结构和优化问题。
1永磁同步电机概述1.1永磁同步电机的特点所谓“永磁”是指电机转子部分是采用永磁体为原料制造的，这是对传统电机结构的一种优化，使电机综合性能得到了进一步的提升。
而所谓“同步”是指转子转速恰好等于定子绕组的电流频率，通过改变输入定子绕组的电流频率来达到控制电机转速的目的。
与传统的电机相比，永磁电机具有体积小、重量轻、功率高、转矩大、结构简单等优点，尤其是在功率/质量比、极限转速、制动性能等方面的性能提升更是十分明显。
随着各种新技术、新工艺和新材料的出现，永磁同步电机的励磁方式也在持续发展和优化，目前已经可以实现励磁装置的自适应最佳调节。
永磁同步电机非常适用于要求连续的、均速的、单方向运行的机械设备，如风机、泵、压缩机、普通机床等，因而在工业、农业等领域均有着广泛的应用。
1.2永磁同步电机的工作原理在传统的交流异步电机中，首先要求定子的旋转磁场在转子绕组中感应出电流，然后再由这些感应电流产生转子磁场。
根据楞次定律，转子始终保持着跟随定子旋转磁场转动的状态，但其速度总会慢一些，因而被形象地称为“异步”电机。
现在假设转子绕组电流不是由定子旋转磁场感应出来的，而是其本身提供的，那么显然转子磁场就和定子旋转磁场没有什么关系了。
永磁变频螺杆式空气压缩机工作原理
永磁变频螺杆式空气压缩机工作原理
永磁变频螺杆式空气压缩机，是一种新型的高效节能压缩机。
其工作原理如下：
一、螺杆式压缩机
首先我们来了解一下螺杆式压缩机的工作原理。
螺杆式压缩机是一种基于离心力原理的压气机。
它通过两个螺杆的旋转，将空气从进气管口吸入，经过压缩腔体的挤压，将气体压缩成高压气体，并将其排出。
螺杆式压缩机的主要部件是两个齿轮，它们的形状是相同的，但是一个齿轮是用来驱动机器的，而另一个齿轮是被动的。
当螺杆开始转动时，它们的齿轮之间的空隙就会逐渐变小，同时在这些齿轮之间形成的压缩空气就开始增多。
这种方法可以为气体增加约5-6个压力等级。
二、永磁变频技术
永磁变频技术是一种新兴的技术，可以帮助压缩机实现更高的效
率和更长的使用寿命。
与传统压缩机不同，永磁变频压缩机使用了磁性材料，如永磁铁，作为马达的转子部件。
由于永磁铁具有极高的磁导率，其轴向磁通密度比传统马达高三倍，可以减少转子损失并提高转动效率，从而减少电耗。
三、永磁变频螺杆式空气压缩机的工作原理
永磁变频螺杆式空气压缩机正是将以上两种技术完美结合的产物。
这种空气压缩机可以根据外部需要，实现变频控制。
当需求量增
加或减小时，压缩机可以根据实际需求对螺杆的运转速度实行调整，
以保持较佳的效率。
与此同时，由于永磁变频技术的运用，该种压缩机的耗电量比传
统的压缩机大大降低。
永磁同步电机转子结构_概述及解释说明
永磁同步电机转子结构概述及解释说明1. 引言1.1 概述永磁同步电机是目前较为先进和广泛应用的一种电机类型。
其核心部分是转子结构，决定了电机的性能和特点。
因此，了解和掌握永磁同步电机转子结构的概述及解释非常重要。
本文将深入介绍永磁同步电机转子结构的相关知识，并对其进行详细说明。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、永磁同步电机转子结构概述、永磁同步电机转子结构解释说明、应用领域与发展趋势分析以及结论与展望。
在引言部分，将对文章整体内容进行概括，并阐明文章的架构安排。
1.3 目的本文旨在全面介绍永磁同步电机转子结构相关知识，深入剖析其内部组成和工作原理，提供读者对该领域有一个清晰而全面的了解。
同时，通过分析其应用领域与发展趋势，帮助读者把握未来该技术的发展方向和潜力。
请注意以上内容并按要求对文章部分进行撰写。
2. 永磁同步电机转子结构概述2.1 定义与背景永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源，利用旋转的磁场与定子绕组产生的交变磁场进行互相作用而工作的电机。
其主要特点是具有较高的效率、功率密度和动态响应能力，因此在许多领域被广泛应用。
2.2 基本原理永磁同步电机转子结构是其关键部分之一。
转子结构由永磁体和铁芯组成。
永磁体是通过将永磁材料固定在转子上而形成的，它产生固定的、恒定的磁场。
铁芯则用于引导和增强磁场，在转子运行时保持稳定性。
通过控制电流流过定子绕组，可以改变转子上的磁场分布，从而控制电机的输出。
2.3 工作原理及特点当三相交流电流与旋转的磁场相互作用时，产生了由Lorentz力驱动的转子运动。
这种方式使得永磁同步电机具有自同步性，即转子速度与旋转磁场的频率同步。
同时，由于永磁体固定在转子上，无需额外的励磁电流，因此具有较高的效率。
此外，永磁同步电机还具有快速响应、宽范围调速和较低的机械损耗等特点。
总结起来，永磁同步电机转子结构是由永磁体和铁芯组成，并通过控制定子绕组电流与旋转磁场相互作用实现运动。
永磁变频螺杆空压机原理
永磁变频螺杆空压机原理
永磁变频螺杆空压机是一种采用永磁同步电机驱动的变频空压机，其工作原理如下：
1. 压缩空气进入螺杆压缩室：空气经过进气阀门进入螺杆压缩室。
螺杆压缩室内有两个相互咬合的螺杆，通过它们的旋转将气体逐渐压缩。
2. 永磁同步电机驱动：永磁同步电机通过电源供电，产生磁场。
在磁场作用下，螺杆开始旋转，压缩空气逐渐被压缩。
3. 变频控制系统：变频控制系统能够根据压缩空气的需求，调整永磁同步电机的转速。
通过改变电机的转速，可以实现对空气的压缩量的调节，从而达到节能的效果。
4. 冷却系统：由于螺杆压缩室内的空气被压缩，会产生热量。
冷却系统通过冷却器和风扇等设备，将空气冷却，防止机器过热。
5. 控制系统：控制系统可以监测和控制压缩机的运行状态，实时调整气压和温度等参数，保证压缩机的正常运行和安全性。
总结：永磁变频螺杆空压机通过永磁同步电机驱动，利用变频控制系统和冷却系统对空气进行压缩。
其主要特点是能够根据气压需求自动调整转速，节能效果显著。
同时，控制系统可以对压缩机进行监测和控制，确保其运行安全可靠。
压缩机用外转子永磁同步电机结构优化
2020年第48卷第7期D设计分析esign and analysis 张兴志等 压缩机用外转子永磁同步电机结构优化31 收稿日期:2019-12-12压缩机用外转子永磁同步电机结构优化张兴志,孙建龙,范 杰(上海海立电器有限公司,上海201206)摘 要:变频空调压缩机电机大多采用内转子永磁电动机,但内转子电机一直存在噪声㊁振动和成本的问题㊂相比内转子电机结构,外转子电机在噪声㊁转动惯量和漆包线成本上具有优势㊂对外转子电机的发展现状㊁技术优势以及外转子电机在压缩机上的应用现状做了分析,进行了外转子压缩机电机的方案设计,样机试制,试验平台搭建以及样机实验验证㊂关键词:压缩机;外转子;永磁同步电机;效率;噪声;振动;结构优化中图分类号:TM341;TM351 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2020)07-0031-04Structure Optimization of Outer Rotor Permanent Magnet Synchronous Motor of CompressorZHANG Xing -zhi ,SUN Jian -long ,FAN Jie(Shanghai Highly Electrical Appliances Co.,Ltd.,Shanghai 201206,China)Abstract :Most of the inverter air conditioner compressor motors use inner rotor PMSM,but the inner rotor motors al⁃ways have the problems of noise,vibration and pared with the inner rotor motor ,the outer rotor motor has advan⁃tages in noise,moment of inertia and the cost of the enameled wire.The development status,technical advantages and ap⁃plication status of outer rotor motors in compressors were analyzed.The scheme design,prototype trial production,test plat⁃form construction and prototype test of the outer rotor motor were carried out.Key words :compressor,outer rotor,permanent magnet synchronous motor,efficiency,noise,vibration,structure op⁃timization0 引 言随着消费者对生活环境舒适的要求越来越高,对压缩机电机提出了高效率㊁低噪声㊁稳定运行㊁变频调速的高性能要求㊂外转子永磁电机具有高功率密度㊁结构紧凑㊁长寿命和安全可靠的优点[1],但外转子永磁电机也存在磁钢成本较高㊁加工较难的劣势,有必要对外转子电机进行深入研究㊂近年相关的电机学者和电机企业已对外转子电机进行了大量的研究工作[2-4],早期主要是定速外转子电机,主要应用在风机上㊂随着国家全面提升电机能效水平和促进电机产业转型升级,永磁同步电机得到了较快发展,同时永磁材料的快速发展也极大地推动了永磁电机的开发应用㊂伴随着永磁电机的快速发展,越来越多的学者开始对外转子永磁电机展开研究,并将外转子电机应用到越来越多的领域㊂华北电力大学的王艾萌通过对外转子电机电枢齿部磁密和绕组系数的分析,发现不等齿宽结构能够提高输出转矩[5]㊂同济大学的左曙光对外转子轮毂电机电磁噪声测试方法及特性进行了分析,发现转速对电磁噪声影响较大,负载扭矩对其影响较小[6]㊂三洋电器股份有限责任公司对洗衣机用外转子永磁电机进行了研究,主要通过不等厚磁铁的设计,优化气隙磁密,提高输出转矩[7]㊂在冰箱压缩机上的应用以思科普公司和日本株式会社日立制作所为代表,这两家公司在外转子冰箱压缩机上做了较多研究,并且思科普公司已有相关产品㊂该款产品相比其他冰箱压缩机,结构明显紧凑,体积大大减小,且通过相关资料的调查发现,该款压缩机的噪声振动也较小,从而结构紧凑㊁体积小㊁噪声小成为该款压缩机的卖点㊂随着电动汽车和混合电动汽车市场的兴起,电动涡旋压缩机研究也越来越热㊂伟世通公司在2010年推出了新型㊁轻便的外转子电动压缩机,并将该款外转子电动压缩机应用在了最近推出的宝马7系混合动力车上㊂本文为了将外转子电机结构紧凑㊁转动惯量大㊁高效低噪声的优势应用于空调压缩机中,满足消费者对空调压缩机高效率㊁低噪声㊁稳定运行㊁变频调速的高性能要求,进行了外转子压缩机电机的方案设计,并对电机定子齿轭比㊁齿靴㊁磁铁厚度㊁极弧系数等进行了一系列优化,使得影响电机噪声的发电电压谐波㊁齿槽转矩和转矩脉动降到最低,最后进行了样机试制㊁实验平台搭建以及样机实验验证㊂D设计分析esign and analysis 2020年第48卷第7期 张兴志等 压缩机用外转子永磁同步电机结构优化32 1 压缩机用外转子电机本文计划对压缩机用外转子电机进行研究,电机主要参数如表1所示㊂表1 电机主要参数工况转速n /(r㊃min -1)扭矩T /(N㊃m)输出功率P /W制冷标况4000 4.01695过负荷80006.15145 转速范围:1000~8000r /min㊂2 电机结构设计2.1 结构尺寸设计对于具有外转子电机的压缩机,外转子电机在追求高输出转矩的同时,电机的损耗尤其是铁耗会快速增加导致电机效率下降㊂转子轭部厚度r ㊁磁铁厚度m ㊁齿宽t 对电机磁密大小有很大影响,进而影响电机的铁耗大小,如图1所示㊂图1 外转子电机冲片图磁铁厚度与转子轭部厚度的比例一般为0.38≤m /r ≤0.6㊂r 越大,转子轭部越容易承受磁通量,从而外转子电机的输出转矩越大,但r 增大,会导致外转子电机的体积和尺寸的增大;m /r 增大,铁损成增大的趋势,在[0.38,0.6]区间内,转矩有较大的增大趋势,铁损增加缓慢㊂转子轭部与定子齿部的比例为1.8≤t /r ≤2.5㊂随着t /r 增大,输出转矩成饱和的趋势,当定子齿的宽度增大到一定程度时,定子齿的磁阻大小已基本不变,电机的转矩电流比不变,若t /r ≥1.8,随着t /r 比值的增大,铁损持续下降;但由于定子槽需要一定的空间容纳定子绕组,因此定子齿的宽度不能过大㊂2.2 定子齿靴削极设计现有外转子电机定子齿靴外沿是定子外圆的一部分,导致反电动势谐波较大,影响电机性能和噪声[8]㊂为了优化电机的反电动势,现有技术选择对磁铁的形状进行优化,包括不等厚磁铁,对磁铁进行削极角处理等㊂但由于技术原因以及磁铁的特性,一些复杂形状的磁铁制作加工难度大㊁成本高,因此本设计从定子冲片优化设计的角度出发,通过在定子冲片的齿上进行削极处理,实现不均匀气隙,使电机的气隙磁密正弦性更好,减小电机的反电动势谐波含量,改善电机的性能和噪声㊂定子所在的外圆半径为R ,定子槽口所在的外圆半径为r ,削极角度为θ,削极深度为h (h =R -r ),定子槽数为S ,定子齿的中心线与相邻槽中心线的夹角为Ψ(Ψ=180/S );削极角度θ≤Ψ,削极的角度不能过大,也不能过小㊂削极角度过小,效果不明显,气隙磁密波形会产生平顶波,反电动势的波峰和波谷会产生平顶;削极的角度过大,气隙磁密的波峰和波谷会有尖顶,反电势的波峰和和波谷也会有尖顶,正弦性变差㊂因此削极的最优角度θ的区间为(Ψ/4,Ψ/2)㊂削极深度不宜过小,削极深度过小会导致削极后齿靴的磁密严重饱和,电机铁损严重,性能下降;削极深度过大,会导致槽漏抗增大,最优削极深度h 为槽口深度h 1的50%~200%㊂图2 削极定子冲片图图3为不同削极角度时的齿槽转矩㊂可以看出,削极角度在8°~10°时,齿槽转矩较小,其中削极角度为9°时,齿槽转矩最小㊂图3 不同削极角度时发电电压和齿槽转矩2.3 极弧系数选择极弧系数描述了在一个极距范围下实际气隙磁场的分布情况㊂通过选择合理的极弧系数可以优化气隙磁密的波形和齿槽转矩㊂极弧系数的选择首先要满足电机的能力指标要求,再在一定的极弧系数范围内选择最佳的极弧系数[9],图4为不同极弧系数时的齿槽转矩㊂图4 不同极弧系数的齿槽转矩㊁发电电压通过图4可以发现,极弧系数的大小可以影响齿槽转矩的大小和发电电压的大小㊂在极弧系数为0.85时齿槽转矩最小,极弧系数在0.8~0.9之间发电电压变化不大,综合考虑电机的性能和电机的噪声,最优极弧系数在0.82~0.87之间㊂2.4 磁铁牌号选择烧结钕铁硼的剩磁一般在1.1~1.4T,通过图 2020年第48卷第7期 D设计分析esign and analysis 张兴志等 压缩机用外转子永磁同步电机结构优化33 5可以发现,当使用剩磁B r 为1.1~1.4T 的烧结钕铁硼时,定子齿部的空载磁密B o 明显高于我们平时的设计值1.5T 左右,定子齿部磁密饱和,当带上负载后,齿部的磁密会更加饱和,造成电机铁损高,发热严重,因此烧结钕铁硼不适合这款电机的设计㊂图5 定子空载齿部磁密不同牌号粘结钕铁硼的磁性能和抗退磁性能以及工作温度不同,粘结钕铁硼现在的剩磁最高,可以做到0.83T,但其矫顽力很低,抗退磁能力很差㊂综合考虑,选择牌号为GPM-12H 这款磁铁,这款磁铁的剩磁相对较高,为0.74~0.8T,内禀矫顽力为760~880kA /m,抗退退磁能力也相对较高㊂若牌号再高一档,内禀矫顽力下降到480~640kA /m,矫顽力瞬间降了很多㊂3 电机有限元仿真3.1 电机参数对外转子电机进行初步方案设计,在初步方案的基础上降低磁铁牌号㊁加厚转子轭部,并对极弧系数进行优化,对定子齿部进行了削极处理,确定了最终方案,表2为最终方案的电机参数㊂表2 外转子电机参数参数数值极/槽数10/12叠高h′/mm 35定子外径Φso /mm 96.7定子内径Φsi /mm52转子外径Φro /mm 1123.2 有限元仿真结果优化后的外转子电机发电电压波形如图6所示,外转子电机发电电压谐波分析如图7所示㊂图6 外转子电机发电电压波形图7 外转子发电电压谐波含量 优化后的外转子电机负载特性如表3所示,转矩波形如图8所示㊂表3 制冷标况电机负载特性参数数值参数数值转速n /(r㊃min -1)4000转矩T avg /(N㊃m)4.0转矩脉动ΔT /(N㊃m)0.158脉动率3.95%图8 制冷标况负载转矩波形4 实验设备改造根据外转子电机的特殊结构,结合现有实验台的安装结构,对转子轴和定子套筒进行了气隙可调的结构设计㊂通过对实验夹具的设计,完成了外转子参数实验㊁特性实验平台的搭建,图9为搭建完成的电机特性实验平台㊂图9 特性实验平台5 实验验证5.1 空载实验外转子电机与批量电机发电电压波形如图10所示㊂(a)外转子发电电压波形(b)批量发电电压波形图10 发电电压波形通过对比发现,外转子电机的反电动势波形正弦性优于批量内转子电机,外转子电机反电势的谐波含量为0.38%,远远小于批量内转子电机的5.92%,因此,推测电机的噪声将会很小㊂5.2 电机参数实验由于磁铁安装方式属于表贴式,相当于隐极式电机,因此d ,q 轴电感较接近,通过图11可以发现d ,q 轴电感相差0.1~0.2mH㊂图11 电机d ,q 轴电感5.3 电机特性实验(1)效率曲线外转子电机扭矩效率曲线和转速效率曲线如图D设计分析esign and analysis 2020年第48卷第7期 张兴志等 压缩机用外转子永磁同步电机结构优化34 12所示㊂由图12可见,扭矩在2~3N㊃m 下,外转子电机效率最高,转速在3000~3500r /min 下效率最高,其中在工况2.5N㊃m,3000r /min 时效率达到最大㊂图12 外转子电机扭矩效率曲线(2)损耗曲线外转子电机损耗仿真数据与实验数据如图13㊁图14所示,通过分析图13㊁图14可以发现,外转子电机实验发电电压比仿真电压低了5V,实验负载电流比仿真负载电流大了4.5A,导致实验负载铜损比仿真铜损增大㊂为了降低铜损,提高电机效率,后续还需提高发电电压㊂图13 铜损曲线图14 铁损曲线6 结 语本文对外转子电机的发展现状㊁技术优势以及外转子电机在压缩机上的应用现状做了分析,在此基础上进行了外转子压缩机电机的方案设计,并对电机定子齿轭比㊁齿靴㊁磁铁厚度㊁极弧系数等进行了一系列优化,使得影响电机噪声的发电电压谐波㊁齿槽转矩和转矩脉动降到最低,最后进行了样机试制㊁实验平台搭建以及样机实验验证㊂参考文献[1] 汤蕴璆,史乃.电机学[M].北京:机械工业出版社,2005.[2] 邱国平,邱明.永磁直流电机实用设计及应用技术[M].北京:机械工业出版社,2009.[3] 耿伟伟,张卓然.新型外转子Halbach 永磁阵列定子无铁心电机设计与分析[J].电工技术学报,2015.30(14):130-137.[4] 李晓峰.外转子永磁同步电机的结构及工艺[J].企业技术开发,2014(7):34-35.[5] 王艾萌,李媛.外转子永磁电机的不等齿宽性能分析研究[J].黑龙江电力,2018,40(3):5-9.[6] 左曙光,王青松,吴旭东,等.轮毂电机电磁噪声测试方法及特性分析[J].制造业自动化,2014,36(9):77-81.[7] 金友华,王宏伟.基于Ansoft 优化永磁同步电机气隙磁密[J].微电机,2013,46(12):84-87.[8] 彭湃.外转子永磁无刷直流电机的性能优化设计[D].大连:大连理工大学,2012.[9] 谢昱良.风机用永磁无刷直流电动机的设计与分析[D].广州:广东工业大学,2016.。
永磁同步变频螺杆式冷水机组原理
永磁同步变频螺杆式冷水机组是一种高效节能的制冷设备，其工作原理基于永磁同步电机和变频技术，能够在不同负载条件下实现高效稳定的运行。
本文将从工作原理、特点和应用领域等方面对永磁同步变频螺杆式冷水机组进行详细介绍。
一、工作原理1. 永磁同步电机永磁同步电机是永磁体和同步电机的结合体，在工作时能够产生恒定的磁场，与传统的感应电机相比，永磁同步电机具有高效、高功率密度和低噪音等优点。
在永磁同步变频螺杆式冷水机组中，永磁同步电机作为动力源，通过变频器调节电机的转速，实现制冷效果。
2. 变频技术变频技术是指通过改变电机的输入频率来调节电机的转速和输出功率的技术，在永磁同步变频螺杆式冷水机组中，变频器能够根据实际制冷需求，精确控制电机的转速，从而提高能效比，减少能耗。
3. 螺杆式压缩机螺杆式压缩机是永磁同步变频螺杆式冷水机组的核心部件，其工作原理是利用螺杆来压缩制冷剂，将低压气体转化为高压气体，然后通过换热器将热量排出，实现制冷效果。
二、特点1. 高效节能永磁同步电机具有高效、稳定的特点，结合变频技术能够在不同工况下实现高效节能的运行。
螺杆式压缩机的工作效率也较高，能够有效提高制冷效果。
2. 精准控制变频技术能够实现对电机转速的精准控制，根据实际负载需求进行调节，使制冷机组能够实现快速、稳定的响应。
3. 低噪音永磁同步电机和螺杆式压缩机具有低噪音的特点，使得永磁同步变频螺杆式冷水机组在运行时能够保持安静的工作环境。
4. 超长寿命由于永磁同步电机无需外部励磁，能够减少电机损耗，延长设备的使用寿命。
5. 精准控温永磁同步变频螺杆式冷水机组能够实现精准的温度控制，使制冷效果更加稳定和可靠。
三、应用领域1. 工业制冷永磁同步变频螺杆式冷水机组适用于各类工业领域的制冷需求，如汽车制造、塑料加工、化工等行业。
2. 商业建筑商业建筑中对空调系统的能效要求较高，永磁同步变频螺杆式冷水机组能够满足不同规模的商业建筑对空调设备的要求。
变频压缩机用无稀土永磁辅助同步磁阻电机的研究
变频压缩机用无稀土永磁辅助同步磁阻电机的研究永磁辅助同步磁阻电机（PMaSynRM）最初由意大利学者A. Vagati首次提出。
永磁辅助同步磁阻电机结合了同步磁阻电机（SynRM）和内置式永磁同步电机（IPMSM）的特点，该电机充分利用磁阻转矩和永磁转矩，具有功率密度高、效率高、调速范围宽及体积小、质量轻等显著优点。
因工艺水平和材料的限制，当时对永磁辅助同步磁阻电机的研究和应用并未获得足够重视。
近年来，由于稀土永磁体使用量大，价格不断提升，为减轻永磁电机对稀土的依赖，减少稀土开采对环境的破坏，并在保证电机高性能的同时降低电机成本，永磁辅助同步磁阻电机这一少稀土乃至无稀土的高效电机再次被提出，技术发展迅速，国内外对其研究取得了丰硕的成果，产业化势头良好，并在电动汽车和空调、洗衣机等家电领域被广泛应用。
永磁辅助同步磁阻电机由同步磁阻电机发展而来，通过在磁障中添加永磁材料来提供直轴永磁磁通，既能增大其交、直轴来提升磁阻转矩，又因转子磁障中添加永磁材料产生永磁转矩，增大电机的转矩密度，从而有效克服了同步磁阻电机本身低功率因数和低转矩密度的缺点。
这一改变使得原有同步磁阻电机设计方法也不再完全适用于永磁辅助同步磁阻电机，尤其需要重新对其磁障形状、尺寸、层数以及永磁体的材料、尺寸和用量进行优化设计，以使电机获得更佳的电磁性能。
另外，添加永磁体后，永磁辅助同步磁阻电机运行时的转子受力情况、损耗分布以及温度变化也将随之改变，需要对其转子机械强度和电机温升进行深入研究，以确保电机长期可靠运行。
相比于内置式永磁同步电机，永磁辅助同步磁阻电机可在保证电磁性能的同时减少永磁体用量，极大地提高了电机的性价比。
尽管它有诸多优点，但其转矩脉动较高、损耗较大、机械强度较低的劣势也不容忽视。
高转矩脉动使电机稳定性降低，影响电机甚至系统的可靠性；相比同等条件下的永磁同步电机，其效率更低；较低的机械强度会使电机高速运行时转子发生形变，从而引发事故。
一种压缩机专用三相永磁同步变频电动机转子结构[实用新型专利]
![一种压缩机专用三相永磁同步变频电动机转子结构[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/948123c8bcd126fff7050bfd.png)
专利名称：一种压缩机专用三相永磁同步变频电动机转子结构专利类型：实用新型专利
发明人：陈春光
申请号：CN201720336649.X
申请日：20170331
公开号：CN206850542U
公开日：
20180105
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种永磁体转子结构，具体属于一种压缩机专用三相永磁同步变频电动机转子结构。
包括有转子本体，所述的转子本体包括轴、套设于轴上的转子铁心及设于转子铁心上的若干永磁体，所述的转子铁心两端设有可方便永磁体安装及固定的挡永磁体装置。
本实用新型提供了一种压缩机专用三相永磁同步变频电动机转子结构，既能方便、快捷地安装永磁体，又能安全、稳定地固定永磁体，防止电机在高速运行过程中永磁体松动，保证电动机性能稳定。
申请人：精基科技有限公司
地址：314000 浙江省嘉兴市嘉兴经济技术开发区开禧路899号
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
度有限元计算，验证了设计电机的安全性。
关键词： 螺杆压缩机； 隔磁磁桥； 永磁电机； 机械强度计算
中图分类号： TM351
文献标识码： A
文章编号： 1003-3076（ 2015） 07-0022-05
1 引言
压缩机一直是用电大户，据不完全统计，压缩机 用电量占工厂用电量的 30% ～ 40% ，占全国发电总 量 8% 以上，作为用电大户的压缩机产品的节能问 题是今后 我 国 节 能 减 排 的 重 点［1］。 电 机 是 压 缩 机 的心脏，其效率的高低是压缩机能效提高的重要影 响因素［2］。目 前 国 内 变 频 螺 杆 压 缩 机 大 多 采 用 异 步电动机驱动，而异步电动机效率低、变频控制比较 复杂，因此，永磁电机以其优异的性能成为许多科研 机构研究和开发的对象。
2. 0 12. 15 0. 5874 22. 76
表 3 硅钢片力学性能 Tab． 3 Mechanical properties of silicon steel sheet
公称
抗拉
屈服 延伸
密度
硬度 弯曲
厚度 / mm
/ （ kg / dm3 ）
强度 / （ N / mm2 ）
强度 率 / （ N / mm2 ） （ % ）
图 6 塑性材料应力曲线图 Fig． 6 Stress curve of plastic material
4. 1 均匀气隙下转子机械强度有限元分析 图 7 为转子 1 /6 受力模型，由图中可以看出，
“一”型 IPM 转子由于转子离心力分布载荷力臂很 长，大弯矩造成隔磁磁桥处的大应力和相邻隔磁磁 桥的中间位置处的大变形，切应力与形变随转速的 增加而迅速增加。
图 7 转子 1 /6 模型受力分析 Fig． 7 1 /6 force analysis of rotor
图 8 为磁桥宽度 0. 8 ～ 1. 8mm 时转子磁桥处应 力分布图； 表 4 为不同磁桥宽度应力、形变量参数对 比。通过图 8 可以看出，转子应力的最大值出现在 转子的磁桥部分，这说明磁桥是转子应力最大的地 方，也是最薄弱的地方。磁桥的宽度要同时考虑到 磁场和机械应力要求。此时磁桥处的最大应力为 183. 98N·m，安全系数为 2. 24。 4. 2 非均匀气隙下转子机械强度有限元分析
1. 4 5. 33 0. 6014 30. 15
1. 5 6. 55 0. 5993 28. 62
1. 6 7. 74 0. 5969 27. 24
1. 7 8. 90 0. 5924 26. 04
1. 8 10. 01 0. 5911 24. 82
1. 9 11. 10 0. 5897 23. 65
本文研究的永磁电机与压缩机主机采用内嵌式 一体轴直连结构，即电机转子与压缩机共轴，提高了 传动效率，进一步提升了整体效率，达到节能效果。 目前，采用永磁电机驱动的压缩机并不是非常普遍， 只有一些知名的厂家开发了永磁电机驱动的压缩 机。除了主要的技术上的原因外，永磁材料的价格 是限制其推广的一个重要因素。然而随着国家节能 减排政策的不断实施以及技术的进一步完善，永磁 变频压缩机是未来螺杆压缩机的发展趋势。
different magnetic bridge widths
为 0. 8 ～ 1. 8mm 时，磁桥处最大应力由 285. 36 N·m 减小至132. 50N·m。
表 5 优化后不同磁桥宽度下应力、形变参数对比 Tab． 5 Optimized stress and deformation parameters
magnetic bridge widths
表 1 不同隔磁磁桥宽度下漏磁因数和 气隙磁密畸变率
Tab． 1 Magnetic flux leakage coefficient and air gap flux density aberration rate under different magnetic bridge widths
图 9 为经过气隙磁密优化后的电机转子结构。 图 10 为优化后磁桥宽度 0. 8 ～ 1. 8mm 时转子磁桥 处应力分布图； 表 5 为不同磁桥宽度应力、形变量参 数对比。
第7 期
陈丽香，等： 8 不同磁桥宽度应力分布 Fig． 8 Distribution of stress on different magnetic
bridge widths
表 4 不同磁桥宽度下应力、形变参数对比 Tab． 4 Stress and deformation parameters compared under
different magnetic bridge widths
磁桥宽度 / mm
应力 / Pa
形变量 / mm
安全系数
0. 8 1. 0 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 235. 32 198. 97 183. 98 161. 93 145. 93 138. 89 0. 0486 0. 0468 0. 0417 0. 0393 0. 0374 0. 0357 1. 75 2. 07 2. 24 2. 54 2. 83 2. 97
2 磁桥宽度对电机性能影响
隔磁磁桥的作用有两个： ①将转子冲片连成一 个具有足够机械强度的整体； ②通过磁桥部位漏磁
通的饱和限制永磁体的漏磁［3］。 隔磁磁桥宽度越小，磁桥部位磁通越饱和，限制
漏磁效果越好； 但是其宽度不能过小，否则将使冲片 机械强度变差，缩短冲模的使用寿命。隔磁磁桥长 度尺寸大小的变化对磁桥部位磁通影响不是很大。 本文在保持电机其他参数不变的前提下，以 0. 2mm 为间隔，对比了 0. 8 ～ 1. 8mm 之间不同的磁桥宽度 下电机的整体性能。
摘要： 永磁变频螺杆压缩机是未来螺杆压缩机的发展趋势。本文针对所设计的额定功率 45kW、额
定转速 4000r / min 压缩机用永磁电机转子结构进行了研究。研究内容包括： ①用有限元法分析了
不同隔磁磁桥宽度对电机性能的影响； ②利用非均匀气隙方法对电机的转子结构进行了优化并分
析了非均匀气隙对电机性能的影响； ③利用 ANSYS 有限元软件，对优化前、后转子结构进行机械强
表 2 不同偏心气隙电机性能对比 Tab． 2 Performance comparison of different air gap eccentricities
1. 0 0 0. 6110 37. 64
1. 2 2. 75 0. 6060 33. 51
1. 3 4. 06 0. 6046 31. 72
磁桥宽度 / mm 0. 8 1. 0 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8
漏磁因数 1. 255 1. 271 1. 288 1. 315 1. 337 1. 355
畸变率（ % ） 37. 44 37. 56 37. 64 37. 68 37. 72 37. 75
通是不变的，随着隔磁磁桥宽度的增加，经过磁桥部 分的磁力线增多（ 见图 2） ，导致漏磁通增加、主磁通 减少，进而影响电机的性能。
图 9 非均匀气隙转子结构 Fig． 9 Non-uniform air-gap rotor structure
从图 10 可以看出，在将转子结构进行非均匀气 隙优化后，电机转子应力在 4000r / min 时表面分布 与优化之前差别很大。由表 5 可以看出，磁桥宽度
图 10 优化后不同磁桥宽度下磁桥处应力分布 Fig． 10 Optimized stress distribution of magnetic bridge under
因此，为了保证电机的性能，要综合考虑来选取 δmax / δmin的值。本次设计中采用不均匀气隙前空载 气隙波形正弦性畸变率为 37. 64% ，采用非均匀气 隙后在 δmax / δmin等于 2 附近时空载气隙磁密波形正
24
电工电能新技术
第 34 卷
δmax / δmin
偏心距 / mm 气隙磁密基波幅值 /T 畸变率（ % ）
弦性畸变率为 22. 76% ，减小了 39. 5% 。
4 转子机械强度分析与计算研究
在电机的设计中，为使电机能安全运行于性能 指标所要求的整个转速范围内，应该校核计算电机 转子结构的机械强度，从而使电机转子超速运转时 在离心 力 的 作 用 下 不 发 生 严 重 的 塑 性 变 形 和 破 坏［5］。
对于传统电机来说，转子冲片是一个标准的圆 形，即转子冲片外圆是以点 O 为圆心的圆。采用不 均匀气隙结构后，在永磁体磁极跨距范围内对应的 转子冲片圆周以点 O'为圆心，其余部分仍以点 O 为 圆心，定义 OO' 为偏心距［4］，δmin 、δmax 分别如图 3 所 示。
图 2 不同隔磁磁桥宽度下磁桥处磁力线 Fig． 2 Magnetic line of force under different
HVI 次数
0. 35 7. 65
537
412
21 212 ≥10
图 5 不同 δmax / δmin 时气隙磁密基波幅值 和反电动势
Fig． 5 Amplitude of air gap flux density and counter electromotive force on different δmax / δmin
塑性材料的应力应变图如图 6 所示，从 O 点到 a 点的弹性阶段，材料的形变与所加的应力呈线性 关系，超过 a 点之后材料就会呈微弯状，在 ab 段内 力卸载之后形变能完全恢复，b 点对应的应力 σe 为 弹性极限，超过 σe 就会出现塑性形变，σe 是材料产 生弹性变形的最大应力［6］。
本电机采用的硅钢片为 DW270-35，这款硅钢 片的机械性能见表 3。
3 非均匀气隙对电机性能的影响
永磁同步电动机多采用均匀气隙的结构，气隙 磁场中含有大量谐波。本节通过改变转子结构的形 状，将转子原来的内外径同心改为等半径，这样一方