20211期
第56卷(218期) (EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE)
张伟浩
(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002) 摘要自起同步电动机通过定子旋转与笼型转子相形成的异步转矩完
成起动，转子的笼条由铸铝条焊接而成。由于转子上需要同 放永磁体和鼠笼导条，在有
限区域里的“空间竞争”较为激烈，转子结构设计显得尤为重要。
关键词自起动；同步电机；转子结构
DOI：10.3969/J.ISSN.1008-7281.2021.01.13
中图分类号:TM303.3文献标识码:A文章编号：10084281(2021)014049403
Analysis on Rotor Structure of Self-Starting PMSM
Zhang Weihao
%Jiamusi Electric Machine Co.,Ltd.,Jiamusi154002,China)
Abstract The self-starting PMSM can complete the starting with asynchronous torque in
teracted by stator rotating magnetic field and squirremcaye rotor which are casted by aluminum
baia or welded by copper bars.Since permanent maynetr and squCTel-caye baia need to be peaced in theeotoesimuetaneousey，the)space competition”in theeimited aeeaiseeeativeey fieece，thusthesteuctueaedesign ofeotoeisimpoetantpaeticueaeey.
Key wo C s Self starting；PMSM；rotor st/cture
0引言
自起动永磁同步电动机与普通感应电动机在子结构上并无本质差别，当电绕组电源后，电机首异步起动阶段，其后转速逐渐，直子的同步转矩和转子永磁
共同转子同步，电机同步运行，其要差别在转子结构上。
1转子结构设计
根据转子是否有起动笼，自起动永磁同步电动机有实心永磁转子和笼型转子两种结构。自起同步电动机选用笼型转子结构，通过0.35mm或0.5mm厚度的硅钢既定系数成转子铁心，在转子外径上均布着过而成的起动笼，槽形槽，转子槽型较多，与鼠笼式电机转子槽型基本相似o 转子起动笼条或铸铝结构，一般转子需经过冲槽、铁心、铜条焊接或铸铝、转子序后嵌。放的形会直接影响到气隙、以电机性能。转子磁极结构放置在转子铁心中的，分为表和内。
分析选择样机型号为TYC280-6，对起动性能有一定要求，因选择内置式转子磁极结构，鼠笼笼条质为铸铝"
1-1转子起动笼槽形设计
本文选取电机的转子外径为321mm，作为6极电机，空为紧张，为了的放置空间充足，转子起动笼槽高选取的，因起转子集肤，故一般选形槽圆形槽。由于电机的起动转矩和同步转矩能力，所以在设计起动笼槽型时，要充分两性能，综合考虑后转子槽选用梯形槽，其尺寸如图1所示。
图 1&图
1-2永磁体设计
在型高效率自起动永磁同步电动机设计
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中，永磁彳的主要尺寸包括：每极永磁体的总宽
度、永磁体充磁方向长度和永磁体轴向长度，其中
轴向长度跟电机转子铁心长度基本相同，
因此只需确定每极永磁体的总宽度和永磁彳充磁
方向长度。
充磁方向长度的确定原则是：应以永
磁体在电动机最不会发生不可逆、在稳行时有合理的的为前提，尽量的用量以节约成本。
圆弧的形式，可以安放更多的永磁体，但是圆弧式永磁体加工较为困难，废品率高，不便，二矩形和都相对更为方便。为了保证性能，放置较多的以提高电机的转矩密度，本文设计串路结构，质为烧结钦铁硼N35SH，单个；体宽55mm，厚13mm。
在永磁同步电动机中，可以通过调整永磁体的尺寸和每槽数来提高功率因数。如气隙长度选择较小则
会产生较大的杂散损耗，当
尺寸一，气隙长度在合围内，对每极基波磁通的影响，因自起同步电动机的气隙要比同规格感应电机大一些，本文气隙长度取2mm。
2转子强度分析
自起动永磁电机既有用于起动的起动笼及端环，又有镶嵌磁钢的磁钢槽，因为了提高整体转子强度，需要在转子转子和，以防止铸铝后齿外涨，转子结构见图2。
图3冲片形状图
通过有限元软件对转子铁心强度进行校验分析，计算时约束内孔的切向角度及一点%对于3D模型则为一条线）的轴向，永磁体、导条质量附加到对，整施加离心力载荷（1.2转速）。
转子铁心应力分析如图4所示，通过计算可以看出，最力发生在图中深区域，数
为20.03MPa，安全系数为10.01%屈服除以数值）。
Mi吠Wm2)
2.003
1.339(h C07
1.172e4O)7
1.006e+C07
8.401&4O16
6.74<W)06
1.671e+007
1.006e+007
8.401e+006
6.740e+006
5.078e+006
3.417e+0O6
1.755e+0O6
9373e+0O4
图4转子应力分析图
最大位移发生在图5中深区域，数值为4.41%m，占气隙的0.037%。对电磁的影响可以忽略。
转轴转子端板永磁体吗板拉楓栓««
URES(mm)
—4j4O7e-OO3
■4.039e-003
3.672e-003
3.305&*003
2.938e-003
2.571e-003
2.203e-003
1.836e-003
1.469e-003
1.102e-003
-7.344e-004
■3.672e-004
■1.000e-030
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■4.039e-003
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图5转子位移分析图
转子铁心强度经过计算后可以看出，虽然冲片上开孔较多，但机械设计上还是合理的，无论是应力分析还是分析均符合相关要求。
图2转子结构图
冲片形状如图3所示，从图中可以看出冲片开孔，需要进行强度校核，以出久变形甚至转子损坏。
503电磁性能影响
本文设计的转子结构对电机行分析，主要转子结构影响较大的几个方面入手，对电动机的异步起动性能、
失步转矩等进行仿
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真计算。
根据相关数据建立有限元模型，剖情况分如图6所示。但生成的模型较大，后续仿真分析对计算机要求较高，在计算精度可以满足的前提下，依照定转子槽数钢等分情况，可简化为六分之一模型。
图6有限元模型剖分图
堵转转矩是自起动永磁电动机中一项重要参数，它决定着电动机的异步起动能力。样机的堵转转矩-时间曲线如图7所示，根据图中数据计算堵转转矩倍数为3-36。该数值相对普通低压异步电动机是较高的，可自起.磁同步电动机的起动要求。
图7
自起动永磁同步电动机的堵转电流同样较高，其堵转电流曲线见图8，经过根据图中数据计算堵转电数为8.6，该数在低电机中
于合理范围，同样满足设计要求。
图8堵转电流分析
失步转矩可以体现出电动机过载能力的大小，同意味着电动机在拖动转动惯量：负载时牵入同步的能力，是永磁同步电动机的重要参数指标。在Maxwell2D运动状态仿真中负载上施加过载倍数，将过载倍数设为数，得到图9波形。从图中分析计算可知失步转矩倍数为3-6转矩，该数值同样较高，电机具有较强的过载能力。
图9失步转矩分析
从转子影响较大的几组电气数据可以看出，该转子结构在起动性能和过载能力上有不错的表现，其他性能仿真结果也较为理想，再此不赘述。4结语
自起动永磁同步电动机转子结构设计是整个设计的关在，其设计较为多样化，需
的因素也较多，在实际选择充分电机起、性、机强度和D，同时设计极时在电机性能的前提下要兼顾材料成本。
参考文献
[1]王秀和.永磁电机[M].北京：中国电力出版社, 2011.
[2]王永和，杨玉波，朱长青.异步起动永磁同步电动机-理论、设计与测试'M].北京：机械工业出版社,2009. [3]徐广人.高效高起动转矩永磁同步电机设计中的关键技术问题研究[A].沈阳：沈阳工业大学,1999.
作者简介：张伟浩男1988年生；毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业，现从事电机电磁结构设与研发工作.
收稿日期:2019-10-09
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