一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机的制作方法

1.本实用新型涉及电机再制造技术领域，具体为一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机。


背景技术：

2.据统计测算，2015年，我国电机总耗电量约占全社会总用电量的65％，电动机能耗如此之大，但国内的电动机总体能效水平依然较低。目前，我国电机市场大量保留y，yb等系列的低效感应电机。如果直接采用高效电机进行汰换，一方面高效电机的成本较高，企业需付出的成本难以在短时间内回收，另一方面，处理置弃的废旧电机，会带来很大的环境污染问题。在现有技术中，一般是采用再制造的手段提高低效电机的节能效益，即对电机内部进行改进，从而提升电机的能效等级，而最常见的方式则是通过非晶体材料取代转子上的硅钢片，在一定程度上达到提高能效的目的；另外一种方式则是在转子表面安贴永磁体或者通过替换原电机转子对电机进行再制造。
3.但是，非晶体材料的制备成本较高，加工条件苛刻，且高温下使用容易变性，因此，通过非晶体材料取代转子上的硅钢片，无法得到广泛应用；而在转子表面安贴永磁体方式中，由于永磁体容易脱落，并且需要配备变频器使用，因此也不适合广泛应用；对于通过置换转子对电机进行再制造，不仅造成资源的浪费，同时新转子加工制备的成本高，同时，现有的转子改造中，没有考虑优化气隙磁场，从而无法优化发电势谐波量，因此也不适合广泛应用。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机，以解决现有技术中通过非晶体材料取代转子上的硅钢片时，非晶体材料的制备成本高以及非晶体加工难度大的问题；和现有技术中在转子表面安贴永磁体时，永磁体容易脱落问题；以及改造中没有考虑优化气隙磁场，导致无法优化发电势谐波量问题。
5.为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：
6.一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机，包括：转子；
7.所述转子以轴线为中心线开设有贯穿马鞍槽，所述贯穿马鞍槽包括：中间槽和两个侧边槽；所述中间槽和两个所述侧边槽围成开口朝向所述转子轴线的马鞍状；
8.所述转子的外周面具有偏心圆，所述偏心圆的圆心由所述转子的圆心沿径向向外偏移；所述偏心圆与所述贯穿马鞍槽对位。
9.优选的，所述中间槽为沿所述转子切向设置，偏心圆的中线与中间槽的中线重合。
10.优选的，所述侧边槽为沿所述转子切向设置。
11.优选的，所述贯穿马鞍槽的数量为多个，多个所述贯穿马鞍槽均布于所述转子。
12.优选的，所述贯穿马鞍槽的数量为4个，所述偏心圆数量为4个，所述贯穿马鞍槽与所述偏心圆一一对应设置。
13.优选的，所述偏心圆相对于所述转子中心的圆心偏移值为9.82mm。
14.优选的，还包括：安装于所述贯穿马鞍槽内的磁钢。
15.优选的，所述磁钢数量为多个，多个所述磁钢并列安装于所述贯穿马鞍槽内。
16.优选的，所述磁钢包括：中间磁和两个侧边磁；
17.所述中间磁和所述侧边磁均为矩形结构。
18.优选的，还包括用于包覆所述转子的硅钢片的隔磁套。
19.基于上述本实用新型提供的一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机，通过在所述转子上以轴线为中心线开设贯穿马鞍槽，使转子的鼠笼截面积减小，鼠笼绕组电阻得到提高，从而使得改造后的感应电机相比原感应电机能够产生更高的起动转矩，将转子的外周面设计为偏心圆，使转子具有不等气隙结构，可以降低电机反电势谐波含量及齿槽转矩。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型实施例提供的去除部分鼠笼后具有不等气隙结构的转子结构示意图；
22.图2为本实用新型实施例提供的装入永磁体的转子结构示意图；
23.图3为本实用新型实施例提供的贯穿马鞍槽内磁钢空间分布图；
24.图4为本实用新型实施例提供的增加隔磁套后的转子结构示意图；
25.图5为本实用新型实施例提供的一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机的制造方法流程图；
26.图6为本实用新型实施例提供的电机性能分析中电机磁力线分布图；其中，各磁力线依次对应a[wb/m]为：3.4461e
‑
002，2.9866e
‑
002，2.5272e
‑
002，2.0677e
‑
002，1.6083e
‑
002，1.1488e
‑
002，6.8938e
‑
003，2.2993e
‑
003，
ꢀ‑
2.2953e
‑
003，
‑
6.8898e
‑
003，
‑
1.1484e
‑
002，
‑
1.6079e
‑
002，
‑
2.0673e
‑
002，
ꢀ‑
2.5268e
‑
002，
‑
2.9862e
‑
002，
‑
3.4457e
‑
002；
[0027]
图7为本实用新型实施例提供的电机性能分析中感应电势曲线图；
[0028]
图8为本实用新型实施例提供的电机性能分析中转矩曲线图；
[0029]
图9为本实用新型实施例提供的电机性能分析中转速随时间变化曲线图。
[0030]
其中，转子
‑
10，贯穿马鞍槽
‑
20、中间槽
‑
21、侧边槽
‑
22，磁钢
‑
30、中间磁
‑
31、侧边磁32，隔磁套
‑
40。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0032]
本实用新型实施例提供一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机，参见图1至图4，图1为一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机的结构示意图，所述一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机包括：转子10；
[0033]
所述转子10以轴线为中心线开设有贯穿马鞍槽20，所述贯穿马鞍槽20包括：中间槽和两个侧边槽；所述中间槽和两个所述侧边槽围成开口朝向所述转子10轴线的马鞍状；
[0034]
所述转子10的外周面具有偏心圆，所述偏心圆的圆心由所述转子10的圆心沿径向向外偏移；所述偏心圆与所述贯穿马鞍槽20对位。
[0035]
需要说明的是，在所述转子10上以轴线为中心线开设贯穿马鞍槽20，使转子10的鼠笼截面积减小，鼠笼绕组电阻得到提高，从而使得改造后的感应电机相比原感应电机能够产生更高的起动转矩，将转子10的外周面设计为偏心圆，使转子10具有不等气隙结构，可以降低电机反电势谐波含量及齿槽转矩。
[0036]
进一步，所述中间槽为沿所述转子10切向设置，偏心圆的中线与中间槽的中线重合。
[0037]
需要说明的是，将所述中间槽为沿所述转子10切向设置，偏心圆的中线与中间槽的中线重合，实质上是与贯穿马鞍槽20中线重合，转子10转动时，偏心圆不会对转子10转动造成影响，还有利于降低电机反电势谐波含量及齿槽转矩。
[0038]
进一步，所述侧边槽为沿所述转子10切向设置。
[0039]
需要说明的是，将侧边槽沿所述转子10切向设置，可以使转子10转动时，转子10能够平稳转动，使得改造后的感应电机相比原感应电机能够产生更高的起动转矩。
[0040]
进一步，所述贯穿马鞍槽20的数量为多个，多个所述贯穿马鞍槽20均布于所述转子10。
[0041]
需要说明的是，通过在转子10上设置多个所述贯穿马鞍槽20，可以使鼠笼截面积变得更小，从而能够将鼠笼绕组电阻得到较大提高。
[0042]
进一步，所述贯穿马鞍槽20的数量为4个，所述偏心圆数量为4个，所述贯穿马鞍槽20与所述偏心圆一一对应设置。
[0043]
需要说明的是，所述贯穿马鞍槽20和所述偏心圆的数量均为4个，但也可以为其他数量，但所述贯穿马鞍槽20和所述偏心圆的数量并不仅限于4个，在本技术中，优选贯穿马鞍槽20和偏心圆的数量均为4个。
[0044]
具体的，所述偏心圆相对于所述转子10中心的圆心偏移值为9.82mm。
[0045]
需要说明的是，可以将所述偏心圆相对于转子10中心的圆心偏移值设置为9.82mm，也可以设置为其他数值，本领域技术人员可根据需求对偏移值进行设定，偏心圆相对于转子10中心的圆心偏移值并不仅限于9.82mm。
[0046]
进一步，所述具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机，还包括：安装于所述贯穿马鞍槽20内的磁钢30。
[0047]
需要说明的是，在转子10的贯穿马鞍槽20内装入永磁体，可以使电机在运行时能够产生足够的气隙磁场能量，以满足电机运行需要。
[0048]
具体的，所述磁钢30数量为多个，多个所述磁钢30并列安装于所述贯穿马鞍槽20内。
[0049]
需要说明的是，通过在每一所述贯穿马鞍槽20内沿所述转子10轴向并列安装有4
个所述磁钢30，可以提高产生的气隙磁场能量，从而使电机满足运行需要。
[0050]
进一步，所述磁钢30包括：中间磁31和两个侧边磁32；
[0051]
所述中间磁31和所述侧边磁32均为矩形结构。
[0052]
需要说明的是，将所述磁钢30设置为中间磁和两个侧边磁，降低制造难度，以及避免贯穿马鞍槽20因加工误差无法装入。
[0053]
还需要说明的是，所述中间磁和两个侧边磁为一体成型制造，可以有效降低装配时间，从而提高装配效率。
[0054]
进一步，所述一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机，还包括用于包覆所述转子10的硅钢片的隔磁套40。
[0055]
需要说明的是，通过在所述转子10外周面包覆隔磁套40，可以防止磁钢 30的磁性减少，增加磁钢30的使用寿命，从而增加电机的使用寿命。
[0056]
本实用新型实施例提供了一种具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机的制造方法，基于图1至图4，参考图5，图5为具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机的制造方法的流程示意图，所述具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机的制造方法至少包括如下步骤：
[0057]
s1、去除转子的部分鼠笼，释放出一定的转子空间；
[0058]
s2、在所述转子空间内装入永磁体。
[0059]
s3、去除所述转子的部分外周面，使所述转子成为不等气隙结构。
[0060]
需要说明的是，在步骤s1中，参考图1，在感应电机转子10上，通过考虑转子10截面积，并沿转子10轴向去除部分原鼠笼，从而释放出一定的转子10空间，当鼠笼截面积减小，鼠笼绕组电阻相应得到提高，从而使得改造后的感应电机相比原感应电机能够产生更高的起动转矩。
[0061]
在所述步骤s2中，参考图2，通过在所述转子10空间内装入永磁体30，可以使电机在运行时能够产生足够的气隙磁场能量，从而满足电机运行需要。
[0062]
在步骤s3中，通过去除转子10的部分外周面，使转子10成为不等气隙结构，可以降低电机反电势谐波含量及齿槽转矩。
[0063]
还需要说明的是，在执行步骤s3时，可以在执行步骤s1之前执行，也还可以在执行步骤s1后，步骤s2之前执行，上述执行步骤只做举例说明，因此，执行步骤s3并不一定在执行完步骤s2后执行。
[0064]
本实用新型实施例提供的具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机的制造方法，首先通过去除转子的部分鼠笼，释放出一定的转子空间；然后在所述转子空间内装入永磁体，最后去除所述转子的部分外周面，使所述转子成为不等气隙结构。相比于新永磁同步电机，本设计是基于旧电机的升级再制造，因此电机的价格相比与新电机会低很多，同时能够很好的利用旧电机的附加值，相比与现有的电机再制造方法，本实用新型的专利不需要匹配变频器用以启动，也不会出现永磁体脱落现象，同时，在保证结构稳定时，还能最大程度保留原电机零部件，以实现废旧电机的高值循环利用。同时通过上述公开的制造方法，去除转子的部分鼠笼，使得鼠笼截面积减小，鼠笼绕组电阻得到提高，从而使得改造后的感应电机相比原感应电机能够产生更高的起动转矩，而在去除转子的部分鼠笼所释放出的转子空间内装入永磁体，可以使电机在运行时能够产生足够的气隙磁场能量，以及通过去除转子
的部分外周面，使转子成为不等气隙结构，降低电机反电势谐波含量及齿槽转矩，以满足电机运行需要。本方案电机转子的拓扑结构设计，重构了感应电机“鼠笼”的设计理论。当永磁化再制造时、使原感应电机的鼠笼其启动功能与运行功能在一个原本统一的鼠笼上“解耦”、仅保留启动功能。故可以切除部分鼠笼、解决“自启动永磁电机”的启动笼与永磁磁极在转子空间布置上的矛盾。
[0065]
进一步，基于上述公开的具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机的制造方法，在执行步骤s1过程中，所述步骤s1的具体执行过程为：
[0066]
以所述转子轴线为中心线，切割出贯穿马鞍槽，所述贯穿马鞍槽包括：中间槽和两个侧边槽；所述中间槽和两个所述侧边槽围成开口朝向所述转子轴线的马鞍状。
[0067]
需要说明的是，所述贯穿马鞍槽20为所述转子10空间，通过以轴线为中心线，切割出贯穿转子10硅钢片的贯穿马鞍槽20。为保证最大化永磁体面积(轴向)，采用“马鞍槽”状永磁体，相应的将转子10空间设置为贯穿马鞍槽20。
[0068]
还需要说明的是，所述中间槽为沿所述转子10切向设置，所述侧边槽为沿所述转子10切向设置。
[0069]
进一步，所述贯穿马鞍槽的数量为多个，多个所述贯穿马鞍槽沿所述转子的周向均布。
[0070]
需要说明的是，通过设置多个贯穿马鞍槽20，可以使鼠笼截面积变得更小，从而能够将鼠笼绕组电阻得到较大提高。
[0071]
还需要说明的是，所述贯穿马鞍槽20的数量为4个，也可以为其他数量，但贯穿马鞍槽20并不仅限于4个，在本技术中，优选贯穿马鞍槽20的数量为4个。
[0072]
具体的，所述贯穿马鞍槽的中间槽的长度为60.47mm，宽度为6.7mm。
[0073]
需要说明的是，所述贯穿马鞍槽20的长度是根据磁钢30的尺寸进行确定的，而本技术所使用的马鞍状的磁钢30的中间段长度为60mm，宽度为 6mm，因此，为了便于磁钢30的安装，需要将马鞍槽的中间槽的长度设置为 60.47mm，宽度设置为6.7mm。
[0074]
还需要说明的是，本实用新型的贯穿马鞍槽20的中间槽的长度和宽度还可以为其他数值，因此，贯穿马鞍槽20的中间槽长度并不仅限于为60.47mm，宽度并不仅限于6.7mm。
[0075]
优选的，相邻两所述永磁体之间间隔2mm。
[0076]
需要说明的是，本领域技术人员可根据实际需求进行计算确定相邻两永磁体之间间隔值，因此相邻两永磁体之间间隔值并不仅限于2mm。
[0077]
进一步，所述永磁体为磁钢组，每一所述磁钢组在所述贯穿马鞍槽内沿所述转子轴向并列安装有4个磁钢。
[0078]
需要说明的是，通过在每一所述贯穿马鞍槽20内沿所述转子10轴向并列安装有4个所述磁钢30组，可以提高产生的气隙磁场能量，从而使电机满足运行需要(参考图3)。
[0079]
还需要说明的是，每一所述贯穿马鞍槽20内可以安装4个磁钢30，但每一贯穿马鞍槽20内安装磁钢30的数量并不仅限于4个，本领域技术人员可根据磁钢30厚度来选择磁钢30数量。
[0080]
进一步，在执行不在s3过程中，所述步骤s3具体执行过程为：
[0081]
去除所述转子的部分外周面，使所述转子的外周面形成偏心圆，所述偏心圆与所述贯穿马鞍槽对位。
[0082]
需要说明的是，转子10的外周面所形成的偏心圆与贯穿马鞍槽20对位，是指偏心圆的中线与贯穿马鞍槽20的中线重合，具体可参见图2。
[0083]
具体的，所述偏心圆的圆心为由所述转子的圆心沿径向向外偏移 9.82mm，所述偏心圆的半径为74.48mm，转子的半径为168mm。
[0084]
需要说明的是，本领域技术人员可根据需求设定偏心圆的圆心相对于转子圆心向外的偏移量，以及偏心圆半径，偏移量并不仅限于9.82mm，偏心圆半径也并不仅限于74.48mm。
[0085]
进一步，执行完步骤s3后，还包括以下步骤：
[0086]
s4、在所述转子的外周面包覆隔磁套。
[0087]
需要说明的是，参考图4，通过在所述转子10外周面包覆隔磁套40，可以防止磁钢30的磁性减少，增加磁钢30的使用寿命，从而增加电机的使用寿命。
[0088]
进一步，在执行完步骤s4后，还包括以下步骤：
[0089]
s5、将再制造后的所述转子10与电机其他零件进行安装。
[0090]
需要说明的是，通过将再制造后的转子10与电机其他零件进行安装，使得电机成为一个可运行的整体。
[0091]
为了便于理解上述具有不等气隙马鞍磁极结构的再制造电机及制造方法，参考图2至图9，下面对本方案作进一步介绍。
[0092]
本实用新型是为解决现有三相异步电动机效率低的问题，通过对电机转子结构的重新设计实现低效感应电机再制造成高效异步起动永磁同步电机。在废旧感应电机转子上，通过考虑转子截面积，然后沿轴向切除部分原鼠笼，释放出一定的转子空间用于安放永磁体，使转子产生足够的气隙磁场能量，从而满足电机运行需要，考虑到反电势谐波对电机的效益影响，通过设计成不等气隙结构，实现降低电机反电势谐波含量及齿槽转矩的目的，同时考虑电机制备成本，采用“马鞍形”磁钢结构设计，提高磁钢是使用的有效面积。由于沿轴向切除部分原鼠笼，保留部分鼠笼体，使得鼠笼截面积变小，从而使鼠笼绕组电阻大大提高，相较原感应电机能够产生更高的起动转矩。
[0093]
本实用新型基于y2
‑
160
‑
4,15kw,三相异步电机进行再制造。
[0094]
具体再制造分为以下步骤：
[0095]
1、对废旧电机进行质量鉴别，然后通过清洗和拆解，取出电机再制造前的转子，保留原定子绕组、端盖等零部件，并对损坏的零件进行更换。
[0096]
2、为了保证最大化永磁体面积(轴向)，同时降低永磁体加工难度，降低成本，采用“马鞍”状永磁体，并通过等效安匝法计算永磁体体积，结合机械强度与散热，设计转子的拓扑结构，以转子轴线为中心线，沿中心线加工出“马鞍”状槽，马鞍槽包括中间槽和两个侧边槽，中间槽的长度为 66.07mm。为了减小再制造后电机反电势谐波含量，采用等直径的偏心圆，分别为向沿向x、y轴正负方面偏移9.82mm，圆半径为74.48mm。
[0097]
3、在马鞍槽中安装磁钢(n35sh)，磁钢厚度为6mm，沿转子周向的相邻两磁钢间隔2mm(如图2所示)；由于加工切断了转子上的部分硅钢片，因此表面采用隔磁套包覆(如图4所示)。
[0098]
4、不用胶类粘接，不灌封，将再制造后的转子与电机其他零件进行安装。
[0099]
5、电机性能分析：图6为电机磁力线分布；图7为感应电势曲线图；图 8为转矩曲
线；图9为电机转速随时间变化曲线。
[0100]
本实用新型的关键点和保护点。
[0101]
本实用新型的电机转子为拓扑结构，重构了感应电机“鼠笼”的设计理论，同时考虑到反电势谐波对电机的效益影响，通过设计成不等气隙结构，实现降低电机反电势谐波含量目的。当永磁化再制造后，使原感应电机的鼠笼其启动功能与运行功能在原本统一的鼠笼上“解耦”，仅保留启动功能。故可以切除部分鼠笼，解决“自启动永磁电机”的启动笼与永磁磁极在转子空间布置上的矛盾。以及新颖的磁极结构，并提供足够的气隙磁场强度，从而支撑电机实现机电能量转换的媒介作用，并获得趋于正弦形气隙磁密、以减小损耗、提高效率。
[0102]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。