单相异步起动永磁同步电动机设计与试制

1、异步起动单相永磁同步电动机异步起动单相永磁同步电动机设计与试制设计与试制 广东工业大学广东工业大学 黄开胜黄开胜内容提要内容提要n异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状n异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点n异步起动单相永磁同步电动机难题异步起动单相永磁同步电动机难题n700w异步起动单相永磁同步电动机研制异步起动单相永磁同步电动机研制n异步起动单相永磁同步电动机应用前景异步起动单相永磁同步电动机应用前景 内容提要内容提要n异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状n异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点n异

2、步起动单相永磁同步电动机难题异步起动单相永磁同步电动机难题n700w异步起动单相永磁同步电动机研制异步起动单相永磁同步电动机研制n异步起动单相永磁同步电动机应用前景异步起动单相永磁同步电动机应用前景 异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状nktyz系列永磁同步电动机，具有力矩大、温度低、系列永磁同步电动机，具有力矩大、温度低、静音运行、堵转不燃、断电自锁等特点，主要生产企静音运行、堵转不燃、断电自锁等特点，主要生产企业有：无锡市腾龙微电机制造有限公司、无锡市福鼎业有：无锡市腾龙微电机制造有限公司、无锡市福鼎电机制造厂电机制造厂 、东莞市伟昌电机有限公司等。、东莞市伟昌电机

3、有限公司等。ntyz系列微型永磁同步电动机具有转速恒定，功率小，系列微型永磁同步电动机具有转速恒定，功率小，输出力矩大，噪声低，寿命长，可靠性好等优点，应输出力矩大，噪声低，寿命长，可靠性好等优点，应用于各种电动机式定时器、减速器等家用电器。用于各种电动机式定时器、减速器等家用电器。n高效节能电机高效节能电机钕铁硼永磁单相同步电动机钕铁硼永磁单相同步电动机 ，效率，效率提高提高10%左右。左右。 异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状关键词关键词“单相永磁同步电动机单相永磁同步电动机”在维普资讯中文期刊数据库检索结果（在维普资讯中文期刊数据库检索结果（1989-2009）

4、年份年份篇目数（论文、简讯）篇目数（论文、简讯）年份年份篇目数（论文、简讯）篇目数（论文、简讯）200921999120081199832006319971200521995120031199312002419921总计总计21异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状ktyz单相可逆永磁同步电动机单相可逆永磁同步电动机异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状ktyz单相可逆单相可逆永磁同步电动机永磁同步电动机异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状ktyz单相可逆永磁同步电动机单相可逆永磁同步电动机 ktyz单相可逆永磁同步电动机是一

5、种带有齿轮减速器的小型交单相可逆永磁同步电动机是一种带有齿轮减速器的小型交流可逆同步电动机，它具有体积小、重量轻、噪音低、寿命长、运流可逆同步电动机，它具有体积小、重量轻、噪音低、寿命长、运行平稳、可双向控制、输出力矩大、堵转能力强等特点。因此广泛行平稳、可双向控制、输出力矩大、堵转能力强等特点。因此广泛用于仪器仪表、自动化控制、过胶机、舞台灯具、广告展览器材、用于仪器仪表、自动化控制、过胶机、舞台灯具、广告展览器材、云台、各种阀门、医用仪器、科研设施、体育器具、窗帘自动控制、云台、各种阀门、医用仪器、科研设施、体育器具、窗帘自动控制、柔巾机、自动调压器、大楼水电控制系统等等场合。柔巾机、自动

6、调压器、大楼水电控制系统等等场合。 齿轮电机命名方法介绍：齿轮电机命名方法介绍： 60ktyz1-220-100/30f ,60电机外径电机外径, ktyz单相可逆永磁同步电动机单相可逆永磁同步电动机 ,1电机偏心出轴（电机偏心出轴（2电机中电机中心出轴）心出轴）, 220电机额定电压（电机额定电压（v） ,100电机出轴转速电机出轴转速, 30齿轮齿轮箱齿数比箱齿数比 ,f方形齿轮箱（圆形齿轮箱不加注）方形齿轮箱（圆形齿轮箱不加注） 技术指示：技术指示： 额定电压额定电压 (伏伏 )220 ;额定频率额定频率(赫兹赫兹 )50/60 ;输出功率输出功率 (瓦瓦 )14; 绝缘等级绝缘等级 (

7、级级) e。 异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状tyz爪极永磁同步电动机爪极永磁同步电动机异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状tyz爪极永磁同步电动机爪极永磁同步电动机 tyz系列微型永磁同步电动机具有转速系列微型永磁同步电动机具有转速恒定，功率小，输出力矩大，噪声低，寿命恒定，功率小，输出力矩大，噪声低，寿命长，可靠性好等优点，应用于各种电动机式长，可靠性好等优点，应用于各种电动机式定时器、减速器等家用电器。定时器、减速器等家用电器。异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状西微所西微所tyd-j单相永磁低速同步电动机技术数

8、据单相永磁低速同步电动机技术数据异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状主要用途主要用途 ktyz单相可逆永磁同步电动机主要应用于按摩单相可逆永磁同步电动机主要应用于按摩器材、点钞机、水表器材、点钞机、水表ic卡、冷暖通阀门、全自动办公卡、冷暖通阀门、全自动办公一体机、碎纸机、自动窗帘、舞台灯光、自动售货机、一体机、碎纸机、自动窗帘、舞台灯光、自动售货机、医疗器械、工艺品、电动保险柜、电动千斤顶医疗器械、工艺品、电动保险柜、电动千斤顶,电梯门电梯门机机,齿轮箱，广告灯箱，擦鞋机等场合。齿轮箱，广告灯箱，擦鞋机等场合。 tyz系列微型永磁同步电动机主要应用于各种电系列微型永磁

9、同步电动机主要应用于各种电动机式定时器、减速器等家用电器。动机式定时器、减速器等家用电器。 高效节能稀土永磁单相同步电动机主要用于取代高效节能稀土永磁单相同步电动机主要用于取代空调机、冷柜、空气压缩机、风机、建筑机械等家用空调机、冷柜、空气压缩机、风机、建筑机械等家用电器和小型机械中的单相异步电动机。电器和小型机械中的单相异步电动机。内容提要内容提要n异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状n异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点n异步起动单相永磁同步电动机难题异步起动单相永磁同步电动机难题n700w异步起动单相永磁同步电动机研制异步起动单相永磁同步电

10、动机研制n异步起动单相永磁同步电动机应用前景异步起动单相永磁同步电动机应用前景 异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点高效节能钕铁硼单相永磁同步电动机高效节能钕铁硼单相永磁同步电动机高效节能钕铁硼单相永磁同步电动机，采用钕铁高效节能钕铁硼单相永磁同步电动机，采用钕铁硼制成主磁极，单相交流电源供电，异步起动，硼制成主磁极，单相交流电源供电，异步起动，同步运行。同步运行。n消除了转子上的转差损耗（即转子铜耗和铁消除了转子上的转差损耗（即转子铜耗和铁耗），效率提高耗），效率提高8%以上；以上；n采用永磁励磁，减小了无功电流，功率因数得采用永磁励磁，减小了无功电流，功率因数得到提

11、高；到提高；n采用单相变频电源，钕铁硼单相永磁同步电动采用单相变频电源，钕铁硼单相永磁同步电动机具有卓越的变频调速性能。因此，是单相异机具有卓越的变频调速性能。因此，是单相异步电动机的理想替代电机。步电动机的理想替代电机。 异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点压缩机用单相永磁同步电动机压缩机用单相永磁同步电动机压缩机用单相永磁同步电动机，是一种单相异步压缩机用单相永磁同步电动机，是一种单相异步起动永磁同步电动机。起动永磁同步电动机。n与单相异步电动机相同，定子有主副绕组，副与单相异步电动机相同，定子有主副绕组，副绕组串接电容；绕组串接电容；n与单相异步电动机不同，转子内

12、部有永磁体；与单相异步电动机不同，转子内部有永磁体；n与电容运行单相异步电动机比较，效率提高与电容运行单相异步电动机比较，效率提高8%以上。以上。 异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点压缩机用单相永磁同步电动机压缩机用单相永磁同步电动机压缩机用单相永磁同步电动机结构压缩机用单相永磁同步电动机结构电容运行，鼠笼转子内置径向式永磁铁电容运行，鼠笼转子内置径向式永磁铁单相异步起动永磁同步电动机特点单相异步起动永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机定子定子n铁心为铁心为u型叠片结构，与罩极电机类似。型叠片结构，与罩极电机类似。铁心极靴（弧）有对称开

13、口，每极极弧由铁心极靴（弧）有对称开口，每极极弧由不同曲率的不同曲率的2段连接，构成不对称和不均段连接，构成不对称和不均匀气隙。匀气隙。 n绕组为单相集中绕组，一般为相同的绕组为单相集中绕组，一般为相同的2段，段，对称分布，有利于散热，减少线圈端部长，对称分布，有利于散热，减少线圈端部长，可以串联或者并联，适应不同电压电源。可以串联或者并联，适应不同电压电源。异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机转子转子n转子为圆柱形永磁体，目前多用铁氧体。转子为圆柱形永磁体，目前多用铁氧体。永磁体由永磁体由2片组成，用塑胶套箍紧为一整片

14、组成，用塑胶套箍紧为一整体，也有在永磁体外主体面包铜皮套筒。体，也有在永磁体外主体面包铜皮套筒。异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机运行特点运行特点n定子上只有一个集中绕组，只能建立脉动定子上只有一个集中绕组，只能建立脉动磁场；磁场；n转子上无任何绕组，起动时不产生异步转转子上无任何绕组，起动时不产生异步转矩；矩；n采用不均匀气隙，不对称结构，利用定位采用不均匀气隙，不对称结构，利用定位转矩，实现自行起动。转矩，实现自行起动。异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相

15、永磁同步电动机u型铁心单相永磁同步电动机结构型铁心单相永磁同步电动机结构不对称气隙不对称气隙异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机u型铁心单相永磁同步电动机结构型铁心单相永磁同步电动机结构不对称气隙不对称气隙异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机均匀气隙均匀气隙sppmsm定子绕组未通电时永磁体产生的磁场分布定子绕组未通电时永磁体产生的磁场分布magnetic field of un-energized sppmsm with uniform air

16、gap异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机均匀气隙结构下均匀气隙结构下sppmsm的定位转矩的定位转矩detent torque of sppmsm with uniform air gap异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机均匀气隙结构下均匀气隙结构下sppmsm绕组通直流电流后的转矩绕组通直流电流后的转矩torque of sppmsm with uniform air gap after energizing by constant curr

17、ent异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机不均匀气隙结构下不均匀气隙结构下sppmsm的定位转矩的定位转矩detent torque of sppmsm with nouniform air gap异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机不均匀气隙不均匀气隙sppmsm绕组通直流电流后的转矩绕组通直流电流后的转矩torque of sppmsm with no uniform air gap after energizing by dc异步起动单相永磁

18、同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机1. 均匀气隙的均匀气隙的u型铁心型铁心sppmsm不具备自起不具备自起动能力。欲使该机构电动机具有起动转矩，动能力。欲使该机构电动机具有起动转矩，须采用不均匀气隙结构，在定子绕组通点须采用不均匀气隙结构，在定子绕组通点之前使永磁转子磁场轴线与定子绕组电流之前使永磁转子磁场轴线与定子绕组电流产生的磁场轴线有一定的角度。产生的磁场轴线有一定的角度。异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机2. 结构简单，制造方便，采用不对称气隙，结构简

19、单，制造方便，采用不对称气隙，不需要外加电源控制装置，也不需要电容不需要外加电源控制装置，也不需要电容或起动绕组，特别适合于对起动转矩要求或起动绕组，特别适合于对起动转矩要求不高的风机和泵类负载。不高的风机和泵类负载。内容提要内容提要n异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状n异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点n异步起动单相永磁同步电动机难题异步起动单相永磁同步电动机难题n700w异步起动单相永磁同步电动机研制异步起动单相永磁同步电动机研制n异步起动单相永磁同步电动机应用前景异步起动单相永磁同步电动机应用前景 异步起动单相永磁同步电动机难题异步起动

20、单相永磁同步电动机难题单相永磁同步电动机单相永磁同步电动机n研究项目、研究成果和参考文献资料少；研究项目、研究成果和参考文献资料少；n通常需要在转子上增加起动绕组等特殊措通常需要在转子上增加起动绕组等特殊措施来提供起动转矩；施来提供起动转矩；n需要提供足够大的同步转矩。需要提供足够大的同步转矩。 异步起动单相永磁同步电动机难题异步起动单相永磁同步电动机难题u型铁心单相永磁同步电动机型铁心单相永磁同步电动机n起动转矩小，一般只能空载起动；起动转矩小，一般只能空载起动；n起动转矩方向不确定；起动转矩方向不确定；n要求电动机设计参数和电源控制参数相匹要求电动机设计参数和电源控制参数相匹配。简单说，是

21、加速转矩足够大，转子转配。简单说，是加速转矩足够大，转子转动惯量足够小；动惯量足够小；n转速有波动。转速有波动。内容提要内容提要n异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状n异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点n异步起动单相永磁同步电动机难题异步起动单相永磁同步电动机难题n700w异步起动单相永磁同步电动机研制异步起动单相永磁同步电动机研制n异步起动单相永磁同步电动机应用前景异步起动单相永磁同步电动机应用前景 700w异步起动单相永磁同步电动机研制异步起动单相永磁同步电动机研制700w异步起动单相永磁同步电动机是异步起动单相永磁同步电动机是具有自具有自

22、起动能力的小功率两极单相永磁同步电动起动能力的小功率两极单相永磁同步电动机，研制工作由美芝公司与华中科技大学机，研制工作由美芝公司与华中科技大学合作完成，合作完成，2006年年11月启动研究工作，月启动研究工作，2008年年3月完成月完成700w样机试验测试，性能样机试验测试，性能指标达到预定要求，历时一年四个月，其指标达到预定要求，历时一年四个月，其中进行了两次电磁方案设计与样机试制。中进行了两次电磁方案设计与样机试制。 700w异步起动单相永磁同步电动机研制异步起动单相永磁同步电动机研制研究背景研究背景小功率单相电容分相感应电动机在我国已是很成熟的技术和广泛应用的小功率单相电容分相感应电动

23、机在我国已是很成熟的技术和广泛应用的产品，而具有自起动能力的小功率单相电容分相永磁同步电动机的研究，产品，而具有自起动能力的小功率单相电容分相永磁同步电动机的研究，在国际电机工业领域也是近几年刚开发出来的产品，而在我国电机界的在国际电机工业领域也是近几年刚开发出来的产品，而在我国电机界的研究工作也才刚起步。其主要原因在于，除了与永磁材料性能的发展进研究工作也才刚起步。其主要原因在于，除了与永磁材料性能的发展进步和价格等因素有关外，就永磁电机本身而言，其制造工艺比较复杂，步和价格等因素有关外，就永磁电机本身而言，其制造工艺比较复杂，电磁性能的准确设计计算存在较大难度，尤其对于要求有自起动能力的电

24、磁性能的准确设计计算存在较大难度，尤其对于要求有自起动能力的单相同步永磁电动机，难度更大。众所周知，已加励磁的同步电动机不单相同步永磁电动机，难度更大。众所周知，已加励磁的同步电动机不能直接起动，即所谓无自起动能力，对于永磁同步电动机的电磁设计，能直接起动，即所谓无自起动能力，对于永磁同步电动机的电磁设计，除了应满足一般同步电动机的电磁性能要求外，尚必须解决起动力矩问除了应满足一般同步电动机的电磁性能要求外，尚必须解决起动力矩问题和转速达到题和转速达到0.95额定转速时能牵入同步运转的牵入力矩问题。对于利额定转速时能牵入同步运转的牵入力矩问题。对于利用单相分相运行的小功率高速永磁同步电动机，存

25、在的问题更多：外形用单相分相运行的小功率高速永磁同步电动机，存在的问题更多：外形尺寸受到限制；两极电机的磁路结构比较复杂；牵入力矩与起动力矩之尺寸受到限制；两极电机的磁路结构比较复杂；牵入力矩与起动力矩之间存在相互制约关系；分相电容的匹配在起动与运转两种工况之间如何间存在相互制约关系；分相电容的匹配在起动与运转两种工况之间如何协调，有待进一步理论分析，等等，这些问题在电磁设计过程中必须很协调，有待进一步理论分析，等等，这些问题在电磁设计过程中必须很好协调解决。好协调解决。700w异步起动单相永磁同步电动机研制异步起动单相永磁同步电动机研制定转子冲片定转子冲片700w异步起动单相永磁同步电动机研

26、制异步起动单相永磁同步电动机研制影响效率指标原因分析影响效率指标原因分析 1. 功率因数偏低，导致主、副绕组的电流偏大，铜耗偏大，因功率因数偏低，导致主、副绕组的电流偏大，铜耗偏大，因此，电机的效率下降；此，电机的效率下降； 2. 同步电机运行时的功率因数决定于外加给绕组的端电压和绕同步电机运行时的功率因数决定于外加给绕组的端电压和绕组内的励磁电动势，当外加电压一定时，则励磁电动势的大小对于组内的励磁电动势，当外加电压一定时，则励磁电动势的大小对于功率因数有决定性影响，永磁电机磁体与磁路结构一经确定，励磁功率因数有决定性影响，永磁电机磁体与磁路结构一经确定，励磁电动势即不可调节。电动势即不可调

27、节。 3. 当绕组和电机有效部分尺寸确定后，在转速一定下，励磁电当绕组和电机有效部分尺寸确定后，在转速一定下，励磁电动势大小决定于气隙磁密分布和基波幅值。动势大小决定于气隙磁密分布和基波幅值。 4. 影响气隙磁密分布和幅值的因素比较复杂。设计值是采用磁影响气隙磁密分布和幅值的因素比较复杂。设计值是采用磁路法求交点确定的，它的准确性取决于磁路分段计算和漏磁系数计路法求交点确定的，它的准确性取决于磁路分段计算和漏磁系数计算的准确性。二维磁场的数值计算分析表明，影响此种两极结构永算的准确性。二维磁场的数值计算分析表明，影响此种两极结构永磁电机气隙磁密的主要因素是转子磁体漏磁和定、转子磁轭的磁饱磁电机气隙磁密的主要因素是转子磁体漏磁和定、转子磁轭的磁饱和情况。经计算分析，转子漏磁系数达到和情况。经计算分析，转子漏磁系数达到1.374，其中尚不包括转子，其中尚不包括转子铁心两端面的漏磁，而用磁路法设计时，漏磁系数仅取为铁心两端面的漏磁，而用磁路法设计时，漏磁系数仅取为1.077。内容提要内容提要n异步起动单相永磁同步电动机现状异步起动单相永磁同步电动机现状n异步起动单相永磁同步电动机特点异步起动单相永磁同步电动机特点n异步起动单相永磁同步电动机难题异步起动