本发明涉及一种变频供电调速永磁同步电动机系列化设计方法。
背景技术：
电随着能源危机的加重和生态环境的逐步恶化，高效节能与清洁环保成为当今世界的两大热点。在能源动力领域，使用高效节能的永磁同步电机作为动力驱动源，符合当今社会低碳和绿色经济发展的目标要求，成为未来制造业发展的新趋势。近年来，我国大力推进高效节能永磁同步电机的发展，国家发改委于2011年发布“十二五规划纲要”，在“十大重点节能工程实施意见”中特别强调：推进电机系统节能工程，推广高效节能稀土永磁电动机，同时推广变频调速、永磁电动机调速等先进电机调速技术。在国家的大力支持下，高效电机的市场需求量迅猛增长。为了适应市场的发展需要，国家连续发布永磁同步电动机设计标准，2008年12月，国家发布永磁同步电动机设计标准《gbt22711-2008高效三相永磁同步电动机技术条件(机座号132～280)》，并于2009年10月开始执行。2011年12月，国家又发布永磁同步电动机设计标准《gbt27744-2011超高效三相永磁同步电动机技术条件(机座号132～280)》，并于2012年5月开始实施。2013年，国家又发布永磁同步电动机能效标准，规定了永磁同步电动机的能效等级，该标准于2014年9月实施。
目前，调速永磁同步电动机的设计主要参照异步电动机进行，规格种类繁多。随着调速永磁同步电动机应用市场的扩大，开发设计规范、高效、通用、系列化的调速永磁同步电动机成为一种需要。充分发挥系列电机设计的优点，提高电机零件的通用性，降低制造工艺的复杂性，从而减少电机制造的成本，这将极大推动电机行业的发展，提高我国电机产品在国际市场上的竞争力。
技术实现要素：
本发明为了解决上述问题，提出了一种变频供电调速永磁同步电动机系列化设计方法，本发明能够缩短调速永磁同步电机的设计和试制周期，减少模具数量，提高电机零部件的通用性，简化电机批量生产的工艺，提高生产的机械化和自动化，提高产品质量，降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种变频供电调速永磁同步电动机系列化设计方法，根据功率与转速的要求，选用适配的机座号，对于同一机座号采用相同的极数、相同尺寸的定转子冲片，根据设计的额定转速的不同，选择相应的供电频率，进而依次确定硅钢片厚度、铁心磁密和永磁体宽度，根据电机设计的类比规律，实现系列化设计。
进一步的，对于相同功率不同转速的电机，设计的铁心长度的类比规律为：当电机转速大于1000r/min即频率大于50hz时，电机铁心冲片材料相同，均采用同一厚度h1的硅钢片。
当电机转速大于1000r/min时，系列电机的长度、频率和气隙磁密幅值的乘积是定值。
当电机转速小于或等于1000r/min时，铁心的冲片材料均选用同一厚度h2的硅钢片，电机的磁密取值相同。
且h2小于h1。
当电机转速小于或等于1000r/min时，电机的长度和频率的乘积是定值。
进一步的，对于相同功率不同转速的电机，设计的绕组匝数的类比规律为：
相同功率不同转速的系列电机的绕组匝数相同。
进一步的，对于相同转速不同功率的电机，铁心长度的类比规律为当转速相同而功率不同时，电机的铁心长度与电机的功率成正比。
对于相同转速不同功率的电机，绕组匝数的类比规律为相同转速不同功率的电机的绕组匝数与电机铁心长度成反比。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明能够缩短调速永磁同步电机的设计和试制周期，进一步提高电机零部件的通用性，简化电机批量生产的工艺，提高生产的机械化和自动化程度，有利于提高产品质量，降低生产成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明设计的内置式调速永磁同步电动机结构示意图；
其中：1-定子；2-转子；3-永磁体；4-轴。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
对同一机座号，采用相同的极数和槽数，并采用相同尺寸的定转子冲片；电机转速不同，则供电频率不同。
一种变频供电调速永磁同步电动机系列设计方法，包括以下步骤：
(1)根据功率与转速的要求，选用适用的机座号；
(2)对同一机座号，采用相同的极数、相同尺寸的定转子冲片；
(3)根据设计的额定转速的不同，选用不同的供电频率；
(4)根据供电频率的不同，合理选择硅钢片厚度(0.35mm或0.5mm)；
(5)根据铁耗密度要求，选择合理的铁心磁密；
(6)根据铁心磁密的要求，选择合适的永磁体宽度；
(7)根据电机设计的类比规律，进行电机的系列化设计。
调速永磁同步电动机的系列化设计准则：
(1)相同功率不同转速的电机设计准则
a.铁心长度的类比规律
当电机转速大于1000r/min即频率大于50hz时，电机铁心冲片材料相同，均采用0.35mm的硅钢片。此种情况下，系列电机的长度、频率和气隙磁密幅值的乘积是一个定值，由此可得铁心长度的类比规律为
当电机转速小于或等于1000r/min时，铁心的冲片材料均选用0.5mm的硅钢片，电机的磁密取值相同，这种情况下，电机的长度和频率的乘积是一个定值，由此可得
以1000r/min(50hz)的电机长度作为基准长度l0，则各转速下的长度l为
b.绕组匝数的类比规律
相同功率不同转速的系列电机的绕组匝数相同。
(2)相同转速不同功率的电机设计准则
a.铁心长度的类比规律
当转速相同而功率不同时，电机的铁心长度与电机的功率成正比。
b.绕组匝数的类比规律
相同转速不同功率的电机的绕组匝数与电机铁心长度成反比。
如图1所示，变频供电调速永磁同步电动机系列设计方法，对同一机座号，采用相同的极数和槽数，并采用相同尺寸的定转子冲片；电机转速不同，则供电频率不同。下面结合160机座号电机设计实例，给出一种具体实施方法。
实例：160机座号电机设计
160机座号电机共18个规格。表1为该机座号转速与功率的对应关系。
表1160机座号转速与功率的对应关系
160机座号电机极数为6，槽数为36，转子结构为v型内置式结构。根据供电频率的不同，选用不同厚度的硅钢片，详见表2。
为保证不同转速电机的铁耗密度相同，以50hz电机的电磁参数作为基准，不同频率电机电磁参数应满足式(4)，由此可确定不同频率电机的铁心磁密。考虑电机铁心的饱和，以50hz电机的铁心磁密bb作为最大磁密，当采用式(4)计算得出的磁密大于bb时，按bb取值。不同频率对应的铁心磁密详见表2。
根据铁心磁密的要求，选择合适的永磁体宽度，详见表2。
表2不同频率对应的电磁参数
根据系列化设计准则，对160机座号电机进行设计，表3-7所示分别为18.5、15、11、7.5、5.5kw调速永磁同步电动机的设计方案。
表318.5kw调速永磁同步电动机的设计方案
表415kw调速永磁同步电动机的设计方案
表511kw调速永磁同步电动机的设计方案
表67.5kw调速永磁同步电动机的设计方案
表75.5kw调速永磁同步电动机的设计方案
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。