一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机及制造方法与流程

本发明涉及相异步电机改造技术领域，具体为一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机及制造方法。

背景技术：

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。

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，因此也不适合广泛应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机及制造方法，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。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面公开了一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机的制造方法，包括：去除转子的部分鼠笼，释放出一定的转子空间；

在所述转子空间内装入永磁体；

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。

优选的，所述去除转子的部分鼠笼，释放出一定的转子空间，包括：

以所述转子轴线为中心线，切割出贯穿月牙槽，所述贯穿月牙槽的开口朝向所述转子轴线。

优选的，所述贯穿月牙槽的数量为多个，多个所述贯穿月牙槽沿所述转子的周向均布。

优选的，所述贯穿月牙槽的圆心角为87°，所述贯穿月牙槽的内弧半径为61mm，外弧半径为67mm。

优选的，所述在所述转子空间内装入永磁体包括：

在所述转子空间内装入永磁体和绝缘材料，所述绝缘材料间隔在所述转子空间和所述永磁体之间，使所述永磁体形成斜极状态。

优选的，所述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，包括：

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月牙槽对位。

优选的，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。

优选的，在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之后，还包括：

在所述转子外周面包覆隔磁套。

优选的，在所述转子外周面包覆隔磁套之后，还包括：

将再制造后的所述转子与电机其他零件进行安装。

本发明第二方面公开了一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机，为根据本发明第一方面公开的制造方法制造的一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机。

由上述内容可知，本发明公开了一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机及制造方法。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，本发明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。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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。

图1为本发明实施例提供的一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机的制造方法的流程图；

图2为本发明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；

图3为本发明实施例提供的装入永磁体的转子结构示意图；

图4为本发明实施例提供的贯穿月牙槽内磁钢空间分布图；

图5为本发明实施例提供的增加隔磁套后的转子结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电机性能分析中电机磁力线分布图；

图7为本发明实施例提供的电机性能分析中感应电势曲线图；

图8为本发明实施例提供的电机性能分析中转矩曲线图；

图9为本发明实施例提供的电机性能分析中转速随时间变化曲线图。

其中，转子-10、贯穿月牙槽-20、磁钢-30、隔磁套-40。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机的制造方法，参见图1至图3，为本申请具有不等气隙月牙形结构的再制造电机的制造方法的流程示意图，所述具有不等气隙月牙形结构的再制造电机的制造方法至少包括以下步骤：

s1、去除转子的部分鼠笼，释放出一定的转子空间；

s2、在所述转子空间内装入永磁体；

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。

需要说明的是，在步骤s1中，参考图2，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。

在所述步骤s2中，参考图3，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。

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。

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。

本发明实施例提供了一种具有不等气隙月牙形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，本发明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。

进一步，基于上述公开的具有不等气隙月牙形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：

以所述转子轴线为中心线，切割出贯穿月牙槽，所述贯穿月牙槽的开口朝向所述转子轴线。

需要说明的是，所述贯穿月牙槽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硅钢片的贯穿月牙槽20。为保证最大化永磁体面积(轴向)，采用“月牙槽”状永磁体，相应的将转子10空间设置为贯穿月牙槽20。

具体的，所述贯穿月牙槽的数量为多个，多个所述贯穿月牙槽沿所述转子的周向均布。

需要说明的是，通过设置多个贯穿月牙槽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。

还需要说明的是，所述贯穿月牙槽20的数量为4个，也可以为其他数量，但贯穿月牙槽20并不仅限于4个，在本申请中，优选贯穿月牙槽20的数量为4个。

进一步，所述贯穿月牙槽的圆心角为87°，所述贯穿月牙槽的内弧半径为61mm，外弧半径为67mm。

需要说明的是，所述贯穿月牙槽20的圆心角的取值可以为87°，也可以为其他度数，即所述贯穿月牙槽20的圆心角的并不仅限于87°。因为永磁体的体积是一定的，转子长度是一定的，所以需在转子表面开槽的面积是一定的，87°是在保证机械强度下的优选值。在设计过程中，永磁体的体积是根据经验公式计算得出，然后根据其体积确定贯穿月牙槽20的尺寸，以实现永磁体在转子10中的安装。

还需要说明的是，所述贯穿月牙槽20的内弧半径和外弧半径还可以为其他数值，内弧半径并不仅限于60.8mm，外弧半径并不仅限于67mm。

进一步，基于上述公开的具有不等气隙月牙形结构的再制造电机的制造方法，在执行步骤s2过程中，所述步骤s2的具体执行过程为：

在所述转子空间内装入永磁体和绝缘材料，所述绝缘材料间隔在所述转子空间和所述永磁体之间，使所述永磁体形成斜极状态。

需要说明的是，所述斜极状态是一种抑制齿槽转矩脉动最有效且应用广泛的方法之一，该方法主要用于定子槽数较多且轴向较长的电机。实践证明，斜槽使电机电磁转矩各次谐波的幅值均有所减小。而斜槽或斜极引起的绕组反电动势的币弦化将会增大电磁转矩纹波。

还需要说明的是，为了使永磁体30在月牙槽20内形成的斜极状态不会破坏，因此，需要使用绝缘材料填补月牙槽20内的空隙，使得永磁体30在电机运行过程中斜极状态不会被破坏。

进一步，基于上述公开的具有不等气隙月牙形结构的再制造电机的制造方法，在执行步骤s3过程中，所述步骤s3的具体执行过程为：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月牙槽对位。

需要说明的是，通过去除转子10的部分外周面，使所述转子10的外周面形成偏心圆，就构成了一个具有不等气息结构的转子10，使所述偏心圆与所述贯穿月牙槽20对位，是指偏心圆的中线与所述贯穿月牙槽20的中线重合，具体可参考图2。

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。

进一步，执行完步骤s3后，还包括以下步骤：

s4、在所述转子的外周面包覆隔磁套。

需要说明的是，参考图5，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。

进一步，在执行完步骤s4后，还包括以下步骤：

s5、将再制造后的所述转子10与电机其他零件进行安装。

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。

基于上述实施例提供的一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机的制造方法，本发明还提供了一种具有不等气隙月牙形结构的再制造电机，参考图2至图5，所述具有不等气隙月牙形结构的再制造电机包括：转子10；

所述转子10以轴线为中心线开设有贯穿月牙槽20，所述贯穿月牙槽20开口朝向所述转子10轴线；

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月牙槽20对位。

需要说明的是，在所述转子10上以轴线为中心线开设贯穿月牙槽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。

具体的，所述贯穿月牙槽20的圆心角为85°-87°，所述贯穿月牙槽20的内弧半径为61mm，外弧半径为67mm。

需要说明的是，所述贯穿月牙槽20的圆心角的取值可以为87°，也可以为其他度数，即所述贯穿月牙槽20的圆心角的并不仅限于87°。因为永磁体的体积是一定的，转子10长度是一定的，所以需在转子10表面开槽的面积是一定的，87°是在保证机械强度下的优选值。

还需要说明的是，在设计过程中，永磁体的体积是根据经验公式计算得出，然后根据其体积确定贯穿月牙槽20的尺寸，以实现永磁体在转子10中的安装。

值得注意的是，本发明的所述贯穿月牙槽20的内弧半径和外弧半径还可以为其他数值，内弧半径并不仅限于60.8mm，以及外弧半径并不仅限于67mm。

进一步，所述贯穿月牙槽20的数量为多个，多个所述贯穿月牙槽20均布于所述转子10。

需要说明的是，通过设置多个贯穿月牙槽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。

具体的，所述贯穿月牙槽20的数量为4个，所述偏心圆数量为4个，所述贯穿月牙槽20与所述偏心圆一一对应设置。

需要说明的是，所述贯穿月牙槽20与所述偏心圆一一对应设置，即在每一偏心圆上设置一个贯穿月牙槽20，在本发明中，所述贯穿月牙槽20和所述偏心圆的数量均为4个，但也可以为其他数量，但所述贯穿月牙槽20和所述偏心圆的数量并不仅限于4个，在本申请中，优选贯穿月牙槽20和偏心圆的数量均为4个。

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。

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。

进一步，所述具有不等气隙月牙形结构的再制造电机，还包括：安装于所述贯穿月牙槽20内的磁钢30。

需要说明的是，在转子10的贯穿月牙槽内装入永磁体，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。

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月牙槽20内。

需要说明的是，通过在每一所述贯穿月牙槽内沿所述转子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。但所述磁钢30组的数量并不仅限于4个。

进一步，所述具有不等气隙月牙形结构的再制造电机，还包括：绝缘材料；

所述永磁体和所述绝缘材料安装于所述贯穿月牙槽20内，所述绝缘材料间隔在所述贯穿月牙槽20和所述永磁体之间，使所述永磁体形成斜极状态。

需要说明的是，所述斜极状态是一种抑制齿槽转矩脉动最有效且应用广泛的方法之一,该方法主要用于定子槽数较多且轴向较长的电机。实践证明，斜槽使电机电磁转矩各次谐波的幅值均有所减小。而斜槽或斜极引起的绕组反电动势的币弦化将会增大电磁转矩纹波。

还需要说明的是，为了使永磁体在月牙槽内形成的斜极状态不会破坏，因此，需要使用绝缘材料填补月牙槽内的空隙，使得永磁体在电机运行过程中斜极状态不会被破坏。

具体的，所述永磁体为磁钢组，每一所述转子10空间内安装有4个所述磁钢组，相邻的两个所述磁钢组之间沿所述转子10的轴向错开5°，所述磁钢组由两块磁钢30并排组成。

需要说明的是，通过在每一转子10空间内安装4个磁钢组，相邻两磁钢组之间沿转子10的轴向错开5°，一共倾斜15°(详见图4)。

还需要说明的是，所述磁钢组是由两块磁钢30首尾并排组成。

进一步，所述具有不等气隙月牙形结构的再制造电机，还包括用于包覆所述转子10的硅钢片的隔磁套40。

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。

为了便于理解上述技术方案，参考图1至图9，下面对本方案作进一步介绍。

本发明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，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及齿槽转矩的目的。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。

本发明基于y2-160-4,15kw,三相异步电机进行再制造。

具体再制造分为以下步骤：

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。

2、为了保证最大化永磁体面积(轴向)，采用“月牙弧”状永磁体，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，切割出圆心角为87°，内弧半径为61mm、外弧半径为67mm的贯穿月牙槽(如图2所示)，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，分别为沿x、y轴正负方向偏移9.82mm，偏心圆的半径为74.48mm。

3、使用轻型绝缘材料条间隔出斜极状态，在月牙槽中安装磁钢(n35sh)，磁钢厚度为6mm磁钢弧度35°，外弧半径为67mm，内弧半径为61mm。磁钢沿圆周方向2块并排、沿电机轴的轴向4块并排，磁钢并沿电机轴轴向依次错开5°，总共斜15°(如图3至图4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5所示)。

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。

5、电机性能分析：图6为空载反电动势；图7为启动转矩；图8为负载感应电压；图9为气隙磁密图。

本发明的关键点和保护点。

本发明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“自起动永磁电机”的启动笼与永磁磁极在转子空间布置上的矛盾。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。