[發明專利]雙半極異步起動永磁同步電動機及變極變速法

有效

• 申請號: 201410094862.5
• 申請日: 2014-03-16
• 公開（公告）號: CN104184291A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 趙曉東
• 申請（專利權）人: 趙曉東
• 主分類號: H02K21/46
• 分類號: H02K21/46;H02P25/20
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

1.一種雙半極異步起動永磁同步電動機及變極變速法，其特征在于電動機轉子采用雙半極轉子，電動機定子繞組采用普通定子繞組或普通變極定子繞組或雙半極定子繞組；

雙半極轉子有兩個或兩個以上轉子鐵芯，相鄰兩個轉子鐵芯同軸并錯開一定角度；每一個轉子鐵芯上有一個轉子凹槽和一個轉子凸極；若干個永磁體粘貼在轉子凹槽中形成轉子主磁極；每一個轉子鐵芯粘貼的永磁體數量是雙半極轉子磁極數的一半；相鄰轉子主磁極互為異性磁極；利用轉子主磁極兩側的永磁體磁化轉子凸極兩側，形成兩個轉子輔助磁極；使轉子輔助磁極與相鄰轉子鐵芯的轉子主磁極沿軸向對齊，并使沿軸向對齊的轉子輔助磁極與相鄰轉子鐵芯的轉子主磁極的極性相同；

非變極變速的雙半極轉子，轉子凸極的極弧寬度大于或等于轉子凸極周長的一半；變極變速的雙半極轉子，轉子凸極的極弧寬度大于轉子凸極周長的一半；

非變極變速的雙半極轉子與含有普通定子繞組的電動機定子裝配在一起，組成異步起動永磁同步電動機；變極變速的雙半極轉子與含有普通變極定子繞組或雙半極定子繞組的電動機定子裝配在一起，組成異步起動變極變速永磁同步電動機；

在異步起動過程中，借助轉子凸極中的鼠籠導條切割定子旋轉磁場的磁力線產生異步起動轉矩，把雙半極轉子牽入同步轉速；

在變極變速過程中，定子旋轉磁場增加磁極數時，轉子輔助磁極對面的定子磁極產生定子附加磁場；轉子凸極導磁，并能被磁化成任何磁極極性；在定子附加磁場的同極性相互排斥、異極性相互吸引的磁力作用下，轉子輔助磁極位置向轉子凸極兩側移動，轉子輔助磁極原始位置變成由定子附加磁場磁化，并構成定子附加磁場磁路的一部分；轉子輔助磁極位置的移動，使雙半極轉子能夠自動適應變換電動機磁極數，實現永磁同步電動機的變極變速。

2.根據權利要求1所述的一種雙半極異步起動永磁同步電動機及變極變速法，其特征在于雙半極轉子由轉軸（1）、隔磁襯套（3）、轉子鐵芯部件、轉子鼠籠、轉子永磁體部件組成；轉子鼠籠、轉子永磁體部件安裝在轉子鐵芯部件上，轉子鐵芯部件安裝在非導磁材料的轉軸（1）上，或者轉子鐵芯部件安裝在隔磁襯套（3）上，隔磁襯套3安裝在導磁材料的轉軸（1）上；

轉軸（1）呈圓柱形，材料是導磁材料或非導磁材料；導磁材料的轉軸（1）需要與隔磁襯套（3）配合使用；隔磁襯套（3）呈圓筒形，材料是非導磁材料；

轉子鐵芯部件至少有鐵芯一（5）和鐵芯二（9）兩個轉子鐵芯；鐵芯一（5）、鐵芯二（9）、聯接環（12）組成轉子鐵芯部件；鐵芯一（5）和鐵芯二（9）分別由若干個轉子鐵芯沖片疊壓而成，轉子鐵芯沖片材質是以硅鋼片為代表的導磁材料；鐵芯一（5）和鐵芯二（9）結構相同；鐵芯一（5）和鐵芯二（9）呈環形，鐵芯一（5）和鐵芯二（9）中間是軸孔（20）；鐵芯一（5）和鐵芯二（9）徑向外側邊緣有一個轉子凹槽和一個轉子凸極，轉子凹槽和轉子凸極之間是階梯形的轉子調節槽（23），在鐵芯一（5）上的轉子凹槽稱為鐵芯磁極槽一（19），在鐵芯一（5）上的轉子凸極稱為鐵芯凸極一（18），在鐵芯二（9）上的轉子凹槽稱為鐵芯磁極槽二（25），在鐵芯二（9）上的轉子凸極稱為鐵芯凸極二（24）；鐵芯磁極槽一（19）和鐵芯磁極槽二（25）靠近軸孔（20）的內側均布若干個轉子換向鼠籠導條槽（21），轉子換向鼠籠導條槽（21）是閉口槽或開口槽；鐵芯凸極一（18）和鐵芯凸極二（24）靠近軸孔（20）的內側均布若干個轉子核心鼠籠導條槽（22），轉子核心鼠籠導條槽（22）是開口槽或閉口槽，轉子核心鼠籠導條槽（22）是雙鼠籠形或深槽形；聯接環（12）呈環形，聯接環（12）材質是導磁材料或非導磁材料；轉子鐵芯部件裝配時，鐵芯一（5）和鐵芯二（9）同軸并錯開一定角度，使鐵芯一（5）的鐵芯磁極槽一（19）與鐵芯二（9）的鐵芯凸極二（24）沿軸向對齊，聯接環（12）安裝在鐵芯一（5）和鐵芯二（9）之間；

轉子鼠籠用鋁材壓鑄制成，或者用銅材焊接制成；轉子鼠籠中間是環形的轉子隔磁端環（7），兩端分別是鼠籠端環一（2）和鼠籠端環二（11）；鼠籠端環一（2）和鼠籠端環二（11）結構相同；鼠籠端環一（2）和鼠籠端環二（11）呈環形，鼠籠端環一（2）和鼠籠端環二（11）徑向外側邊緣有一個轉子端環凹槽（26），鼠籠端環一（2）上的轉子端環凹槽（26）與鐵芯一（5）上的鐵芯磁極槽一（19）位置相對應，鼠籠端環二（11）上的轉子端環凹槽（26）與鐵芯二（9）上的鐵芯磁極槽二（25）位置相對應；在鼠籠端環一（2）和轉子隔磁端環（7）之間有若干個核心鼠籠導條一（6）和若干個換向鼠籠導條一（16），核心鼠籠導條一（6）與鐵芯一（5）的轉子核心鼠籠導條槽（22）位置相對應，換向鼠籠導條一（16）與鐵芯一（5）的轉子換向鼠籠導條槽（21）位置相對應；在鼠籠端環二（11）和轉子隔磁端環（7）之間有若干個核心鼠籠導條二（10）和若干個換向鼠籠導條二（17），核心鼠籠導條二（10）與鐵芯二（9）的轉子核心鼠籠導條槽（22）位置相對應，換向鼠籠導條二（17）與鐵芯二（9）的轉子換向鼠籠導條槽（21）位置相對應；核心鼠籠導條一（6）和核心鼠籠導條二（10）截面是雙鼠籠形或深槽形；

轉子永磁體部件由若干個永磁體一（4）和若干個永磁體二（8）組成；永磁體一（4）和永磁體二（8）呈瓦片形，若干個永磁體一（4）粘貼在鐵芯磁極槽一（19）中形成鐵芯一（5）主磁極；粘貼在鐵芯磁極槽一（19）中的永磁體一（4）數量是雙半極轉子磁極數的一半；鐵芯磁極槽一（19）中相鄰的永磁體一（4）圓弧外表面互為異性磁極；若干個永磁體二（8）粘貼在鐵芯磁極槽二（25）中形成鐵芯二（9）主磁極，粘貼在鐵芯磁極槽二（25）中的永磁體二（8）數量是雙半極轉子磁極數的一半；鐵芯磁極槽二（25）中相鄰的永磁體二（8）圓弧外表面互為異性磁極；

雙半極轉子的聯接環（12）材質是導磁材料或非導磁材料；非導磁材料的聯接環（12）與轉子隔磁端環（7）合并，或者非導磁材料的聯接環（12）與隔磁襯套（3）合并；?

鐵芯凸極一（18）和鐵芯凸極二（24）外表面至定子（27）內表面的氣隙是凸極氣隙，永磁體一（4）和永磁體二（8）外表面至定子（27）內表面的氣隙是永磁體氣隙；凸極氣隙長度小于或等于永磁體氣隙長度。

3.根據權利要求1所述的一種雙半極異步起動永磁同步電動機及變極變速法，其特征在于雙半極定子繞組是一種單相變極定子繞組；雙半極定子繞組由起動繞組、工作繞組和移相元件組成；移相元件可以采用電容器或電感線圈；移相元件串聯在起動繞組中；起動繞組由若干個起動線圈組成；工作繞組由后半工作繞組、前半工作繞組組成；后半工作繞組由若干個后半工作線圈組成；前半工作繞組由若干個前半工作線圈組成；起動線圈、后半工作線圈、前半工作線圈各自的數量等于高轉速時定子磁極數；若干個起動線圈、后半工作線圈、前半工作線圈均布在定子（27）鐵芯上；以某一個起動線圈為起點，沿著定子磁場旋轉方向（30）第一個起動線圈、第一個后半工作線圈、第一個前半工作線圈為同一個組別，其它組別以此類推；

以高轉速時定子磁極數為標準，起動線圈與同一組別的后半工作線圈空間位置相差45°電角度，并且，后半工作線圈與同一組別的前半工作線圈空間位置相差90°電角度；在高轉速狀態時，同一組別的后半工作線圈和前半工作線圈產生互為同性磁極的磁場，這兩個磁場合并成為高轉速定子磁場；起動線圈產生的起動磁場與同一組別的高轉速定子磁場空間位置相差90°電角度；變極變速的高轉速異步起動和同步運行時，在起動繞組、工作繞組和移相元件的共同作用下，產生高轉速定子旋轉磁場；

以低轉速時定子磁極數為標準，起動線圈與同一組別的后半工作線圈空間位置相差90°電角度，并且，后半工作線圈與同一組別的前半工作線圈空間位置相差180°電角度；在低轉速狀態時，同一組別的后半工作線圈和前半工作線圈產生互為異性磁極的磁場，該磁場稱為低轉速定子磁場；起動線圈產生的起動磁場與同一組別的后半工作線圈產生的低轉速定子磁場空間位置相差90°電角度；變極變速的低轉速異步起動和同步運行時，在起動繞組、工作繞組和移相元件的共同作用下，產生低轉速定子旋轉磁場。