[發明專利]增強式變極變速永磁同步電動機

有效

• 申請號: 201410376327.9
• 申請日: 2014-08-03
• 公開（公告）號: CN104184294A
• 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;H02K21/14;H02K1/27;H02K1/24
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

?本發明是一種增強式變極變速永磁同步電動機，其涉及一種應用于永磁同步電動機的技術方案，特別是涉及一種能夠異步起動和變極變速的永磁同步電動機。

背景技術

交流異步電動機的效率較低，永磁同步電動機的效率高、功率因數高、節能效果顯著，所以永磁同步電動機正逐漸取代交流異步電動機成為主流電動機。普通永磁同步電動機無法自起動，需要配置變頻器，但是變頻器成本較高。異步起動永磁同步電動機不需要配置變頻器，能夠在節能的前提下降低設備成本。國家標準《GB/T25303?紡織專用高效率永磁同步電動機技術條件》和《GB/T22711高效三相永磁同步電動機技術條件》分別規定了一種適用于紡織、石油行業的自起動永磁同步電動機。兩個標準中的永磁同步電動機均采用內置式轉子，內置式轉子結構復雜，不適宜做小規格的電動機，所以兩個標準中沒有小于1.1kw的小功率電動機規格。

以油田游梁式抽油機所采用的雙速電動機為代表的大中型交流異步電動機，普遍采用變極變速節能技術，交流異步電動機的鼠籠繞組能夠自動適應變換電動機磁極數。傳統永磁同步電動機的表面式轉子和內置式轉子均無法自動適應變換電動機磁極數，因此，傳統永磁同步電動機技術無法采用變極變速的方法。

轉子永磁體充磁方向的截面積與電動機氣隙截面積的比值越大，轉子永磁體磁場在電動機氣隙中的磁通密度就越大，則電動機的功率密度就越大。

發明內容

本發明的目的是克服傳統小型永磁同步電動機無法自起動、不能變極變速的缺陷，提供一種能夠異步起動、變極變速、電動機功率密度較大的適用于小型永磁同步電動機的技術方案。本發明的實施方案如下：

本發明總的特征是增強式變極變速永磁同步電動機的轉子采用增強式轉子，電動機定子繞組采用非變極定子繞組或變極定子繞組。

增強式轉子的轉子鐵芯部件主要由若干個永磁鐵芯和若干個增強式鼠籠鐵芯兩種類型的轉子鐵芯組成。永磁鐵芯有變極永磁鐵芯和非變極永磁鐵芯兩種結構。增強式轉子分為變極增強式轉子和非變極增強式轉子。變極增強式轉子的轉子鐵芯部件是含有變極永磁鐵芯和增強式鼠籠鐵芯的變極轉子鐵芯部件。非變極增強式轉子的轉子鐵芯部件是含有非變極永磁鐵芯和增強式鼠籠鐵芯的非變極轉子鐵芯部件。變極增強式轉子與含有變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。非變極增強式轉子與含有非變極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。

變極永磁鐵芯的徑向外表面有若干個轉子凹槽和若干個轉子凸極。每一個轉子凹槽中粘貼有兩個互為異性磁極的永磁體，相鄰轉子凹槽之間的相鄰永磁體互為異性磁極。每一個永磁體形成一個轉子主磁極。轉子主磁通在同一個轉子凹槽中的兩個轉子主磁極之間形成閉合回路。每一個永磁體磁化相鄰的轉子凸極一側，形成一個與該永磁體互為異性磁極的轉子輔助磁極。轉子輔助磁通在永磁體與轉子凸極之間形成閉合回路。

增強式變極變速永磁同步電動機在低轉速同步運行時，若干個轉子主磁極和若干個轉子輔助磁極共同建立低轉速轉子磁場。增強式變極變速永磁同步電動機在高轉速同步運行時，轉子輔助磁極對面的定子磁極產生的定子附加磁場與轉子輔助磁極互為同性磁極，在定子附加磁場的同極性相互排斥的磁力作用下，轉子輔助磁通不在永磁體與轉子凸極之間形成閉合回路，轉子輔助磁通合并在轉子主磁通中。由若干個轉子主磁極共同建立高轉速轉子磁場。轉子輔助磁通閉合路徑的改變，使變極增強式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。

增強式鼠籠鐵芯的徑向外表面有若干個深而窄的增強磁鋼槽，每一個增強磁鋼槽中粘貼有一個增強磁鋼，形成一個切向增強磁場，增強磁鋼槽槽底是磁橋。在沒有外加磁場作用時，切向增強磁場磁通路徑沿著磁橋閉合。電動機異步起動的大部分時間段內，定子磁場作用在磁橋處的磁場方向與增強磁鋼作用在磁橋處的磁場方向不相反，切向增強磁場磁通路徑依舊沿著磁橋閉合，切向增強磁場不會增加永磁轉子在電動機氣隙中的磁通密度。電動機同步運行時，定子磁場作用在磁橋處的磁場方向與增強磁鋼作用在磁橋處的磁場方向相反，定子磁場迫使切向增強磁場磁通路徑穿過電動機氣隙，切向增強磁場磁通路徑在電動機定子鐵芯中閉合，切向增強磁場會增加永磁轉子在電動機氣隙中的磁通密度。

電動機異步起動時，切向增強磁場不會增加永磁轉子在電動機氣隙中的磁通密度，永磁體所產生的發電制動轉矩較小，提高增強式轉子的異步起動性能。電動機同步運行時，切向增強磁場會增加永磁轉子在電動機氣隙中的磁通密度，提高增強式轉子的同步運行性能和功率密度。