CN101594036A - 绕线转子自起动永磁同步电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绕线转子自起动永磁同步电动机，属于永磁电机技术领域。该装置包括风扇罩、风扇、轴承前端盖、前轴承、电机前端盖、轴承后端盖、定子绕组、壳体、定子铁心、永磁体、转子铁心、转轴、转子绕组、电刷、滑环、电机后端盖、后轴承和隔磁桥。本发明的优点：绕线式转子结构可提高永磁同步电动机的起动性能，即提高起动转矩，减小起动电流，提高力能指标，同时通过逐级切除转子电阻减小电机转差率，提高牵入同步能力，适应重载起动低速大转矩的工况要求，防止由于起动电流过大而对电网造成冲击或因起动转矩过小而使电机无法起动，同时保证电动机顺利牵入同步。

Description

绕线转子自起动永磁同步电动机
技术领域
本发明属于永磁电机技术领域，特别涉及一种绕线转子自起动永磁同步电动机。
背景技术
目前大多数重载起动用电动机普遍采用绕线式感应电动机以提高重载起动工况时电机的起动性能，但由于异步电动机自身的特点难以设计成多级，因此很难实现低速运行，为了取得功率上的平衡，90％的电机必须与庞大的减速机构配套使用，电机使用齿轮减速机后，导致传动系统尺寸增大、重量增加、噪声高、转动惯量大、效率低、维护困难等各种不利后果，此外在轻载运行时，感应电动机效率和功率因数很低，因此不利于在负载变化的工况下使用。
永磁电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高优点，更重要的是在变载运行工况下，可以一直保持较高的效率和功率因数，大大节约了电能，同时可以做成多级，实现低速运行，取消减速机实现直驱，然而目前大多数自起动永磁同步电动机通常采用笼型转子的铸铝结构，存在起动转矩低、起动电流大、起动困难、牵入同步能力差和运行稳定性差问题，因此在许多工况下，尤其在重载起动时，电机的起动更为困难，因此自起动永磁同步电动机的应用范围受到了限制。
发明内容
针对目前自起动永磁同步电动机技术存在的缺点和不足，本发明提供一种绕线转子自起动永磁同步电动机，通过永磁体位于转子内部的内置式结构，即永磁体位于转子内部，并且转子铁心开槽，转子槽中放置转子绕组，采用绕线式转子，通过改变外串转子电阻的大小，以达到提高电动机的起动性能和牵入同步能力，提高电机的力能指标的目的。
本发明的技术方案是这样实现的：该装置包括风扇罩、风扇、轴承前端盖、前轴承、电机前端盖、轴承后端盖、定子绕组、壳体、定子铁心、永磁体、转子铁心、转轴、转子绕组、电刷、滑环、电机后端盖、后轴承和隔磁桥。
该装置风扇通过前轴承与转轴相连，风扇上加有风扇罩，前轴承上装有轴承前端盖和轴承后端盖，前轴承上方为电机前端盖，定子铁心固定在壳体上，定子铁心设有定子槽，定子绕组安放在定子槽中。
转子铁心内圆周固定在转轴上，转子铁心外圆周均匀分布转子槽，在转子铁心上设有永磁体，永磁体位于转轴和转子槽之间，在转子槽内放置转子绕组，转子绕组出线端与滑环相连，滑环与电刷接触，隔磁桥位于转轴和转子铁心之间。
所述的转子铁心和定子铁心长度相等。
所述的转子铁心和定子铁心均由硅钢片叠压而成。
所述的转子槽采用平底槽、梨形槽、圆形槽或闭口槽结构形式。
所述的永磁体采用稀土钴系、铁氧体系或钕铁硼系永磁合金材料制成。
该装置的工作过程是：当定子绕组通电后，气隙中产生的磁场以同步转速n1旋转，转子则以n＝(1-s)n1转速旋转，转子正转旋转磁场与定子磁场转速都n1，彼此相对静止，相互作用产生异步转矩Ta，转子反转旋转磁场转速是(1-2s)n1，转子正转旋转磁场与转子反转磁场彼此相对静止，两者产生另一异步转矩，称为磁阻负序分量转矩Tb，由于永磁体的作用，产生发电制动转矩TN，当转速达到亚同步速时，在足够大的牵入转矩作用下，经振荡，转子永磁体产生的磁场实现与旋转磁场相吸和，完成瞬变过程，带载牵入同步，正常运行，本发明采用在转子槽型中嵌放转子绕组，当电机刚一起动时，通过外串转子电阻，使得转子电阻增大，降低起动电流，增大起动转矩，改善起动性能，随着起动过程的进行，逐级切掉外串电阻，转子电阻减小，减小电机转差率，有助于电机顺利牵入同步能力，使电机最终达到同步转速，进入正常运行状态，同时由于转子电阻的减小，提高电机的运行性能、效率和功率因数，有节电效果。
本发明的优点：绕线式转子结构可提高永磁同步电动机的起动性能，即提高起动转矩，减小起动电流，提高力能指标，同时通过逐级切除转子电阻减小电机转差率，提高牵入同步能力，适应重载起动低速大转矩的工况要求，防止由于起动电流过大而对电网造成冲击或因起动转矩过小而使电机无法起动，同时保证电动机顺利牵入同步。
附图说明
图1为本发明绕线式转子自起动永磁同步电动机结构原理图；
图2为本发明绕线式转子自起动永磁同步电动机内置切向式转子结构示意图；
图3为本发明绕线式转子自起动永磁同步电动机带有频敏变阻器的绕线式转子绕组接线结构图；
图4为本发明绕线式转子自起动永磁同步电动机带有接触器的绕线式转子绕组接线结构图。
图中：1风扇罩、2风扇、3轴承前端盖、4前轴承、5电机前端盖、6轴承后端盖、7定子绕组、8壳体、9定子铁心、10永磁体、11转子铁心、12转轴、13转子绕组、14电刷、15滑环、16电机后端盖、17后轴承、18隔磁桥、19频敏变阻器、20附加转子电阻。
具体实施方式
本发明绕线式转子自起动永磁同步电动机的详细结构结合实施例加以说明。
该装置如图1、2所示，包括风扇罩1、风扇2、轴承前端盖3、前轴承4、电机前端盖5、轴承后端盖6、定子绕组7、壳体8、定子铁心9、永磁体10、转子铁心11、转轴12、转子绕组13、电刷14、滑环15、电机后端盖16、后轴承17和隔磁桥18。
该装置风扇2通过前轴承4与转轴12相连，风扇2上加有风扇罩1，前轴承4上装有轴承前端盖3和轴承后端盖4，前轴承4上方为电机前端盖5，定子铁心9固定在壳体8上，定子铁心9设有定子槽，定子绕组7安放在定子槽中。
转子铁心11内圆周固定在转轴12上，转子铁心11外圆周均匀分布转子槽，在转子铁心11上设有永磁体10，永磁体10位于转轴12和转子槽之间，在转子槽内放置转子绕组13，转子绕组13出线端与滑环15相连，滑环15与电刷14相触，隔磁18位于转轴12和转子铁心11之间。
所述的转子铁心11和定子铁心9长度相等，
所述的转子铁心11和定子铁心9均由硅钢片叠压而成。
所述的转子槽采用平底槽结构形式。
所述的永磁体10采用钕铁硼系永磁合金材料制成。
本发明带有频敏变阻器19的绕线式转子绕组接线示意图如附图3所示，带有接触器的绕线式转子绕组接线示意图如附图4所示，其中定子绕组7的接线方式可采用星型连接也可以采用三角形连接，本发明以星接为例，转子绕组13的接线方式只能为星型接法，转子绕组13引线与滑环15相连接，滑环15与电刷14接触，通过电刷14与外接的频敏变阻器19或带有接触器切换的附加转子电阻20相连，其中的永磁体10的极对数可随需要而改变，附图中以六极为例。
该装置的工作过程是：当定子绕组7通电后，气隙中产生的磁场以同步转速n1旋转，转子则以n＝(1-s)n1转速旋转，转子正转旋转磁场与定子磁场转速都n1，彼此相对静止，相互作用产生异步转矩Ta，转子反转旋转磁场转速是(1-2s)n1，转子正转旋转磁场与转子反转磁场彼此相对静止，两者产生另一异步转矩，称为磁阻负序分量转矩Tb，由于永磁体10的作用，产生发电制动转矩TN，当转速达到亚同步速时，在足够大的牵入转矩作用下，经振荡，转子永磁体10产生的磁场实现与旋转磁场相吸和，完成瞬变过程，带载牵入同步，正常运行，本发明采用在转子槽型中嵌放转子绕组，当电机刚一起动时，通过外串转子电阻，使得转子电阻增大，降低起动电流，增大起动转矩，改善起动性能，随着起动过程的进行，逐级切掉外串电阻，转子电阻减小，减小电机转差率，有助于电机顺利牵入同步能力，使电机最终达到同步转速，进入正常运行状态，同时由于转子电阻的减小，提高电机的运行性能、效率和功率因数，有节电效果。

Claims (5)

1、一种绕线转子自起动永磁同步电动机，该装置包括定子绕组(7)、壳体(8)、定子铁心(9)、永磁体(10)、转子铁心(11)、转轴(12)、转子绕组(13)、电刷(14)、滑环(15)和隔磁桥(18)，其中定子铁心(9)固定在壳体(8)上，定子铁心(9)设有定子槽，定子绕组(7)安放在定子槽中；其特征在于：该装置转子铁心(11)内圆周固定在转轴(12)上，转子铁心(11)外圆周均匀分布转子槽，在转子铁心(11)上设有永磁体(10)，永磁体(10)位于转轴(12)和转子槽之间，在转子槽内放置转子绕组(13)，转子绕组(13)出线端与滑环(15)相连，滑环(15)与电刷(14)接触，隔磁桥(18)位于转轴(12)和转子铁心(11)之间。
2、按权利要求1所述的绕线转子自起动永磁同步电动机，其特征在于所述的转子铁心(11)和定子铁心(9)长度相等。
3、按权利要求1所述的绕线转子自起动永磁同步电动机，其特征在于所述的转子铁心(11)和定子铁心(9)均由硅钢片叠压而成。
4、按权利要求1所述的绕线转子自起动永磁同步电动机，其特征在于所述的转子槽采用平底槽、梨形槽、圆形槽或闭口槽结构形式。
5、按权利要求1所述的绕线转子自起动永磁同步电动机，其特征在于所述的永磁体(10)采用稀土钴系、铁氧体系或钕铁硼系永磁合金材料制成。
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