CN108233652B - 一种双定子异步起动永磁同步电机 - Google Patents

一种双定子异步起动永磁同步电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双定子异步起动永磁同步电机，包括：起动定子铁芯、起动定子绕组、稳态定子铁芯、稳态定子绕组、转子铁芯、转子鼠笼以及永磁体；转子铁芯位于起动定子铁芯和稳态定子铁芯之间，永磁体在转子铁芯上；电机起动时，起动定子绕组接入电网并与转子鼠笼相作用，为电机提供起动转矩；电机牵入同步后，稳态定子绕组接入电网，并与永磁体相作用；电机稳态运行时，起动定子绕组断开与电网的连接，并且稳态定子绕组与永磁体相作用，为电机提供平均转矩。本发明可有效解决异步起动永磁同步电机中起动性能和稳态性能相互制约的问题，并避免永磁体在电机起动阶段因流过较大电流而退磁。

Description

一种双定子异步起动永磁同步电机
技术领域
本发明属于异步起动永磁同步电机领域，更具体地，涉及一种双定子异步起动永磁同步电机。
背景技术
电动机广泛应用于工业领域，电机系统占工业用电量的比重达60％之多，提高电机系统的能效对节能和环保具有重要意义。与传统的异步电机相比，异步起动永磁同步电机(也称为自起动永磁同步电机)具有体积小、重量轻、在较宽负载范围内效率高、功率因数高等优点。异步起动永磁同步电机的工作状态可分为两个状态：异步起动与同步稳态运行。
现有的异步起动永磁同步电机中只包含一个定子，电机工作时先由定子绕组与转子鼠笼相作用，产生起动转矩；电机牵入同步后，由定子绕组与永磁体作用，产生稳态转矩。在电机起动阶段定子绕组与永磁体作用而产生永磁制动转矩导致起动转矩减小。凸极比、永磁体厚度等参数会对稳态转矩和制动转矩产生影响，增大凸极比和永磁体厚度会提高稳态转矩，但同时也会提高起动阶段的制动转矩，因此起动性能和稳态性能难以同时提高。异步起动永磁同步电机的起动性能和稳态性能存在相互制约的关系。
为解决异步起动永磁同步电机的起动性能和稳态性能相互制约的问题，专利“一种异步起动永磁同步电机”(申请号：CN02243836.X)中在永磁体之间增加了气隙，增大了d轴电感，减小了凸极比，从而减小了永磁制动转矩，提高了起动转矩，其中复合转子的使用，外铁心用硅钢片，内铁心用低碳钢，与实心转子相比，减小了高次谐波损耗，提高电机效率；但是在电机起动阶段，永磁制动转矩仍然很大。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种双定子异步起动永磁同步电机，其目的在于，通过设计双定子的结构，由起动定子绕组提供起动转矩，并由稳态定子提供平均转矩，从而解决异步起动永磁同步电机中起动性能与稳态性能相互制约的问题。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种双定子异步起动永磁同步电机，包括：起动定子、稳态定子、转子以及永磁体；起动定子包括：起动定子铁芯和起动定子绕组；稳态定子包括：稳态定子铁芯和稳态定子绕组；转子包括：转子铁芯和转子鼠笼；转子铁芯位于起动定子铁芯和稳态定子铁芯之间，永磁体贴在转子铁芯上；在起动定子铁芯和稳态定子铁芯中，转子鼠笼更靠近起动定子铁芯，并且永磁体更靠近稳态定子铁芯；
电机起动时，起动定子绕组接入电网，同时稳态定子绕组不接入电网；起动定子绕组与转子鼠笼相作用，为电机提供起动转矩，使得电机由静止逐渐加速；电机牵入同步后，稳态定子绕组接入电网，并与永磁体相作用，使得电机加速并最终达到同步转速；电机稳态运行时，起动定子绕组断开与电网的连接，并且稳态定子绕组与永磁体相作用，为电机提供平均转矩，使得电机以同步转速稳态运行。
进一步地，永磁体在电机起动时与起动定子绕组的磁场不耦合，不产生永磁制动转矩。
进一步地，永磁体的极对数的设定使得其磁力线不会同时经过两个定子。
进一步地，转子的轭部厚度的设定使得起动定子绕组的磁场不与永磁体交链并且稳态定子绕组的磁场不与转子鼠笼交链。
进一步地，起动定子绕组的匝数设定使得起动定子绕组与转子鼠笼相作用时在满足电机起动电流限制的同时为电机提供最大的起动转矩。
工作时，起动定子绕组先接入电网，并与转子鼠笼相作用，为电机提供起动转矩，使得电机由静止逐渐加速；当电机转速接近同步转速时，稳态定子绕组接入电网，并与永磁体相作用，此时两套绕组同时工作，但由于起动定子绕组转差率为0，不提供平均转矩，由稳态定子绕组为电机提供平均转矩，使得电机加速并最终达到同步转速；当电机以同步转速稳态运行时，起动定子绕组断开与电网的连接，稳态定子绕组与永磁体相作用，为电机提供稳态转矩。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明所提供的双定子异步起动永磁同步电机，包括起动定子和稳态定子，起动定子绕组在电机起动时与转子鼠笼相作用，为电机提供起动转矩，使得电机由静止逐渐加速；稳态定子绕组在电机牵入同步时与永磁体相作用，使得电机加速并最终达到同步转速；稳态定子绕组在电机同步运行时与永磁体相作用，为电机提供稳态转矩，使得电机以同步转速稳态运行。该方案使得电机在异步起动阶段和同步运行阶段均只与一套绕组其作用，实现了起动性能和稳态性能的解耦，使得电机可充分发挥起动能力又可兼顾稳态性能。
(2)本发明所提供的双定子异步起动永磁同步电机，永磁体在电机起动时与起动定子绕组磁场不耦合，消除了电机起动阶段由于绕组与永磁体相作用而产生的永磁制动转矩，有效提升了电机的起动性能。
(3)本发明所提供的双定子异步起动永磁同步电机，永磁体在电机起动时与起动定子绕组磁场不耦合，避免了起动阶段永磁体中因流过较大的电流而退磁。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的双定子异步起动永磁同步电机的横截面图；
图2为本发明第二实施例提供的双定子异步起动永磁同步电机的横截面图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1为起动定子铁芯，2为起动定子绕组，3为稳态定子铁芯，4为稳态定子绕组，5为转子铁芯，6为转子鼠笼，7为永磁体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明所提供的双定子异步起动永磁同步电机的第一种实施例中，如图1所示，包括：起动定子、稳态定子、转子以及永磁体；起动定子包括：起动定子铁芯1和起动定子绕组2；稳态定子包括：稳态定子铁芯3和稳态定子绕组4；转子包括：转子铁芯5和转子鼠笼6；转子铁芯5位于起动定子铁芯1和稳态定子铁芯3之间，永磁体7贴在转子铁芯5上；在起动定子铁芯1和稳态定子铁芯3中，转子鼠笼6更靠近起动定子铁芯1，并且永磁体7更靠近稳态定子铁芯3；在本实施例中，起动定子铁芯1设置于转子铁芯5的内侧，稳态定子铁芯3设置于转子铁芯5的外侧。
在本发明所提供的双定子异步起动永磁同步电机的第二种实施例中，如图2所示，包括：起动定子铁芯1和起动定子绕组2；稳态定子包括：稳态定子铁芯3和稳态定子绕组4；转子包括：转子铁芯5和转子鼠笼6；转子铁芯5位于起动定子铁芯1和稳态定子铁芯3之间，永磁体7贴在转子铁芯5上；在起动定子铁芯1和稳态定子铁芯3中，转子鼠笼6更靠近起动定子铁芯1，并且永磁体7更靠近稳态定子铁芯3；在本实施例中，起动定子铁芯1设置于转子铁芯5的外侧，稳态定子铁芯3设置于转子铁芯5的内侧。
在上述两种实施例中，电机起动时，起动定子绕组2接入电网，同时稳态定子绕组4不接入电网；起动定子绕组2与转子鼠笼6相作用，为电机提供起动转矩，使得电机由静止逐渐加速；电机牵入同步后，稳态定子绕组4接入电网，并与永磁体7相作用，使得电机加速并最终达到同步转速；电机稳态运行时，起动定子绕组2断开与电网的连接，并且稳态定子绕组4与永磁体7相作用，为电机提供平均转矩，使得电机以同步转速稳态运行；永磁体7在电机起动时与起动定子绕组2的磁场不耦合，不产生永磁制动转矩；永磁体7的极对数的设定使得其磁力线不会同时经过两个定子；转子的轭部厚度的设定使得起动定子绕组2的磁场不与永磁体7交链并且稳态定子绕组4的磁场不与转子鼠笼6交链；起动定子绕组2的匝数设定使得起动定子绕组2与转子鼠笼6相作用时在满足电机起动电流限制的同时为电机提供最大的起动转矩。
如图1和图2所示的双定子异步起动永磁同步电机，工作时，起动定子绕组2先接入电网，并与转子鼠笼6相作用，为电机提供起动转矩，使得电机由静止逐渐加速；当电机转速接近同步转速时，稳态定子绕组4接入电网，并与永磁体7相作用，此时两套绕组同时工作，但由于起动定子绕组2转差率为0，不提供平均转矩，由稳态定子绕组4为电机提供平均转矩，使得电机加速并最终达到同步转速；当电机以同步转速稳态运行时，起动定子绕组2断开与电网的连接，稳态定子绕组4与永磁体7相作用，为电机提供稳态转矩。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双定子异步起动永磁同步电机，其特征在于，包括：起动定子、稳态定子、转子以及永磁体(7)；所述起动定子包括：起动定子铁芯(1)和起动定子绕组(2)；所述稳态定子包括：稳态定子铁芯(3)和稳态定子绕组(4)；所述转子包括：转子铁芯(5)和转子鼠笼(6)；所述转子铁芯(5)位于所述起动定子铁芯(1)和所述稳态定子铁芯(3)之间，所述永磁体(7)贴在所述转子铁芯(5)上；在所述起动定子铁芯(1)和所述稳态定子铁芯(3)中，所述转子鼠笼(6)更靠近所述起动定子铁芯(1)，并且所述永磁体(7)更靠近所述稳态定子铁芯(3)；
电机起动时，所述起动定子绕组(2)接入电网，同时所述稳态定子绕组(4)不接入电网；所述起动定子绕组(2)与所述转子鼠笼(6)相作用，为电机提供起动转矩，使得电机由静止逐渐加速；电机牵入同步后，所述稳态定子绕组(4)接入电网，并与所述永磁体(7)相作用，使得电机加速并最终达到同步转速；电机稳态运行时，所述起动定子绕组(2)断开与电网的连接，并且所述稳态定子绕组(4)与所述永磁体(7)相作用，为电机提供平均转矩，使得电机以同步转速稳态运行。
2.如权利要求1所述的双定子异步起动永磁同步电机，其特征在于，所述永磁体(7)在电机起动时与所述起动定子绕组(2)的磁场不耦合，不产生永磁制动转矩。
3.如权利要求1或2所述的双定子异步起动永磁同步电机，其特征在于，所述永磁体(7)的极对数的设定使得其磁力线不会同时经过两个定子。
4.如权利要求1或2所述的双定子异步起动永磁同步电机，其特征在于，所述转子的轭部厚度的设定使得所述起动定子绕组(2)的磁场不与所述永磁体(7)交链并且所述稳态定子绕组(4)的磁场不与所述转子鼠笼(6)交链。
5.如权利要求1或2所述的双定子异步起动永磁同步电机，其特征在于，所述起动定子绕组(2)的匝数设定使得所述起动定子绕组(2)与所述转子鼠笼(6)相作用时在满足电机起动电流限制的同时为电机提供最大的起动转矩。
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