CN108270302A - 一种自启动永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不同极数启动永磁电机，包括呈环状定子铁芯，内表面设有定子槽与定子齿，定子齿为直线型，定子槽用于容纳定子绕组；转子，转子与定子同轴设置，置于定子铁芯内，转子包括转子铁芯，转子永磁体，转子槽，转子槽用于容纳转子绕组，转子绕组包括第一绕组和第二绕组，其中第一绕组为同绕组，第二绕组为铝绕组，转子永磁体嵌入永磁体槽中，转子永磁体为拼接永磁体，沿转子的切向充磁，永磁体槽与转子槽均为沿转子铁芯的周向均匀设置的开口槽。

Description

一种自启动永磁电机

技术领域

本发明属于自启动永磁电机领域，具体涉及一种不同极数启动永磁电机。

背景技术

在工业生产、农业生产还是日常生活，都会大量利用电机，电机的使用几乎涉及我们生活的各个方面，而不同的领域对电机性能的要求是不同的，但是都是要节约能源，提高电机的输出能力，输出转矩。

异步电机用于具有结构简单，制造成本低，运行可靠性高，输出转矩较大，被应用的生活中的方方面面，而近年来永磁电机由于具有转矩密度高，转速波动小，易于多台并列运行等特点，正在逐步取代异步电机，同时由于电机在自启动时会受到阻力作用，需要具有一定的自启动能力。

电励磁同步发电机来说 ,永磁同步发电机取消了电刷装置 ,结构简单 ,运行可靠 ,由于没有励磁损耗 ,效率也得以提高。但另一方面 ,电励磁发电机的磁场控制可以方便地通过励磁电流的调节来实现。而永磁同步发电机制成以后 ,无法调节气隙磁场 ,并且永磁材料的温度系数较大 ,在负载发生变动或者环境温度变化时引起发电机输出电压的波动 ,影响负载的正常工作。本文采用的混合励磁结构综合了电励磁电机和永磁电机的优点 ,可以很好地解决永磁电机的磁场调节问题。混合励磁永磁同步发电机的结构混合励磁永磁同步发电机除了转子上的永磁体提供励磁磁通外 ,定子上还有一套直流励磁绕组产生磁通 ,两者在气隙中合成。调节直流励磁的大小或方向时 ,合成气隙磁密就会相应地增大或减小。它综合了永磁电机和普通电励磁电机的优点 :在结构上 ,电机仍然是无刷的 ,可靠性高 ,易于维护 ;气隙磁场可由直流励磁调节 ,磁场控制很容易实现。

混合励磁永磁电机的特点是在电机中同时存在两种磁动势源:永磁磁动势和电励磁磁动势。电励磁磁动势产生的磁场主要是对永磁磁动势产生的磁场进行调节。

发明内容

由于异步电机直接启动瞬间启动电流大，对电网的冲击干扰强，通过定子变极启动的极数与转子绕组的极数组合及转子混合励磁永磁体与转子绕组的设置方式降低启动冲击电流，提高电机的自启动性能。

本发明提供一种不同极数启动永磁电机，包括呈环状定子铁芯，内表面设有定子槽与定子齿，定子齿为直线型，定子槽用于容纳定子绕组；转子，转子与定子同轴设置，置于定子铁芯内，转子包括转子铁芯，转子永磁体，转子槽，转子槽用于容纳转子绕组，转子绕组包括第一绕组和第二绕组，其中第一绕组为同绕组，第二绕组为铝绕组，转子永磁体嵌入永磁体槽中，转子永磁体为拼接永磁体，沿转子的切向充磁，永磁体槽与转子槽均为沿转子铁芯的周向均匀设置的开口槽，其特征在于：定子绕组为双极数的单绕组，启动时，定子绕组的极数等于转子绕组的极对数与转子永磁体的极对数的和，启动完成后，运行时，定子绕组的极数等于转子绕组的极数与定子的槽数的和。

转子第一绕组设置在转子槽顶部，将铝液压铸转子槽中形成转子第二绕组。转子铁芯外部包覆有铝圆柱状铝基体。通过圆柱状铝基体包覆转子铁芯，可以防止永磁体及绕组由于转子离心力引起的径向和轴向窜动。所述拼接永磁体包括在永磁体槽的槽顶左右设置的第一永磁体和第二永磁体，还包括在永磁体槽的槽底设置的第三永磁体。所述永磁体槽与转子槽沿转子铁芯的周向间隔设置，设置在转子槽两侧的永磁体槽中的永磁体充磁方向相反。定子启动绕组极数与运行绕组极数不同。

附图说明

图1为电机转子示意图。

具体实施方式

一种不同极数启动永磁电机，包括呈环状定子铁芯，内表面设有定子槽与定子齿，定子齿为直线型，定子槽用于容纳定子绕组；转子，转子与定子同轴设置，置于定子铁芯内，转子包括转子铁芯1，转子永磁体2，转子槽3，转子槽用于容纳转子绕组4，转子绕组包括第一绕组4和第二绕组5，其中第一绕组为同绕组，第二绕组为铝绕组，转子永磁体嵌入永磁体槽中，转子永磁体为拼接永磁体，沿转子的切向充磁，永磁体槽与转子槽均为沿转子铁芯的周向均匀设置的开口槽，其特征在于：定子绕组为双极数的单绕组，启动时，定子绕组的极数等于转子绕组的极对数与转子永磁体的极对数的和，启动完成后，运行时，定子绕组的极数等于转子绕组的极数与定子的槽数的和。

转子第一绕组设置在转子槽顶部，将铝液压铸转子槽中形成转子第二绕组。通过设置不同电阻的绕组材料，能够有效的节约成本，提高电机的性能。其中第一绕组和第二绕组在槽中分布的体积比大于1:5小于1:3。转子铁芯外部包覆有铝圆柱状铝基体6，也可以包覆其他材质的基体，例如铜，铁合金。所述拼接永磁体包括在永磁体槽的槽顶左右设置的第一永磁体和第二永磁体，还包括在永磁体槽的槽底设置的第三永磁体。所述永磁体槽与转子槽沿转子铁芯的周向间隔设置，设置在转子槽两侧的永磁体槽中的永磁体充磁方向相反。定子启动绕组极数与运行绕组极数不同。

为了使电机具有自启动能力，在转子铁芯的外表面开槽，槽内放置有第一绕组和第二绕组，由于鼠笼绕组会在电机运行时产生制动转矩，可选用短接三相绕线式连接，在实际工作中，将电机挂网接入工频交流电，此时定子绕组处于启动极数，其启动极数与运行极数不相同。

应在保证电机性能的前提下 ,尽量节约永磁材料的用量，电机的定子绕组不同极数与转子绕组极数及永磁体极数的组合提高电机的启动及运行能力。电机在带负载时产生的电枢反应磁动势不仅会影响到气隙磁场的分布和大小 ,对永磁电机来说还会影响到永磁体的工作状态。由于混合励磁永磁同步发电机结构复杂 ,对铁心极来说 ,电枢反应的影响与普通的电励磁凸极同步发电机基本相同 ;对永磁极来说 ,电枢反应使得永磁体一侧去磁、一侧增磁 ,设计时要进行永磁体最大去磁工作点的校核 ,以防止永磁体产生不可逆退磁。如果要准确描述混合励磁永磁同步发电机电枢反应的特点 ,则需要采用电磁场数值计算的方法进行分析，转子永磁体为拼接永磁体中第一永磁体、第二永磁体和第三永磁体在沿转子轴向也可设置为由多个小永磁体组成。转子内设有转轴，转子与转轴通过花键连接。在混合励磁永磁同步发电机中 ,定子直流励磁绕组起电压调节作用。一般来说 ,混合励磁永磁同步发电机在正常工作时 ,永磁体磁场和电励磁磁场在定转子背轭部方向相反,背轭中的磁场饱和程度不大 。混合励磁永磁同步发电机的主要优势在于输出电压可控 ,控制部分要检测输出电压的变化 ,同电压设定值进行比较 ,通过直流励磁电流的调节 ,来达到维持输出电压恒定的目的。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种不同极数启动永磁电机，包括呈环状定子铁芯，内表面设有定子槽与定子齿，定子齿为直线型，定子槽用于容纳定子绕组；转子，转子与定子同轴设置，置于定子铁芯内，转子包括转子铁芯，转子永磁体，转子槽，转子槽用于容纳转子绕组，转子绕组包括第一绕组和第二绕组，其中第一绕组为同绕组，第二绕组为铝绕组，转子永磁体嵌入永磁体槽中，转子永磁体为拼接永磁体，沿转子的切向充磁，永磁体槽与转子槽均为沿转子铁芯的周向均匀设置的开口槽，其特征在于：定子绕组为双极数的单绕组，启动时，定子绕组的极数等于转子绕组的极对数与转子永磁体的极对数的和，启动完成后，运行时，定子绕组的极数等于转子绕组的极数与定子的槽数的和。

2.根据权利要求1所述的不同极数启动永磁电机，转子第一绕组设置在转子槽顶部，将铝液压铸转子槽中形成转子第二绕组。

3.根据权利要求2所述的不同极数启动永磁电机，转子铁芯外部包覆有铝圆柱状铝基体。

4.根据权利要求1所述的不同极数启动永磁电机，所述拼接永磁体包括在永磁体槽的槽顶左右设置的第一永磁体和第二永磁体，还包括在永磁体槽的槽底设置的第三永磁体。

5.根据权利要求4所述的不同极数启动永磁电机，所述永磁体槽与转子槽沿转子铁芯的周向间隔设置，设置在转子槽两侧的永磁体槽中的永磁体充磁方向相反。

6.根据权利要求3或5所述的不同极数启动永磁电机，定子启动绕组极数与运行绕组极数不同。