CN109672279B - 一种转子双绕组变极异步起动游标电机 - Google Patents

一种转子双绕组变极异步起动游标电机 Download PDF

Info

Publication number
CN109672279B
CN109672279B CN201811525471.9A CN201811525471A CN109672279B CN 109672279 B CN109672279 B CN 109672279B CN 201811525471 A CN201811525471 A CN 201811525471A CN 109672279 B CN109672279 B CN 109672279B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
winding
stator
pole
slots
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811525471.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109672279A (zh
Inventor
蔺梦轩
李大伟
任翔
曲荣海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201811525471.9A priority Critical patent/CN109672279B/zh
Publication of CN109672279A publication Critical patent/CN109672279A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109672279B publication Critical patent/CN109672279B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
    • H02K1/265—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/16—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots for auxiliary purposes, e.g. damping or commutating
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

本发明公开了一种转子双绕组变极异步起动游标电机，包括定子和转子；其中定子包括定子铁芯和定子绕组，转子包括转子铁芯、转子阻尼绕组、转子起动绕组和永磁体。定子铁芯呈环状，其内环表面沿周向开有作为定子槽的多个开口槽，用以容纳定子绕组；转子铁芯同轴套设在定子铁芯内，其相对定子铁芯内环表面的外表面沿周向开有多个转子槽，转子槽顶部用以容纳转子阻尼绕组，转子槽底部用以容纳转子起动绕组；多个永磁体设置在转子铁芯内。本发明提供的转子双绕组的变极异步起动游标电机通过采用双绕组转子并利用变极方式，从而实现在稳态运行时输出超出普通异步起动永磁电机的电磁转矩，同时能够既可以保证起动性能又可以兼顾稳态性能。

Description

一种转子双绕组变极异步起动游标电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，更具体地，涉及一种转子双绕组变极异步起动游标电机。
背景技术
我国稀土资源丰富，同时稀土材料研究和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。因此，充分发挥稀土资源的优势，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种永磁电机对我国有重要理论意义和实用价值。永磁电机和传统异步电机相比，结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；其中游标电机具有转矩密度高的有点，其转矩密度可达普通永磁电机的两倍以上。异步起动游标电机能直接挂网起动同时还具有与变流器驱动控制游标永磁电机相同的稳态特性，如相同转矩密度、效率等。相比于普通异步起动永磁同步电机，异步起动游标电机的转矩密度可以大大提高。在风机、水泵等基数大、总耗能高、调速要求低的应用场合，异步起动游标永磁电机省掉了变流器，节约材料、空间和成本。因此异步起动游标永磁电机的推广应用将节省大量的资源，并产生巨大的社会经济效益。
传统的异步起动永磁电机转子采用鼠笼或绕线式转子绕组(转子绕组极对数与定子绕组极对数相等)作为电机的起动单元。然而由于游标电机稳态运行时谐波含量丰富，若转子起动单元采用鼠笼，稳态时丰富的谐波会对于鼠笼作用产生极大的稳态制动转矩，大大减小稳态转矩，输出转矩和效率会急剧下降。若转子绕组采用与定子绕组极对数Pa相等的绕线式转子绕组，其对应的同步速为60f/Pa，其中f为电频率，由于游标电机定子绕组极对数Pa与永磁体极对数Pe不相同，其同步速为60f/Pe，一般情况下永磁体极对数Pe大于定子绕组极对数Pa，故60f/Pa>60f/Pe，即当异步起动游标电机达到同步速时，绕线式绕组和定子绕组仍然产生异步转矩，降低了异步起动游标电机的稳态转矩。因此传统的在转子中嵌入鼠笼或与定子绕组极对数相同的转子绕组的赋予永磁电机自起动能力的方法会大大降低游标电机的稳态性能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种转子双绕组的变极异步起动游标电机，旨在解决现有异步起动游标电机起动性能和稳态性能无法兼顾的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种转子双绕组的变极异步起动游标电机，包括定子和转子；其中，定子包括定子铁芯和定子绕组，转子包括转子铁芯、转子阻尼绕组、转子起动绕组和永磁体。
定子铁芯呈环状，其内环表面沿周向开有作为定子槽的多个开口槽，用以容纳定子绕组；转子铁芯同轴套设在定子铁芯内，其相对定子铁芯内环表面的外表面沿周向开有多个转子槽，转子槽顶部用以容纳转子阻尼绕组，转子槽底部用以容纳转子起动绕组；多个永磁体设置在转子铁芯内。定子绕组为双极数的变极单绕组，转子绕组为绕线式双绕组。本发明通过对异步起动游标电机的机构进行改进，采用双绕组转子并利用变极方式，从而实现在稳态运行时输出超出普通异步起动永磁电机的电磁转矩，同时能够既可以保证起动性能又可以兼顾稳态性能，具有成本低、效率高、可靠性高的优点。
优选地，转子起动绕组极对数与定子起动时的定子绕组极对数相同，转子阻尼绕组极对数与永磁体极对数相同。
优选地，当定子槽数大于永磁体极对数时，定子绕组的极对数和永磁体极对数之和为定子槽数；当定子槽数小于所述永磁体极对数时，定子绕组的极对数和定子槽数之和为永磁体极对数。
优选地，定子绕组起动时的极对数小于正常运行时的极对数，定子绕组正常时的极对数小于永磁体极对数。
优选地，永磁体可以为表贴式或内置式，即普通一字形、V字形、W形或者Spoke形。
优选地，定子槽为多个，沿定子铁芯内环面周向上均匀分布；转子槽为多个，沿转子铁芯内环面周向上均匀分布。
通过开关设置，使起动时定子绕组的极对数与稳态时定子绕组的极对数不同，转子起动绕组的极对数与起动时定子绕组的极对数相同，转子阻尼绕组的极对数和转子永磁体极对数相同。起动时定子绕组变极，此时定子绕组和极对数与之相同的转子绕组作用产生异步转矩，电机由静止开始加速，定子绕组极对数与永磁体极对数不相同，起动阶段不产生永磁体制动转矩。当转速上升至游标电机的同步速附近，切换开关，使定子绕组的极对数改变为稳态时的极对数Pa，满足Pa＝|N±Pe|，其中N为定子槽数，此时转子以同步速即60f/Pe运行，转子的阻尼绕组的极对数与永磁体极对数相同也为Pe，起阻尼绕组的作用，而且转子起动绕组和所述转子阻尼绕组的磁场不耦合，电机稳定在同步速运行。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
1、本发明提供的转子双绕组变极异步起动游标电机，稳态时定子绕组极对数与永磁体的极对数满足游标电机的极槽配合，相比于普通异步起动永磁电机转矩密度可以大大提高；
2、本发明提供的转子双绕组变极异步起动游标电机的转子采用两套转子绕组，起动时和稳态时转子绕组不同，实现在稳态运行时输出超出普通异步起动永磁电机的电磁转矩，既可以保证起动性能又可以兼顾稳态性能；
3、本发明提供的转子双绕组极对数不同，有效地将起动性能和稳态性能解耦，减小了电机的设计难度；
4、本发明使游标电机具备异步起动能力，可以直接挂网运行，省去了游标电机变频器的成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的转子双绕组变极异步起动游标电机的径向截面图；
图2是本发明实施例提供的转子双绕组变极异步起动游标电机的定子变极电路图；
附图说明：
1、定子铁芯，2、转子铁芯，3、定子绕组，4、转子永磁体，5、转子阻尼绕组，6、转子起动绕组。
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。
本发明提供了一种转子双绕组的变极异步起动游标电机，如图1所示，包括定子和转子；其中，定子包括定子铁芯1和定子绕组3，转子包括转子铁芯2、转子阻尼绕组5、转子起动绕组6和永磁体4。
定子铁芯1呈环状，其内环表面沿周向开有作为定子槽的多个开口槽，用以容纳定子绕组3；转子铁芯2同轴套设在定子铁芯1内，其相对定子铁芯1内环表面的外表面沿周向开有多个转子槽，转子槽顶部用以容纳转子阻尼绕组5，转子槽底部用以容纳转子起动绕组6；多个永磁体4设置在转子铁芯2内。
定子绕组3为双极数的变极单绕组，转子阻尼绕组5和转子起动绕组6为绕线式双绕组。
具体地，转子起动绕组极对数与定子起动时的定子绕组极对数相同，转子阻尼绕组极对数与永磁体极对数相同。
具体地，当定子槽数大于永磁体极对数时，定子绕组的极对数和永磁体极对数之和为定子槽数；当定子槽数小于所述永磁体极对数时，定子绕组的极对数和定子槽数之和为永磁体极对数。
具体地，定子绕组起动时的极对数小于正常运行时的极对数，定子绕组正常时的极对数小于永磁体极对数。
具体地，永磁体可以为表贴式或内置式，即普通一字形、V字形、W形或者Spoke形，在本实施例中永磁体采用V字形内置式。
具体地，定子槽为多个，沿定子铁芯内环面周向上均匀分布；转子槽为多个，沿转子铁芯内环面周向上均匀分布。
起动时定子绕组变极，其极对数和稳态时极对数不一样，为了保证在整个起动区间能一直提供正的起动转矩，起动时的极对数应小于永磁体极对数Pe，在本实施例中的异步起动游标电机，选取定子槽数N为6，永磁体极对数Pe为5，那么稳态时定子绕组极对数Pa为1，起动时定子极对数为2，转子起动绕组极对数为2，转子阻尼绕组极对数为5，其绕组连接如图2所示。起动时开关S2闭合，S1断开，此时定子绕组极对数为2，低于永磁体极数5，转子起动绕组极对数为2，两套绕组相互作用使其起动，当转速上升至稳态同步速附近时，S1断开，S2闭合，此时定子绕组极对数为1，满足Pa＝|N±Pe|，稳态时同步速为60f/Pe，转子阻尼绕组的极对数为Pe可以起到阻尼作用，时转速稳定在同步速。
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 (8)

1.一种转子双绕组变极异步起动游标电机，其特征在于，包括定子和转子；其中定子包括定子铁芯(1)和定子绕组(3)，转子包括转子铁芯(2)、转子阻尼绕组(5)、转子起动绕组(6)和永磁体(4)；
所述定子铁芯(1)呈环状，其内环表面沿周向开有作为定子槽的多个开口槽，用以容纳定子绕组(3)；所述转子铁芯(2)同轴套设在所述定子铁芯(1)内，其相对定子铁芯(1)内环表面的外表面沿周向开有多个转子槽，所述转子槽顶部用以容纳所述转子阻尼绕组(5)，所述转子槽底部用以容纳所述转子起动绕组(6)；多个所述永磁体(4)设置在所述转子铁芯(2)内；
所述定子绕组(3)为双极数的变极单绕组；所述转子阻尼绕组(5)和转子起动绕组(6)为绕线式双绕组。
2.根据权利要求1所述的转子双绕组变极异步起动游标电机，其特征在于，所述转子起动绕组(6)的极对数与定子起动时的定子绕组(3)的极对数相同，所述转子阻尼绕组(5)的极对数与永磁体(4)的极对数相同。
3.根据权利要求1所述的转子双绕组变极异步起动游标电机，其特征在于，所述定子的定子槽数大于所述永磁体(4)极对数时，所述定子绕组(3)的极对数和所述永磁体(4)的极对数之和为所述定子槽数；所述定子槽数小于所述永磁体(4)的极对数时，所述定子绕组(3)的极对数和所述定子槽数之和为所述永磁体(4)的极对数。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的转子双绕组变极异步起动游标电机，其特征在于，所述定子绕组(3)起动时的极对数小于正常运行时的极对数，所述定子绕组正常运行时的极对数小于所述永磁体极对数。
5.根据权利要求1所述的转子双绕组变极异步起动游标电机，其特征在于，所述永磁体(4)与转子铁芯(2)的装配方式为表贴式或内置式。
6.根据权利要求1所述的转子双绕组变极异步起动游标电机，其特征在于，所述定子槽为多个，沿定子铁芯内环面周向上均匀分布。
7.根据权利要求1所述的转子双绕组变极异步起动游标电机，其特征在于，所述转子槽为多个，沿转子铁芯内环面周向上均匀分布。
8.根据权利要求1所述的转子双绕组变极异步起动游标电机，其特征在于，所述转子起动绕组(6)和所述转子阻尼绕组(5)的极对数不相同。
CN201811525471.9A 2018-12-13 2018-12-13 一种转子双绕组变极异步起动游标电机 Active CN109672279B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811525471.9A CN109672279B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 一种转子双绕组变极异步起动游标电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811525471.9A CN109672279B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 一种转子双绕组变极异步起动游标电机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109672279A CN109672279A (zh) 2019-04-23
CN109672279B true CN109672279B (zh) 2020-09-08

Family

ID=66145115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811525471.9A Active CN109672279B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 一种转子双绕组变极异步起动游标电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109672279B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110932442B (zh) * 2019-12-04 2021-10-08 东南大学溧阳研究院 一种绕线型异步起动永磁同步电机定转子结构

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6028758A (ja) * 1983-07-27 1985-02-13 Hitachi Ltd 永久磁石を有する回転電機
CN102111052B (zh) * 2011-03-19 2013-01-16 福州职业技术学院 高效自起动永磁同步电动机
CN104967272B (zh) * 2015-06-26 2017-11-24 华中科技大学 一种永磁笼型的转子变极变频调速电机
US20170098987A1 (en) * 2015-10-06 2017-04-06 Hamilton Sundstrand Corporation Line start permanent magnet brushless motor
CN106787561B (zh) * 2017-01-19 2023-09-29 华中科技大学 一种大容量双馈起动低速大扭矩永磁同步电动机
CN208112471U (zh) * 2018-03-26 2018-11-16 江苏中炬电机有限公司 一种稀土永磁同步电机

Also Published As

Publication number Publication date
CN109672279A (zh) 2019-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105207436B (zh) 一种环形轭部电枢绕组高功率密度混合励磁永磁电动机
CN103219814A (zh) 基于不同剩磁密度永磁体的异步起动永磁同步电动机转子
CN106059237B (zh) 一种可变极自起动的游标永磁电机
CN105186749B (zh) 一种环形轭部双绕组混合励磁永磁电动机
CN110429779A (zh) 一种高可靠性电励磁双凸极起动发电机
CN108173403B (zh) 一种变极扩速永磁同步电机
CN109672279B (zh) 一种转子双绕组变极异步起动游标电机
CN104184291B (zh) 双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法
CN205081652U (zh) 一种环形轭部电枢绕组高功率密度混合励磁永磁电动机
CN108306473B (zh) 一种异步起动永磁同步电机绕组的设置方法
CN101951105A (zh) 模块化永磁同步发电机
CN109861485B (zh) 一种表贴式异步起动游标电机
CN110932442B (zh) 一种绕线型异步起动永磁同步电机定转子结构
CN109194077B (zh) 一种变极调速永磁电机
CN107425620B (zh) 一种组合铁芯定子及双边外转子盘式永磁同步电机
CN109672280B (zh) 一种异步起动游标电机
CN109474155B (zh) 一种双定子异步起动游标电机
CN215580592U (zh) 一种三相二级永磁同步电机用鼠笼转子
CN205081600U (zh) 一种环形轭部双绕组混合励磁永磁电动机
CN201204532Y (zh) 一种用全距绕组励磁的3相开关磁阻电动机
CN204271865U (zh) 一种表面-内置式异步起动永磁转子
CN205081602U (zh) 一种环形单集中绕组低成本高功率密度永磁电动机
CN208353185U (zh) 一种轴向磁通永磁同步磁阻电机
CN103618391B (zh) 一种十极十二槽的永磁无刷电动机
CN110535311A (zh) 一种径向复合多重输出永磁同步发电机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant