CN109672280A - 一种异步起动游标电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异步起动游标电机，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所述定子铁芯内，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，其相对定子铁芯内环表面的内表面沿周向开有多个磁障，磁障将转子铁芯分为磁桥和铁芯部分；多个永磁体为Spoke型，设置在转子槽正下方，同时还设置在转子内侧的磁障中。本发明的转子结构能避免磁路被永磁体打断造成的稳态转矩和起动转矩的下降。

Description

一种异步起动游标电机
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。
异步起动游标电机转子绕组槽和转子永磁体相互竞争转子表面空间，在一定程度上限制了异步起动游标电机的性能，在设计时往往需要将稳态性能和起动性能折衷考虑。Spoke型转子可以有效缓解永磁体和转子槽之间的空间竞争。在游标电机中存在两种工作磁场，多极磁场和少极磁场，多极磁场磁路短，少极磁场磁路长。但是永磁体在转子中的Spoke放置方式会将磁路较长的少极磁场磁路打断，使稳态性能进一步下降。在异步起动游标电机中常常使用极对数减小的少极变极起动，即在起动过程中通过定子绕组变极，使定子绕组极对数少于永磁体极对数，以减小起动时的永磁体制动转矩和定子漏抗。此时起动阶段磁路较长，永磁体对此磁路有一个打断作用，使起动能力大大下降，达不到带额定转矩负载起动的能力。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种异步起动游标电机，旨在解决现有Spoke型转子的少极磁场磁路被永磁体打断的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种异步起动游标电机，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，其相对定子铁芯内环表面的内表面沿周向开有多个磁障，磁障将转子铁芯分为磁桥和铁芯部分；多个永磁体为Spoke型，设置在转子槽正下方，同时还设置在所述转子内侧的磁障中。永磁体还可以设置在磁桥中。相比于普通的Spoke结构，本发明所提出的新Spoke型异步起动游标电机对转子结构进行改进，在转子外侧的转子槽用于安放转子绕组，永磁体放置在槽的正下方以减少漏磁，同时还在转子的内侧增加了磁桥作为少极磁场的路径，也给起动和稳态所需的多极磁场的磁路提供路径，用于从而缓解永磁体对这两种磁路的打断作用，避免磁路被永磁体打断造成的稳态转矩和起动转矩的下降。在转子内侧的磁障中还放置了永磁体用于增大稳态性能，这些永磁体的极性相同，增加了Spoke结构的聚磁效应。
优选地，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。
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，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，使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、本发明提供的异步起动游标电机的转子采用两套转子绕组，既可以保证起动性能又可以兼顾稳态性能；
3、本发明提供的异步起动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；
4、本发明提供的新Spoke型异步起动游标电机对转子结构进行改进，在转子的内侧增加了磁桥作为少极磁场的路径，也给起动和稳态所需的多极磁场的磁路提供路径，用于从而缓解永磁体对这两种磁路的打断作用，避免磁路被永磁体打断造成的稳态转矩和起动转矩的下降。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的异步起动游标电机的径向截面图；
图2是本发明实施例二提供的异步起动游标电机的径向截面图；
图3是本发明实施例提供的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，其相对定子铁芯1内环表面的内表面沿周向开有多个磁障，磁障将转子铁芯分为磁桥和铁芯部分；多个永磁体4为Spoke型，设置在转子铁芯2内转子槽正下方，同时还设置在转子内侧的磁障中。磁桥可以填充永磁体，也可以不填充，图2为填充永磁体的实施例。
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，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，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)，其相对定子铁芯(1)内环表面的内表面沿周向开有多个磁障，所述磁障将转子铁芯分为磁桥和铁芯部分；所述多个永磁体(4)为Spoke型，设置在所述转子槽正下方，同时还设置在所述转子内侧的磁障中。
2.根据权利要求1所述的异步起动游标电机，其特征在于，所述永磁体设置在磁桥中。
3.根据权利要求1所述的异步起动游标电机，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的异步起动游标电机，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。
5.根据权利要求1所述的异步起动游标电机，其特征在于，所述定子槽数大于所述永磁体(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。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的异步起动游标电机，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(3)正常时的极对数小于所述永磁体(4)的极对数。
7.根据权利要求1所述的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。
8.根据权利要求1所述的异步起动游标电机，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。
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