CN109861425A - 一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机及其起动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机及其起动方法，所述电机包括电机转子、电机定子，电机转子包括转子永磁体、转子铁心、转子槽、鼠笼型绕组；转子铁心表面开有多组平底U型双层永磁体槽，以转轴为中心沿圆周均匀分布，所述槽体为平底U型结构；转子永磁体设置于U型槽体的底边；鼠笼导条设置于U型槽体的两条侧边，与转子永磁体之间设有隔磁桥，各鼠笼导条连接形成鼠笼绕组；转子铁心表面沿圆周均匀设置有若干转子槽，且转子槽位于U型槽体的两条侧边之间，内部嵌有导条。本发明提供的电机起动方法，采用上述电机，起动时采用三角形连接方式，可以获得较大的起动转矩，进一步提升起动性能。

Description

一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机及其起动方法

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机及其起动方法。

背景技术

目前异步起动永磁同步电机常采用两种转子结构：实心式永磁转子电机和叠片带鼠笼绕组的转子结构，但实心式永磁转子电机的转子铁心采用整块钢加工而成，转子铁心存在较大的涡流损耗，永磁体产生退磁的风险较高；而转子叠片式的结构虽然减小了转子的涡流损耗，但为了提高电机的起动性能，转子上存在鼠笼导条，在起动过程中会产生较大的电流，产生一定的转子铜耗，影响电机的效率，使得永磁体产生退磁的风险。

异步起动永磁同步电机的电磁转矩可表示为：

电机的起动转矩与电磁转矩呈线性关系，相同前提条件下，当电机的电磁转矩增大时，其起动转矩呈线性关系增大，起动性能会产生一定的改变。而异步起动永磁同步电机由于其交直轴磁路不对称会产生磁阻转矩，当交直轴电感相差较大时，会产生较大的磁阻转矩，进而会产生较大的电磁转矩，且该转矩不受磁路饱和的影响，可有效提升电机的转矩输出能力，进而提升其起动性能。

为了进一步提升异步起动永磁同步电机的起动性能，CN102111052A提出了一种定子绕组“变极”进行起动的方案，起动时定子绕组连接为少极数，与永磁体无耦合，不会产生制动转矩，增加了电机的起动性能，但该结构的控制电路负责，需要多个开关器件。CN106374652A中提供了另一种方案，将鼠笼导条分为第一端和第二端，第一端相对于转子铁心进行周向偏移，大大减小了气隙磁场的谐波含量，减小了此类电机的振动和噪声，提升了其起动性能大，但电机稳态性能受到一定的影响。

发明内容

发明目的：本发明针对上述技术方案中的不足之处，提供了一种新型的异步起动永磁同步电机及其起动方法，本装置采用混合鼠笼转子的方法，在提高电机的起动性能和同步运行效率的同时，进一步减小了永磁体退磁风险。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机，其特征在于：包括电机转子、电机定子，所述电机转子包括：转子永磁体、转子铁心、转子槽、鼠笼型绕组；所述转子铁心表面开有多组沿转子轴向设置的双层永磁体槽，所述双层永磁体槽以转轴为中心沿圆周均匀分布，每组双层永磁体槽包括平行设置的两条槽体，所述槽体为平底U型结构；所述转子永磁体设置于U型槽体的底边，，所述鼠笼导条设置于U型槽体的两条侧边，且与转子永磁体之间设有隔磁桥，各鼠笼导条连接形成鼠笼绕组；所述转子铁心表面沿圆周均匀设置有若干转子槽，所述转子槽位于U型槽体的两条侧边之间，内部嵌有导条。

其优势在于：

(1)采用双层永磁体结构可以有效提升电机磁阻转矩，进而提升电机起动性能；

(2)设置鼠笼导条，可以有效减少转子绕组的损耗，有效提高电机起动性能；

进一步地，所述转子永磁体厚度与所述槽体厚度一致，两侧边为对称的半圆弧，且半圆弧直径与转子永磁体厚度相等。

其优点在于：双层永磁体均采用矩形，边缘为圆弧状的对称结构，减小了边缘漏磁现象，即可以有效减小永磁体与隔磁桥的漏磁现象，减小了永磁体的退磁风险；

进一步地，所述鼠笼导条为铸铜导条。

其优点在于：铸铜导条可以有效减小转子绕组的损耗。

进一步地，所述转子槽为闭口槽，且截面形状为梯形，所述导条截面形状与之匹配。

其优势在于，采用闭口转子槽，可以有效削弱气隙谐波，在提高起动性能的同时，减小电机的振动和噪声。

进一步地，所述导条为铸铝导条，用于增加启动转矩。

一种采用上述混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机的起动方法，其特征在于包括以下步骤：

1)控制电机定子三相绕组的连接方式为三角形连接，异步起动永磁同步电机逐步进入同步状态；

2)异步起动永磁同步电机进入稳定运行状态后，切换并保持三角形连接方式。

其优点在于：电机起动时采用三角形连接，增加起动电流，可以获得较大的起动转矩，进而提升异步起动永磁同步电机的起动性能，提升电机效率。

有益效果：本发明通过提供一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机，将嵌入式绕组和鼠笼型绕组结合，结构相对简单，解决了现有技术中控制器件较多，使用复杂的问题；并且在提高电机的起动性能和同步运行效率的同时，进一步减少了永磁体退磁风险。本发明提供的电机起动方法，可以有效解决现有异步起动永磁同步电动机的起动方法无法兼顾起动转矩和牵入转矩的要求的问题，保证了异步起动永磁同步电机的起动性能。

附图说明

图1是异步起动永磁同步电机转子的横截面示意图；

图2是异步起动永磁同步电机电路连接示意图；

图3是异步起动永磁同步电机定子三相绕组的三角形连接方式；

图4是异步起动永磁同步电机定子三相绕组的星形连接方式。

附图标注说明：

00-双层永磁体；01-转子铁心；02-转子槽；03-鼠笼型绕组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步的解释。

如图1所示，一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机，包括电机转子、电机定子。电机转子包括：转子永磁体00、转子铁心01、转子槽02、鼠笼型绕组03。

转子铁心01表面开有多组沿转子轴向设置的双层永磁体槽，双层永磁体槽以转轴为中心沿圆周均匀分布，每组双层永磁体槽包括平行设置的两条槽体，槽体为平底U型结构。

转子永磁体00设置于U型槽体的底边，厚度与槽体厚度一致，转子永磁体00的两侧边为对称的半圆弧，且半圆弧直径与转子永磁体厚度相等。

U型槽体的两条侧边内均设置鼠笼导条03，优选铸铜导条；鼠笼导条03与转子永磁体00之间设有隔磁桥，隔磁桥为空气间隙或者填充了其他非导磁材料；各鼠笼导条03连接形成鼠笼绕组。

转子铁心01表面沿圆周均匀设置有若干转子槽02，转子槽02位于U型槽体的两条侧边之间，为梯形闭口槽，内部嵌有导条，优选为铸铝导条。

一种采用上述混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机的起动方法，电路连接方式如图2所示。其中，按钮SB1控制电机为△连接，如图3所示，按钮SB2控制电机为Y型连接，如图4所示。电机起动时，合上电源开关QS，按下按钮SB1，则定子三相绕组的连接方式改为三角形连接，从而使得电机在起动过程中可以获得较大的起动转矩。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机，其特征在于：包括电机转子、电机定子，所述电机转子包括：转子永磁体(00)、转子铁心(01)、转子槽(02)、鼠笼型绕组(03)；所述转子铁心(01)表面开有多组沿转子轴向设置的双层永磁体槽，所述双层永磁体槽以转轴为中心沿圆周均匀分布，每组双层永磁体槽包括平行设置的两条槽体，所述槽体为平底U型结构；所述转子永磁体(00)设置于U型槽体的底边，所述鼠笼导条(03)设置于U型槽体的两条侧边，且与转子永磁体(00)之间设有隔磁桥，各鼠笼导条(03)连接形成鼠笼绕组；所述转子铁心(01)表面沿圆周均匀设置有若干转子槽(02)，所述转子槽(02)位于U型槽体的两条侧边之间，内部嵌有导条。

2.根据权利要求1所述的一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机，其特征在于：所述转子永磁体(00)厚度与所述槽体厚度一致，两侧边为对称的半圆弧，且半圆弧直径与转子永磁体厚度相等。

3.根据权利要求1所述的一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机，其特征在于：所述鼠笼导条(03)为铸铜导条。

4.根据权利要求1所述的一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机，其特征在于：所述转子槽(02)为闭口槽，且截面形状为梯形，所述导条截面形状与之匹配。

5.根据权利要求4所述的一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机，其特征在于：所述导条为铸铝导条。

6.根据权利要求1所述的一种混合鼠笼转子的异步起动永磁同步电机的起动方法，其特征在于包括以下步骤：

1)控制电机定子三相绕组的连接方式为三角形连接，异步起动永磁同步电机逐步进入同步状态；

2)异步起动永磁同步电机进入同步运行状态后，切换并保持三角形连接方式。