半磁片式永磁同步电动机异步起动法

摘要

本发明是一种半磁片式永磁同步电动机异步起动法，涉及一种能够异步起动和变极变速的永磁同步电动机的方法。在异步起动环节中，永磁同步电动机的转子部件一对磁极中，只使用一个永磁体作为一个磁极，并利用转子铁芯凸极作为另外一个磁极，借助转子铁芯凸极中的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩。在变极变速环节中，利用转子铁芯凸极和转子阶梯槽导磁却没有固定磁极极性的特点，当定子旋转磁场改变磁极极数时，在定子附加磁场的作用下，转子部件一对磁极中永磁体之外的磁极位置，能够在转子铁芯凸极和转子阶梯槽之间进行转换，使转子部件能够自动适应变换电动机磁极极数，实现永磁同步电动机的变极变速。

主权项

一种半磁片式永磁同步电动机异步起动法，其特征在于半磁片式永磁同步电动机异步起动法包括异步起动环节和变极变速环节；在异步起动环节，永磁同步电动机的转子部件一对磁极中，只使用一个永磁体作为一个磁极，并利用转子铁芯凸极作为另外一个磁极，借助转子铁芯凸极中的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把转子部件牵入同步转速；不需要变极变速的内转子永磁同步电动机，其内转子部件的内转子铁芯（24）外表面均布若干个内转子铁芯凹槽（4），内转子铁芯凹槽（4）的数量是电动机磁极极数的一半；内转子铁芯凹槽（4）之间是内转子铁芯凸极（3），内转子铁芯凸极（3）下面均布若干个外圈鼠笼导条（2），内转子铁芯凹槽（4）下面均布若干个内圈鼠笼导条（6），全部的外圈鼠笼导条（2）和内圈鼠笼导条（6）的两端各有一个内转子鼠笼端环连接在一起；在内转子部件一对磁极中，只使用一个内转子永磁体（5）作为一个磁极，并利用内转子铁芯凸极（3）作为另外一个磁极，在每个内转子铁芯凹槽（4）处粘贴内转子永磁体（5），同一个内转子部件中，内转子永磁体（5）的磁极极性相同，即每个内转子永磁体（5）的圆弧外表面都是N极，或者都是S极；在内转子永磁同步电动机起动时，外圈鼠笼导条（2）和内圈鼠笼导条（6）切割外定子（1）旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把内转子部件牵入同步转速；内转子铁芯凸极（3）外表面至外定子（1）内表面的气隙是凸极气隙，内转子永磁体（5）外表面至外定子（1）内表面的气隙是永磁体气隙，凸极气隙长度小于或等于永磁体气隙长度；在异步起动环节中，内转子永磁同步电动机异步起动的过程是，内转子永磁同步电动机起动的某一时刻，内转子部件的N极与外定子（1）的S极空间角度对齐，内转子部件的S极与外定子（1）的N极空间角度对齐，外定子（1）旋转磁场按照定子磁场旋转方向（8）旋转，外定子（1）旋转磁场与内转子部件之间有转速差，外圈鼠笼导条（2）和内圈鼠笼导条（6）切割外定子（1）旋转磁场的磁力线产生感应电流，垂直向外的感应电流（21）和垂直向内的感应电流（22）在内转子鼠笼端环中汇合在一起，构成闭合回路；感应电流产生异步起动转矩使内转子部件按照转子旋转方向（7）旋转；当外定子（1）旋转磁场与内转子部件之间转过45°角时，外定子（1）旋转磁场的N极一半以上的磁通穿过凸极气隙，途经磁阻较小的内转子铁芯凸极（3），再穿过凸极气隙回到外定子（1）旋转磁场的S极，在外圈鼠笼导条（2）上产生的异步起动转矩最大；随着外定子（1）旋转磁场与内转子部件之间的转速差降低，在外圈鼠笼导条（2）上产生的异步起动转矩变小，直至内转子部件与外定子（1）旋转磁场的转速相等，内转子部件被牵入同步转速，异步起动转矩为零，内转子永磁同步电动机进入同步运转状态；不需要变极变速的外转子永磁同步电动机，其外转子部件的外转子铁芯（25）内表面均布若干个外转子铁芯凹槽（15），外转子铁芯凹槽（15）的数量是电动机磁极极数的一半；外转子铁芯凹槽（15）之间是外转子铁芯凸极（16），在外转子铁芯凸极（16）下面均布若干个外转子鼠笼导条（14）；外转子铁芯凸极（16）位置对应的外转子铁芯（25）外侧边缘有鼠笼换向板（13），每个鼠笼换向板（13）与邻近一组外转子鼠笼导条（14）的两端各有一个外转子鼠笼端环连接在一起；在外转子部件一对磁极中，只使用一个外转子永磁体（17）作为一个磁极，并利用外转子铁芯凸极（16）作为另外一个磁极，在每个外转子铁芯凹槽（15）处粘贴外转子永磁体（17），同一个外转子部件中，外转子永磁体（17）的磁极极性相同，即每个外转子永磁体（17）的圆弧外表面都是N极，或者都是S极；在外转子永磁同步电动机起动时，外转子鼠笼导条（14）切割内定子（18）旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把外转子部件牵入同步转速；外转子铁芯凸极（16）内表面至内定子（18）外表面的气隙是凸极气隙，外转子永磁体（17）内表面至内定子（18）外表面的气隙是永磁体气隙，凸极气隙长度小于或等于永磁体气隙长度；在异步起动环节，外转子永磁同步电动机异步起动的过程是，外转子永磁同步电动机起动的某一时刻，外转子部件的N极与内定子（18）的S极空间角度对齐，外转子部件的S极与内定子（18）的N极空间角度对齐，内定子（18）旋转磁场按照定子磁场旋转方向（8）旋转，内定子（18）旋转磁场与外转子部件之间有转速差，外转子鼠笼导条（14）切割内定子（18）旋转磁场的磁力线产生感应电流，垂直向外的感应电流（21）在外转子鼠笼导条（14）一端的外转子鼠笼端环汇合在一起流入鼠笼换向板（13），从鼠笼换向板（13）流出的垂直向内的感应电流（22）穿过外转子鼠笼导条（14）另一端的外转子鼠笼端环，垂直向外的感应电流（21）的感应电流最终回到外转子鼠笼导条（14）构成闭合回路；感应电流产生异步起动转矩使外转子部件按照转子旋转方向（7）旋转；当内定子（18）旋转磁场与外转子部件之间转过45°角时，内定子（18）旋转磁场的N极一半以上的磁通穿过凸极气隙，途经磁阻较小的外转子铁芯凸极（16），再穿过凸极气隙回到内定子（18）旋转磁场的S极，在外转子鼠笼导条（14）上产生的异步起动转矩最大；此时，外转子铁芯凸极（16）逆时针方向前侧的外转子鼠笼导条（14）切割内定子（18）旋转磁场的磁力线，产生的感应电流方向变成垂直向内的感应电流（22），外转子铁芯凸极（16）逆时针方向后侧的外转子鼠笼导条（14）切割内定子（18）旋转磁场的磁力线，产生的感应电流方向仍然为垂直向外的感应电流（21），两组的感应电流大小相等方向相反，分别穿过外转子鼠笼导条（14）两端的外转子鼠笼端环汇合在一起，并构成闭合回路；感应电流产生异步起动转矩使外转子部件继续按照转子旋转方向（7）旋转；当内定子（18）旋转磁场与外转子部件之间转过65°角时，外转子铁芯凸极（16）逆时针方向前侧的外转子鼠笼导条（14）产生的垂直向内的感应电流（22），大于外转子铁芯凸极（16）逆时针方向后侧的外转子鼠笼导条（14）产生的垂直向外的感应电流（21），一部分垂直向内的感应电流（22）和全部的垂直向外的感应电流（21），分别穿过外转子鼠笼导条（14）两端的外转子鼠笼端环汇合在一起，并构成闭合回路；剩余的垂直向内的感应电流（22）在外转子鼠笼导条（14）一端的外转子鼠笼端环汇合在一起流入鼠笼换向板（13），从鼠笼换向板（13）流出的垂直向外的感应电流（21）穿过外转子鼠笼导条（14）另一端的外转子鼠笼端环，剩余的垂直向内的感应电流（22）最终回到外转子鼠笼导条（14）构成闭合回路；感应电流产生异步起动转矩使外转子部件继续按照转子旋转方向（7）旋转；随着内定子（18）旋转磁场与外转子部件之间的转速差降低，在外转子鼠笼导条（14）上产生的异步起动转矩变小，直至外转子部件与内定子（18）旋转磁场的转速相等，外转子部件被牵入同步转速，异步起动转矩为零，外转子永磁同步电动机进入同步运转状态；在变极变速环节，定子旋转磁场中未与转子永磁体磁极相互作用的定子磁极能产生定子附加磁场；永磁同步电动机的转子部件一对磁极中，只使用一个永磁体作为一个磁极，并利用转子铁芯凸极作为另外一个磁极，在相邻的转子铁芯凸极和永磁体下面的转子铁芯凹槽之间是转子阶梯槽，利用转子铁芯凸极和转子阶梯槽导磁却没有固定磁极极性的特点，当定子旋转磁场改变磁极极数时，在定子附加磁场的作用下，转子部件一对磁极中永磁体之外的磁极位置，能够在转子铁芯凸极和转子阶梯槽之间进行转换，使转子部件能够自动适应变换电动机磁极极数，实现永磁同步电动机的变极变速；需要变极变速的内转子永磁同步电动机的外定子（1）磁极绕组按照低转速磁极数均布，永磁同步电动机在高转速运行时，通电的外定子（1）磁极绕组按照高转速磁极数均布，按照高转速磁极数均布的外定子（1）磁极是外定子铁芯基准磁极，相邻的两个外定子铁芯基准磁极之间是外定子铁芯变速磁极（12）；永磁同步电动机在高转速运行时，外定子铁芯变速磁极（12）的磁极绕组不通电，外定子铁芯变速磁极（12）不产生旋转磁场；永磁同步电动机在低转速运行时，外定子铁芯变速磁极（12）的磁极绕组和外定子铁芯基准磁极的磁极绕组通电，外定子铁芯变速磁极（12）和外定子铁芯基准磁极共同产生旋转磁场；通过改变外定子（1）磁极绕组的接线方式，使外定子（1）的磁极分别产生高转速旋转磁场或低转速旋转磁场；需要变极变速的内转子永磁同步电动机的内转子部件的磁极位置按照高转速磁极数均布，每个内转子部件磁极占用的弧度按照低转速磁极数计算；内转子部件的内转子铁芯（24）外表面均布若干个内转子铁芯凹槽（4），内转子铁芯凹槽（4）的数量是电动机高转速磁极数的一半；内转子铁芯凹槽（4）之间是内转子铁芯凸极（3），相邻的内转子铁芯凹槽（4）和内转子铁芯凸极（3）之间是内转子阶梯槽（11）；每个内转子阶梯槽（11）、内转子铁芯凹槽（4）和内转子铁芯凸极（3）占用一个磁极的弧度；在内转子铁芯凸极（3）和内转子阶梯槽（11）下面均布若干个外圈鼠笼导条（2），在内转子铁芯凹槽（4）下面均布若干个内圈鼠笼导条（6），全部的外圈鼠笼导条（2）和内圈鼠笼导条（6）的两端各有一个内转子鼠笼端环连接在一起；在内转子部件一对磁极中，只使用一个内转子永磁体（5）作为一个磁极，并利用内转子铁芯凸极（3）作为另外一个磁极，在每个内转子铁芯凹槽（4）处粘贴内转子永磁体（5），同一个内转子部件中，内转子永磁体（5）的磁极极性相同，即每个内转子永磁体（5）的圆弧外表面都是N极，或者都是S极；在内转子永磁同步电动机起动时，外圈鼠笼导条（2）和内圈鼠笼导条（6）切割外定子（1）旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把内转子部件牵入同步转速；内转子铁芯凸极（3）外表面至外定子（1）内表面的气隙是凸极气隙，内转子阶梯槽（11）外表面至外定子（1）内表面的气隙是阶梯槽气隙，内转子永磁体（5）外表面至外定子（1）内表面的气隙是永磁体气隙； 需要变极变速的内转子永磁同步电动机的凸极气隙长度小于阶梯槽气隙长度，阶梯槽气隙长度小于或等于永磁体气隙长度；需要变极变速的外转子永磁同步电动机的内定子（18）磁极绕组按照低转速磁极数均布，永磁同步电动机在高转速运行时，通电的内定子（18）磁极绕组按照高转速磁极数均布，按照高转速磁极数均布的内定子（18）磁极是内定子铁芯基准磁极，相邻的两个内定子铁芯基准磁极之间是内定子铁芯变速磁极（20）；永磁同步电动机在高转速运行时，内定子铁芯变速磁极（20）的磁极绕组不通电，内定子铁芯变速磁极（20）不产生旋转磁场；永磁同步电动机在低转速运行时，内定子铁芯变速磁极（20）的磁极绕组和内定子铁芯基准磁极的磁极绕组通电，内定子铁芯变速磁极（20）和内定子铁芯基准磁极共同产生旋转磁场；通过改变内定子（18）磁极绕组的接线方式，使内定子（18）的磁极分别产生高转速旋转磁场或低转速旋转磁场；需要变极变速的外转子永磁同步电动机的外转子部件的磁极位置按照高转速磁极数均布，每个外转子部件磁极占用的弧度按照低转速磁极数计算；外转子部件的外转子铁芯（25）内表面均布若干个外转子铁芯凹槽（15），外转子铁芯凹槽（15）的数量是电动机高转速磁极数的一半；外转子铁芯凹槽（15）之间是外转子铁芯凸极（16），相邻的外转子铁芯凹槽（15）和外转子铁芯凸极（16）之间是外转子阶梯槽（19）；每个外转子阶梯槽（19）、外转子铁芯凹槽（15）和外转子铁芯凸极（16）占用一个磁极的弧度；在外转子铁芯凸极（16）和外转子阶梯槽（19）下面均布若干个外转子鼠笼导条（14）；外转子铁芯凸极（16）位置对应的外转子铁芯（25）外侧边缘有鼠笼换向板（13），每个鼠笼换向板（13）与邻近一组外转子鼠笼导条（14）的两端各有一个外转子鼠笼端环连接在一起；在外转子部件一对磁极中，只使用一个外转子永磁体（17）作为一个磁极，并利用外转子铁芯凸极（16）作为另外一个磁极，在每个外转子铁芯凹槽（15）处粘贴外转子永磁体（17），同一个外转子部件中，外转子永磁体（17）的磁极极性相同，即每个外转子永磁体（17）的圆弧外表面都是N极，或者都是S极；在外转子永磁同步电动机起动时，外转子鼠笼导条（14）切割内定子（18）旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把外转子部件牵入同步转速；外转子铁芯凸极（16）内表面至内定子（18）外表面的气隙是凸极气隙，外转子阶梯槽（19）内表面至内定子（18）外表面的气隙是阶梯槽气隙，外转子永磁体（17）内表面至内定子（18）外表面的气隙是永磁体气隙；需要变极变速的外转子永磁同步电动机的凸极气隙长度小于阶梯槽气隙长度，阶梯槽气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。