[发明专利]一种凸极同步电机转子变极的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于凸极同步电机转子结构设计方法。

背景技术

同步电机的调速有多种方式，但变极调速最为简便易行。与异步电机不同，同步电机变极调速需要同时改变定子绕组和转子绕组的极对数。原理上，同步电机定子绕组变极问题与异步电机定子绕组变极相同，其研究也已相当深入，同步电机变极的特点或是难点主要在于转子变极。

按转子结构不同，同步电机可分为隐极式和凸极式两种，隐极机的气隙是均匀的而凸极机气隙是非均匀的。实际应用中需要调速的同步电机多为低速凸极机，因此对于凸极机转子变极问题进行研究有一定意义。

改变凸极同步电机转子极对数的方法有分组反接方式、短接部分磁极线圈再分组反接方式、以及大小磁极加分组反接方式等。其中分组反接方式最为简单，但气隙磁场中谐波分量大，电磁材料利用率低，大小磁极方式的气隙磁场谐波分量则相对较小，电磁材料利用率也有提高。

目前变极凸极同步电机转子通常采用磁极大小宽度不同，间距不等的结构形式，为确定这样一个转子变极方案，一般的做法是先将两种极数沿转子圆周表面的极性变化用长方格表示，即形成一个极区图，然后借助于这个极区图来确定磁极位置，以及不同宽度的大、小极布置方案。

不过，这种极区图实际上只是一个粗略的分析工具，仅仅用此很难准确确定磁极位置，或是各个磁极的大小及间距。目前的大小极不等距分布这种结构本身也存在空间或材料利用率低的问题，而且，这种结构常要求在一种极数下丢掉一些励磁极，这不但会使转子绕组接线复杂化并造成材料利用率进一步下降。

发明内容

本发明提供一种凸极同步电机转子变极的设计方法，解决现有设计方法存在的磁极大小宽度不等、转子绕组接线复杂、空间或材料利用率低的问题。

本发明的一种凸极同步电机转子变极的设计方法，包括以下步骤：

第一步.给定变前极极对数p₁和变后极极对数p₂，p₁和p₂为正整数，p₁＞p₂；选择密槽系数k，k为任意正整数；

第二步.确定虚拟转子槽数Z，Z＝2kp₁；根据给定的p₁、p₂以及Z，分别作变前极极对数p₁槽号相位图和变后极极对数p₂槽号相位图；

第三步.在变前极极对数p₁槽号相位图上任选1列作为原始磁极列，其所含槽号，代表变极前原有磁极的初始位置；

第四步.在变前极极对数p₁槽号相位图上选取与原始磁极列相邻的n列作为移动列，代表进行变极方案选择时磁极可能移动到的位置，所述相邻的n列处于原始磁极列一侧或者两侧，n＝1，2，…k；

第五步.将所述原始磁极列槽号和移动列槽号重新按变后极极对数p₂的槽号相位排布，分别列于变后极极对数p₂的槽号相位图下，形成分列槽号相位图，在分列槽号相位图上任意位置，用1根对称轴线将按变后极极对数p₂槽号相位排布的原始磁极列槽号和移动列槽号平分为两个部分，这两个部分互差180°对称，原始磁极列和移动列，各自被分为互差180°对称的两个槽号组；将原始磁极列分为互差180°对称的两个槽号组，作为基本变极方案；在基本变极方案中，将任一个槽号组所包括的槽号反向，原始磁极列对应极对数即从p₁变为p₂；

第六步.先选择线圈跨距y，y＝k＝τ₁，式中τ₁为变前极p₁的极距；在基本变极方案中，去掉位于两个槽号组边缘的m个槽号，m＝1，2，…p₁/2；将所述原始磁极列两个槽号组去掉的m个槽号用移动列中顺序相邻近的槽号替换；

第七步.所述原始磁极列两个槽号组去掉的槽号替换后，去掉被线圈跨距覆盖的原始磁极列槽号，得到初步变极方案；

基本变极方案对于极对数p₁而言，绕组利用系数高谐波含量低，但对于极对数p₂，对应的绕组利用系数低，谐波含量大，为提高极对数p₂的绕组系数，必须去掉位于两个槽号组边缘的一些槽号，使变后极p₂对应的相带宽度变窄；