[发明专利]双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法

说明书

技术领域

 本发明是一种双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法，其涉及一种应用于永磁同步电动机的方法，特别是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。

背景技术

交流异步电动机的效率较低，永磁同步电动机的效率高、功率因数高、节能效果显著，所以永磁同步电动机正逐渐取代交流异步电动机成为主流电动机。普通永磁同步电动机无法自起动，需要配置变频器，但是变频器成本较高。异步起动永磁同步电动机不需要配置变频器，能够在节能的前提下降低设备成本。国家标准《GB/T25303 纺织专用高效率永磁同步电动机技术条件》和《GB/T22711高效三相永磁同步电动机技术条件》分别规定了一种适用于纺织、石油行业的自起动永磁同步电动机。两个标准中的永磁同步电动机均采用内置式转子，内置式转子结构复杂，不适宜做小规格的电动机，所以两个标准中没有小于1.1kw的小功率电动机规格。

以电风扇为代表的家用电器配套的小型交流异步电动机，通常需要在一定范围内有级变速，电风扇电动机普遍采用定子绕组有中间抽头的交流异步电动机，通过改变不同档位的定子绕组接线方式改变电动机绕组端电压进行变速。此种方法具有成本低的优势，但是不适合永磁同步电动机的变速。家用电器等行业迫切需求一种低成本的小型电动机节能技术。

以油田游梁式抽油机所采用的双速电动机为代表的大中型交流异步电动机，普遍采用变极变速节能技术，交流异步电动机的鼠笼绕组能够自动适应变换电动机磁极数。传统永磁同步电动机的表面式转子和内置式转子均无法自动适应变换电动机磁极数，因此，传统永磁同步电动机技术无法采用变极变速的方法。

普通变极变速交流异步电动机采用反向法，通过改变电动机定子绕组的接线方式，使全部定子绕组中一半数量定子绕组的电流方向反向，实现电动机的变极，达到变速目的。例如4极/8极单绕组双速三相交流异步电动机，4极时定子绕组为YY接法，8极时定子绕组为△接法。单相双速交流异步电动机的变极原理与三相双速交流异步电动机的变极原理相同，只是单相双速交流异步电动机很少见。普通变极变速交流异步电动机在高转速时定子绕组的接线方式，使相邻的异性定子磁极之间有一个极弧宽度的定子铁芯空间没有定子磁场，有近一半的定子铁芯空间闲置，影响电动机的工作效率。

发明内容

本发明的目的是克服传统小型永磁同步电动机无法自起动、不能变极变速的缺陷，提供一种能够异步起动和变极变速的适用于小型永磁同步电动机的方法。本发明的实施方案如下：

本发明总的特征是双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法中，电动机转子采用双半极转子，电动机定子绕组采用普通定子绕组或普通变极定子绕组或双半极定子绕组。

双半极转子有两个或两个以上转子铁芯，相邻两个转子铁芯同轴并错开一定角度。每一个转子铁芯上有一个转子凹槽和一个转子凸极。若干个永磁体粘贴在转子凹槽中形成转子主磁极。每一个转子铁芯粘贴的永磁体数量是双半极转子磁极数的一半。相邻转子主磁极互为异性磁极。利用转子主磁极两侧的永磁体磁化转子凸极两侧，形成两个转子辅助磁极。使转子辅助磁极与相邻转子铁芯的转子主磁极沿轴向对齐，并使沿轴向对齐的转子辅助磁极与相邻转子铁芯的转子主磁极的极性相同。

非变极变速的双半极转子，转子凸极的极弧宽度大于或等于转子凸极周长的一半。变极变速的双半极转子，转子凸极的极弧宽度大于转子凸极周长的一半。

非变极变速的双半极转子与含有普通定子绕组的电动机定子装配在一起，组成异步起动永磁同步电动机。变极变速的双半极转子与含有普通变极定子绕组或双半极定子绕组的电动机定子装配在一起，组成异步起动变极变速永磁同步电动机。

在异步起动过程中，借助转子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，把双半极转子牵入同步转速。

在变极变速过程中，定子旋转磁场增加磁极数时，转子辅助磁极对面的定子磁极产生定子附加磁场。转子凸极导磁，并能被磁化成任何磁极极性。在定子附加磁场的同极性相互排斥、异极性相互吸引的磁力作用下，转子辅助磁极位置向转子凸极两侧移动，转子辅助磁极原始位置变成由定子附加磁场磁化，并构成定子附加磁场磁路的一部分。转子辅助磁极位置的移动，使双半极转子能够自动适应变换电动机磁极数，实现永磁同步电动机的变极变速。