[发明专利]混合式异步起动永磁同步电动机及变极变速法

说明书

技术领域

本发明是一种混合式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。

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：

本发明总的特征是混合式异步起动永磁同步电动机及变极变速法中，电动机转子采用混合式转子，电动机定子绕组采用非变极定子绕组或变极定子绕组。

混合式转子的转子铁芯部件由若干个永磁铁芯和若干个鼠笼铁芯两种类型的转子铁芯组成。永磁铁芯有非变极永磁铁芯和变极永磁铁芯两种结构。

采用非变极永磁铁芯的混合式转子是非变极混合式转子。采用变极永磁铁芯的混合式转子是变极混合式转子。非变极混合式转子与含有非变极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。变极混合式转子与含有变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。

变极永磁铁芯的径向外表面有若干个转子凹槽和若干个转子凸极。每一个转子凹槽中粘贴有两个互为异性磁极的永磁体，相邻转子凹槽之间的相邻永磁体互为异性磁极。每一个永磁体形成一个转子主磁极。转子主磁通在同一个转子凹槽中的两个转子主磁极之间形成闭合回路。每一个永磁体磁化相邻的转子凸极一侧，形成一个与该永磁体互为异性磁极的转子辅助磁极。转子辅助磁通在永磁体与转子凸极之间形成闭合回路。

在变极变速的低转速同步运行时，若干个转子主磁极和若干个转子辅助磁极共同建立低转速转子磁场。在变极变速的高转速同步运行时，定子旋转磁场磁极数减少。转子辅助磁极对面的定子磁极产生的定子附加磁场与转子辅助磁极互为同性磁极，在定子附加磁场的同极性相互排斥的磁力作用下，转子辅助磁通不在永磁体与转子凸极之间形成闭合回路，转子辅助磁通合并在转子主磁通中。由若干个转子主磁极共同建立高转速转子磁场。转子辅助磁通闭合路径的改变，使混合式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。

混合式转子由转轴、隔磁衬套、转子铁芯部件、转子鼠笼、转子永磁体部件组成。转子鼠笼、转子永磁体部件安装在转子铁芯部件上，转子铁芯部件安装在非导磁材料的转轴上，或者转子铁芯部件安装在隔磁衬套上，隔磁衬套安装在导磁材料的转轴上。

转轴呈圆柱形，材料是导磁材料或非导磁材料。导磁材料的转轴需要与隔磁衬套配合使用。隔磁衬套呈圆筒形，材料是非导磁材料。