[发明专利]一种绕线型异步起动永磁同步电机定转子结构

说明书

本发明公开一种绕线型异步起动永磁同步电机定转子结构，包括采用对称轴线法设计的一套绕组的实现三种极数的变极方案，分别控制电机的起动工况和两种运行工况。转子绕组采用复合线圈结构，降低了电机在起动工况下的转子绕组有效匝数，增大了转子电阻折算值，进而实现降低起动电流和增大异步转矩的目的。此外，特殊的永磁体结构使得电机可以在两种不同同步转速下稳定运行。本发明采用变极起动的方法，有效的削弱了永磁制动转矩，改善了电机的起动性能。本发明既可以有效地改善起动性能，又可以使电机工作于不同的运行状态，在需要多速运行起重领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及绕线型异步起动永磁同步电机技术领域，特别地，涉及一种可以改善绕线型异步起动永磁同步电机起动性能的定转子结构。

背景技术

相较于异步电机，异步起动永磁同步电机具有高功率密度、高效率、高功率因数、经济运行范围广以及体积小、重量轻等优点。随着高性能永磁材料的应用，异步起动永磁同步电机在纺织机械、泵和抽油机等需要长时间运行的应用领域中，表现出优异的节能效果，产生了更为巨大的经济效益。

对于异步电机而言，定转子绕组所产生的基波磁场相互作用，可产生用于电机起动的异步电磁转矩。谐波相互作用产生同步附加转矩、异步附加转矩和波动转矩，减少了起动过程中的最小转矩并导致转矩波动。但是，这些转矩可以通过电机的合理设计得以抑制，使三相感应电动机具有较好的起动能力。

然而，在异步起动永磁同步电机中，转子永磁体产生的基波磁场与定子绕组相互作用会产生发电制动转矩。发电制动转矩大幅抵消了由转子绕组产生的异步起动转矩。此外，转子永磁体产生的基波磁场与定子绕组产生的基波磁场的转向与极数相同但转速不同，两者相互作用产生脉动转矩。由于起动期间的电流很大，导致脉动转矩也很大，并进一步恶化了起动性能，也制约了异步起动永磁同步电机的工业应用范围。因此，在异步起动永磁同步电机的设计中，要求电机具有较大且平稳的起动转矩和较小起动电流。同时，需要保证良好的牵入同步能力。

在已有的研究中，将异步起动永磁同步电机分为起动工况和运行工况两个部分。两个工况下的电机参数均为固定值，使得难以兼顾起动性能与牵入同步性能。当采用低匝数大线径或者增大转子电阻的方式改善起动性能时，势必会降低电机牵入同步能力以及增大电机损耗；当减少永磁体用量时，电机起动时间较短且稳定，但是电机稳态性能和牵入同步能力会降低；增大定子电阻会使电机起动时间较长并出现较大震荡，对起动不利，也不利于牵入同步。

现有专利CN108306473A提供一种异步起动永磁同步电机绕组的设计方式。在该专利中，降低起动工况时的定子绕组匝数，使其低于稳态运行时的定子绕组匝数，从而增大启动转矩和牵入转矩；当电机达到稳态时，增加绕组匝数，保证电机具有较高的工作效率。虽然，该专利通过改变定子绕组匝数的方式，兼顾起动性能和稳态性能，但是降低了绕组利用率且没有明显降低起动电流。此外，与异步电机相比，由于永磁体的固定极性，异步起动永磁同步电机只能以一个速度旋转。这个问题限制了异步起动永磁同步电机在一些需要两个转速的应用，例如风扇和泵。

发明内容

针对异步起动永磁同步电机的缺陷，本发明的目的在于解决现有异步起动永磁同步电机的起动性能较差的问题，同时使异步起动永磁同步电机可以在不同的运行工况下工作。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种绕线型异步起动永磁同步电机定转子结构，包含定子和转子，所述定子包含定子绕组设计，所述转子包括转子绕组和转子永磁体位置设计；

所述转子绕组采用复合线圈结构，用于降低了电机在起动工况下的转子绕组有效匝数，同时增大转子电阻折算值，进而实现降低起动电流和增大异步转矩的设计目标；

所述转子永磁体的磁场与起动时定子绕组的磁场极对数不同，用于削弱发电制动转矩，既可增大异步转矩，又可抑制发电制动转矩，进而改善异步起动永磁同步电机的起动性能；同时，转子永磁体可产生两种不同极对数磁场使得电机可以稳定运行于两种不同的工况。