一种过渡异步起动永磁同步电动机的变极变速法制造技术

本发明专利技术是一种过渡异步起动永磁同步电动机的变极变速法，其涉及一种应用于永磁同步电动机的方法。过渡异步起动永磁同步电动机采用过渡起动方式时，在起动过程中同步转子铁芯和永磁体的一部分径向外表面离开定子铁芯内表面的内侧，减小永磁体在电动机气隙中建立的转子磁场强度，从而降低永磁体产生的发电制动转矩，有利于提高电动机起动性能。在变极变速同步运行时，通过转子磁通路径的改变，使过渡异步起动永磁同步电动机的转子部件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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种过渡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，特别是涉及一种采用过渡起动方式进行异步起动和变极变速的永磁同步电动机的方法。
技术介绍
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。CN104184292A公布了“混合式异步起动永磁同步电动机及变极变速法”，该技术方案不适用于转子磁极为二极/六极的异步起动永磁同步电动机。为了提高离心泵的效率，泵类电动机普遍设计为同步转速为3000转/分钟的二极电动机。离心水泵在轻载运行时，可以通过降低电动机转速实现节能目的。机械等行业迫切需求磁极数为二极的，能够异步起动的变极变速永磁同步电动机，作为泵类设备的一种低成本的小型电动机节能技术。
技术实现思路
本专利技术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，提供一种采用过渡起动方式进行异步起动和变极变速的永磁同步电动机的方法。本专利技术的实施方案如下：本专利技术总的特征是过渡异步起动永磁同步电动机主要由定子部件、转子部件组成。转子部件安装在定子部件内，过渡异步起动永磁同步电动机采用过渡起动方式或者直接起动方式。定子部件主要由定子铁芯、定子绕组和电动机机座组成，定子绕组安装在定子铁芯上，定子铁芯和定子绕组安装在电动机机座内，电动机机座内腔的轴向两侧各装配有一个轴承，分别是轴承一和轴承二。转子部件主要由转轴、缓冲垫一、缓冲垫二、开口挡圈、隔磁衬套、永磁体、同步转子铁芯、异步转子铁芯、鼠笼组成。转子部件至少包含有一个同步转子铁芯和一个异步转子铁芯。同步转子铁芯与异步转子铁芯沿轴向排列并且安装在转轴上。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。转轴的两端各有一个环形凹槽，每一个凹槽中安装有一个开口挡圈，两个开口挡圈的轴向外侧分别安装有环形的缓冲垫一和缓冲垫二。异步转子铁芯由若干个异步转子铁芯冲片叠压而成，异步转子铁芯呈环形，异步转子铁芯中间是通孔，异步转子铁芯通过其中间的通孔安装在转轴上。异步转子铁芯径向外侧边缘均布若干个鼠笼导条槽。异步转子铁芯上安装有一个鼠笼，鼠笼主要由若干个鼠笼导条和两个鼠笼端环组成。鼠笼采用转子斜槽结构，即每一个鼠笼导条的轴线与转子部件的转轴的轴线倾斜一定角度。若干个鼠笼导条安装在异步转子铁芯的鼠笼导条槽中。同步转子铁芯由若干个同步转子铁芯冲片叠压而成，同步转子铁芯呈环形，同步转子铁芯中间是轴孔，隔磁衬套安装在同步转子铁芯的轴孔中，同步转子铁芯通过圆筒形的隔磁衬套安装在转轴上。同步转子铁芯径向外侧边缘均布两个铁芯磁极槽和两个铁芯凸极，每一个铁芯凸极有两个曲率半径较小的曲面，分别组成两个转子辅助磁极。永磁体呈瓦片形。永磁体粘贴在铁芯磁极槽中，每一个永磁体构成一个转子主磁极。转子部件上的每一个永磁体磁化相邻的铁芯凸极一侧，形成一个与该永磁体互为异性磁极的转子辅助磁极。适用于转子磁极为二极/六极的过渡异步起动永磁同步电动机的同步转子铁芯上，每一个铁芯磁极槽中粘贴有一个永磁体，相邻铁芯磁极槽中粘贴的永磁体圆弧外表面互为异性磁极。同步转子铁芯上的一个铁芯磁极槽中圆弧外表面为N极的永磁体形成一个N极转子主磁极，另一个铁芯磁极槽中圆弧外表面为S极的永磁体形成一个S极转子主磁极。N极转子主磁极的永磁体分别磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个S′极转子辅助磁极。S极转子主磁极的永磁体分别磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个N′极转子辅助磁极。适用于转子磁极为四极/八极的过渡异步起动永磁同步电动机的同步转子铁芯上，每一个铁芯磁极槽中粘贴有两个圆弧外表面互为异性磁极的永磁体，相邻铁芯磁极槽之间的相邻永磁体圆弧外表面互为异性磁极。同步转子铁芯上的两个铁芯磁极槽中各有一个圆弧外表面为N极的永磁体和一个圆弧外表面为S极的永磁体。圆弧外表面为N极的永磁体形成一个N极转子主磁极，圆弧外表面为S极的永磁体形成一个S极转子主磁极。两个N极转子主磁极的永磁体各自磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个S′极转子辅助磁极。两个S极转子主磁极的永磁体各自磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个N′极转子辅助磁极。异步转子铁芯外表面至定子铁芯内表面的电动机气隙是鼠笼铁芯气隙。永磁体外表面至定子铁芯内表面的电动机气隙是永磁体气隙。铁芯凸极外表面至定子铁芯内表面的电动机气隙是凸极气隙。凸极气隙长度不是均匀的，每一个转子辅助磁极外表面几何中心处的凸极气隙长度最小，转子辅助磁极外表面几何中心处向两侧的凸极气隙长度逐渐增大。鼠笼铁芯气隙长度小于永磁体气隙长度。凸极气隙长度最小值和最大值均小于永磁体气隙长度。过渡异步起动永磁同步电动机采用直接起动方式时，定子铁芯轴向长度等于同步转子铁芯轴向长度与异步转子铁芯轴向长度之和。轴承一与轴承二的轴向内侧间距略大于缓冲垫一与缓冲垫二的轴向外侧间距。过渡异步起动永磁同步电动机采用过渡起动方式时，定子铁芯轴向长度小于同步转子铁芯轴向长度与异步转子铁芯轴向长度之和，并且定子铁芯轴向长度大于同步转子铁芯轴向长度，定子铁芯轴向长度大于异步转子铁芯轴向长度。轴承一与轴承二的轴向内侧间距大于缓冲垫一与缓冲垫二的轴向外侧间距。轴承一与轴承二的轴向内侧间距减去缓冲垫一与缓冲垫二的轴向外侧间距的差等于，同步转子铁芯轴向长度与异步转子铁芯轴向长度之和减去定子铁芯轴向长度的差。过渡异步起动永磁同步电动机采用直接起动方式的起动过程是：定子绕组在定子铁芯中产生定子旋转磁场，转子部件的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生垂直向内的感应电流或者垂直向外的感应电流，垂直向内的感应电流或者垂直向外的感应电流分别在两个鼠笼端环处汇合，形成感应电流闭合回路，鼠笼导条产生异步起动转矩，把转子部件牵入同步转速，转子部件的同步转子铁芯与永磁体构成的转子磁场与定子旋转磁场相互作用产生同步转矩，使过渡异步起动永磁同步电动机进入同步运行状态。过渡异步起动永磁同步电动机采用过渡起动方式的起动过程是：过渡异步起动永磁同步电动机在静止状态时，永磁体的磁力线穿过永磁体气隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过渡异步起动永磁同步电动机及变极变速法，其特征在于过渡异步起动永磁同步电动机主要由定子部件、转子部件组成；转子部件安装在定子部件内，过渡异步起动永磁同步电动机采用过渡起动方式或者直接起动方式；定子部件主要由定子铁芯(8)、定子绕组(9)和电动机机座组成，定子绕组(9)安装在定子铁芯(8)上，定子铁芯(8)和定子绕组(9)安装在电动机机座内，电动机机座内腔的轴向两侧各装配有一个轴承，分别是轴承一(19)和轴承二(20)；转子部件主要由转轴(1)、缓冲垫一(2)、缓冲垫二(11)、开口挡圈(14)、隔磁衬套(3)、永磁体(4)、同步转子铁芯(5)、异步转子铁芯(7)、鼠笼(10)组成；转子部件至少包含有一个同步转子铁芯(5)和一个异步转子铁芯(7)；同步转子铁芯(5)与异步转子铁芯(7)沿轴向排列并且安装在转轴(1)上；转轴(1)呈圆柱形，材料是导磁材料或非导磁材料；导磁材料的转轴(1)需要与隔磁衬套(3)配合使用；隔磁衬套(3)呈圆筒形，材料是非导磁材料；转轴(1)的两端各有一个环形凹槽，每一个凹槽中安装有一个开口挡圈(14)，两个开口挡圈(14)的轴向外侧分别安装有环形的缓冲垫一(2)和缓冲垫二(11)；异步转子铁芯(7)由若干个异步转子铁芯冲片叠压而成，异步转子铁芯(7)呈环形，异步转子铁芯(7)中间是通孔，异步转子铁芯(7)通过其中间的通孔安装在转轴(1)上；异步转子铁芯(7)径向外侧边缘均布若干个鼠笼导条槽；异步转子铁芯(7)上安装有一个鼠笼(10)，鼠笼(10)主要由若干个鼠笼导条(12)和两个鼠笼端环(13)组成；鼠笼(10)采用转子斜槽结构，即每一个鼠笼导条(12)的轴线与转子部件的转轴(1)的轴线倾斜一定角度；若干个鼠笼导条(12)安装在异步转子铁芯(7)的鼠笼导条槽中；同步转子铁芯(5)由若干个同步转子铁芯冲片叠压而成，同步转子铁芯(5)呈环形，同步转子铁芯(5)中间是轴孔(15)，隔磁衬套(3)安装在同步转子铁芯(5)的轴孔(15)中，同步转子铁芯(5)通过圆筒形的隔磁衬套(3)安装在转轴(1)上；同步转子铁芯(5)径向外侧边缘均布两个铁芯磁极槽(16)和两个铁芯凸极，每一个铁芯凸极有两个曲率半径较小的曲面，分别组成两个转子辅助磁极(6)；永磁体(4)呈瓦片形；永磁体(4)粘贴在铁芯磁极槽(16)中，每一个永磁体(4)构成一个转子主磁极；转子部件上的每一个永磁体(4)磁化相邻的铁芯凸极一侧，形成一个与该永磁体(4)互为异性磁极的转子辅助磁极(6)；适用于转子磁极为二极/六极的过渡异步起动永磁同步电动机的同步转子铁芯(5)上，每一个铁芯磁极槽(16)中粘贴有一个永磁体(4)，相邻铁芯磁极槽(16)中粘贴的永磁体(4)圆弧外表面互为异性磁极；同步转子铁芯(5)上的一个铁芯磁极槽(16)中圆弧外表面为N极的永磁体(4)形成一个N极转子主磁极，另一个铁芯磁极槽(16)中圆弧外表面为S极的永磁体(4)形成一个S极转子主磁极；N极转子主磁极的永磁体(4)分别磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个S′极转子辅助磁极；S极转子主磁极的永磁体(4)分别磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个N′极转子辅助磁极；适用于转子磁极为四极/八极的过渡异步起动永磁同步电动机的同步转子铁芯(5)上，每一个铁芯磁极槽(16)中粘贴有两个圆弧外表面互为异性磁极的永磁体(4)，相邻铁芯磁极槽(16)之间的相邻永磁体(4)圆弧外表面互为异性磁极；同步转子铁芯(5)上的两个铁芯磁极槽(16)中各有一个圆弧外表面为N极的永磁体(4)和一个圆弧外表面为S极的永磁体(4)；圆弧外表面为N极的永磁体(4)形成一个N极转子主磁极，圆弧外表面为S极的永磁体(4)形成一个S极转子主磁极；两个N极转子主磁极的永磁体(4)各自磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个S′极转子辅助磁极；两个S极转子主磁极的永磁体(4)各自磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个N′极转子辅助磁极；异步转子铁芯(7)外表面至定子铁芯(8)内表面的电动机气隙是鼠笼铁芯气隙；永磁体(4)外表面至定子铁芯(8)内表面的电动机气隙是永磁体气隙；铁芯凸极外表面至定子铁芯(8)内表面的电动机气隙是凸极气隙；凸极气隙长度不是均匀的，每一个转子辅助磁极(6)外表面几何中心处的凸极气隙长度最小，转子辅助磁极(6)外表面几何中心处向两侧的凸极气隙长度逐渐增大；鼠笼铁芯气隙长度小于永磁体气隙长度；凸极气隙长度最小值和最大值均小于永磁体气隙长度；过渡异步起动永磁同步电动机采用直接起动方式时，定子铁芯(8)轴向长度等于同步转子铁芯(5)轴向长度与异步转子铁芯(7)轴向长度之和；轴承一(19)与轴承二(20)的轴向内侧间距略大于缓冲垫一(2)与缓冲垫二(11)的轴向外侧间距；过渡异步起动永磁同步电动机采用过渡起动方式时，定子铁芯(...

【技术特征摘要】
1.一种过渡异步起动永磁同步电动机及变极变速法，其特征在于过渡异步起动永磁同步电动机主要由定子部件、转子部件组成；转子部件安装在定子部件内，过渡异步起动永磁同步电动机采用过渡起动方式或者直接起动方式；
定子部件主要由定子铁芯(8)、定子绕组(9)和电动机机座组成，定子绕组(9)安装在定子铁芯(8)上，定子铁芯(8)和定子绕组(9)安装在电动机机座内，电动机机座内腔的轴向两侧各装配有一个轴承，分别是轴承一(19)和轴承二(20)；
转子部件主要由转轴(1)、缓冲垫一(2)、缓冲垫二(11)、开口挡圈(14)、隔磁衬套(3)、永磁体(4)、同步转子铁芯(5)、异步转子铁芯(7)、鼠笼(10)组成；转子部件至少包含有一个同步转子铁芯(5)和一个异步转子铁芯(7)；同步转子铁芯(5)与异步转子铁芯(7)沿轴向排列并且安装在转轴(1)上；
转轴(1)呈圆柱形，材料是导磁材料或非导磁材料；导磁材料的转轴(1)需要与隔磁衬套(3)配合使用；隔磁衬套(3)呈圆筒形，材料是非导磁材料；转轴(1)的两端各有一个环形凹槽，每一个凹槽中安装有一个开口挡圈(14)，两个开口挡圈(14)的轴向外侧分别安装有环形的缓冲垫一(2)和缓冲垫二(11)；
异步转子铁芯(7)由若干个异步转子铁芯冲片叠压而成，异步转子铁芯(7)呈环形，异步转子铁芯(7)中间是通孔，异步转子铁芯(7)通过其中间的通孔安装在转轴(1)上；异步转子铁芯(7)径向外侧边缘均布若干个鼠笼导条槽；异步转子铁芯(7)上安装有一个鼠笼(10)，鼠笼(10)主要由若干个鼠笼导条(12)和两个鼠笼端环(13)组成；鼠笼(10)采用转子斜槽结构，即每一个鼠笼导条(12)的轴线与转子部件的转轴(1)的轴线倾斜一定角度；若干个鼠笼导条(12)安装在异步转子铁芯(7)的鼠笼导条槽中；
同步转子铁芯(5)由若干个同步转子铁芯冲片叠压而成，同步转子铁芯(5)呈环形，同步转子铁芯(5)中间是轴孔(15)，隔磁衬套(3)安装在同步转子铁芯(5)的轴孔(15)中，同步转子铁芯(5)通过圆筒形的隔磁衬套(3)安装在转轴(1)上；同步转子铁芯(5)径向外侧边缘均布两个铁芯磁极槽(16)和两个铁芯凸极，每一个铁芯凸极有两个曲率半径较小的曲面，分别组成两个转子辅助磁极(6)；永磁体(4)呈瓦片形；永磁体(4)粘贴在铁芯磁极槽(16)中，每一个永磁体(4)构成一个转子主磁极；转子部件上的每一个永磁体(4)磁化相邻的铁芯凸极一侧，形成一个与该永磁体(4)互为异性磁极的转子辅助磁极(6)；
适用于转子磁极为二极/六极的过渡异步起动永磁同步电动机的同步转子铁芯(5)上，每一个铁芯磁极槽(16)中粘贴有一个永磁体(4)，相邻铁芯磁极槽(16)中粘贴的永磁体(4)圆弧外表面互为异性磁极；同步转子铁芯(5)上的一个铁芯磁极槽(16)中圆弧外表面为N极的永磁体(4)形成一个N极转子主磁极，另一个铁芯磁极槽(16)中圆弧外表面为S极的永磁体(4)形成一个S极转子主磁极；N极转子主磁极的永磁体(4)分别磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个S′极转子辅助磁极；S极转子主磁极的永磁体(4)分别磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个N′极转子辅助磁极；
适用于转子磁极为四极/八极的过渡异步起动永磁同步电动机的同步转子铁芯(5)上，每一个铁芯磁极槽(16)中粘贴有两个圆弧外表面互为异性磁极的永磁体(4)，相邻铁芯磁极槽(16)之间的相邻永磁体(4)圆弧外表面互为异性磁极；同步转子铁芯(5)上的两个铁芯磁极槽(16)中各有一个圆弧外表面为N极的永磁体(4)和一个圆弧外表面为S极的永磁体(4)；圆弧外表面为N极的永磁体(4)形成一个N极转子主磁极，圆弧外表面为S极的永磁体(4)形成一个S极转子主磁极；两个N极转子主磁极的永磁体(4)各自磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个S′极转子辅助磁极；两个S极转子主磁极的永磁体(4)各自磁化相邻的铁芯凸极一侧，各形成一个N′极转子辅助磁极；
异步转子铁芯(7)外表面至定子铁芯(8)内表面的电动机气隙是鼠笼铁芯气隙；永磁体(4)外表面至定子铁芯(8)内表面的电动机气隙是永磁体气隙；铁芯凸极外表面至定子铁芯(8)内表面的电动机气隙是凸极气隙；凸极气隙长度不是均匀的，每一个转子辅助磁极(6)外表面几何中心处的凸极气隙长度最小，转子辅助磁极(6)外表面几何中心处向两侧的凸极气隙长度逐渐增大；鼠笼铁芯气隙长度小于永磁体气隙长度；凸极气隙长度最小值和最大值均小于永磁体气隙长度；
过渡异步起动永磁同步电动机采用直接起动方式时，定子铁芯(8)轴向长度等于同步转子铁芯(5)轴向长度与异步转子铁芯(7)轴向长度之和；轴承一(19)与轴承二(20)的轴向内侧间距略大于缓冲垫一(2)与缓冲垫二(11)的轴向外侧间距；
过渡异步起动永磁同步电动机采用过渡起动方式时，定子铁芯(8)轴向长度小于同步转子铁芯(5)轴向长度与异步转子铁芯(7)轴向长度之和，并且定子铁芯(8)轴向长度大于同步转子铁芯(5)轴向长度，定子铁芯(8)轴向长度大于异步转子铁芯(7)轴向长度；轴承一(19)与轴承二(20)的轴向内侧间距大于缓冲垫一(2)与缓冲垫二(11)的轴向外侧间距；轴承一(19)与轴承二(20)的轴向内侧间距减去缓冲垫一(2)与缓冲垫二(11)的轴向外侧间距的差等于，同步转子铁芯(5)轴向长度与异步转子铁芯(7)轴向长度之和减去定子铁芯(8)轴向长度的差；
过渡异步起动永磁同步电动机采用直接起动方式的起动过程是：
定子绕组(9)在定子铁芯(8)中产生定子旋转磁场，转子部件的鼠笼导条(12)切割定子旋转磁场的磁力线产生垂直向内的感应电流(29)或者垂直向外的感应电流(30)，垂直向内的感应电流(29)或者垂直向外的感应电流(30)分别在两个鼠笼端环(13)处汇合，形成感应电流闭合回路，鼠笼导条(12)产生异步起动转矩，把转子部件牵入同步转速，转子部件的同步转子铁芯(5)与永磁体(4)构成的转子磁场与定子旋转磁场相互作用产生同步转矩，使过渡异步起动永磁同步电动机进入同步运行状态；
适用于转子磁极为二极/六极的过渡异步起动永磁同步电动机在静止状态时，转子磁场磁通路径一是，磁力线由N极转子主磁极出发，穿过永磁体气隙进入定子铁芯(8)的s极，磁力线经过定子铁芯(8)的n极穿过凸极气隙进入S′极转子辅助磁极，磁力线在同步转子铁芯(5)内回到N极转子主磁极，形成闭合回路；转子磁场磁通路径二是，磁力线由S极转子主磁极的径向内表面出发，磁力线在同步转子铁芯(5)内经过N′极转子辅助磁极，磁力线穿过凸极气隙进入定子铁芯(8)的s极，磁力线经过定子铁芯(8)的n极穿过永磁体气隙，回到S极转子主磁极，形成闭合回路；
适用于转子磁极为四极/八极的过渡异步起动永磁同步电动机在静止状态时，转子磁场磁通路径一是，磁力线由N极转子主磁极出发，穿过永磁体气隙进...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓东，
申请(专利权)人：大连碧蓝节能环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21