【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电励磁同步电机，更具体地说涉及一种具有高起动转矩的无刷励磁同步电动机。
技术介绍
1、电励磁同步电动机具有过载能力强、功率因数高、转速稳定等优点，在压缩机、风机、水泵、轧钢机、球磨机等领域得到广泛应用。传统电励磁同步电动机的励磁绕组是放在转子上的，需要通过滑环和电刷提供励磁电流，由于滑动接触，不仅需要定时维护，而且易于产生火花，限制了在煤矿、石油及化工等易燃易爆场所的应用。
2、电励磁同步电动机的无刷化是重要的发展方向，目前同步电动机无刷励磁的主要方式是在电机转子上增加一个旋转电枢的三相交流发电机，所发出的交流电通过与电机转子一起旋转的整流器转化为直流电后，为转子上的励磁绕组供电，励磁发电机的励磁绕组放在定子上，通过可控整流器调节励磁发电机的电枢电压，进而实现对于同步电动机的励磁控制。这种无刷励磁方式虽然取消了滑环电刷，然而需要增加一个交流励磁发电机和旋转整流器，不但结构复杂和制造成本较高，而且同步电动机励磁绕组电流需要经过两级控制，其动态控制性能不好。
3、近年来又出现了一种磁场调制式无刷励磁同步电动机，是由无刷双馈电机转化而来，将传统电励磁同步电机转子上的励磁绕组移到定子上，定子上采用极数不同的两套绕组，分别用作功率绕组和励磁绕组，转子绕组不需要滑环电刷。该种无刷励磁同步电动机具有结构简单和成本低廉等优点，但不足之处是由于电机运行机理的不同，该种无刷同步电动机难以获得较大的起动转矩，比较适合于驱动要求起动转矩较小的风机和泵类负载，难以用于驱动要求起动转矩较大的抽油机、球磨机等负载机械
4、
技术实现思路
1、针对目前无刷励磁同步电动机的缺点，本专利技术的目的是提供一种具有高起动转矩的无刷励磁同步电动机。
2、为实现本专利技术的目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种具有高起动转矩的无刷励磁同步电动机，其中包括电源、定子铁心、定子功率绕组、定子励磁绕组、凸极转子铁心、同心式转子绕组、转轴、定子功率绕组控制器、励磁电源变流器、定子励磁绕组控制器，
4、其中定子功率绕组和定子励磁绕组位于定子铁心上，
5、同心式转子绕组位于凸极转子铁心的槽中，凸极转子铁心固定在转轴上，
6、电源通过定子功率绕组控制器为定子功率绕组提供交流电，电源通过励磁电源变流器和定子励磁绕组控制器为励磁绕组提供可控励磁电源。
7、优选地，上述定子功率绕组与励磁绕组的极数之和等于同步电动机的极数，并且定子励磁绕组极数与定子功率绕组极数之差≥4。
8、优选地，凸极转子铁心具有多个凸极，凸极的数目是定子功率绕组与励磁绕组的极数之和的二分之一。
9、优选地，每两个凸极之间设有大槽，每个凸极上设有宽度和深度不同的多个小槽，其中大槽和小槽均为径向，并且它们的中心线沿径向相交于转子转轴的中心。
10、优选地，位于凸极的中心线处的小槽的深度和宽度最大，其他小槽对称分布在中心线处的小槽的两边，并且深度和宽度逐渐减小。
11、优选地，同心式转子绕组由多个自身短接的同心式线圈组成，每个同心式线圈包括多个多匝线圈，每个多匝线圈的两边以大槽的中心线为对称轴分别放置或缠绕在不同的小槽中，其中位于凸极的中心线处的小槽中放置或缠绕有两个来自相邻同心式线圈的多匝线圈，非中心线处的小槽中仅仅放置或缠绕有一个多匝线圈。
12、优选地，定子功率绕组控制器具有两个电路转换开关k1和k2,用以改换电机起动和正常运行时的定子绕组接线方式。
13、优选地，定子功率绕组的三相绕组的一端短接在一起，而三相绕组出线端通过定子绕组控制器的电路开关k1接至电源，定子功率绕组的每相绕组中间有一个分接抽头，每相绕组的出线端和分接抽头对应接至定子功率绕组控制器中电路开关k2的两端。电机起动时首先闭合电路开关k1，电源电压加至定子功率绕组的全部绕组上，绕组电流相对较小，然后延时闭合开关k2，此时定子功率绕组出线端与分接抽头之间的绕组部分被短接，电源的电压加到去掉短接部分剩余的绕组上，由于阻抗的减小定子功率绕组中产生较大的电流，从而使同步电动机具有较大的起动转矩。采用延时闭合开关k2是为了减小接通电源时电机绕组的电流冲击。当同步电动机起动过程完成进入同步转速运行之后，将开关k2断开，此时电源的电压加到定子功率绕组的全部绕组上，定子功率绕组中的电流减小，使同步电动机具有负载所要求的转矩。定子功率绕组的每相绕组中分接抽头的位置根据对于电机起动转矩的要求而定。
14、优选地，上述定子励磁绕组控制器包括电路转换开关k3、k4、k5和k6，以及三相电阻11和12。开关k3用以定子励磁绕组的励磁电流控制，开关k4用于定子励磁绕组串联电阻控制，开关k5和k6用于励磁绕组串联电阻11和12的切换控制。
15、优选地，在所述同步电动机异步起动、牵入同步和同步速运行状态转换过程中，定子功率绕组控制器的电路转换开关k1和k2,与定子励磁绕组控制器的电路转换开关k3、k4、k5和k6之间，具有下述制约关系：当所述同步电动机起动时，首先断开k3、k5和k6，闭合k4和k1，延时闭合k2，此时所述同步电动机处于异步起动状态，定子励磁绕组串入三相电阻11和12，用以增加起动转矩，定子励磁绕组的电流频率和幅值，随着电机转速的增加而减小，为了保持所需要的起动转矩，首先闭合开关k5，将串联电阻11切除，待电机转速进一步升高后，再闭合开关k6，切除串联电阻12，此时励磁绕组处于短路状态，当电机转速接近同步转速时，将开关k3闭合而断开k4，励磁绕组改为由励磁变流器供电，电机将被牵入同步转速运行，待电机在同步转速稳定运行后，将定子功率绕组控制器中的电路转换开关k2断开，同步电动机进入正常运行状态。对于不需要调速运行的同步电动机，由励磁电源变流器为定子励磁绕组提供可控直流励磁电源；而对于需要调速运行的同步电动机，则由励磁电源变流器为定子励磁绕组提供可控交流励磁电源。
16、与现有技术相比本专利技术达到了以下显著的技术效果：
17、1. 将常规电励磁同步电动机放在转子上的励磁绕组转移到了定子上，不再需要通过滑环和电刷供电，实现了无刷励磁，提高了电机的运行可靠性和降低了维护费用。
18、2. 转子上的自身短接同心式绕组不需要电源供电，结构简单，成本低廉，运行可靠。不需要另加起动绕组，便可满足电机起动和负载运行要求，具有快速的励磁控制动态性能。
19、3. 电机起动时通过改变定子功率绕组的接线方式和励磁绕组串联电阻，提高了电机的起动转矩，电机牵入同步后恢复正常接线，从而满足了对于电机起动和负载运行特性的要求。
20、4. 可满足不调速和需要调速的同步电动机的不同励磁需求。对于不需要调速运行的同步电动机，为励磁绕组提供可控直流励磁电源；而对于需要调速运行的同步电动机，为励磁绕组提供可控交流励磁电源，仅需低成本的小功率变频器。
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1.一种具有高起动转矩的无刷励磁同步电动机，其特征在于，所述同步电动机包括电源（1）、定子铁心（2）、定子功率绕组（3）、定子励磁绕组（4）、凸极转子铁心（5）、同心式转子绕组（6），转轴（7），定子功率绕组控制器（8），励磁电源变流器（9），定子励磁绕组控制器（10），
2.根据权利要求1所述高起动转矩无刷励磁同步电动机，其特征在于，所述定子功率绕组（3）与所述定子励磁绕组（4）的极数之和等于所述同步电动机的极数，并且所述定子励磁绕组（4）的极数与定子功率绕组（3）的极数之差≥4，所述凸极转子铁心（5）的凸极数目是所述定子功率绕组（3）与所述定子励磁绕组（4）极数之和的二分之一。
3.根据权利要求1和2所述高起动转矩无刷励磁同步电动机，其特征在于，所述定子功率绕组（3）的三相绕组的一端短接在一起，而三相绕组出线端接至所述定子功率绕组控制器（8）中的电路转换开关K1，所述定子功率绕组（3）的每相绕组中间有一个分接抽头，每相绕组的出线端和分接抽头对应接至所述定子功率绕组控制器（8）中的电路转换开关K2的两端（如图1所示）。
4.电机起动时首先闭合
5.采用延时闭合开关K2是为了减小接通电源时电机绕组的电流冲击。
6.当所述同步电动机起动过程完成进入同步转速运行之后，将所述电路转换开关K2断开，此时所述电源（1）的电压加到所述定子功率绕组（3）的全部绕组上，所述定子功率绕组（3）中的电流减小，使所述同步电动机具有负载所要求的转矩。
7.所述定子功率绕组（3）的每相绕组中分接抽头的位置根据对于电机起动转矩的要求而定。
8.根据权利要求1和2所述高起动转矩无刷励磁同步电动机，其特征在于，所述凸极转子铁心（5）每两个凸极之间设有大槽，每个凸极上设有宽度和深度不同的多个小槽，用以放置所述同心式转子绕组（6），所述同心式转子绕组（6）由多个自身短接的多匝同心式线圈组成，每个同心式线圈包括多个匝数不同的多匝线圈，每个多匝线圈的两边以大槽的中心线为对称轴分别放置或缠绕在不同的小槽中，其中位于凸极中心线处的小槽中放置或缠绕两个来自相邻同心式线圈的多匝线圈，非中心线处的小槽中仅仅放置或缠绕一个多匝线圈。
9.根据权利要求1所述高起动转矩无刷励磁同步电动机，其特征在于，对于不需要调速运行的无刷励磁同步电动机，所述励磁电源变流器（9）采用的是可控整流器，其功能在于将所述电源（1）的交流电经整流后转换为电压可调的直流电，经所述定子励磁绕组控制器（10）为定子励磁绕组（4）提供可控直流励磁电源。
10.对于需要调速运行的无刷励磁同步电动机，所述励磁电源变流器（9）采用的是交直交变频器，其功能在于将所述电源（1）的交流电经过整流器转换为直流电，而后经逆变器转化为幅值、频率和相位可调的交流电，然后经所述定子励磁绕组控制器（10）为定子励磁绕组（4）提供可控交流励磁电源。
11.根据权利要求1和5所述高起动转矩无刷励磁同步电动机，其特征在于，所述定子励磁绕组控制器（10）的电路转换开关K3和K4分别用于所述定子励磁绕组（4）的励磁电源和串联电阻控制，当K3闭合而K4断开时，所述定子励磁绕组（4）与励磁电源接通而不串联电阻；当K3断开而K4闭合时，所述定子励磁绕组（4）断开励磁电源而接入串联电阻（11）和（12）。
12.所述电路转换开关K5和K6用于励磁绕组（4）串联电阻（11）和（12）的切换控制，当K5闭合时将串联电阻（11）切除，当K6闭合时将串联电阻（12）切除。
13.根据权利要求3、4、5和6所述高起动转矩无刷励磁同步电动机，其特征在于，在所述同步电动机异步起动、牵入同步和同步速运行状态转换过程中，所述定子功率绕组控制器(8)的电路转换开关K1和K2,与所述定子励磁绕组控制器（10）的电路转换开关K3、K4、K5和K6之间，具有下述制约关系：当所述同步电动机起动时，首先断开所述电路转换开关K3、K5和K6，闭合K4和K1，延时闭合K2，此时所述同步电动机处于异步起动状态，所述定子励磁绕组（4）串入所述三相电阻（11）和（12），用以增加起动转矩，所述定子励磁绕组（4）的电流频率和幅值，随着所述电机转速的增加而减小，为了保持所需要的起动转矩，首先闭合所述电路转换开关K5，将所述串联电阻（11）切除...
【技术特征摘要】
1.一种具有高起动转矩的无刷励磁同步电动机，其特征在于，所述同步电动机包括电源（1）、定子铁心（2）、定子功率绕组（3）、定子励磁绕组（4）、凸极转子铁心（5）、同心式转子绕组（6），转轴（7），定子功率绕组控制器（8），励磁电源变流器（9），定子励磁绕组控制器（10），
2.根据权利要求1所述高起动转矩无刷励磁同步电动机，其特征在于，所述定子功率绕组（3）与所述定子励磁绕组（4）的极数之和等于所述同步电动机的极数，并且所述定子励磁绕组（4）的极数与定子功率绕组（3）的极数之差≥4，所述凸极转子铁心（5）的凸极数目是所述定子功率绕组（3）与所述定子励磁绕组（4）极数之和的二分之一。
3.根据权利要求1和2所述高起动转矩无刷励磁同步电动机，其特征在于，所述定子功率绕组（3）的三相绕组的一端短接在一起，而三相绕组出线端接至所述定子功率绕组控制器（8）中的电路转换开关k1，所述定子功率绕组（3）的每相绕组中间有一个分接抽头，每相绕组的出线端和分接抽头对应接至所述定子功率绕组控制器（8）中的电路转换开关k2的两端（如图1所示）。
4.电机起动时首先闭合所述电路转换开关k1，电源（1）的电压加至定子功率绕组（3）的全部绕组上，绕组电流相对较小，然后延时闭合开关k2，此时所述定子功率绕组（3）出线端与分接抽头之间的绕组被短接，电源（1）的电压加到去掉短接部分剩余的绕组上，由于阻抗的减小所述定子功率绕组（3）中产生较大的电流，从而使所述同步电动机具有较大的起动转矩。
5.采用延时闭合开关k2是为了减小接通电源时电机绕组的电流冲击。
6.当所述同步电动机起动过程完成进入同步转速运行之后，将所述电路转换开关k2断开，此时所述电源（1）的电压加到所述定子功率绕组（3）的全部绕组上，所述定子功率绕组（3）中的电流减小，使所述同步电动机具有负载所要求的转矩。
7.所述定子功率绕组（3）的每相绕组中分接抽头的位置根据对于电机起动转矩的要求而定。
8.根据权利要求1和2所述高起动转矩无刷励磁同步电动机，其特征在于，所述凸极转子铁心（5）每两个凸极之间设有大槽，每个凸极上设有宽度和深度不同的多个小槽，用以放置所述同心式转子绕组（6），所述同心式转子绕组（6）由多个自身短接的多匝同心式线圈组成，每个同心式线圈包括多个匝数不同的多匝线圈，每个多匝线圈的两边以大槽的中心线为对称轴分别放置或缠绕在不同的小槽中，其中位于凸极中心线处的小槽中放置或缠绕两个来自相邻同心式线圈的多匝线圈，非中心线处的小槽中仅仅放置或缠绕一个多匝线圈。
9.根据权利要求1所述高起动转矩无刷励磁同步电动机，其特征在于，对于不需要调速运行的无...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：上海同济南汇科技产业园有限公司，
类型：发明
国别省市：
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