一種能夠動(dòng)態(tài)分磁的永磁電動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種永磁電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁電動(dòng)機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子，其中轉(zhuǎn)子主要由電機(jī)軸、鐵心、導(dǎo)條、端環(huán)和永磁體構(gòu)成。這種異步起動(dòng)的永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)和一般異步電機(jī)的區(qū)別，僅是在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)嵌入了永磁體。在嵌入永磁體后，異步電機(jī)就變成了異步起動(dòng)的同步電機(jī)了。在轉(zhuǎn)子兩個(gè)不同極性的中線，稱為交軸，磁極的中心線就稱為直軸。目前永磁電機(jī)的啟動(dòng)，除變頻啟動(dòng)外還只能采用異步啟動(dòng)。異步起動(dòng)的永磁電動(dòng)機(jī)為克服轉(zhuǎn)子永磁體“磁通”的影響，只好加大異步啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，借此淹沒(méi)或者說(shuō)克服轉(zhuǎn)子永磁體主磁通的影響，也因此不能采用降壓?jiǎn)?dòng)。這就加大了啟動(dòng)電流，最大啟動(dòng)電流可加大到1Ie左右。而一般異步電機(jī)的啟動(dòng)電流在5Ie~6Ie，最大也不超過(guò)7倍。因此，永磁電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響就大到1.5倍以上。這對(duì)小容量電網(wǎng)的影響就不可低估了，有時(shí)甚至?xí)斐蓡?dòng)失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠動(dòng)態(tài)分磁的永磁電動(dòng)機(jī)，從而改善永磁電機(jī)的異步啟動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)。
[0004]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是在永磁電機(jī)啟動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)定轉(zhuǎn)子的磁極處于異極性相對(duì)是，定轉(zhuǎn)子是相互吸引的，定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)瞬間拉動(dòng)轉(zhuǎn)子，即電機(jī)瞬間處于同步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，這就不需要分磁了。由于轉(zhuǎn)子的慣性，致使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一時(shí)還跟不上定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，所以接下來(lái)就是定轉(zhuǎn)子的磁極處在同極性下并相互排斥，造成脈動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩，氣隙磁阻也加大了，致使定子電流也加大了，這時(shí)才需要對(duì)轉(zhuǎn)子磁極進(jìn)行分磁。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)分磁的目的，我們采用有源分磁的方法，即在轉(zhuǎn)子的交軸位置設(shè)置分磁線圈。用轉(zhuǎn)子自身的感應(yīng)電流加入分磁線圈，把轉(zhuǎn)子永磁體的主磁通主動(dòng)地吸引過(guò)來(lái)實(shí)現(xiàn)分磁。由于轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電流有低電壓大電流的特點(diǎn)(啟動(dòng)時(shí)，導(dǎo)條中的電流是額定電流的幾十倍)，所以就會(huì)以較大地分磁能力實(shí)現(xiàn)分磁。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入亞同步以后，分磁電流會(huì)自動(dòng)消失，便可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分磁的目的。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的方案是在轉(zhuǎn)子鐵心(磁軛)的每個(gè)交軸中心線處開(kāi)有軸向的通孔，通孔的徑向位置選在距轉(zhuǎn)子表面1/2~1/3磁軛處，即設(shè)定電機(jī)軸邊沿至轉(zhuǎn)子的鐵心外邊沿距離是1，通孔的徑向位置距鐵心外邊沿距離是1/2~1/3，每個(gè)通孔中穿有導(dǎo)體，構(gòu)成分磁線圈邊，導(dǎo)體分磁線圈邊的兩端通過(guò)與相同端的端環(huán)連接，連接點(diǎn)的位置是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的交軸中心線70-80度夾角處，即轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，夾角為交軸中心線順時(shí)針70-80度，導(dǎo)體與端環(huán)和導(dǎo)條構(gòu)成回路，其中導(dǎo)體采用紫銅或鋁材料，紫銅作為導(dǎo)體時(shí)其截面積是導(dǎo)條截面積的0.4-0.6倍，鋁作為導(dǎo)體時(shí)其截面積是導(dǎo)條截面積的0.8-1.2倍。
[0007]其中導(dǎo)體的兩端與端環(huán)連接點(diǎn)的位置是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的交軸中心線75度夾角處為最佳。
[0008]紫銅作為導(dǎo)體，并且截面積是導(dǎo)條截面積的0.5倍效果最好。
[0009]當(dāng)定轉(zhuǎn)子磁極處于異極性相對(duì)時(shí)，定轉(zhuǎn)子磁極相互吸引。現(xiàn)以定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的“N”極為例來(lái)說(shuō)明，當(dāng)定子的N極旋轉(zhuǎn)到與轉(zhuǎn)子的“S”極中心(直軸)相對(duì)時(shí)，功角為“O”度，轉(zhuǎn)矩為“O”。當(dāng)定子N極向前旋轉(zhuǎn)至交軸時(shí)，功角為90度角，轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值。對(duì)于電勵(lì)磁同步電機(jī)來(lái)說(shuō)，其轉(zhuǎn)矩就會(huì)迅速下降至零。對(duì)于永磁電機(jī)來(lái)說(shuō)，電機(jī)就進(jìn)入了 “磁阻轉(zhuǎn)矩”區(qū)。書中介紹，磁阻轉(zhuǎn)矩的最大值出現(xiàn)在110度角左右，即定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的中線旋轉(zhuǎn)到交軸中線前方20度角左右的位置。再前移一定角度后，磁阻轉(zhuǎn)矩也會(huì)消失而進(jìn)入我們所不希望的永磁干擾區(qū)。分磁的討論就從此地開(kāi)始。見(jiàn)圖2。圖中角度均指電角度，下同。
[0010]在交軸區(qū)，依然是定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的“N”極的磁通，轉(zhuǎn)子鼠籠條中的感應(yīng)電流是流向紙里(通常以?表示)的。如前述，在交軸的磁軛上設(shè)置了分磁線圈的一個(gè)邊，另一個(gè)線圈邊取在定子后面的“S”極下的轉(zhuǎn)子鼠籠導(dǎo)條中。其位置這樣計(jì)算:從交軸算起，繞組節(jié)距應(yīng)逆旋轉(zhuǎn)方向大于70度角。此處導(dǎo)條的感應(yīng)電流是流出紙面的(通常用Θ表示)，這是我們所需要的分磁電流的方向，就在這個(gè)位置的鼠籠條的端環(huán)上，做一連接線和分磁線圈邊相連，使該電流流入交軸下面的分磁線圈邊，就形成了分磁磁勢(shì)。該分磁線圈就是橫在轉(zhuǎn)子交軸表面，橫跨在兩磁極間切向布置的線圈一分磁線圈。
[0011]現(xiàn)用圖3來(lái)表示此時(shí)定轉(zhuǎn)子的磁極在空間上的關(guān)系，表明分磁線圈節(jié)距的選取原則:在交軸逆轉(zhuǎn)向的大于70度角時(shí)，才是下一個(gè)定子“S”極下的導(dǎo)條，其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流方向，才是所需要的。
[0012]從異步電機(jī)的矢量圖中知道，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流是滯后于電勢(shì)的，滯后的角度隨啟動(dòng)時(shí)間(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)的不同而不同。在啟動(dòng)的初期，其角度可達(dá)70度角以上，所以這個(gè)“S”極前端的導(dǎo)條中的感生電流是很小的，甚至沒(méi)有電流。所以在這里只是給分磁電流開(kāi)了一扇門，能否打開(kāi)這扇門，或者何時(shí)打開(kāi)這扇門，還是要依電機(jī)自身的需要了。其實(shí)，此時(shí)也是不需要分磁的。因?yàn)榇藭r(shí)正是磁阻轉(zhuǎn)矩的最大值，是不需要也不能分磁的。當(dāng)定子磁極再向前移動(dòng)時(shí)，因磁阻的加大而使磁通下降，由于這個(gè)磁通是通過(guò)分磁線圈的，所以線圈中就會(huì)因自感而產(chǎn)生感應(yīng)電流來(lái)阻止其減少，以維持原磁通不變。這就打開(kāi)了分磁電流的門。這個(gè)自感電流的方向也是選取分磁電流的方向。而此時(shí)定子的“N”極已離它而去，并進(jìn)入了轉(zhuǎn)子的“N”極區(qū)，此時(shí)電機(jī)氣隙的磁阻也變得很大，所以轉(zhuǎn)子的“N”極就取代定子的“N”極磁通，在分磁磁勢(shì)的吸引下而和鄰近轉(zhuǎn)子的“S”極磁通閉合了，完成分磁的功能。其實(shí)，為了減少極間漏磁，交軸的磁阻設(shè)計(jì)得很高，因此這個(gè)用于分磁的磁通就不會(huì)很大。可由于分磁線圈的存在，使這個(gè)磁路變成有源磁路。這樣，磁通就不必要通過(guò)交軸磁路，只需要平衡分磁線圈中的磁勢(shì)(WI)即可。猶如交流電路中的電容器，交流電流不必流過(guò)電容器，只是平衡它里面的位移電流所行成的電勢(shì)即可。依照這一理念，姑且把這個(gè)分磁線圈此時(shí)的功能，就稱為“磁容器”也可。當(dāng)然，這個(gè)自感生成的磁勢(shì)維持的時(shí)間長(zhǎng)短，就看此系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)了。好在接下來(lái)的時(shí)間，就是來(lái)自異步電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的分磁電流，會(huì)逐漸加大到幾十倍的額定電流值，來(lái)繼續(xù)維持這段時(shí)間的分磁功能。
[0013]上面只是對(duì)一個(gè)轉(zhuǎn)向進(jìn)行了說(shuō)明。為在雙轉(zhuǎn)向都能運(yùn)行，可在交軸的分磁線圈邊上，以同樣的角度分別向兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)子鼠籠端環(huán)連接分磁線圈即可。
[0014]接著前面的說(shuō)明，當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)再前移，定子下一個(gè)“S”極剛剛進(jìn)入轉(zhuǎn)子的“N”極區(qū)時(shí)，轉(zhuǎn)子的磁通也會(huì)逆轉(zhuǎn)向提前進(jìn)入定子的“S”極，也能形成“磁阻轉(zhuǎn)矩”，不過(guò)這時(shí)的磁阻轉(zhuǎn)矩卻是“負(fù)”值，即是阻轉(zhuǎn)矩。這也是不希望的。剛好，此時(shí)另一半分磁線圈還會(huì)減少這個(gè)“負(fù)磁阻轉(zhuǎn)矩”的幅值。接下來(lái)，就是進(jìn)入暫短的“同步運(yùn)行”了。且這個(gè)“同步運(yùn)行”的時(shí)間會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)，最后被牽入同步運(yùn)行，完成電機(jī)的啟動(dòng)。
[0015]本發(fā)明充分利用了異步電機(jī)導(dǎo)條中感生電流的優(yōu)點(diǎn)一低電壓大電流及分磁線圈的自感性能，方便地實(shí)現(xiàn)了分磁，又同時(shí)能適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的需要一動(dòng)態(tài)分磁，消除了永磁體磁通對(duì)電機(jī)異步啟動(dòng)時(shí)的不利影響，改善電機(jī)的啟動(dòng)性能。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明電動(dòng)機(jī)的剖視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明導(dǎo)體分磁線圈通孔的位置示意圖；
[0018]圖3為分磁線圈位置關(guān)系圖；
[0019]圖4為定子轉(zhuǎn)子磁極相互關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]例1、本發(fā)明電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子I和定子2組成，其中轉(zhuǎn)子I主要由電機(jī)軸3、鐵心4、導(dǎo)條5、端環(huán)6和永磁體7構(gòu)成，在轉(zhuǎn)子I的鐵心4的每個(gè)交軸中心線處開(kāi)有軸向的通孔9，通孔9的徑向位置選在距轉(zhuǎn)子表面1/2磁軛處，每個(gè)通孔9中穿有導(dǎo)體8，構(gòu)成分磁線圈邊，導(dǎo)體8分磁線圈邊的兩端通過(guò)與相同端的端環(huán)6連接，連接點(diǎn)的位置是與轉(zhuǎn)子I轉(zhuǎn)向相反的交軸中心線70度夾角處，導(dǎo)體8與端環(huán)6和導(dǎo)條5構(gòu)成回路，其中導(dǎo)體8采用紫銅線，導(dǎo)體8截面積是導(dǎo)條5截面積的0.6倍。
[0021]例2、本發(fā)明電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子I和定子2組成，其中轉(zhuǎn)子I主要由電機(jī)軸3、鐵心4、導(dǎo)條5、端環(huán)6和永磁體7構(gòu)成，在鐵心4的每個(gè)交軸中心線處開(kāi)有軸向的通孔9，通孔9的徑向位置選在距轉(zhuǎn)子表面1/3磁軛處，每個(gè)通孔9中穿有導(dǎo)體8，構(gòu)成分磁線圈邊，導(dǎo)體8分磁線圈邊的兩端通過(guò)與相同端的端環(huán)6連接，連接點(diǎn)的位置是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的交軸中心線80度夾角處，導(dǎo)體8分磁線圈與端環(huán)6和導(dǎo)條5構(gòu)成回路，其中導(dǎo)體8采用紫銅線，導(dǎo)體8截面積是導(dǎo)條5截面積的0.5倍。
[0022]例3、本發(fā)明電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子I和定子2組成，其中轉(zhuǎn)子I主要由電機(jī)軸3、鐵心4、導(dǎo)條5、端環(huán)6和永磁體7構(gòu)成，在鐵心4的每個(gè)交軸中心線處開(kāi)有軸向的通孔9，通孔9的徑向位置選在距轉(zhuǎn)子表面1/2磁軛處，每個(gè)通孔9中穿有導(dǎo)體8，構(gòu)成分磁線圈邊，導(dǎo)體8的兩端通過(guò)與相同端的端環(huán)6連接，連接點(diǎn)的位置是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的交軸中心線75度夾角處，導(dǎo)體8與端環(huán)6和導(dǎo)條5構(gòu)成回路，其中導(dǎo)體8采用鋁線，導(dǎo)體8截面積與導(dǎo)條截面積相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種能夠動(dòng)態(tài)分磁的永磁電動(dòng)機(jī)，包括轉(zhuǎn)子和定子，其中轉(zhuǎn)子主要由電機(jī)軸、鐵心、導(dǎo)條、端環(huán)和永磁體構(gòu)成，其特征在于:在轉(zhuǎn)子鐵心的每個(gè)交軸中心線處開(kāi)有軸向的通孔，通孔的徑向位置選在距轉(zhuǎn)子表面1/2~1/3磁軛處，每個(gè)通孔中穿有導(dǎo)體，構(gòu)成分磁線圈邊，導(dǎo)體的兩端通過(guò)與相同端的端環(huán)連接，連接點(diǎn)的位置是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的交軸中心線70-80度夾角處，導(dǎo)體與端環(huán)和導(dǎo)條構(gòu)成回路，其中導(dǎo)體采用紫銅或鋁材料，紫銅作為導(dǎo)體時(shí)其截面積是導(dǎo)條截面積的0.4-0.6倍，鋁作為導(dǎo)體時(shí)其截面積是導(dǎo)條截面積的0.8-1.2倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:導(dǎo)體的兩端與端環(huán)連接點(diǎn)的位置是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的交軸中心線75度夾角處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電動(dòng)機(jī)，其特征在于:紫銅作為導(dǎo)體，并且截面積是導(dǎo)條截面積的0.5倍。
【專利摘要】一種能夠動(dòng)態(tài)分磁的永磁電動(dòng)機(jī)，屬于電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，包括轉(zhuǎn)子和定子，其中轉(zhuǎn)子主要由電機(jī)軸、鐵心、導(dǎo)條、端環(huán)和永磁體構(gòu)成。在轉(zhuǎn)子鐵心的每個(gè)交軸中心線處開(kāi)有軸向的通孔，通孔的徑向位置選在距轉(zhuǎn)子表面1/2~1/3磁軛處，每個(gè)通孔中穿有導(dǎo)體,導(dǎo)體的兩端通過(guò)與相同端的端環(huán)連接，連接點(diǎn)的位置是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的交軸中心線70-80度夾角處，導(dǎo)體與端環(huán)和導(dǎo)條構(gòu)成回路，其中導(dǎo)體采用紫銅或鋁材料。本實(shí)用新型方便地實(shí)現(xiàn)了分磁，又同時(shí)能適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的需要—?jiǎng)討B(tài)分磁，消除了永磁體磁通對(duì)電機(jī)異步啟動(dòng)時(shí)的不利影響,改善電機(jī)的啟動(dòng)性能。
【IPC分類】H02K21-46, H02K1-26, H02K1-27
【公開(kāi)號(hào)】CN204425068
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420815260
【發(fā)明人】杜恩武, 李華山, 孫普
【申請(qǐng)人】吉林省綠能環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日