一種永磁籠型的轉(zhuǎn)子變極變頻調(diào)速電機制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種兼有永磁和籠型轉(zhuǎn)子特點的變頻變極調(diào)速三相交流電機。該電機定子變極繞組的一種極對數(shù)為p1，另一種極對數(shù)為p2，p2＝np1(n為偶數(shù))，兩種極對數(shù)對應繞組在電路上等效獨立；轉(zhuǎn)子表面均勻分布槽數(shù)Z2，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)放置的導條用端環(huán)短路連接，轉(zhuǎn)子內(nèi)置2p1個永磁體，放置于轉(zhuǎn)子槽下方。該電機運行時，極對數(shù)p1接入頻率為f的變頻電源，呈現(xiàn)自起動永磁轉(zhuǎn)子電機特性；極對數(shù)p2接入頻率為2f+sf(s為轉(zhuǎn)差率)的變頻電源，對應轉(zhuǎn)子磁通不會穿過永磁體，呈現(xiàn)籠型轉(zhuǎn)子感應電機特性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種電機應用上更加靈活，低速運行轉(zhuǎn)矩大，高速運行恒功率調(diào)速范圍寬，也可用作汽車中的起動-發(fā)電機，其中起動可以利用其感應電機特性，發(fā)電則可利用其永磁電機特性。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于電機
，更具體地，涉及一種永磁籠型的轉(zhuǎn)子變極變頻調(diào)速電機。
技術(shù)介紹
永磁交流電機效率高，功率密度大，結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，但制成后氣隙磁場基本恒定，高速時弱磁調(diào)節(jié)困難，在要求低速時具有高轉(zhuǎn)矩，又要求有寬廣的恒功率調(diào)速運行范圍，例如電動汽車等一些場合，其應用將會受到一定限制。采用變頻調(diào)速的籠型轉(zhuǎn)子感應電機起動特性好，也具有效率較高，結(jié)構(gòu)簡單可靠的特點，目前在一般的驅(qū)動系統(tǒng)中應用最為廣泛。但其不足之處是，恒轉(zhuǎn)矩模式下端電壓隨頻率的增大而升高，當電壓達到最大電壓時，必須轉(zhuǎn)而進入恒功率模式運行，因此這時的調(diào)速范圍也是有限的，一般不超過兩倍的額定轉(zhuǎn)速。為進一步增大變頻調(diào)速感應電機調(diào)速范圍，國內(nèi)外一些研宄者也提出了變頻和變極混合調(diào)速的方法來實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩和擴大恒功率的調(diào)速范圍。這種方法的思路是將電機定子繞組設計成變極繞組，變頻調(diào)速在低速時采用多極對數(shù)，高速時采用少極對數(shù)。具體的變頻變極換接方式則有兩種，一種是開關換接，這種換接方式需要斷開電源，另一種是電子變極，這種換接方式不需要斷開電源，但繞組不能以常規(guī)三相繞組的方式接入變頻電源，而只能以多相繞組方式接入變頻電源。就目前的研宄而言，這兩種換接方式在變頻變極換接瞬間，仍然存在轉(zhuǎn)速或是轉(zhuǎn)矩跳變的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本專利技術(shù)的目的在于提供一種永磁籠型的轉(zhuǎn)子變極變頻調(diào)速電機，實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩和進一步擴大恒功率的調(diào)速范圍，并解決現(xiàn)有技術(shù)中，在變頻變極換接的瞬間仍然存在的轉(zhuǎn)速或是轉(zhuǎn)矩跳變等技術(shù)問題。本專利技術(shù)提供了一種永磁籠型的轉(zhuǎn)子變極變頻調(diào)速電機，在定子上布置有具有兩種極對數(shù)的三相繞組，其中一種極對數(shù)為P1,另一種極對數(shù)為P2，轉(zhuǎn)子上表面開有&個均勻分布的槽，每個槽內(nèi)放置一根導條，所有導條在轉(zhuǎn)子兩端采用端環(huán)短路連接，轉(zhuǎn)子還內(nèi)置2Pl個均勻分布的永磁體，所述永磁體放置于所述槽的下方；Ρ2= ηρ η為偶數(shù)，&為整數(shù)。更進一步地，在電機運行時，極對數(shù)為？1的三相繞組接入頻率為f的變頻電源，對應自起動永磁轉(zhuǎn)子電機特性；極對數(shù)為口2的三相繞組接入頻率為2f+sf的變頻電源，對應籠型轉(zhuǎn)子感應電機特性；s為轉(zhuǎn)差率，-1 ^ s ^ 1更進一步地，所述三相繞組為單繞組，其接線方式為換相變極3Y/3Y并聯(lián)接法。更進一步地，極對數(shù)為？1的三相繞組和極對數(shù)為P 2的三相繞組在電路上等效獨立。通過本專利技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，由于在轉(zhuǎn)子上采用了籠型繞組和永磁體混合結(jié)構(gòu)，可以使得電機在低速運行時呈現(xiàn)多極對數(shù)感應電機特性，高速時呈現(xiàn)少極對數(shù)永磁電機弱磁特性，與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種電機應用上更加靈活，能夠取得性能改善，低速運行轉(zhuǎn)矩大，高速運行恒功率調(diào)速范圍寬的有益效果，并可拓展用于其它方面，例如，用作汽車中的起動-發(fā)電機，其中起動可以利用其多極對數(shù)感應電機特性，發(fā)電則利用少極對數(shù)永磁電機特性。【附圖說明】圖1是永磁籠型轉(zhuǎn)子電機運行結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是永磁籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是P = 4，2p = 8永磁籠型轉(zhuǎn)子電機繞組結(jié)構(gòu)圖。【具體實施方式】為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本專利技術(shù)進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。本專利技術(shù)目的是提供一種兼有永磁和籠型轉(zhuǎn)子特點，定子采用變極繞組的變頻調(diào)速電機。這種電機轉(zhuǎn)子上既布置有常規(guī)籠型繞組，也同時布置有永磁體，定子變極繞組具有兩種極對數(shù)，其極對數(shù)之比為倍極比，這兩種極對數(shù)各自接入三相變頻器，無需換接，其中多極對數(shù)對應轉(zhuǎn)子籠型繞組，為籠型轉(zhuǎn)子感應電機特性；少極對數(shù)對應轉(zhuǎn)子永磁體，為永磁轉(zhuǎn)子電機特性，變極換接時不會存在轉(zhuǎn)速跳變的問題，具體分析如下。本專利技術(shù)定子繞組具有的兩種極對數(shù)分別為極對數(shù)？1和極對數(shù)P 2，P2= ηρ ! (η為偶數(shù))，轉(zhuǎn)子內(nèi)置均勻分布的2?1個永磁體，轉(zhuǎn)子表面均勻分布的槽數(shù)為Z 2，為改善轉(zhuǎn)子磁路的對稱性，一般可取Z2/ (2Pl) =k(k為整數(shù))，每個轉(zhuǎn)子槽內(nèi)放置一根導條，全部導條的端部采用端環(huán)短路連接。對于極對數(shù)P1沿氣隙圓周極距為τ i，對應電角度為180°，這時內(nèi)置的2Pl個永磁體將轉(zhuǎn)子表面均勻分布導條分為2?1段，每段長度為τ 1;而對于極對數(shù)Ρ2，極距為τ2，τ2=h/n，也即每段長度τ i在極對數(shù)P2下對應n 180°電角度。這樣，對于多極對數(shù)P 2而言，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至任何位置，每段長度T1對應電角度總會為360°整倍數(shù)，且其中所含導條等效跨距為整距，這也就是說，若忽略內(nèi)置永磁體開槽的影響，對于極對數(shù)P2，這種內(nèi)置永磁體轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子圓周每段長度τ i內(nèi)，磁路上自成回路，磁通不會穿過永磁體，所呈現(xiàn)的籠型轉(zhuǎn)子特性，與常規(guī)籠型轉(zhuǎn)子特性電氣上是等效的。根據(jù)以上分析，兩種極對數(shù)ρ#Ρρ2對于轉(zhuǎn)子而言，磁路上可以看成是分開的，如果認為磁路線性，則這兩種極對數(shù)在電氣控制上也是各自獨立的。本專利技術(shù)對應這兩種極對數(shù)的三相繞組在運行時需要各自接入一套三相變頻器，具體連接方式的示意圖如附圖1所示。附圖1中，I為定子三相P1對極繞組，2為定子三相p2對極繞組，3為接入P1對極繞組的三相變頻器，4為接入P 2對極繞組的三相變頻器，5為永磁籠型轉(zhuǎn)子，6為永磁體，7為轉(zhuǎn)子槽。按附圖1所示的本專利技術(shù)電機可以有3種運行方式:(I) ?2單獨運行，籠型轉(zhuǎn)子感應電機異步特性；(2) 口1單獨運行，永磁電機同步特性；(3)?1和p 2聯(lián)合運行，兩者同轉(zhuǎn)向，其中P 1繞組頻率f，P 2繞組頻率2f+sf (s為轉(zhuǎn)差率，-1 ^ s ^ I)，籠型轉(zhuǎn)子感應電機和永磁電機疊加特性；(4)pjP P 2聯(lián)合運行，兩者同轉(zhuǎn)向，其中P 1繞組頻率f，P 2繞組頻率2f，永磁電機同步特性，分析如下:設Ppt極氣隙磁動勢波為f(ot, Θ ) = Asin (ω?-ρ θ ) ;p2對極氣隙磁動勢波為g(cot, Θ ) = Bsin(2ot-2p θ );以上兩式中，cot為角頻率，Θ為空間機械角度，A和B為磁動勢幅值。如果A = 2B，令A = 1，則氣隙合成磁動勢波為f(ot，0)+g(on，Θ)=2οο82((ω?-ρ! θ )/2) sin(Ot-P1 θ );不難看出，這時的氣隙合成磁動勢波仍然可以近似看成是一個P1對極氣隙磁動勢波，電機仍具有永磁電機的同步特性。這里要說明的是，附圖1中本專利技術(shù)定子上采用了兩套不同極對數(shù)的三相繞組，但也可以利用單繞組變極技術(shù)使一套繞組具有兩種極對數(shù)，例如3Υ接法的換相變極繞組等，使電機定子導體利用率提高，結(jié)構(gòu)進一步簡化。通過本專利技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，由于在轉(zhuǎn)子上采用了籠型繞組和永磁體混合結(jié)構(gòu)，可以使得電機在低速運行時呈現(xiàn)多極對數(shù)感應電機特性，高速時呈現(xiàn)少極對數(shù)永磁電機弱磁特性，與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種電機應用上更加靈活，能夠取得性能改善，低速運行轉(zhuǎn)矩大，高速運行恒功率調(diào)速范圍寬的有益效果，并可拓展用于其它方面，例如，用作汽車中的起動-發(fā)電機，其中起動可以利用其多極對數(shù)感應電機特性，發(fā)電則利用少極對數(shù)永磁電機特性。下面以極對數(shù)P1= 2，P2= 4，極數(shù)比4/8的電機為例，說明本專利技術(shù)。這里多極對數(shù)為P2= 4，少極對數(shù)為P != 2，因此只能讓P 2= 4為籠型轉(zhuǎn)子感應電機特性，Pi= 2為永磁轉(zhuǎn)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種永磁籠型的轉(zhuǎn)子變極變頻調(diào)速電機，其特征在于，在定子上布置有具有兩種極對數(shù)的三相繞組，其中一種極對數(shù)為p1，另一種極對數(shù)為p2，轉(zhuǎn)子上表面開有Z2個均勻分布的槽，每個槽內(nèi)放置一根導條，所有導條在轉(zhuǎn)子兩端采用端環(huán)短路連接，轉(zhuǎn)子還內(nèi)置2p1個均勻分布的永磁體，所述永磁體放置于所述槽的下方；p2＝np1，n為偶數(shù)，Z2為整數(shù)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王雪帆，
申請(專利權(quán))人：華中科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42