半磁片式永磁同步电动机异步起动法
【专利摘要】本发明是一种半磁片式永磁同步电动机异步起动法，涉及一种能够异步起动和变极变速的永磁同步电动机的方法。在异步起动环节中，永磁同步电动机的转子部件一对磁极中，只使用一个永磁体作为一个磁极，并利用转子铁芯凸极作为另外一个磁极，借助转子铁芯凸极中的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩。在变极变速环节中，利用转子铁芯凸极和转子阶梯槽导磁却没有固定磁极极性的特点，当定子旋转磁场改变磁极极数时，在定子附加磁场的作用下，转子部件一对磁极中永磁体之外的磁极位置，能够在转子铁芯凸极和转子阶梯槽之间进行转换，使转子部件能够自动适应变换电动机磁极极数，实现永磁同步电动机的变极变速。
【专利说明】半磁片式永磁同步电动机异步起动法
【技术领域】
[0001]本发明是一种半磁片式永磁同步电动机异步起动法,其涉及一种应用于永磁同步电动机的方法，特别是涉及一种能够异步起动和变极变速的永磁同步电动机的方法。
【背景技术】
[0002]交流异步电动机具有结构简单、成本低的优势。在交流异步电动机的总装机容量中，小型交流异步电动机约占70%以上。这些电动机主要用于风机、泵类、压缩机设备的配套。交流异步电动机的效率较低，小型交流异步电动机的效率极低，在50%左右。与交流异步电动机相比，永磁同步电动机的功率因数高、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，普通永磁同步电动机配置变频器能够无级变速，但是成本较高。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。异步起动永磁同步电动机在不配置变频器时不能变速。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业和油田抽油机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。
[0003]以电风扇为代表的家用电器配套的小型交流异步电动机，通常需要在一定范围内有级变速，电风扇电动机普遍采用定子绕组有中间抽头的交流异步电动机，通过改变不同档位的定子绕组接线方式降低电动机绕组端电压进行变速。此种方法具有成本低的优势，但是不适合于永磁同步电动机的变速。家用电器等销售市场迫切需求一种低成本的小型电动机节能技术。
[0004]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，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极数，因此，传统永磁同步电动机技术无法采用变极变速。
【发明内容】
[0005]本发明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，提供一种能够异步起动和变极变速的适用于小型永磁同步电动机的方法。本发明的实施方案如下:
本发明总的特征是半磁片式永磁同步电动机异步起动法包括异步起动环节和变极变速环节。在异步起动环节，永磁同步电动机的转子部件一对磁极中，只使用一个永磁体作为一个磁极，并利用转子铁芯凸极作为另外一个磁极，借助转子铁芯凸极中的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把转子部件牵入同步转速。
[0006]在变极变速环节,定子旋转磁场中未与转子永磁体磁极相互作用的定子磁极能产生定子附加磁场。永磁同步电动机的转子部件一对磁极中，只使用一个永磁体作为ー个磁极，并利用转子铁芯凸极作为另外一个磁极，在相邻的转子铁芯凸极和永磁体下面的转子铁芯凹槽之间是转子阶梯槽，利用转子铁芯凸极和转子阶梯槽导磁却没有固定磁极极性的特点，当定子旋转磁场改变磁极极数时，在定子附加磁场的作用下，转子部件一对磁极中永磁体之外的磁极位置，能够在转子铁芯凸极和转子阶梯槽之间进行转换，使转子部件能够自动适应变换电动机磁极极数，实现永磁同步电动机的变极变速。
[0007]不需要变极变速的内转子永磁同步电动机，其内转子部件的内转子铁芯外表面均布若干个内转子铁芯凹槽，内转子铁芯凹槽的数量是电动机磁极极数的一半。内转子铁芯凹槽之间是内转子铁芯凸扱，内转子铁芯凸极下面均布若干个外圈鼠笼导条，内转子铁芯凹槽下面均布若干个内圈鼠笼导条，全部的外圈鼠笼导条和内圈鼠笼导条的两端各有ー个内转子鼠笼端环连接在一起。在内转子部件一对磁极中，只使用一个内转子永磁体作为ー个磁扱，并利用内转子铁芯凸极作为另外ー个磁扱，在每个内转子铁芯凹槽处粘贴内转子永磁体，同一个内转子部件中，内转子永磁体的磁极极性相同，即每个内转子永磁体的圆弧外表面都是N极，或者都是S极。在内转子永磁同步电动机起动时，外圈鼠笼导条和内圈鼠笼导条切割外定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把内转子部件牵入同步转速。内转子铁芯凸极外表面至外定子内表面的气隙是凸极气隙，内转子永磁体外表面至外定子内表面的气隙是永磁体气隙，凸极气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。
[0008]不需要变极变速的内转子永磁同步电动机的磁力线路径是:内转子部件磁力线由内转子永磁体的N极出发，穿过永磁体气隙进入外定子铁芯中，磁力线再从内转子铁芯凸极对应的外定子铁芯内表面处，分别穿过凸极气隙进入内转子铁芯中，磁力线从外圈鼠笼导条和内圈鼠笼导条外侧绕过，由内转子铁芯凹槽处回到内转子永磁体的圆弧内表面，形成闭合回路。内转子永磁同步电动机同步运行时的合成磁场磁力线路径与内转子部件磁力线路径相同。内转子永磁同步电动机同步运行吋，内转子部件的磁极与外定子旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0009]在异步起动环节中，内转子永磁同步电动机异步起动的过程是，内转子永磁同步电动机起动的某ー时刻，内转子部件的N极与外定子的S极空间角度对齐，内转子部件的S极与外定子的N极空间角度对齐,外定子旋转磁场按照定子磁场旋转方向旋转,外定子旋转磁场与内转子部件之间有转速差，外圈鼠笼导条和内圈鼠笼导条切割外定子旋转磁场的磁力线产生感应电流,垂直向外的感应电流和垂直向内的感应电流在内转子鼠笼端环中汇合在一起，构成闭合回路。感应电流产生异步起动转矩使内转子部件按照转子旋转方向旋转。当外定子旋转磁场与内转子部件之间转过45°角时,夕卜定子旋转磁场的N极ー半以上的磁通穿过凸极气隙，途经磁阻较小的内转子铁芯凸极，再穿过凸极气隙回到外定子旋转磁场的S极，在外圈鼠笼导条上产生的异步起动转矩最大。随着外定子旋转磁场与内转子部件之间的转速差降低，在外圈鼠笼导条上产生的异步起动转矩变小，直至内转子部件与外定子旋转磁场的转速相等，内转子部件被牵入同步转速，异步起动转矩为零，内转子永磁同步电动机进入同步运转状态。
[0010]不需要变极变速的外转子永磁同步电动机，其外转子部件的外转子铁芯内表面均布若干个外转子铁芯凹槽，外转子铁芯凹槽的数量是电动机磁极极数的一半。外转子铁芯凹槽之间是外转子铁芯凸极，在外转子铁芯凸极下面均布若干个外转子鼠笼导条。外转子铁芯凸极位置对应的外转子铁芯外侧边缘有鼠笼换向板，每个鼠笼换向板与邻近一组外转子鼠笼导条的两端各有一个外转子鼠笼端环连接在一起。在外转子部件一对磁极中，只使用一个外转子永磁体作为一个磁极，并利用外转子铁芯凸极作为另外一个磁极，在每个外转子铁芯凹槽处粘贴外转子永磁体，同一个外转子部件中，外转子永磁体的磁极极性相同，即每个外转子永磁体的圆弧外表面都是N极，或者都是S极。在外转子永磁同步电动机起动时，外转子鼠笼导条切割内定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把外转子部件牵入同步转速。外转子铁芯凸极内表面至内定子外表面的气隙是凸极气隙，外转子永磁体内表面至内定子外表面的气隙是永磁体气隙，凸极气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。
[0011]不需要变极变速的外转子永磁同步电动机的磁力线路径是，外转子部件磁力线由外转子永磁体外表面的N极出发，由外转子铁芯凹槽处进入外转子铁芯中，磁力线分别从外转子鼠笼导条外侧绕过，由外转子铁芯凸极处穿过凸极气隙进入内定子中，磁力线再从外转子永磁体对应的内定子铁芯外表面处，分别穿过永磁体气隙回到外转子永磁体的S极，形成闭合回路。外转子永磁同步电动机同步运行时的合成磁场磁力线路径与外转子部件磁力线路径相同。外转子永磁同步电动机同步运行时，外转子部件的磁极与内定子旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0012]在异步起动环节,外转子永磁同步电动机异步起动的过程是,外转子永磁同步电动机起动的某一时刻，外转子部件的N极与内定子的S极空间角度对齐，外转子部件的S极与内定子的N极空间角度对齐，内定子旋转磁场按照定子磁场旋转方向旋转，内定子旋转磁场与外转子部件之间有转速差，外转子鼠笼导条切割内定子旋转磁场的磁力线产生感应电流，垂直向外的感应电流在外转子鼠笼导条一端的外转子鼠笼端环汇合在一起流入鼠笼换向板，从鼠笼换向板流出的垂直向内的感应电流穿过外转子鼠笼导条另一端的外转子鼠笼端环,垂直向外的感应电流的感应电流最终回到外转子鼠笼导条构成闭合回路。感应电流产生异步起动转矩使外转子部件按照转子旋转方向旋转。
[0013]当内定子旋转磁场与外转子部件之间转过45°角时，内定子旋转磁场的N极一半以上的磁通穿过凸极气隙，途经磁阻较小的外转子铁芯凸极，再穿过凸极气隙回到内定子旋转磁场的S极，在外转子鼠笼导条上产生的异步起动转矩最大。此时，外转子铁芯凸极逆时针方向前侧的外转子鼠笼导条切割内定子旋转磁场的磁力线，产生的感应电流方向变成垂直向内的感应电流，外转子铁芯凸极逆时针方向后侧的外转子鼠笼导条切割内定子旋转磁场的磁力线,产生的感应电流方向仍然为垂直向外的感应电流,两组的感应电流大小相等方向相反，分别穿过外转子鼠笼导条两端的外转子鼠笼端环汇合在一起，并构成闭合回路。感应电流产生异步起动转矩使外转子部件继续按照转子旋转方向旋转。
[0014]当内定子旋转磁场与外转子部件之间转过65 °角时，外转子铁芯凸极逆时针方向前侧的外转子鼠笼导条产生的垂直向内的感应电流，大于外转子铁芯凸极逆时针方向后侧的外转子鼠笼导条产生的垂直向外的感应电流，一部分垂直向内的感应电流和全部的垂直向外的感应电流，分别穿过外转子鼠笼导条两端的外转子鼠笼端环汇合在一起，并构成闭合回路。剩余的垂直向内的感应电流在外转子鼠笼导条一端的外转子鼠笼端环汇合在一起流入鼠笼换向板，从鼠笼换向板流出的垂直向外的感应电流穿过外转子鼠笼导条另一端的外转子鼠笼端环，剩余的垂直向内的感应电流最终回到外转子鼠笼导条构成闭合回路。感应电流产生异步起动转矩使外转子部件继续按照转子旋转方向旋转。随着内定子旋转磁场与外转子部件之间的转速差降低，在外转子鼠笼导条上产生的异步起动转矩变小，直至外转子部件与内定子旋转磁场的转速相等，外转子部件被牵入同步转速，异步起动转矩为零，外转子永磁同步电动机进入同步运转状态。
[0015]半磁片式永磁同步电动机异步起动法能够使永磁同步电动机通过变极变速成为双速电动机。双速电动机的转速比等于电动机磁极数反比。磁极数大的是低转速磁极数，磁极数小的是高转速磁极数。常用双速电动机的磁极数比是2极/4极和4极/8扱。
[0016]需要变极变速的内转子永磁同步电动机的外定子磁极绕组按照低转速磁极数均布，永磁同步电动机在高转速运行时，通电的外定子磁极绕组按照高转速磁极数均布，按照高转速磁极数均布的外定子磁极是外定子铁芯基准磁极，相邻的两个外定子铁芯基准磁极之间是外定子铁芯变速磁扱。永磁同步电动机在高转速运行时，外定子铁芯变速磁极的磁极绕组不通电，外定子铁芯变速磁极不产生旋转磁场。永磁同步电动机在低转速运行时，外定子铁芯变速磁极的磁极绕组和外定子铁芯基准磁极的磁极绕组通电，外定子铁芯变速磁极和外定子铁芯基准磁极共同产生旋转磁场。通过改变外定子磁极绕组的接线方式，使外定子的磁极分别产生高转速旋转磁场或低转速旋转磁场。
[0017]需要变极变速的内转子永磁同步电动机的内转子部件的磁极位置按照高转速磁极数均布，每个内转子部件磁极占用的弧度按照低转速磁极数计算。内转子部件的内转子铁芯外表面均布若干个内转子铁芯凹槽，内转子铁芯凹槽的数量是电动机高转速磁极数的一半。内转子铁芯凹槽之间是内转子铁芯凸极，相邻的内转子铁芯凹槽和内转子铁芯凸极之间是内转子阶梯槽。每个内转子阶梯槽、内转子铁芯凹槽和内转子铁芯凸极占用ー个磁极的弧度。在内转子铁芯凸极和内转子阶梯槽下面均布若干个外圈鼠笼导条，在内转子铁芯凹槽下面均布若干个内圈鼠笼导条，全部的外圈鼠笼导条和内圈鼠笼导条的两端各有一个内转子鼠笼端环连接在一起。在内转子部件一对磁极中，只使用一个内转子永磁体作为一个磁极，并利用内转子铁芯凸极作为另外一个磁极，在每个内转子铁芯凹槽处粘贴内转子永磁体，同一个内转子部件中，内转子永磁体的磁极极性相同，即每个内转子永磁体的圆弧外表面都是N极，或者都是S极。在内转子永磁同步电动机起动时，外圈鼠笼导条和内圈鼠笼导条切割外定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把内转子部件牵入同步转速。内转子铁芯凸极外表面至外定子内表面的气隙是凸极气隙，内转子阶梯槽外表面至外定子内表面的气隙是阶梯槽气隙，内转子永磁体外表面至外定子内表面的气隙是永磁体气隙。需要变极变速的内转子永磁同步电动机的凸极气隙长度小于阶梯槽气隙长度，阶梯槽气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。
[0018]需要变极变速的内转子永磁同步电动机，在高转速同步运行时磁力线路径是:内转子部件磁力线由内转子永磁体的N极出发，穿过永磁体气隙进入外定子I铁芯中，磁力线再从内转子永磁体两侧的内转子铁芯凸极对应的外定子铁芯内表面处，分别穿过凸极气隙进入内转子铁芯中，磁力线从外圈鼠笼导条和内圈鼠笼导条外侧绕过，由内转子铁芯凹槽处回到内转子永磁体的圆弧内表面，形成闭合回路。需要变极变速的内转子永磁同步电动机在高转速同步运行时的合成磁场磁力线路径与内转子部件磁力线路径相同。需要变极变速的内转子永磁同步电动机在高转速同步运行时，内转子部件的磁极与外定子旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0019]需要变极变速的内转子永磁同步电动机，在低转速同步运行时内转子部件磁力线路径是:内转子部件磁力线由内转子永磁体的N极出发，穿过永磁体气隙进入外定子铁芯中，磁力线再从内转子永磁体两侧的内转子阶梯槽对应的外定子铁芯变速磁极内表面处，分别穿过阶梯槽气隙进入内转子铁芯中，磁力线从外圈鼠笼导条和内圈鼠笼导条外侧绕过，由内转子铁芯凹槽处回到内转子永磁体的圆弧内表面，形成闭合回路。内转子永磁体的磁极以及其在内转子阶梯槽对应的磁极，与外定子旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0020]需要变极变速的内转子永磁同步电动机，在低转速同步运行时外定子旋转磁场中，内转子铁芯凸极对应的外定子磁极，未与内转子永磁体的磁极相互作用产生定子附加磁场，定子附加磁场的磁力线路径是:定子附加磁场磁力线由外定子铁芯变速磁极的N极出发，穿过阶梯槽气隙进入内转子铁芯中，磁力线从外圈鼠笼导条外侧绕过，由内转子铁芯凸极处穿过凸极气隙进入外定子铁芯中，再从外定子铁芯基准磁极的S极回到外定子铁芯变速磁极，形成闭合回路。此时的内转子铁芯凸极本身不产生磁场，定子附加磁场的磁力线沿着磁阻最小的路径闭合，定子附加磁场与内转子铁芯凸极相互作用产生磁阻转矩。
[0021]需要变极变速的外转子永磁同步电动机的内定子磁极绕组按照低转速磁极数均布，永磁同步电动机在高转速运行时，通电的内定子磁极绕组按照高转速磁极数均布，按照高转速磁极数均布的内定子磁极是内定子铁芯基准磁极，相邻的两个内定子铁芯基准磁极之间是内定子铁芯变速磁极。永磁同步电动机在高转速运行时，内定子铁芯变速磁极的磁极绕组不通电，内定子铁芯变速磁极不产生旋转磁场。永磁同步电动机在低转速运行时，内定子铁芯变速磁极的磁极绕组和内定子铁芯基准磁极的磁极绕组通电，内定子铁芯变速磁极和内定子铁芯基准磁极共同产生旋转磁场。通过改变内定子磁极绕组的接线方式，使内定子的磁极分别产生高转速旋转磁场或低转速旋转磁场。
[0022]需要变极变速的外转子永磁同步电动机的外转子部件的磁极位置按照高转速磁极数均布，每个外转子部件磁极占用的弧度按照低转速磁极数计算。外转子部件的外转子铁芯内表面均布若干个外转子铁芯凹槽，外转子铁芯凹槽的数量是电动机高转速磁极数的一半。外转子铁芯凹槽之间是外转子铁芯凸极，相邻的外转子铁芯凹槽和外转子铁芯凸极之间是外转子阶梯槽。每个外转子阶梯槽、外转子铁芯凹槽和外转子铁芯凸极占用一个磁极的弧度。在外转子铁芯凸极和外转子阶梯槽下面均布若干个外转子鼠笼导条。外转子铁芯凸极位置对应的外转子铁芯外侧边缘有鼠笼换向板，每个鼠笼换向板与邻近一组外转子鼠笼导条的两端各有一个外转子鼠笼端环连接在一起。在外转子部件一对磁极中，只使用一个外转子永磁体作为一个磁极，并利用外转子铁芯凸极作为另外一个磁极，在每个外转子铁芯凹槽处粘贴外转子永磁体，同一个外转子部件中，外转子永磁体的磁极极性相同，即每个外转子永磁体的圆弧外表面都是N极，或者都是S极。在外转子永磁同步电动机起动时，外转子鼠笼导条切割内定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把外转子部件牵入同步转速。外转子铁芯凸极内表面至内定子外表面的气隙是凸极气隙，外转子阶梯槽内表面至内定子外表面的气隙是阶梯槽气隙，外转子永磁体内表面至内定子外表面的气隙是永磁体气隙。需要变极变速的外转子永磁同步电动机的凸极气隙长度小于阶梯槽气隙长度，阶梯槽气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。
[0023]需要变极变速的外转子永磁同步电动机，在高转速同步运行时磁力线路径是:夕卜转子部件磁力线由外转子永磁体外表面的N极出发，由外转子铁芯凹槽处进入外转子铁芯中，磁力线分别从外转子鼠笼导条外侧绕过，由外转子铁芯凸极处穿过凸极气隙进入内定子中，磁力线再从外转子永磁体对应的内定子铁芯外表面处，分别穿过永磁体气隙回到外转子永磁体的S极，形成闭合回路。需要变极变速的外转子永磁同步电动机在高转速同步运行时的合成磁场磁力线路径与外转子部件磁力线路径相同。需要变极变速的外转子永磁同步电动机在高转速同步运行时，外转子部件的磁极与内定子旋转磁场的异性磁极相互吸弓丨，产生同步转矩。
[0024]需要变极变速的外转子永磁同步电动机，在低转速同步运行时外转子部件磁力线路径是:外转子部件磁力线由外转子永磁体的N极出发，由外转子铁芯凹槽处进入外转子铁芯中，磁力线分别从外转子鼠笼导条外侧绕过，由外转子永磁体两侧的外转子阶梯槽处穿过阶梯槽气隙进入内定子铁芯变速磁极处，磁力线再从外转子永磁体对应的内定子铁芯外表面处穿过永磁体气隙回到外转子永磁体的S极，形成闭合回路。外转子永磁体的磁极以及其在外转子阶梯槽对应的磁极，与内定子旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0025]需要变极变速的外转子永磁同步电动机，在低转速同步运行时内定子旋转磁场中，外转子铁芯凸极对应的内定子磁极，未与外转子永磁体的磁极相互作用产生定子附加磁场，定子附加磁场的磁力线路径是:定子附加磁场磁力线由内定子铁芯变速磁极的S极出发，经过内定子铁芯基准磁极的N极，再穿过凸极气隙进入外转子铁芯中，磁力线从外转子鼠笼导条外侧绕过，由外转子铁芯凸极进入外转子阶梯槽处，磁力线穿过阶梯槽气隙回到内定子铁芯变速磁极的S极，形成闭合回路。此时的外转子铁芯凸极本身不产生磁场，定子附加磁场的磁力线沿着磁阻最小的路径闭合，定子附加磁场与外转子铁芯凸极相互作用产生磁阻转矩。
[0026]在半磁片式永磁同步电动机异步起动法中，内转子部件和外转子部件结构简单，永磁体用量少，适宜做中小规格永磁同步电动机。异步起动和变极变速降低了电动机控制设备成本，同步运行提高了电动机运行效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]说明书附图是半磁片式永磁同步电动机异步起动法的示意图。其中图1是不需要变极变速的半磁片式内转子永磁同步电动机起动时，某一时刻鼠笼导条的感应电流方向示意图，转子及定子磁极为4扱。图2是不需要变极变速的半磁片式内转子永磁同步电动机同步运行时的合成磁场磁力线路径示意图，转子及定子磁极为4扱。图3是不需要变极变速的半磁片式内转子永磁同步电动机起动时，从某ー时刻转过45 °角时鼠笼导条的感应电流方向示意图，转子及定子磁极为4扱。图4是不需要变极变速的半磁片式内转子永磁同步电动机的示意图，转子及定子磁极为8扱。图5是变极变速的半磁片式内转子永磁同步电动机高转速同步运行时的示意图，转子及定子磁极为4扱。图6是变极变速的半磁片式内转子永磁同步电动机高转速同步运行时的合成磁场磁力线路径示意图，转子及定子磁极为4扱。图7是变极变速的半磁片式内转子永磁同步电动机低转速同步运行时的示意图，转子及定子磁极为8极。图8是变极变速的半磁片式内转子永磁同步电动机低转速同步运行时的合成磁场磁力线路径示意图，转子及定子磁极为8扱。
[0028]图9是不需要变极变速的半磁片式外转子永磁同步电动机起动时，某ー时刻鼠笼导条的感应电流方向示意图，转子及定子磁极为4极。图10是不需要变极变速的半磁片式外转子永磁同步电动机同步运行时的合成磁场磁力线路径示意图，转子及定子磁极为4极。图11是不需要变极变速的半磁片式外转子永磁同步电动机起动时，从某一时刻转过45°角时鼠笼导条的感应电流方向示意图，转子及定子磁极为4极。图12是不需要变极变速的半磁片式外转子永磁同步电动机起动时，从某一时刻转过65°角时鼠笼导条的感应电流方向示意图，转子及定子磁极为4极。图13是不需要变极变速的半磁片式外转子永磁同步电动机的示意图，转子及定子磁极为8极。图14是变极变速的半磁片式外转子永磁同步电动机高转速同步运行时的示意图，转子及定子磁极为4极。图15是变极变速的半磁片式外转子永磁同步电动机高转速同步运行时的合成磁场磁力线路径示意图，转子及定子磁极为4极。图16是变极变速的半磁片式外转子永磁同步电动机低转速同步运行时的示意图，转子及定子磁极为8极。图17是变极变速的半磁片式外转子永磁同步电动机低转速同步运行时的合成磁场磁力线路径示意图，转子及定子磁极为8极。图1至图17中N和S代表磁极极性。
[0029]图中标注有外定子1、外圈鼠笼导条2、内转子铁芯凸极3、内转子铁芯凹槽4、内转子永磁体5、内圈鼠笼导条6、转子旋转方向7、定子磁场旋转方向8、转子永磁体磁场方向
9、磁力线路径10、内转子阶梯槽11、外定子铁芯变速磁极12、鼠笼换向板13、外转子鼠笼导条14、外转子铁芯凹槽15、外转子铁芯凸极16、外转子永磁体17、内定子18、外转子阶梯槽19、内定子铁芯变速磁极20、垂直向外的感应电流21、垂直向内的感应电流22、定子附加磁场方向23、内转子铁芯24、外转子铁芯25。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明做进一步叙述。
[0031]参照图1，不需要变极变速的内转子永磁同步电动机，其内转子部件的内转子铁芯24外表面均布若干个内转子铁芯凹槽4，内转子铁芯凹槽4的数量是电动机磁极极数的一半。内转子铁芯凹槽4之间是内转子铁芯凸极3，内转子铁芯凸极3下面均布若干个外圈鼠笼导条2，内转子铁芯凹槽4下面均布若干个内圈鼠笼导条6，全部的外圈鼠笼导条2和内圈鼠笼导条6的两端各有一个内转子鼠笼端环连接在一起。在内转子部件一对磁极中，只使用一个内转子永磁体5作为一个磁极，并利用内转子铁芯凸极3作为另外一个磁极，在每个内转子铁芯凹槽4处粘贴内转子永磁体5，同一个内转子部件中，内转子永磁体5的磁极极性相同，即每个内转子永磁体5的圆弧外表面都是N极，或者都是S极。在内转子永磁同步电动机起动时，外圈鼠笼导条2和内圈鼠笼导条6切割外定子I旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把内转子部件牵入同步转速。内转子铁芯凸极3外表面至外定子I内表面的气隙是凸极气隙，内转子永磁体5外表面至外定子I内表面的气隙是永磁体气隙，凸极气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。
[0032]参照图2，不需要变极变速的内转子永磁同步电动机的磁力线路径是:内转子部件磁力线由内转子永磁体5的N极出发，穿过永磁体气隙进入外定子I铁芯中,磁力线再从内转子铁芯凸极3对应的外定子I铁芯内表面处，分别穿过凸极气隙进入内转子铁芯24中，磁力线从外圈鼠笼导条2和内圈鼠笼导条6外侧绕过，由内转子铁芯凹槽4处回到内转子永磁体5的圆弧内表面，形成闭合回路。内转子永磁同步电动机同步运行时的合成磁场磁力线路径与内转子部件磁力线路径相同。内转子永磁同步电动机同步运行吋，内转子部件的磁极与外定子I旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0033]參照图1、图2和图3,在异步起动环节中，内转子永磁同步电动机异步起动的过程是，内转子永磁同步电动机起动的某ー时刻，内转子部件的N极与外定子I的S极空间角度对齐，内转子部件的S极与外定子I的N极空间角度对齐，外定子I旋转磁场按照定子磁场旋转方向8旋转，外定子I旋转磁场与内转子部件之间有转速差，外圈鼠笼导条2和内圈鼠笼导条6切割外定子I旋转磁场的磁力线产生感应电流，垂直向外的感应电流21和垂直向内的感应电流22在内转子鼠笼端环中汇合在一起，构成闭合回路。感应电流产生异步起动转矩使内转子部件按照转子旋转方向7旋转。当外定子I旋转磁场与内转子部件之间转过45°角时，外定子I旋转磁场的N极一半以上的磁通穿过凸极气隙，途经磁阻较小的内转子铁芯凸极3，再穿过凸极气隙回到外定子I旋转磁场的S极，在外圈鼠笼导条2上产生的异步起动转矩最大。随着外定子I旋转磁场与内转子部件之间的转速差降低，在外圈鼠笼导条2上产生的异步起动转矩变小，直至内转子部件与外定子I旋转磁场的转速相等，内转子部件被牵入同步转速，异步起动转矩为零，内转子永磁同步电动机进入同步运转状态。
[0034]參照图1和图4，在半磁片式永磁同步电动机异步起动法中，ニ极、四极、六极、八极或更多极数的内转子永磁同步电动机的内转子部件结构相似，区别仅在于磁极数量的差别。
[0035]參照图9，不需要变极变速的外转子永磁同步电动机，其外转子部件的外转子铁芯25内表面均布若干个外转子铁芯凹槽15，外转子铁芯凹槽15的数量是电动机磁极极数的一半。外转子铁芯凹槽15之间是外转子铁芯凸极16，在外转子铁芯凸极16下面均布若干个外转子鼠笼导条14。外转子铁芯凸极16位置对应的外转子铁芯25外侧边缘有鼠笼换向板13,姆个鼠笼换向板13与邻近ー组外转子鼠笼导条14的两端各有一个外转子鼠笼端环连接在一起。在外转子部件一对磁极中，只使用一个外转子永磁体17作为ー个磁极，并利用外转子铁芯凸极16作为另外一个磁极,在姆个外转子铁芯凹槽15处粘贴外转子永磁体17，同一个外转子部件中，外转子永磁体17的磁极极性相同，即每个外转子永磁体17的圆弧外表面都是N扱，或者都是S扱。在外转子永磁同步电动机起动时，外转子鼠笼导条14切割内定子18旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩,把外转子部件牵入同步转速。外转子铁芯凸极16内表面至内定子18外表面的气隙是凸极气隙，外转子永磁体17内表面至内定子18外表面的气隙是永磁体气隙，凸极气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。
[0036]參照图10，不需要变极变速的外转子永磁同步电动机的磁力线路径是，外转子部件磁力线由外转子永磁体17外表面的N极出发，由外转子铁芯凹槽15处进入外转子铁芯25中，磁力线分别从外转子鼠笼导条14外侧绕过，由外转子铁芯凸极16处穿过凸极气隙进入内定子18中，磁力线再从外转子永磁体17对应的内定子18铁芯外表面处，分别穿过永磁体气隙回到外转子永磁体17的S扱，形成闭合回路。外转子永磁同步电动机同步运行时的合成磁场磁力线路径与外转子部件磁力线路径相同。外转子永磁同步电动机同步运行时，外转子部件的磁极与内定子18旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0037]參照图9、图10、图11和图12,在异步起动环节,夕卜转子永磁同步电动机异步起动的过程是，外转子永磁同步电动机起动的某ー时刻，外转子部件的N极与内定子18的S极空间角度对齐，外转子部件的S极与内定子18的N极空间角度对齐，内定子18旋转磁场按照定子磁场旋转方向8旋转，内定子18旋转磁场与外转子部件之间有转速差，外转子鼠笼导条14切割内定子18旋转磁场的磁力线产生感应电流，垂直向外的感应电流21在外转子鼠笼导条14 一端的外转子鼠笼端环汇合在一起流入鼠笼换向板13,从鼠笼换向板13流出的垂直向内的感应电流22穿过外转子鼠笼导条14另ー端的外转子鼠笼端环，垂直向外的感应电流21的感应电流最終回到外转子鼠笼导条14构成闭合回路。感应电流产生异步起动转矩使外转子部件按照转子旋转方向7旋转。
[0038]当内定子18旋转磁场与外转子部件之间转过45°角时，内定子18旋转磁场的N极一半以上的磁通穿过凸极气隙，途经磁阻较小的外转子铁芯凸极16，再穿过凸极气隙回到内定子18旋转磁场的S极，在外转子鼠笼导条14上产生的异步起动转矩最大。此时，夕卜转子铁芯凸极16逆时针方向前侧的外转子鼠笼导条14切割内定子18旋转磁场的磁力线，产生的感应电流方向变成垂直向内的感应电流22，外转子铁芯凸极16逆时针方向后侧的外转子鼠笼导条14切割内定子18旋转磁场的磁力线,产生的感应电流方向仍然为垂直向外的感应电流21，两组的感应电流大小相等方向相反，分别穿过外转子鼠笼导条14两端的外转子鼠笼端环汇合在一起，并构成闭合回路。感应电流产生异步起动转矩使外转子部件继续按照转子旋转方向7旋转。
[0039]当内定子18旋转磁场与外转子部件之间转过65°角时，外转子铁芯凸极16逆时针方向前侧的外转子鼠笼导条14产生的垂直向内的感应电流22,大于外转子铁芯凸极16逆时针方向后侧的外转子鼠笼导条14产生的垂直向外的感应电流21, —部分垂直向内的感应电流22和全部的垂直向外的感应电流21，分别穿过外转子鼠笼导条14两端的外转子鼠笼端环汇合在一起，并构成闭合回路。剰余的垂直向内的感应电流22在外转子鼠笼导条14 一端的外转子鼠笼端环汇合在一起流入鼠笼换向板13，从鼠笼换向板13流出的垂直向外的感应电流21穿过外转子鼠笼导条14另ー端的外转子鼠笼端环，剰余的垂直向内的感应电流22最終回到外转子鼠笼导条14构成闭合回路。感应电流产生异步起动转矩使外转子部件继续按照转子旋转方向7旋转。随着内定子18旋转磁场与外转子部件之间的转速差降低，在外转子鼠笼导条14上产生的异步起动转矩变小，直至外转子部件与内定子18旋转磁场的转速相等，外转子部件被牵入同步转速，异步起动转矩为零，外转子永磁同步电动机进入同步运转状态。
[0040]參照图13，在半磁片式永磁同步电动机异步起动法中，ニ极、四极、六极、八极或更多极数的外转子永磁同步电动机的外转子部件结构相似，区别仅在于磁极数量的差別。
[0041 ] 參照图5和图7，需要变极变速的内转子永磁同步电动机的外定子I磁极绕组按照低转速磁极数均布，永磁同步电动机在高转速运行时，通电的外定子I磁极绕组按照高转速磁极数均布，按照高转速磁极数均布的外定子I磁极是外定子铁芯基准磁极，相邻的两个外定子铁芯基准磁极之间是外定子铁芯变速磁极12。永磁同步电动机在高转速运行吋，外定子铁芯变速磁极12的磁极绕组不通电，外定子铁芯变速磁极12不产生旋转磁场。永磁同步电动机在低转速运行时，外定子铁芯变速磁极12的磁极绕组和外定子铁芯基准磁极的磁极绕组通电，外定子铁芯变速磁极12和外定子铁芯基准磁极共同产生旋转磁场。通过改变外定子I磁极绕组的接线方式，使外定子I的磁极分别产生高转速旋转磁场或低转速旋转磁场。
[0042]需要变极变速的内转子永磁同步电动机的内转子部件的磁极位置按照高转速磁极数均布，每个内转子部件磁极占用的弧度按照低转速磁极数计算。内转子部件的内转子铁芯24外表面均布若干个内转子铁芯凹槽4，内转子铁芯凹槽4的数量是电动机高转速磁极数的一半。内转子铁芯凹槽4之间是内转子铁芯凸极3，相邻的内转子铁芯凹槽4和内转子铁芯凸极3之间是内转子阶梯槽11。每个内转子阶梯槽11、内转子铁芯凹槽4和内转子铁芯凸极3占用一个磁极的弧度。在内转子铁芯凸极3和内转子阶梯槽11下面均布若干个外圈鼠笼导条2，在内转子铁芯凹槽4下面均布若干个内圈鼠笼导条6，全部的外圈鼠笼导条2和内圈鼠笼导条6的两端各有一个内转子鼠笼端环连接在一起。在内转子部件一对磁极中，只使用一个内转子永磁体5作为一个磁极，并利用内转子铁芯凸极3作为另外一个磁极，在每个内转子铁芯凹槽4处粘贴内转子永磁体5，同一个内转子部件中，内转子永磁体5的磁极极性相同，即每个内转子永磁体5的圆弧外表面都是N极，或者都是S极。在内转子永磁同步电动机起动时，外圈鼠笼导条2和内圈鼠笼导条6切割外定子I旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把内转子部件牵入同步转速。内转子铁芯凸极3外表面至外定子I内表面的气隙是凸极气隙，内转子阶梯槽11外表面至外定子I内表面的气隙是阶梯槽气隙，内转子永磁体5外表面至外定子I内表面的气隙是永磁体气隙。需要变极变速的内转子永磁同步电动机的凸极气隙长度小于阶梯槽气隙长度，阶梯槽气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。
[0043]参照图5和图6，需要变极变速的内转子永磁同步电动机，在高转速同步运行时磁力线路径是:内转子部件磁力线由内转子永磁体5的N极出发，穿过永磁体气隙进入外定子I铁芯中，磁力线再从内转子永磁体5两侧的内转子铁芯凸极3对应的外定子I铁芯内表面处，分别穿过凸极气隙进入内转子铁芯24中，磁力线从外圈鼠笼导条2和内圈鼠笼导条6外侧绕过，由内转子铁芯凹槽4处回到内转子永磁体5的圆弧内表面，形成闭合回路。需要变极变速的内转子永磁同步电动机在高转速同步运行时的合成磁场磁力线路径与内转子部件磁力线路径相同。需要变极变速的内转子永磁同步电动机在高转速同步运行时，内转子部件的磁极与外定子I旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0044]参照图7和图8，需要变极变速的内转子永磁同步电动机，在低转速同步运行时内转子部件磁力线路径是:内转子部件磁力线由内转子永磁体5的N极出发，穿过永磁体气隙进入外定子I铁芯中，磁力线再从内转子永磁体5两侧的内转子阶梯槽11对应的外定子铁芯变速磁极12内表面处，分别穿过阶梯槽气隙进入内转子铁芯24中，磁力线从外圈鼠笼导条2和内圈鼠笼导条6外侧绕过，由内转子铁芯凹槽4处回到内转子永磁体5的圆弧内表面，形成闭合回路。内转子永磁体5的磁极以及其在内转子阶梯槽11对应的磁极，与外定子I旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0045]需要变极变速的内转子永磁同步电动机，在低转速同步运行时外定子I旋转磁场中，内转子铁芯凸极3对应的外定子I磁极，未与内转子永磁体5的磁极相互作用产生定子附加磁场，定子附加磁场的磁力线路径是:定子附加磁场磁力线由外定子铁芯变速磁极12的N极出发，穿过阶梯槽气隙进入内转子铁芯24中，磁力线从外圈鼠笼导条2外侧绕过，由内转子铁芯凸极3处穿过凸极气隙进入外定子I铁芯中，再从外定子铁芯基准磁极的S极回到外定子铁芯变速磁极12，形成闭合回路。此时的内转子铁芯凸极3本身不产生磁场，定子附加磁场的磁力线沿着磁阻最小的路径闭合，定子附加磁场与内转子铁芯凸极3相互作用产生磁阻转矩。[0046]在半磁片式永磁同步电动机异步起动法中，需要变极变速的ニ极、四极、八极或更多极数的内转子永磁同步电动机的内转子部件结构相似，区别仅在于磁极数量的差別。
[0047]參照图14和图16，需要变极变速的外转子永磁同步电动机的内定子18磁极绕组按照低转速磁极数均布，永磁同步电动机在高转速运行时，通电的内定子18磁极绕组按照高转速磁极数均布，按照高转速磁极数均布的内定子18磁极是内定子铁芯基准磁极,相邻的两个内定子铁芯基准磁极之间是内定子铁芯变速磁极20。永磁同步电动机在高转速运行吋，内定子铁芯变速磁极20的磁极绕组不通电，内定子铁芯变速磁极20不产生旋转磁场。永磁同步电动机在低转速运行吋，内定子铁芯变速磁极20的磁极绕组和内定子铁芯基准磁极的磁极绕组通电，内定子铁芯变速磁极20和内定子铁芯基准磁极共同产生旋转磁场。通过改变内定子18磁极绕组的接线方式，使内定子18的磁极分别产生高转速旋转磁场或低转速旋转磁场。
[0048]需要变极变速的外转子永磁同步电动机的外转子部件的磁极位置按照高转速磁极数均布，每个外转子部件磁极占用的弧度按照低转速磁极数计算。外转子部件的外转子铁芯25内表面均布若干个外转子铁芯凹槽15，外转子铁芯凹槽15的数量是电动机高转速磁极数的一半。外转子铁芯凹槽15之间是外转子铁芯凸极16，相邻的外转子铁芯凹槽15和外转子铁芯凸极16之间是外转子阶梯槽19。每个外转子阶梯槽19、外转子铁芯凹槽15和外转子铁芯凸极16占用一个磁极的弧度。在外转子铁芯凸极16和外转子阶梯槽19下面均布若干个外转子鼠笼导条14。外转子铁芯凸极16位置对应的外转子铁芯25外侧边缘有鼠笼换向板13,姆个鼠笼换向板13与邻近ー组外转子鼠笼导条14的两端各有一个外转子鼠笼端环连接在一起。在外转子部件一对磁极中，只使用一个外转子永磁体17作为ー个磁极，并利用外转子铁芯凸极16作为另外ー个磁扱，在每个外转子铁芯凹槽15处粘贴外转子永磁体17，同一个外转子部件中，外转子永磁体17的磁极极性相同，即每个外转子永磁体17的圆弧外表面都是N极，或者都是S扱。在外转子永磁同步电动机起动时，外转子鼠笼导条14切割内定子18旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把外转子部件牵入同步转速。外转子铁芯凸极16内表面至内定子18外表面的气隙是凸极气隙，外转子阶梯槽19内表面至内定子18外表面的气隙是阶梯槽气隙，外转子永磁体17内表面至内定子18外表面的气隙是永磁体气隙。需要变极变速的外转子永磁同步电动机的凸极气隙长度小于阶梯槽气隙长度，阶梯槽气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。
[0049]在半磁片式永磁同步电动机异步起动法中，需要变极变速的ニ极、四极、八极或更多极数的外转子永磁同步电动机的外转子部件结构相似，区别仅在于磁极数量的差別。
[0050]參照图14和图15，需要变极变速的外转子永磁同步电动机，在高转速同步运行时磁力线路径是:外转子部件磁力线由外转子永磁体17外表面的N极出发，由外转子铁芯凹槽15处进入外转子铁芯25中，磁力线分别从外转子鼠笼导条14外侧绕过，由外转子铁芯凸极16处穿过凸极气隙进入内定子18中，磁力线再从外转子永磁体17对应的内定子18铁芯外表面处，分别穿过永磁体气隙回到外转子永磁体17的S极，形成闭合回路。需要变极变速的外转子永磁同步电动机在高转速同步运行时的合成磁场磁力线路径与外转子部件磁力线路径相同。需要变极变速的外转子永磁同步电动机在高转速同步运行时，外转子部件的磁极与内定子18旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0051]參照图16和图17，需要变极变速的外转子永磁同步电动机，在低转速同步运行时外转子部件磁力线路径是:外转子部件磁力线由外转子永磁体17的N极出发，由外转子铁芯凹槽15处进入外转子铁芯25中，磁力线分别从外转子鼠笼导条14外侧绕过，由外转子永磁体17两侧的外转子阶梯槽19处穿过阶梯槽气隙进入内定子铁芯变速磁极20处，磁力线再从外转子永磁体17对应的内定子18铁芯外表面处穿过永磁体气隙回到外转子永磁体17的S极，形成闭合回路。外转子永磁体17的磁极以及其在外转子阶梯槽19对应的磁极，与内定子18旋转磁场的异性磁极相互吸引，产生同步转矩。
[0052] 需要变极变速的外转子永磁同步电动机，在低转速同步运行时内定子18旋转磁场中，夕卜转子铁芯凸极16对应的内定子18磁极,未与外转子永磁体17的磁极相互作用产生定子附加磁场，定子附加磁场的磁力线路径是:定子附加磁场磁力线由内定子铁芯变速磁极20的S极出发，经过内定子铁芯基准磁极的N极，再穿过凸极气隙进入外转子铁芯25中，磁力线从外转子鼠笼导条14外侧绕过，由外转子铁芯凸极16进入外转子阶梯槽19处，磁力线穿过阶梯槽气隙回到内定子铁芯变速磁极20的S极，形成闭合回路。此时的外转子铁芯凸极16本身不产生磁场，定子附加磁场的磁力线沿着磁阻最小的路径闭合，定子附加磁场与外转子铁芯凸极16相互作用产生磁阻转矩。
【权利要求】
1. 一种半磁片式永磁同步电动机异步起动法，其特征在于半磁片式永磁同步电动机异步起动法包括异步起动环节和变极变速环节；在异步起动环节，永磁同步电动机的转子部件一对磁极中，只使用一个永磁体作为一个磁极，并利用转子铁芯凸极作为另外一个磁极，借助转子铁芯凸极中的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把转子部件牵入同步转速； 不需要变极变速的内转子永磁同步电动机，其内转子部件的内转子铁芯(24)外表面均布若干个内转子铁芯凹槽(4),内转子铁芯凹槽(4)的数量是电动机磁极极数的一半；内转子铁芯凹槽(4)之间是内转子铁芯凸极(3)，内转子铁芯凸极(3)下面均布若干个外圈鼠笼导条(2)，内转子铁芯凹槽(4)下面均布若干个内圈鼠笼导条(6)，全部的外圈鼠笼导条(2)和内圈鼠笼导条(6)的两端各有一个内转子鼠笼端环连接在一起；在内转子部件一对磁极中，只使用一个内转子永磁体(5)作为一个磁极，并利用内转子铁芯凸极(3)作为另外一个磁极，在每个内转子铁芯凹槽(4)处粘贴内转子永磁体(5)，同一个内转子部件中，内转子永磁体(5)的磁极极性相同，即每个内转子永磁体(5)的圆弧外表面都是N极，或者都是S极；在内转子永磁同步电动机起动时，外圈鼠笼导条(2)和内圈鼠笼导条(6)切割外定子(O旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把内转子部件牵入同步转速；内转子铁芯凸极(3)外表面至外定子(1)内表面的气隙是凸极气隙，内转子永磁体(5)外表面至外定子(I)内表面的气隙是永磁体气隙，凸极气隙长度小于或等于永磁体气隙长度； 在异步起动环节中，内转子永磁同步电动机异步起动的过程是，内转子永磁同步电动机起动的某一时刻，内转子部件的N极与外定子(1)的S极空间角度对齐，内转子部件的S极与外定子(1)的N极空间角度对齐,外定子(1)旋转磁场按照定子磁场旋转方向(8)旋转，外定子(1)旋转磁场与内转子部件之间有转速差，外圈鼠笼导条(2)和内圈鼠笼导条(6)切割外定子(1)旋转磁场的磁力线产生感应电流，垂直向外的感应电流(21)和垂直向内的感应电流(22)在内转子鼠笼端环中汇合在一起,构成闭合回路；感应电流产生异步起动转矩使内转子部件按照转子旋转方向(7)旋转；当外定子(I)旋转磁场与内转子部件之间转过45°角时，外定子(I)旋转磁场的N极一半以上的磁通穿过凸极气隙，途经磁阻较小的内转子铁芯凸极(3)，再穿过凸极气隙回到外定子(I)旋转磁场的S极，在外圈鼠笼导条(2)上产生的异步起动转矩最大；随着外定子(I)旋转磁场与内转子部件之间的转速差降低，在外圈鼠笼导条(2)上产生的异步起动转矩变小，直至内转子部件与外定子(I)旋转磁场的转速相等，内转子部件被牵入同步转速，异步起动转矩为零，内转子永磁同步电动机进入同步运转状态； 不需要变极变速的外转子永磁同步电动机，其外转子部件的外转子铁芯(25)内表面均布若干个外转子铁芯凹槽(15)，外转子铁芯凹槽(15)的数量是电动机磁极极数的一半；外转子铁芯凹槽(15)之间是外转子铁芯凸极(16)，在外转子铁芯凸极(16)下面均布若干个外转子鼠笼导条(14);外转子铁芯凸极(16)位置对应的外转子铁芯(25)外侧边缘有鼠笼换向板(13),每个鼠笼换向板(13)与邻近一组外转子鼠笼导条(14)的两端各有一个外转子鼠笼端环连接在一起；在外转子部件一对磁极中，只使用一个外转子永磁体(17)作为一个磁极，并利用外转子铁芯凸极(16)作为另外一个磁极，在每个外转子铁芯凹槽(15)处粘贴外转子永磁体(17)，同一个外转子部件中，外转子永磁体(17)的磁极极性相同，即每个外转子永磁体(17)的圆弧外表面都是N极,或者都是S极；在外转子永磁同步电动机起动时，外转子鼠笼导条(14)切割内定子(18)旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把外转子部件牵入同步转速；外转子铁芯凸极(16)内表面至内定子(18)外表面的气隙是凸极气隙，外转子永磁体(17)内表面至内定子(18)外表面的气隙是永磁体气隙，凸极气隙长度小于或等于永磁体气隙长度； 在异步起动环节，外转子永磁同步电动机异步起动的过程是，外转子永磁同步电动机起动的某ー时刻，外转子部件的N极与内定子(18)的S极空间角度对齐，外转子部件的S极与内定子(18)的N极空间角度对齐，内定子(18)旋转磁场按照定子磁场旋转方向(8)旋转，内定子(18)旋转磁场与外转子部件之间有转速差，外转子鼠笼导条(14)切割内定子(18)旋转磁场的磁力线产生感应电流，垂直向外的感应电流(21)在外转子鼠笼导条(14) 一端的外转子鼠笼端环汇合在一起流入鼠笼换向板(13)，从鼠笼换向板(13)流出的垂直向内的感应电流(22)穿过外转子鼠笼导条(14)另ー端的外转子鼠笼端环，垂直向外的感应电流(21)的感应电流最終回到外转子鼠笼导条(14)构成闭合回路；感应电流产生异步起动转矩使外转子部件按照转子旋转方向(7)旋转； 当内定子(18)旋转磁场与外转子部件之间转过45°角时，内定子(18)旋转磁场的N极一半以上的磁通穿过凸极气隙，途经磁阻较小的外转子铁芯凸极(16)，再穿过凸极气隙回到内定子(18)旋转磁场 的S扱，在外转子鼠笼导条(14)上产生的异步起动转矩最大；此时，外转子铁芯凸极(16)逆时针方向前侧的外转子鼠笼导条(14)切割内定子(18)旋转磁场的磁力线，产生的感应电流方向变成垂直向内的感应电流(22)，外转子铁芯凸极(16)逆时针方向后侧的外转子鼠笼导条(14)切割内定子(18)旋转磁场的磁力线,产生的感应电流方向仍然为垂直向外的感应电流(21)，两组的感应电流大小相等方向相反，分别穿过外转子鼠笼导条(14)两端的外转子鼠笼端环汇合在一起，并构成闭合回路；感应电流产生异步起动转矩使外转子部件继续按照转子旋转方向(7)旋转； 当内定子(18)旋转磁场与外转子部件之间转过65°角时，外转子铁芯凸极(16)逆时针方向前侧的外转子鼠笼导条(14)产生的垂直向内的感应电流(22),大于外转子铁芯凸极(16)逆时针方向后侧的外转子鼠笼导条(14)产生的垂直向外的感应电流(21), —部分垂直向内的感应电流(22)和全部的垂直向外的感应电流(21 )，分别穿过外转子鼠笼导条(14)两端的外转子鼠笼端环汇合在一起，并构成闭合回路；剰余的垂直向内的感应电流(22)在外转子鼠笼导条(14) 一端的外转子鼠笼端环汇合在一起流入鼠笼换向板(13),从鼠笼换向板(13)流出的垂直向外的感应电流(21)穿过外转子鼠笼导条(14)另ー端的外转子鼠笼端环，剰余的垂直向内的感应电流(22)最終回到外转子鼠笼导条(14)构成闭合回路；感应电流产生异步起动转矩使外转子部件继续按照转子旋转方向(7)旋转；随着内定子(18)旋转磁场与外转子部件之间的转速差降低，在外转子鼠笼导条(14)上产生的异步起动转矩变小，直至外转子部件与内定子(18)旋转磁场的转速相等，外转子部件被牵入同步转速，异步起动转矩为零，外转子永磁同步电动机进入同步运转状态。
2.根据权利要求1所述的半磁片式永磁同步电动机异步起动法，其特征在于在变极变速环节，定子旋转磁场中未与转子永磁体磁极相互作用的定子磁极能产生定子附加磁场；永磁同步电动机的转子部件一对磁极中，只使用一个永磁体作为ー个磁极，并利用转子铁芯凸极作为另外一个磁极，在相邻的转子铁芯凸极和永磁体下面的转子铁芯凹槽之间是转子阶梯槽，利用转子铁芯凸极和转子阶梯槽导磁却没有固定磁极极性的特点，当定子旋转磁场改变磁极极数时，在定子附加磁场的作用下，转子部件一对磁极中永磁体之外的磁极位置，能够在转子铁芯凸极和转子阶梯槽之间进行转换，使转子部件能够自动适应变换电动机磁极极数，实现永磁同步电动机的变极变速； 需要变极变速的内转子永磁同步电动机的外定子(I)磁极绕组按照低转速磁极数均布，永磁同步电动机在高转速运行时，通电的外定子(I)磁极绕组按照高转速磁极数均布，按照高转速磁极数均布的外定子(I)磁极是外定子铁芯基准磁极，相邻的两个外定子铁芯基准磁极之间是外定子铁芯变速磁极(12);永磁同步电动机在高转速运行时，外定子铁芯变速磁极(12)的磁极绕组不通电，外定子铁芯变速磁极(12)不产生旋转磁场；永磁同步电动机在低转速运行时，外定子铁芯变速磁极(12)的磁极绕组和外定子铁芯基准磁极的磁极绕组通电，外定子铁芯变速磁极(12)和外定子铁芯基准磁极共同产生旋转磁场；通过改变外定子(I)磁极绕组的接线方式，使外定子(I)的磁极分别产生高转速旋转磁场或低转速旋转磁场； 需要变极变速的内转子永磁同步电动机的内转子部件的磁极位置按照高转速磁极数均布，每个内转子部件磁极占用的弧度按照低转速磁极数计算；内转子部件的内转子铁芯(24)外表面均布若干个内转子铁芯凹槽(4)，内转子铁芯凹槽(4)的数量是电动机高转速磁极数的一半；内转子铁芯凹槽(4)之间是内转子铁芯凸极(3)，相邻的内转子铁芯凹槽(4)和内转子铁芯凸极(3)之间是内转子阶梯槽(11);每个内转子阶梯槽(11)、内转子铁芯凹槽(4)和内转子铁芯凸极(3)占用一个磁极的弧度；在内转子铁芯凸极(3)和内转子阶梯槽(11)下面均布若干个外圈鼠笼导条(2)，在内转子铁芯凹槽(4)下面均布若干个内圈鼠笼导条(6)，全部的外圈鼠笼导条(2)和内圈鼠笼导条(6)的两端各有一个内转子鼠笼端环连接在一起；在内转子部件一对磁极中，只使用一个内转子永磁体(5)作为一个磁极，并利用内转子铁芯凸极(3)作为另外一个磁极，在每个内转子铁芯凹槽(4)处粘贴内转子永磁体(5)，同一个内转子部件中，内转子永磁体(5)的磁极极性相同，即每个内转子永磁体(5 )的圆弧外表面都是N极，或者都是S极；在内转子永磁同步电动机起动时，外圈鼠笼导条(2)和内圈鼠笼导条(6)切割外定子(I)旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把内转子部件牵入同步转速；内转子铁芯凸极(3)外表面至外定子(I)内表面的气隙是凸极气隙，内转子阶梯槽(11)外表面至外定子(I)内表面的气隙是阶梯槽气隙，内转子永磁体(5)外表面至外定子(I)内表面的气隙是永磁体气隙；需要变极变速的内转子永磁同步电动机的凸极气隙长度小于阶梯槽气隙长度，阶梯槽气隙长度小于或等于永磁体气隙长度； 需要变极变速的外转子永磁同步电动机的内定子(18)磁极绕组按照低转速磁极数均布，永磁同步电动机在高转速运行时，通电的内定子(18)磁极绕组按照高转速磁极数均布，按照高转速磁极数均布的内定子(18)磁极是内定子铁芯基准磁极，相邻的两个内定子铁芯基准磁极之间是内定子铁芯变速磁极(20);永磁同步电动机在高转速运行时，内定子铁芯变速磁极(20)的磁极绕组不通电，内定子铁芯变速磁极(20)不产生旋转磁场；永磁同步电动机在低转速运行时，内定子铁芯变速磁极(20)的磁极绕组和内定子铁芯基准磁极的磁极绕组通电，内定子铁芯变速磁极(20)和内定子铁芯基准磁极共同产生旋转磁场；通过改变内定子(18)磁极绕组的接线方式，使内定子(18)的磁极分别产生高转速旋转磁场或低转速旋转磁场； 需要变极变速的外转子永磁同步电动机的外转子部件的磁极位置按照高转速磁极数均布，每个外转子部件磁极占用的弧度按照低转速磁极数计算；外转子部件的外转子铁芯(25)内表面均布若干个外转子铁芯凹槽(15)，外转子铁芯凹槽(15)的数量是电动机高转速磁极数的一半；外转子铁芯凹槽(15)之间是外转子铁芯凸极(16)，相邻的外转子铁芯凹槽(15)和外转子铁芯凸极(16)之间是外转子阶梯槽(19);每个外转子阶梯槽(19)、外转子铁芯凹槽(15)和外转子铁芯凸极(16)占用一个磁极的弧度；在外转子铁芯凸极(16)和外转子阶梯槽(19)下面均布若干个外转子鼠笼导条(14);外转子铁芯凸极(16)位置对应的外转子铁芯(25)外侧边缘有鼠笼换向板(13),姆个鼠笼换向板(13)与邻近一组外转子鼠笼导条(14)的两端各有一个外转子鼠笼端环连接在一起；在外转子部件一对磁极中，只使用一个外转子永磁体(17)作为ー个磁极，并利用外转子铁芯凸极(16)作为另外ー个磁扱，在每个外转子铁芯凹槽(15)处粘贴外转子永磁体(17)，同一个外转子部件中，外转子永磁体(17)的磁极极性相同，即每个外转子永磁体(17)的圆弧外表面都是N扱，或者都是S极；在外转子永磁同步电动机起动时，外转子鼠笼导条(14)切割内定子(18)旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把外转子部件牵入同步转速；外转子铁芯凸极(16)内表面至内定子(18)外表面的气隙是凸极气隙，外转子阶梯槽(19)内表面至内定子(18)外表面的气隙是阶梯槽气隙，外转子永磁体(17)内表面至内定子(18)外表面的气隙是永磁体气隙；需要变极变速的外转子永磁同步电动机的凸极气隙长度小于阶梯槽气隙长度，阶梯槽气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。·
【文档编号】H02P6/20GK103580429SQ201310587363
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】杨志伟, 孟祥利, 赵晓东 申请人:大连东利伟业环保节能科技有限公司