一种能够动态分磁的永磁电动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电机制造技术领域，涉及一种永磁电动机。
【背景技术】
[0002]永磁电动机包括转子和定子，其中转子主要由电机轴、铁心、导条、端环和永磁体构成。这种异步起动的永磁电机的结构和一般异步电机的区别，仅是在转子铁心内嵌入了永磁体。在嵌入永磁体后，异步电机就变成了异步起动的同步电机了。在转子两个不同极性的中线，称为交轴，磁极的中心线就称为直轴。目前永磁电机的启动，除变频启动外还只能采用异步启动。异步起动的永磁电动机为克服转子永磁体“磁通”的影响，只好加大异步启动转矩，借此淹没或者说克服转子永磁体主磁通的影响，也因此不能采用降压启动。这就加大了启动电流，最大启动电流可加大到1Ie左右。而一般异步电机的启动电流在5Ie~6Ie，最大也不超过7倍。因此，永磁电机启动时对电网电压的影响就大到1.5倍以上。这对小容量电网的影响就不可低估了，有时甚至会造成启动失败。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种能够动态分磁的永磁电动机，从而改善永磁电机的异步启动性能，实现降压启动。
[0004]本发明的设计思路是在永磁电机启动的过程中，当定转子的磁极处于异极性相对是，定转子是相互吸引的，定子的旋转磁场瞬间拉动转子，即电机瞬间处于同步电机运行状态，这就不需要分磁了。由于转子的惯性，致使转子的转速一时还跟不上定子旋转磁场的转速，所以接下来就是定转子的磁极处在同极性下并相互排斥，造成脉动阻转矩，气隙磁阻也加大了，致使定子电流也加大了，这时才需要对转子磁极进行分磁。
[0005]为了实现分磁的目的，我们采用有源分磁的方法，即在转子的交轴位置设置分磁线圈。用转子自身的感应电流加入分磁线圈，把转子永磁体的主磁通主动地吸引过来实现分磁。由于转子的感应电流有低电压大电流的特点(启动时，导条中的电流是额定电流的几十倍)，所以就会以较大地分磁能力实现分磁。当电机转速进入亚同步以后，分磁电流会自动消失，便可实现动态分磁的目的。
[0006]本发明解决技术问题的方案是在转子铁心(磁轭)的每个交轴中心线处开有轴向的通孔，通孔的径向位置选在距转子表面1/2~1/3磁轭处，即设定电机轴边沿至转子的铁心外边沿距离是1，通孔的径向位置距铁心外边沿距离是1/2~1/3，每个通孔中穿有导体，构成分磁线圈边，导体分磁线圈边的两端通过与相同端的端环连接，连接点的位置是与转子转向相反的交轴中心线70-80度夹角处，即转子逆时针旋转时，夹角为交轴中心线顺时针70-80度，导体与端环和导条构成回路，其中导体采用紫铜或铝材料，紫铜做为导体时其截面积是导条截面积的0.4-0.6倍，铝做为导体时其截面积是导条截面积的0.8-1.2倍。
[0007]其中导体的两端与端环连接点的位置是转子转向相反的交轴中心线75度夹角处为最佳。
[0008]紫铜做为导体，并且截面积是导条截面积的0.5倍效果最好。
[0009]当定转子磁极处于异极性相对时，定转子磁极相互吸引。现以定子旋转磁场的“N”极为例来说明，当定子的N极旋转到与转子的“S”极中心(直轴)相对时，功角为“O”度，转矩为“O”。当定子N极向前旋转至交轴时，功角为90度角，转矩达到最大值。对于电励磁同步电机来说，其转矩就会迅速下降至零。对于永磁电机来说，电机就进入了 “磁阻转矩”区。书中介绍，磁阻转矩的最大值出现在110度角左右，即定子旋转磁场的中线旋转到交轴中线前方20度角左右的位置。再前移一定角度后，磁阻转矩也会消失而进入我们所不希望的永磁干扰区。分磁的讨论就从此地开始。见图2。图中角度均指电角度，下同。
[0010]在交轴区，依然是定子旋转磁场的“N”极的磁通，转子鼠笼条中的感应电流是流向纸里(通常以?表示)的。如前述，在交轴的磁轭上设置了分磁线圈的一个边，另一个线圈边取在定子后面的“S”极下的转子鼠笼导条中。其位置这样计算:从交轴算起，绕组节距应逆旋转方向大于70度角。此处导条的感应电流是流出纸面的(通常用Θ表示)，这是我们所需要的分磁电流的方向，就在这个位置的鼠笼条的端环上，做一连接线和分磁线圈边相连，使该电流流入交轴下面的分磁线圈边，就形成了分磁磁势。该分磁线圈就是横在转子交轴表面，横跨在两磁极间切向布置的线圈一分磁线圈。
[0011]现用图3来表示此时定转子的磁极在空间上的关系，表明分磁线圈节距的选取原则:在交轴逆转向的大于70度角时，才是下一个定子“S”极下的导条，其转子导条中的电流方向，才是所需要的。
[0012]从异步电机的矢量图中知道，转子导条中的电流是滞后于电势的，滞后的角度随启动时间(转子转速)的不同而不同。在启动的初期，其角度可达70度角以上，所以这个“S”极前端的导条中的感生电流是很小的，甚至没有电流。所以在这里只是给分磁电流开了一扇门，能否打开这扇门，或者何时打开这扇门，还是要依电机自身的需要了。其实，此时也是不需要分磁的。因为此时正是磁阻转矩的最大值，是不需要也不能分磁的。这个气隙磁通线如图2中的曲线。当定子磁极再向前移动时，因磁阻的加大而使磁通下降，由于这个磁通是通过分磁线圈的，所以线圈中就会因自感而产生感应电流来阻止其减少，以维持原磁通不变。这就打开了分磁电流的门。这个自感电流的方向也是选取分磁电流的方向。而此时定子的“N”极已离它而去，并进入了转子的“N”极区，此时电机气隙的磁阻也变得很大，所以转子的“N”极就取代定子的“N”极磁通，在分磁磁势的吸引下而和邻近转子的“S”极磁通闭合了，完成分磁的功能。其实，为了减少极间漏磁，交轴的磁阻设计得很高，因此这个用于分磁的磁通就不会很大。可由于分磁线圈的存在，使这个磁路变成有源磁路。这样，磁通就不必要通过交轴磁路，只需要平衡分磁线圈中的磁势(WI)即可。犹如交流电路中的电容器，交流电流不必流过电容器，只是平衡它里面的位移电流所行成的电势即可。依照这一理念，姑且把这个分磁线圈此时的功能，就称为“磁容器”也可。当然，这个自感生成的磁势维持的时间长短，就看此系统的时间常数了。好在接下来的时间，就是来自异步电机转子导条中的分磁电流，会逐渐加大到几十倍的额定电流值，来继续维持这段时间的分磁功能。
[0013]上面只是对一个转向进行了说明。为在双转向都能运行，可在交轴的分磁线圈边上，以同样的角度分别向两个方向的转子鼠笼端环连接分磁线圈即可。
[0014]接着前面的说明，当定子旋转磁场再前移，定子下一个“S”极刚刚进入转子的“N”极区时，转子的磁通也会逆转向提前进入定子的“S”极，也能形成“磁阻转矩”，不过这时的磁阻转矩却是“负”值，即是阻转矩。这也是不希望的。刚好，此时另一半分磁线圈还会减少这个“负磁阻转矩”的幅值。接下来，就是进入暂短的“同步运行”了。且这个“同步运行”的时间会越来越长，最后被牵入同步运行，完成电机的启动。
[0015]本发明充分利用了异步电机导条中感生电流的优点一低电压大电流及分磁线圈的自感性能，方便地实现了分磁，又同时能适应动态变化的需要一动态分磁，消除了永磁体磁通对电机异步启动时的不利影响，改善电机的启动性能。
【附图说明】
[0016]图1为本发明电动机的剖视图；
图2为本发明导体分磁线圈通孔的位置示意图；
图3为分磁线圈位置关系图；
图4为定子转子磁极相互关系不意图。
【具体实施方式】
[0017]例1、本发明电动机由转子I和定子2组成，其中转子I主要由电机轴3、铁心4、导条5、端环6和永磁体7构成，在转子I的铁心4的每个交轴中心线处开有轴向的通孔9，通孔9的径向位置选在距转子表面1/2磁轭处，每个通孔9中穿有导体8，构成分磁线圈边，导体8分磁线圈边的两端通过与相同端的端环6连接，连接点的位置是与转子I转向相反的交轴中心线70度夹角处，导体8与端环6和导条5构成回路，其中导体8采用紫铜线，导体8截面积是导条5截面积的0.6倍。
[0018]例2、本发明电动机由转子I和定子2组成，其中转子I主要由电机轴3、铁心4、导条5、端环6和永磁体7构成，在铁心4的每个交轴中心线处开有轴向的通孔9，通孔9的径向位置选在距转子表面1/3磁轭处，每个通孔9中穿有导体8，构成分磁线圈边，导体8分磁线圈边的两端通过与相同端的端环6连接，连接点的位置是与转子转向相反的交轴中心线80度夹角处，导体8分磁线圈与端环6和导条5构成回路，其中导体8采用紫铜线，导体8截面积是导条5截面积的0.5倍。
[0019]例3、本发明电动机由转子I和定子2组成，其中转子I主要由电机轴3、铁心4、导条5、端环6和永磁体7构成，在铁心4的每个交轴中心线处开有轴向的通孔9，通孔9的径向位置选在距转子表面1/2磁轭处，每个通孔9中穿有导体8，构成分磁线圈边，导体8的两端通过与相同端的端环6连接，连接点的位置是与转子转向相反的交轴中心线75度夹角处，导体8与端环6和导条5构成回路，其中导体8采用铝线，导体8截面积与导条截面积相同。
【主权项】
1.一种能够动态分磁的永磁电动机，包括转子和定子，其中转子主要由电机轴、铁心、导条、端环和永磁体构成，其特征在于:在转子铁心的每个交轴中心线处开有轴向的通孔，通孔的径向位置选在距转子表面1/2~1/3磁轭处，每个通孔中穿有导体，构成分磁线圈边，导体的两端通过与相同端的端环连接，连接点的位置是与转子转向相反的交轴中心线70-80度夹角处，导体与端环和导条构成回路，其中导体采用紫铜或铝材料，紫铜做为导体时其截面积是导条截面积的0.4-0.6倍，铝做为导体时其截面积是导条截面积的0.8-1.2倍。
2.根据权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于:导体的两端与端环连接点的位置是转子转向相反的交轴中心线75度夹角处。
3.根据权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于:紫铜做为导体，并且截面积是导条截面积的0.5倍。
【专利摘要】一种能够动态分磁的永磁电动机，属于电机制造技术领域，包括转子和定子，其中转子主要由电机轴、铁心、导条、端环和永磁体构成。在转子铁心的每个交轴中心线处开有轴向的通孔，通孔的径向位置选在距转子表面1/2~1/3磁轭处，每个通孔中穿有导体,导体的两端通过与相同端的端环连接，连接点的位置是与转子转向相反的交轴中心线70-80度夹角处，导体与端环和导条构成回路，其中导体采用紫铜或铝材料。本发明方便地实现了分磁，又同时能适应动态变化的需要—动态分磁，消除了永磁体磁通对电机异步启动时的不利影响,改善电机的启动性能。
【IPC分类】H02K1-26, H02K21-46, H02K1-27
【公开号】CN104578497
【申请号】CN201410800280
【发明人】杜恩武, 李华山, 孙普
【申请人】吉林省绿能环保科技发展有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月22日