一种u铁心单相永磁同步电动机及其自起动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种U铁心单相永磁同步电动机及其自起动方法，特别涉及一种利用永磁体对永磁转子初始位置进行偏移定位的方法和采样这种方法实现自起动的U型铁心单相永磁同步电动机，属于永磁电机技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，单相自起动永磁同步电动机是适用于单相电源供电的电动机，结构简单、成本低廉和高效节能，具有良好的应用前景。采用U型定子铁芯的单相永磁同步电动机结构尤为简单，制造方便。由于电动机功率较小，转子上都没有鼠笼绕组，因此这种电动机不具有自起动能力；采用不对称的不均匀气隙结构，使得静止状态时永磁转子的NS极初始位置偏离定子绕组通电磁场的中线，从而在不需要外加电源控制装置和起动副绕组或者起动电容电阻的情况下，U铁心单相永磁同步电动机便可自起动。主要适用于对起动转矩要求不高的风机和栗类负载。
[0003]现有相关技术中，U铁心单相永磁同步电动机都是采用不对称的不均匀气隙结构来实现自起动的，这种结构实质上是加大了一侧气隙的长度，使得平均气隙长度增加，主磁路的磁阻加大，主磁通降低，直接降低了电动机出力和力能指标。因此，如何利用简便可行的方法实现U铁心单相永磁同步电动机的自起动，同时不牺牲电动机出力和力能指标，关键技术问题亟待解决。
【发明内容】
[0004]针对上述现存的技术问题，本发明提供一种U铁心单相永磁同步电动机及其自起动方法，以克服现有采用不对称的不均匀气隙结构来进行自起动的不足，且益于提高电动机出力和力能指标。
[0005]本发明提供一种U铁心单相永磁同步电动机，包括U型定子铁心，对称设置在U型定子铁心上的两个定子绕组，设置在U型定子铁心开口处径向充磁的转子永磁体，以及安装在转子永磁体中心的转轴。改进点在于:所述的u型定子铁心面向转子永磁体的磁极表面上、在偏离转子永磁体静止时磁极中线的位置上、开设有一个或者两个对称的定子槽，且每个定子槽内安装一径向充磁的定位永磁体。
[0006]进一步，在U型定子铁心磁极上开设两个对称定子槽的情况下，所述的两个定子槽内安装的定位永磁体的磁极极性是NS交替排列的。
[0007]更进一步，为了益于永磁转子初始定位，减少漏磁和增加定位转矩，所述的定位永磁体的宽度小于定子槽的宽度，使得定位永磁体两侧与定子槽壁留有一定的隔磁间隙。并且，所述的定位永磁体与定子槽之间的隔磁间隙填充非导磁非导电材料，既可减少漏磁又可以避免产生涡流。
[0008]更进一步，为了避免定位永磁体与转子永磁体的刮碰，所述的定位永磁体充磁方向的厚度小于定子槽的深度为宜。
[0009]更进一步，所述的定位永磁体的铁心长度不长于转子永磁体的轴向长度。
[0010]本发明又提供一种U铁心单相永磁同步电动机的自起动方法，适用于上述U铁心单相永磁同步电动机，通过在开设于u型定子铁心面向转子永磁体的磁极表面上的定子槽内安装定位永磁块，使得由转轴支撑的转子永磁体静止时的NS极轴线与定子绕组通电后形成的驱动磁场轴线产生初始夹角；在电机定子绕组接通单相交流电源后，定子绕组产生的驱动磁场与转子永磁体的磁场之间存在着夹角，定子驱动磁场与转子永磁磁场相互作用产生的转矩T ^ 0，施加在永磁转子上，从而实现U铁心单相永磁同步电动机的自起动。
[0011]综上所述，本发明提供的U铁心单相永磁同步电动机及其自起动方法，并且不需要外加电源控制装置(如变频器)，也不需要加入额外的辅助线圈(如副绕组和移相电容)等，电动机可以采用均匀气隙，克服了现有技术特别是采用不对称不均匀气隙结构实现自起动的不足，益于改善永磁电机的性能，降低永磁电机的振动和噪声，提高电机运行稳定性和可靠性。
【附图说明】
[0012]图1为本发明U铁心单相永磁同步电动机的结构示意图；
图2为本发明中定位永磁体与定子槽的结构尺寸关系图；
图3为本发明中定位永磁体的结构尺寸示意图；
图4为本发明U铁心单相永磁同步电动机的自起动转速曲线；
图中:1、U型定子铁心，2、定子绕组，3、定子槽，4、定位永磁体，7、转子永磁体，8、转轴。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0014]如图1所示，本发明U铁心单相永磁同步电动机包括:主要由高导磁率软磁材料制成的U型定子铁心1 ;对称设置在U型定子铁心1上的两个由漆包线绕成的定子绕组2，两个定子绕组2视供电单相电源的电压等级可以串联或者并联；设置在U型定子铁心1开口处径向充磁的转子永磁体7，转子永磁体7为径向充磁且具有两极特征；安装在转子永磁体7中心的转轴8，可以用于支撑转子永磁体7。
[0015]实施时，视初始定位力矩大小和定位效果，在上述U型定子铁心1面向转子永磁体7的磁极表面上、在偏尚磁极中线的位置上、开设有一个定子槽3，也可以开设两个对称的定子槽3，且每个定子槽3内放置一径向充磁的定位永磁体4，该定位永磁体4使得永磁转子静止时的NS极轴线与定子绕组2通电后形成的驱动磁场轴线产生一定的初始夹角。若开设两个定子槽3，其内安装的定位永磁体4的磁极极性是NS交替排列的，如图1所示。
[0016]上述实施例中，如图2和图3所示，定子槽3宽为C、深为H，而定位永磁体4的充磁方向为径向，宽度b，充磁方向厚度为h，铁心长度为L。为了定位永磁体4安装在定子槽3内时，定位永磁体4的宽度b要小于定子槽3的宽度C，使得定位永磁体4两侧与定子槽3壁之间留有一定的隔磁间隙a，如此益于永磁转子7初始定位，减少漏磁和增加定位转矩。进一步的，此隔磁间隙a可以空置也可以用非导磁非导电材料填充，既可减少漏磁又可以避免产生涡流。
[0017]并且，为了避免定位永磁体4与转子永磁体7刮碰，定位永磁体4充磁方向的厚度h也要小于定子槽3的深度H。此外，定位永磁体4的铁心长度L，以不长于转子永磁体7的轴向长度为宜。
[0018]使用时，由50Hz单相交流电源为本发明U铁心单相永磁同步电动机供电，由于定位永磁体4的作用，使得定子绕组2产生的驱动磁场与转子永磁体7的磁场之间存在着夹角，定子驱动磁场与转子永磁磁场相互作用产生起动转矩施加在永磁转子7上，就能实现U铁心单相永磁同步电动机的自起动。电动机自起动过程中动态起动转速随时间变化曲线，如图4所示，电动机的转速能在短时间内迅速上升，实现自起动并迀入同步运行。
[0019]以上所述的实施例，并不用以限制本发明的技术特征，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种U铁心单相永磁同步电动机，其特征在于，包括U型定子铁心(I )，对称设置在U型定子铁心(I)上的两个定子绕组(2)，设置在U型定子铁心(I)开口处径向充磁的转子永磁体(7)，以及安装在转子永磁体(7)中心的转轴(8);所述的U型定子铁心(I)面向转子永磁体(7)的磁极表面上、在偏离转子永磁体(7)静止时磁极中线的位置上、开设有一个或者两个对称的定子槽(3 )，且每个定子槽(3 )内安装一径向充磁的定位永磁体(4 )。2.根据权利要求1所述的一种U铁心单相永磁同步电动机，其特征在于，所述的两个定子槽(3)内安装的定位永磁体(4)的磁极极性是NS交替排列的。3.根据权利要求1或2所述的一种U铁心单相永磁同步电动机，其特征在于，所述的定位永磁体(4)的宽度小于定子槽(3)的宽度。4.根据权利要求3所述的一种U铁心单相永磁同步电动机，其特征在于，所述的定位永磁体(4)与定子槽(3)之间的隔磁间隙填充非导磁非导电材料。5.根据权利要求1或2所述的一种U铁心单相永磁同步电动机，其特征在于，所述的定位永磁体(4)充磁方向的厚度小于定子槽的(3)深度。6.根据权利要求1或2所述的一种U铁心单相永磁同步电动机，其特征在于，所述的定位永磁体(4)的铁心长度不长于转子永磁体(7)的轴向长度。7.一种根据权利要求1或2所述的一种U铁心单相永磁同步电动机的自起动方法，其特征在于，通过在开设于U型定子铁心(I)面向转子永磁体(7 )的磁极表面上的定子槽(3 )内安装定位永磁块(4)，使得由转轴(8)支撑的转子永磁体(7)静止时的NS极轴线与定子绕组(2)通电后形成的驱动磁场轴线产生初始夹角；在电机定子绕组(2)接通单相交流电源后，定子绕组(2)产生的驱动磁场与转子永磁体(7)的磁场之间存在着夹角，定子驱动磁场与转子永磁磁场相互作用产生的转矩τ Φ O，施加在永磁转子上，实现U铁心单相永磁同步电动机的自起动。
【专利摘要】本发明公开了一种U铁心单相永磁同步电动机及其自起动方法，该电动机包括U型定子铁心，对称设置在U型定子铁心上的两个定子绕组，设置在U型定子铁心开口处径向充磁的转子永磁体，以及安装在转子永磁体中心的转轴；通过在U型铁心磁极上开槽内安装定位永磁块，使得永磁转子静止时的NS极轴线与定子绕组通电后形成的磁场轴线产生一定的夹角；于是在电机通电后，定子绕组磁场与转子永磁磁场间存在着夹角，作用在永磁转子上的转矩T≠0，从而实现自起动，益于改善永磁电机的性能，降低永磁电机的振动和噪声，提高电机运行稳定性和可靠性。
【IPC分类】H02K21/18, H02K1/17
【公开号】CN105245076
【申请号】CN201510619300
【发明人】安跃军, 陈崇飞, 许晓辉, 高丹, 齐海波
【申请人】徐州通用高新磁电有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月25日