高性能稀土永磁同步电动机属电工领域。 永磁同步电动机具有力能指标(效率η,功率因数cosψ)高,结构简单,维护方便的特点,是一种效能高,用途广泛的节能电动机。
由于稀土永磁材料具有高剩磁Br,高矫顽力Hc和高磁能积(BH)的三高特点,使电机的功率与重量的比值、效率η和功率因数cosψ均比一般异步电机高,且转速稳定,只与电网频率有关。但这种永磁同步电动机的起动性能差。目前均采用鼠笼条或磁滞异步起动,然后牵入同步。在起动过程中,在同步转速前,永磁磁场产生的力矩与异步起动的异步力矩方向相反,成为起动阻力矩。永磁磁场愈强,其阻力矩愈大,严重影响电机的起动,甚至使起动力矩具有凹陷现象。因而成为国内外广大学者研究之重点。但至今为止研究的途经主要是通过最佳选择鼠笼条和磁路结构尺寸,来提高异步力矩,但只是对起动性能所有改善而已,尚未根本解决。
本发明的目的在于使永磁电动机在起动过程中,削弱永磁磁场所产生的阻力矩,在牵入同步时,又使这种削弱作用自然消失,恢复永磁磁场,进入同步运行,从而获得高起动性能,从根本上解决永磁同步电动机电网直接起动存在的问题。
本发明的特点是转子永磁体(磁钢)嵌入转子铁芯内的内装式结构,外侧装置主磁极极靴,构成转子电枢铁芯,上面开有槽,装设多相交流绕组,即异步起动绕组。各磁极磁钢之间设置异步起动永磁去磁绕组。磁钢的内侧为磁极磁轭和转轴,该转子上并装有多相桥式整流器,随转子旋转,亦可称为旋转整流器,它是将转子交流绕组和永磁去磁绕组相连接而构成整流电路。
其工作原理是,定子绕组接电源后,气隙中就形成旋转磁场,在其转子交流绕组中产生感应电势,经多相桥式整流器整流成直流供给转子永磁体去磁绕组,形成转子励磁磁势,该磁势的方向与永磁体磁势方向相反,呈去磁作用。由于转子交流绕组中流过的交流电流与定子旋转磁场相互作用,生成电磁力矩,即异步力矩,使电机起动旋转,在电机转速未达到同步之前,该异步起动力矩和去磁绕组中去磁磁势的去磁作用始终存在,且异步转差愈大,对永磁体的去磁作用愈强,从而使起动过程中永磁磁场的阻力矩大大削弱,使起动力矩得到提高,克服永磁电机起动困难的缺点。当电机牵入同步速后,转子交流绕组中的感应电势为零,其去磁绕组中无励磁电流存在,对永磁体无去磁作用,保证了永磁同步电动机自身的特性,同步运行时,异步起动绕组和直流绕组便成为同步电动机的阻尼绕组,使电动机的工作性能得到改善。其效率比一般步异机高4~10%,功率因数接近1,使电机具有明显的节能效果。
本发明地附图如下:
附图1.本发明的永磁同步电动机结构示意图。
附图2.永磁体(磁钢)为矩形的示意图。
附图3.永磁体为瓦形的示意图。
附图4.本发明的多相桥式整流器电路图。
附图5.a)鼠笼条或磁滞异步起动力矩图。
b)本发明异步起动力矩图。
由附图1可知,本发明的高性能稀土永磁同步电动机由定子铁芯(1)、机壳(2,11)、永磁体(3)、转子电枢铁芯即磁极极靴(4)、定子绕组(5)、转子异步起动绕组(6)、起动去磁绕组(7)、多相桥式整流器(8)、机座(9)、端盖(10,12)、轴承(13)、转轴(14)及转子端压板(15)所构成。其中永磁体(3)可制成如附图1与附图2所示的矩形,也可制成如附图3所示的瓦形或其他形式,嵌入其转子铁芯之内。在永磁体(3)外侧所装置的磁极极靴(4)由硅钢片冲制而成,组成电枢铁芯,其表面有槽,安置对称的转子多相交流绕组(6)即线绕式转子。极数与永磁体磁极极数相同。永磁体内侧为磁极磁轭(16)〔在附图2和3中为(5)〕和转轴(14)〔在附图2和3中为(6)〕,磁钢(3)与磁钢(3)的磁极之间留有足够的间隙,构成大槽,以便放置起动去磁绕组即转子直流绕组(7)。多相桥式整流器(8)可采用专用块,直接安装在转轴(14)上,紧靠永磁体(3),使结构简单可靠,并可设置风扇,提高定子的散热效果。定子同一般电机一样,由定子电枢铁芯和定子多相交流绕组组成,绕组的相数和极数均与转子相同,多相绕组必须对称。
附图3为旋转整流器(8)的多相桥式整流电路,它将转子交流绕组中的感应电势整流成直流供给转子永磁体(3)极间的起动去磁绕组(7),形成转子的励磁磁势(Ni,Si),其方向与永磁体磁势(Nm,Sm)的方向相反,对永磁体起去磁作用,使永磁电机在起动过程中大大削弱永磁磁场所产生的阻力矩,如附图4(b)M2所示。图中的M1为异步起动力矩,M为合成起动力矩。附图4(a)所示的为采用鼠笼条或磁滞异步起动力矩图。比较附图4的(a)和(b),很明显地看出,图4(a)的永磁磁场所产生的阻力矩M2很大,不仅削弱了起动力矩M,且使M出现下凹现象,而图4(b)所示的起动力矩M相对于图4(a)来说,得到了明显的改善,不仅提高了起动力矩M,且基本上消除了下凹的现象,从而解决了永磁电机难以起动的困难。当电机牵入同步速后,由于转子交流绕组中感应电势为零,去磁绕组无励磁电流存在,对永磁体的去磁作用自然消失,完全由永磁磁场与定子旋转磁场相互作用,构成永磁同步电动机工作,保证了永磁电机的性能。
由于永磁电机体积小,重量轻,不需消耗励磁功率,无励磁损耗,其效率比一般异步电动机高4~10%,cosψ接近于1,同步速运行,转速稳定,应用广泛,可替代现有的大部分异步电动机。