本實(shí)用新型屬于電動機(jī)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種充磁低速大扭矩永磁同步電動機(jī)。

背景技術(shù)：

近年來，隨著永磁材料的突破與電機(jī)行業(yè)的發(fā)展，用功率密度高，效率高的低速大扭矩永磁同步電動機(jī)替代笨重、效率較低的異步電動機(jī)與減速機(jī)傳動系統(tǒng)已成為行業(yè)發(fā)展趨勢?，F(xiàn)有低速大扭矩永磁同步電動機(jī)多采用變頻起動，然而低速大扭矩電機(jī)對調(diào)速性能要求不高，并且功率較大，所選用的大功率變頻器多需從國外品牌購買，價格昂貴，性價比不高，故需考慮工頻自起動。在額定參數(shù)要求一定的情況下，即轉(zhuǎn)速、功率一定，要實(shí)現(xiàn)工頻50Hz自起動必須增加電機(jī)的極對數(shù)。但大功率異步起動永磁同步電動機(jī)體積大，轉(zhuǎn)動慣量大，再加上極對數(shù)增多后起動階段永磁制動轉(zhuǎn)矩非常大，即便轉(zhuǎn)子起動繞組串接起動電阻，電機(jī)仍然難以實(shí)現(xiàn)自起動。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種大容量雙饋起動低速大扭矩永磁同步電動機(jī)，其成本低并且能實(shí)現(xiàn)大容量雙饋起動。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本實(shí)用新型，提供了一種大容量雙饋起動低速大扭矩永磁同步電動機(jī)，其特征在于，包括定子及設(shè)置在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，并且所述轉(zhuǎn)子上設(shè)置有永磁體組；所述轉(zhuǎn)子具有多個轉(zhuǎn)子槽并且這些槽沿轉(zhuǎn)子外表面圓周布置，其中，

所述轉(zhuǎn)子槽內(nèi)設(shè)置有繞線式起動繞組和輔助繞組，并且所述繞線式起動繞組和所述輔助繞組沿所述轉(zhuǎn)子的徑向設(shè)置，所述繞線式起動繞組與所述永磁體組的間距大于所述輔助繞組與所述永磁體組的間距；

所述繞線式起動繞組放置于轉(zhuǎn)子槽上層，所述輔助繞組放置于轉(zhuǎn)子槽下層，兩者采用絕緣層隔離；

所述繞線式起動繞組上串接有起動電阻，以用于產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩；

所述輔助繞組在所述永磁同步電動機(jī)的任意一對極范圍內(nèi)均具有兩組繞組，其中，每組所述繞組均包括多個同心且串聯(lián)在一起的導(dǎo)線圈。

優(yōu)選地，每組所述繞組由同一根導(dǎo)線繞制而成。

總體而言，通過本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

本實(shí)用新型提出一種對永磁體切向充磁并在轉(zhuǎn)子增加輔助繞組與起動繞組的方法，在定子電源作用下實(shí)現(xiàn)電機(jī)的雙饋異步起動，有效解決了大容量永磁同步電動機(jī)工頻自起動困難的問題，省卻了成本高的大功率變頻器，并且電機(jī)效率高，功率因數(shù)高，滿足對大容量低速大扭矩電機(jī)需求行業(yè)的要求，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型中電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片在一對極范圍內(nèi)的示意圖；

圖2是圖1所示的一對極上的兩組繞組的示意圖；

圖3是輔助繞組作用下空載氣隙磁密的曲線圖；

圖4是轉(zhuǎn)速隨時間變化示意圖；

圖5是電磁轉(zhuǎn)矩隨時間變化示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

參照圖1～圖5，一種大容量雙饋起動低速大扭矩永磁同步電動機(jī)，包括定子及設(shè)置在定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，并且所述轉(zhuǎn)子內(nèi)設(shè)置有永磁體組，該永磁體組為切向充磁；所述轉(zhuǎn)子具有多個轉(zhuǎn)子槽并且這些轉(zhuǎn)子槽沿轉(zhuǎn)子外表面圓周布置，其中，

所述轉(zhuǎn)子槽內(nèi)設(shè)置有繞線式起動繞組1和輔助繞組2，并且所述繞線式起動繞組1和所述輔助繞組2沿所述轉(zhuǎn)子的徑向設(shè)置，所述繞線式起動繞組1與所述永磁體組的間距大于所述輔助繞組2與所述永磁體組的間距；

所述繞線式起動繞組1放置于轉(zhuǎn)子槽上層，所述輔助繞組2放置于轉(zhuǎn)子槽下層，兩者采用絕緣層隔離；

所述繞線式起動繞組1上串接有起動電阻，以用于產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩；

所述輔助繞組2在所述切向式永磁同步電動機(jī)的任意一對極范圍內(nèi)均具有兩組繞組，其中，每組所述繞組均包括多個同心且串聯(lián)在一起的導(dǎo)線圈并且這些導(dǎo)線圈的匝數(shù)根據(jù)永磁體組的磁勢進(jìn)行選擇，以用于在所述永磁同步電動機(jī)起動時削減永磁體組產(chǎn)生的永磁磁勢，并且使永磁磁勢削減后空載氣隙磁密仍然具有相應(yīng)的正弦性。

進(jìn)一步，每組所述繞組由同一根導(dǎo)線繞制而成，并且采用直流勵磁。

參照圖1，其共示出了轉(zhuǎn)子槽A～轉(zhuǎn)子槽L共12道槽，參照圖2，共有兩組線圈繞組，分別是第一繞組3和第二繞組4，第一繞組3中，轉(zhuǎn)子槽A 和轉(zhuǎn)子槽G中是空槽，即沒有導(dǎo)線繞過，而有一個導(dǎo)線圈從轉(zhuǎn)子槽B和轉(zhuǎn)子槽L繞過，類似地，轉(zhuǎn)子槽C和轉(zhuǎn)子槽K有導(dǎo)線圈繞過……，繞組穿過這些轉(zhuǎn)子槽后，通過端子M、端子X、端子N和端子Y來接線，并且第一繞組3和第二繞組4中這兩個線圈繞組中通入的電流反向。

本實(shí)用新型通過在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)設(shè)置上下兩層繞組，上層為正常繞線式起動繞組1并且其上串接合適起動電阻產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩；下層為輔助繞組2，輔助繞組2采用不等匝同心式繞組結(jié)構(gòu)分布，以保障磁勢削減后空載氣隙磁密仍然具有相應(yīng)的正弦性；根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體所產(chǎn)生的磁場軸線d軸和q 軸，輔助繞組2所產(chǎn)生磁場應(yīng)該與之同軸線反向，起動階段通合適電流產(chǎn)生補(bǔ)償磁勢削減永磁制動轉(zhuǎn)矩。牽入同步速后將輔助繞組2斷電，實(shí)現(xiàn)自起動。

具體實(shí)施時，轉(zhuǎn)子需經(jīng)過精密地計(jì)算與分析，采用場路耦合的方法初步計(jì)算內(nèi)置切向式永磁體大小，轉(zhuǎn)子槽大小。既需保障電機(jī)額定參數(shù)則空載氣隙磁密不可設(shè)計(jì)的太小，即轉(zhuǎn)子槽不能太大；又需要保障轉(zhuǎn)子槽有合適的空間安放起動繞組與輔助繞組2。此環(huán)節(jié)需初步計(jì)算后在有限元軟件中不斷仿真校驗(yàn)，得出優(yōu)化方案。對于輔助繞組2的設(shè)計(jì)，既要考慮繞組電密不至于過大，又要產(chǎn)生足夠的磁勢抵消起動階段永磁磁勢，則需優(yōu)化選擇通入直流電流大小與繞組匝數(shù)及繞組截面積，同樣需采用場路耦合方法計(jì)算仿真，不斷校驗(yàn)。本實(shí)用新型輔助繞組2設(shè)計(jì)為保障磁勢削減后空載氣隙磁密仍然具有相應(yīng)的正弦性及工藝問題，采用不等匝同心式繞組分布。

本實(shí)用新型電動機(jī)設(shè)計(jì)算例如下所示：

設(shè)計(jì)要求指標(biāo)為：

額定功率：2000kW

額定電壓：6kV

額定轉(zhuǎn)速：33.333rpm

電機(jī)設(shè)計(jì)尺寸如表1.1所示：

表1.1電機(jī)主要尺寸

轉(zhuǎn)子、定子、定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組設(shè)計(jì)參數(shù)見表1.2所示，其中，定子繞組星形連接，轉(zhuǎn)子繞組同樣星形連接。

表1.2定子和轉(zhuǎn)子參數(shù)

采用異步啟動的永磁同步電動機(jī)，為了兼顧轉(zhuǎn)子槽和氣隙磁密的要求，普通磁路結(jié)構(gòu)難以提供足夠大的扭矩。因此，本設(shè)計(jì)采用內(nèi)置并聯(lián)式磁路結(jié)構(gòu)，具體的永磁體組中每個永磁體的設(shè)計(jì)如表1.3，永磁體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1。

表1.3永磁體設(shè)計(jì)尺寸

通過下述仿真可驗(yàn)證本實(shí)用新型：

1)當(dāng)輔助繞組中通入100A直流電流，在空載條件下，與永磁磁場綜合作用得到的氣隙磁密分布如圖4所示，氣隙磁密有效值為0.4046T，是額定空載氣隙磁密0.76T的53.24％，參照圖3；

2)啟動過程中，為了獲得較大的異步轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子三相起動繞組中需要每相串聯(lián)1ohm的電阻。經(jīng)仿真，在輔助繞組工作的條件下，電機(jī)空載啟動時間約為5s，啟動過程中，定子繞組啟動電流有效值510A，轉(zhuǎn)子啟動電流有效值290A，轉(zhuǎn)子輔助繞組中直流電流100A。則此時轉(zhuǎn)子繞組中電流密度13.81A/mm²，輔助繞組中電流密度為32.61A/mm²，均在5A/mm²的7倍以內(nèi)。啟動過程仿真示意圖如圖4所示。

待電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速33.33rpm之后，直流輔助繞組的激勵可以在4s的時刻去掉，則此時電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。