[发明专利]一种凸极变极同步电机

说明书

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种变极同步电机。

背景技术

同步电机的调速有多种方式，但变极调速最为简便易行。与异步电机不同，同步电机变极调速需要同时改变定子绕组和转子绕组的极对数。对于同步电机定子绕组变极问题，从原理上来说，与异步电机定子绕组变极相同，其研究也已相当深入，同步电机变极的特点或是难点主要在于转子变极。

同步电机按转子结构不同可分为隐极式和凸极式两种，隐极机的气隙是均匀的而凸极机气隙是非均匀的。实际应用中需要调速的同步电机多为低速凸极机，因此对于凸极机转子变极问题进行研究有一定意义。

改变凸极同步电机转子极对数的方法有分组反接方式，短接部分磁极线圈再分组反接方式，以及大小磁极加分组反接方式等。其中分组反接方式最为简单，但气隙磁场中谐波分量大，电磁材料利用率低，大小磁极方式的气隙磁场谐波分量则相对较小，电磁材料利用率也有提高。

目前变极凸极同步电机转子通常采用磁极大小宽度不同，间距不等的结构形式。为确定这样一个转子变极方案，一般的做法是先将两种极数沿转子圆周表面的极性变化用长方格表示，即形成一个极区图，然后借助于这个极区图来确定磁极位置，以及不同宽度的大、小极布置方案。

不过，这种极区图实际上只是一个粗略的分析工具，仅仅用此很难准确确定磁极位置，或是各个磁极的大小及间距。目前的大小极不等距分布这种结构本身也存在空间或材料利用率低的问题，而且，这种结构常要求在一种极数下丢掉一些励磁极，这不但会使转子绕组接线复杂化并造成材料利用率进一步下降。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种凸极变极同步电机，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题主要通过以下技术措施来实现：

一种凸极变极同步电机，包括定子和转子，所述定子三相绕组具有p₁和p₂两种不同的极对数，其中p₁＞p₂；转子上布置的磁极为凸极不等距结构，磁极大小宽度相同，磁极间距为τ₁+τ₁n/k，其中τ₁=πD/(2p₁)，D为转子外径；n=0，1，…k；k为密槽系数，k为任意正整数，每个磁极上绕有直流励磁线圈，全部磁极分为两组，当两组磁极线圈通过电流方向相同时，转子呈现极对数p₁；当两组磁极线圈通过电流方向相反时，转子呈现极对数p₂。

所述转子绕组采用串联/并联接法时，通过滑环引出线为3根；所述转子绕组采用串联/串联接法时，通过滑环引出线为4根。

本发明采用如下步骤实现转子变极：

1）确定虚拟转子槽数Z，Z=2kp₁；根据p₁、p₂和Z，分别作变前极p₁槽号相位图和变前极p₂槽号相位图；

2）在变前极p₁槽号相位图上任选1列作为原始磁极列，此列所含槽号，代表了变极前原有磁极的初始位置；

3）在变前极p₁槽号相位图上选取与原始磁极列相邻的n列作为移动列，代表进行变极方案选择时磁极可能移动到的位置，所述相邻的n列处于原始磁极列的一侧或两侧，n=1，2，...k；

4）将所述原始磁极列槽号和移动列槽号重新按变后极p₂的槽号相位排布，分别列于变后极p₂的槽号相位图下，形成分列槽号相位图，在分列槽号相位图上任意位置，用1根对称轴线将按变后极p₂的槽号相位排布的原始磁极列槽号和移动列槽号平分为两个部分，这两个部分互差180°对称，原始磁极列和移动列各自被分为互差180°对称的两个槽号组；将原始磁极列分为互差180°对称的两个槽号组，作为基本变极方案；在基本变极方案中，将任意一个槽号组所包含的槽号反向，原始磁极列对应极对数即从p₁变为p₂；

基本变极方案对于极对数p₁而言，绕组利用系数高谐波含量低，但对于极对数p₂，对应的绕组利用系数低，谐波含量大，为提高极对数p₂的绕组系数，必须去掉位于槽号组边缘的一些槽号，使变后极p₂对应的相带宽度变窄。