[发明专利]一种异步感应起动的稀土永磁电机

说明书

一种异步感应起动的稀土永磁电机，它适用于负载状态变化很大的机械装置，如油田使用的抽油机等，属于一种具有电动机和发电机双重功能的电机。

如象抽油机等机械装置，它工作所带负载是一种重力型负载。在负荷被提升时电机对负荷做功。这时电机做的功不仅被一些其它耗散力所消耗，而且还有一部分功（有时是一大部分功），被负荷以自身的位能形式存贮。在负荷下降时，负荷把所存贮的位能释放出来。由于普通电动机不具备电动机与发电机的双重功能，因而负荷下降时所释放的能量不能吸收。这样总的系统效率很低，一般只有17%左右。使用变工况电动机，也只能是使做正功的半个周期中效率提高，而总的系统效率提高并不多。为了能吸收负荷下降时所释放的位能，可以使用两种电机;其中一种是直流电机，另一种是交流同步电机。直流电机在转子转速超过在定子线圈中产生平衡感生电动势所需的额定的转速时，转子转动的机械能被转换为电能反送入电网，因而有很较好的能量利用效率。但是直流电机的这种功能需要用直流电网对其供电，吸收所发电能也必须由直流电网来承受。直流电网由于自身的一些原因，使用有一定的困难，只能在一些特定场合（如城市公共交通、电气化铁路等）使用。而象油田等工矿企业，只能使用普通交流电网供电，因而使用普通直流电机来提高效率是不可能的。在交流电网中，当交流同步电动机转子转速有超过电网频率的同步转速的趋势时，转子磁场在定子线圈中产生的电动势反向拖动电网，把转子旋转的机械能转换为电能。只要电网有足够的容量，就可以在不改变电网周波参数的条件下把转换的电能吸收。因而使得在如象油田抽油机等负荷应用时总效率很高，可以利用油田的现有交流电网。但是普通交流同步电动机的起动很困难，起动过程长，而且要求操作人员有较高的操作水平和技巧，因而大规模使用是困难的。

本发明的目的是发明一种异步感应起动的稀土永磁电机。在工作时，具有交流同步电机的性质，在交流电网供电的条件下，可以吸收由于负载周期变化所产生的反向传输能量，大大提高整个系统的总效率。同时，在该电机启动时，具有异步电机的起动性能，能使用普通异步电机的起动方法起动。

本发明如附图1所示，它有定子1、定子线圈2、电机壳体3、转子4，其特征在于：转子4在轴向分成两个部分，其中的一部分由稀土永磁材料制造，在转子4径向形成永磁磁极，转子4轴向的另一部分由高导磁材料制造，并在其中镶嵌有鼠笼线圈5，定子线圈2所形成的磁极覆盖了转子4的永磁磁极部分和鼠笼两个部分。

附图1为本发明的结构示意图。

本发明在正常工作时，定子线圈2与交流电网相连，转子4处于同步旋转状态，转子4的转速与电网交流电在定子线圈2中产生的旋转磁场的转速一致。由于它们之间的速度差为零，因而转子4的鼠笼线圈5没有感应电流，因而也就不起作用。它与普通永磁转子交流同部电机一样，它具有普通交流同步电机所具有的优点。在转子4由于负载阻力作用而有变慢的趋势时，由交流电网供电做功，使负荷吸收电机所提供的能量。而当转子4由于负荷向下运动释放位能而使转子4有转快的趋势时，又通过交流电网吸收这一部分电能，达到电动机/发电机双功能的目的。

本发明在起动时，定子线圈2接入交流电网，电网交流电在定子线圈2产生一个旋转磁场。由于转子4一开始不动，旋转磁场与转子4上的永磁体作用时，相当于在转子4上施加一个振动力。特别是在转子4不动或转动较慢时，这个交变的振动力频率较高。在转子4以及所带负载的转动贯量作用下，该振动力对转子4的运动基本没有影响。而该旋转磁场与转子4上的鼠笼线圈5作用，将产生感生电流。同时这个旋转磁场又与这个感生电流产生的磁场相互作用，使转子4旋转。这与普通异步感应鼠笼电动机的工作原理和起动情况一样。当本发明由异步感应方式起动后，转子4的旋转转速已接近同步转速。这时，转子4上的永磁场与定子线圈2中产生的旋转磁场相互作用力已变为一种低频（和它们之间的频差相同）作用力。而由于它所带的负载是交变负载，负载也在发生变化。它们相干涉后，总能出现这样一种情况：在作用力加速转子4时，负载也正处于变小过程中，电磁力和负载同时正向拖动转子4，使转子加速而进入同步状态，完成起动过程。

由于本发明的转子有一部分是由稀土永磁材料制造的转子，在正常工作后，它等同于一台普通永磁转子的交流同步电机。而在起动时，由于转子另一部分装有感应鼠笼线圈，与普通异步感应鼠笼电机的起动和工作原理相同，因而可以使用普通异步电机的方法起动，具有异步电机的起动性能。