阅读说明：本技术 一种风机直驱异步起动永磁同步电动机 (Fan direct-drive asynchronous starting permanent magnet synchronous motor ) 是由 王国栋 马宏伟 于 2019-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种风机直驱异步起动永磁同步电动机,包括电动机和转换器,转换器安装在电动机上,所述电动机内设有绕组U1—U2、绕组V1—V2和绕组W1—W2,所述电动机内部设有转子机构,所述转换器通过控制机构控制电动机内的三组绕组进行三角形连接和星型连接的转换控制方法；电动机在启动时将绕组接成三角形连接使电机牵入同步转矩得到提高,起动完成后切换成星形连接使电动机在额定状态下运行,通过采用这种技术方案较为经济的解决了低速直驱电动机牵入同步的技术难题,低廉的成本可实现在风机节能领域的广泛应用,这与国家倡导的节能减排大政方针相适应。(The invention discloses a fan direct-drive asynchronous starting permanent magnet synchronous motor, which comprises a motor and a converter, wherein the converter is arranged on the motor, a winding U1-U2, a winding V1-V2 and a winding W1-W2 are arranged in the motor, a rotor mechanism is arranged in the motor, and the converter controls three groups of windings in the motor to carry out a conversion control method of triangular connection and star connection through a control mechanism; the winding of the motor is connected into the triangular connection when the motor is started, so that the traction synchronous torque of the motor is improved, the star connection is switched after the motor is started, so that the motor runs in a rated state, the technical problem of traction synchronization of the low-speed direct-drive motor is solved economically by adopting the technical scheme, the low cost can be realized in the field of energy conservation of the fan, and the method is suitable for the national advocated energy conservation and emission reduction policy.)

一种风机直驱异步起动永磁同步电动机

技术领域

本发明涉及电动机领域，特别是一种风机直驱异步起动永磁同步电动机。

背景技术

目前电动机领域节能方面向着高效、超高效的方向发展及推广。其中又以永磁同步电机比较突出。他的优势在于具有较高的功率密度，即在功率、极数相同的情况下它的体减小1/3、效率高出3-4％。永磁电动机按起动方式分为变频器驱动永磁同步电动机、异步起动永磁同步电动机两大类。永磁同步电动机在风机领域应用的比较少，尤其是小功率异步起动永磁同步电动机基本没有应用。

在专利CN201611193921.X一种变磁桥异步启动永磁同步电动机中，采用变磁桥的转子铁芯，隔磁磁桥宽度越小，磁桥部位的磁阻就越大，越能限制永磁体的漏磁，在沿整个转轴方向上对永磁体的漏磁限制作用更加明显，实现了降低漏磁、改善启动品质因数和降低单位功率永磁体用量的目标；采用铝水浇铸的方式成型转子鼠笼，使转子鼠笼与转子铁芯二者联结为一体，可抵消由于转子铁芯的隔磁磁桥宽度减小对转子机械强度的削弱，保证转子高的机械强度。

而小功率异步起动永磁同步电动机为了满足启动牵入同步要求，电动机功率要按牵入同步转矩设计，即按负载功率的3倍左右进行设计，实际运行有很大浪费。电动机的体积增加2倍左右，占用空间大，浪费材料，对于空间狭小的场所的应用受到限制。而用变频器驱动电动机又造成成本大幅增加，使推广受限。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种风机直驱异步起动永磁同步电动机，具有提高牵入同步转矩，节约成本的作用，解决了低速直驱电动机牵入同步的技术难题，通过电动机在起动时将绕组接成三角形连接使电动机牵入同步转矩得到提高，起动完成后切换成星形连接使电动机在额定状态下运行，可以有效的提高牵入同步转矩，同时又较为经济。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种风机直驱异步起动永磁同步电动机，包括电动机和转换器，所述转换器安装在电动机上，所述电动机内设有绕组U1—U2、绕组V1—V2和绕组W1—W2，所述转换器内设有控制电路，所述转换器通过控制电路控制电动机内的三组绕组进行三角形连接方式或星型连接方式的转换，使电动机牵入同步转速；

所述控制电路包括启动开关K、交流接触器线圈J1、交流接触器常闭触点K1、交流接触器常开触点K11、延时继电器线圈J2、延时继电器常开触点K2，所述延时继电器线圈J2与交流接触器线圈J1并联连接，所述交流接触器线圈J1与延时继电器常开触点K2串联连接，所述交流接触器线圈J1与启动开关K经过常开触点K2串联连接，所述启动开关K的三组触点分别与绕组U1—U2、绕组V1—V2和绕组W1—W2的U1、V1、W1端连接，所述绕组U1—U2、绕组V1—V2和绕组W1—W2的U2、V2、W2端通过交流接触器常闭触点K1并联连接，所述交流接触器常开触点K11与绕组U1—U2的U2端和绕组V1—V2的V1端串联连接，所述交流接触器常开触点K11与绕组V1—V2的V2端和绕组W1—W2的W1端串联连接，所述交流接触器常开触点K11与组W1—W2的W2端和绕组U1—U2的U1端串联连接，当J1交流接触器线圈不带电时，绕组U1—U2、绕组V1—V2和绕组W1—W2的U2、V2、W2端通过常闭触点K1接成星型连接；

所述控制电路的转换控制方法为：步骤一，当启动开关K闭合时，延时继电器线圈J2得电，常开触点K2接通，交流接触器线圈J1得电，常闭触点K1断开，常开触点K11闭合，通过将交流接触器常开触点K11接通，此时绕组的U2端与V1端连接、V2端与W1端连接、W2端与U1端连接，从而使绕组接成三角形，从而变相的提高了启动电圧，从而使牵入同步转矩得到提高；步骤二，当延时3-5秒电动机牵入同步转速，启动完毕后，J2失电，交流接触器常开触点K11通过延时器的控制而断开，交流接触器常闭触点K1通过延时器的控制而接通，此时绕组处于星型连接，使电动机在额定状态下运行。

所述电动机内的转子机构包括转子轴，所述转子轴位于电动机内部，所述转子轴与电动机通过轴承连接，所述转子轴上设有若干转子冲片，所述转子轴穿在转子冲片的轴孔内，所述转子冲片整齐叠压在转子轴上，所述转子轴外侧且在转子冲片上开有若干转子隔磁腔，所述转子隔磁腔均匀分布在转子冲片上，所述转子隔磁腔内安装有隔磁瓦，所述隔磁瓦外侧表面中心处安装有磁钢，所述磁钢均匀分布在转子冲片内，所述转子冲片内磁钢呈辐射状分布。

所述转子轴的转矩计算方法为：

电动机绕组接成星形连接时的平均转矩：

转子电阻；转子漏电抗的折算值；C₁＝1+X₁/X_m，X_m为励磁电抗:

起动时把绕组接成三角形连接，电源电压不变，相当于绕组电压比常态工作时提高倍，把U²换成平均转矩公式为：

所述隔磁瓦材质为铝质。

利用本发明的技术方案制作的一种风机直驱异步起动永磁同步电动机，电动机不按牵入同步的转矩来确定电动机的额定功率，按照额定功率、最佳的功率密度设计定转子铁芯、永磁体、线圈绕组，电动机在启动时将绕组接成三角形连接使电机牵入同步转矩得到提高，启动完成后切换成星形连接使电动机在额定状态下运行，通过采用这种技术方案较为经济的解决了低速直驱电动机牵入同步的技术难题，尤其是适用于在风机类负载机械功率在4kw以下的异步起动永磁同步直驱电动机牵入同步转速，低廉的成本可实现在风机节能领域的广泛应用，这与国家倡导的节能减排大政方针相适应。

附图说明

图1是本发明所述一种风机直驱异步起动永磁同步电动机的电路结构示意图；

图2是本发明所述电动机的外观示意图；

图3是本发明所述转子机构的示意图；

图4是本发明所述三角形连接的电路示意图；

图5是本发明所述星形连接的电路示意图；

图中，1、电动机；2、转换器；3、转子轴；4、转子隔磁腔；5、隔磁瓦；6、磁钢；7、转子冲片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-5所示，在本实施方案中：

本申请的创造点在于控制电路和控制方法设计，结合附图1、附图4和附图5，控制电路包括启动开关K、交流接触器线圈J1、交流接触器常闭触点K1、交流接触器常开触点K11、延时继电器线圈J2、延时继电器常开触点K2，延时继电器线圈J2与交流接触器线圈J1并联连接，交流接触器线圈J1与延时继电器常开触点K2串联连接，交流接触器线圈J1与启动开关K经过常开触点K2串联连接，启动开关K的三组触点分别与绕组U1—U2、绕组V1—V2和绕组W1—W2的U1、V1、W1端连接，绕组U1—U2、绕组V1—V2和绕组W1—W2的U2、V2、W2端通过交流接触器常闭触点K1并联连接，交流接触器常开触点K11与绕组U1—U2的U2端和绕组V1—V2的V1端串联连接，交流接触器常开触点K11与绕组V1—V2的V2端和绕组W1—W2的W1端串联连接，交流接触器常开触点K11与组W1—W2的W2端和绕组U1—U2的U1端串联连接，当J1交流接触器线圈不带电时，绕组U1—U2、绕组V1—V2和绕组W1—W2的U2、V2、W2端通过常闭触点K1接成星型连接；控制电路的转换控制方法为：步骤一，当启动开关K闭合时，延时继电器线圈J2得电，常开触点K2接通，交流接触器线圈J1得电，常闭触点K1断开，常开触点K11闭合，通过将交流接触器常开触点K11接通，此时绕组的U2端与V1端连接、V2端与W1端连接、W2端与U1端连接，从而使绕组接成三角形，从而变相的提高了启动电圧，从而使同步转矩得到提高；步骤二，当延时3-5秒电动机牵入同步转速，启动完毕后，J2失电，交流接触器常开触点K11通过延时器的控制而断开，交流接触器常闭触点K1通过延时器的控制而接通，此时绕组处于星型连接，使电动机在额定状态下运行；通过启动时通过延时电路和交流接触器对绕组进行三角形-星形连接转换，可在启动过程中通过改变绕组接法，变相提升绕组电压使电磁转矩、平均转矩得到提高，让电动机顺利牵入同步，从而有效的降低了电动机的体积，同时又无需使用变频器，节省了成本。

本申请的创造点在于电动机内的转子机构的结构设计，结合附图3，电动机1内的转子机构包括转子轴3，转子轴3位于电动机1内部，转子轴3与电动机1通过轴承连接，转子轴3上设有若干转子冲片7，转子轴3穿在转子冲片7的轴孔内，转子冲片7整齐叠压在转子轴3上，转子轴3外侧且在转子冲片7上开有若干转子隔磁腔4，转子隔磁腔4均匀分布在转子冲片7上，转子隔磁腔4内安装有隔磁瓦5，隔磁瓦5外侧表面中心处安装有磁钢6，磁钢6均匀分布在转子冲片7内，转子冲片7内磁钢6呈辐射状分布；通过在转子隔磁腔4内部设置隔磁瓦5进行填充，可以有效的解决转子因隔磁腔的存在而导致强度降低的问题，从而使转子的强度增加，保证转子的强度，同时转子隔磁腔4的设置和磁钢6呈辐射状分布，可以有效的降低启动时的转子阻力矩，从而使电动机1启动更容易牵入同步转速。

本装置的工作原理为：当启动电动机1时，将启动开关K闭合，通过将交流接触器常开触点K11接通，此时绕组的U2端与V1端连接、V2端与W1端连接、W2端与U1端连接，把电动机绕组接成三角形连接。当电动机绕组接成星形连接时的平均转矩：

转子电阻；转子漏电抗的折算值；C₁＝1+X₁/X_m，X_m为励磁电抗:

起动时把绕组接成三角形连接，电源电压不变，相当于绕组电压比常态工作时提高倍，把U²换成平均转矩公式为：

电动机1启动时绕组接成三角形连接，从而变相的提高了启动电圧，从而使同步转矩得到提高，电磁转矩提高三倍以上，可快速将转子牵入同步转速，随后通过转换器2再将绕组接成星形连接，让电动机1在额定设计参数下运行，达到最佳运行效果；

当启动完毕后，交流接触器常开触点K11通过延时器的控制而断开，交流接触器常闭触点K1通过延时器的控制而接通，此时绕组处于星型连接，使电动机在额定状态下运行，从而完成电动机1的启动。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。