CN104184291B - 双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法，其涉及一种永磁同步电动机，在异步起动过程中，借助双半极转子凸极中的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把双半极转子牵入同步转速。在变极变速过程中，定子旋转磁场增加磁极数时，在定子附加磁场的同极性相互排斥、异极性相互吸引的磁力作用下，转子辅助磁极位置向转子凸极两侧移动，使双半极转子能够自动适应变换电动机磁极数，实现永磁同步电动机的变极变速。双半极定子绕组是一种单相变极定子绕组，在起动绕组、工作绕组和移相元件的共同作用下，可以产生高转速定子旋转磁场和低转速定子旋转磁场。

Description

双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法

技术领域

本发明是一种双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法，其涉及一种永磁同步电动机，特别是涉及一种能够异步起动和变极变速的永磁同步电动机。

背景技术

交流异步电动机的效率较低，永磁同步电动机的效率高、功率因数高、节能效果显著，所以永磁同步电动机正逐渐取代交流异步电动机成为主流电动机。普通永磁同步电动机无法自起动，需要配置变频器，但是变频器成本较高。异步起动永磁同步电动机不需要配置变频器，能够在节能的前提下降低设备成本。国家标准《GB/T25303纺织专用高效率永磁同步电动机技术条件》和《GB/T22711高效三相永磁同步电动机技术条件》分别规定了一种适用于纺织、石油行业的自起动永磁同步电动机。两个标准中的永磁同步电动机均采用内置式转子，内置式转子结构复杂，不适宜做小规格的电动机，所以两个标准中没有小于1.1kw的小功率电动机规格。

以电风扇为代表的家用电器配套的小型交流异步电动机，通常需要在一定范围内有级变速，电风扇电动机普遍采用定子绕组有中间抽头的交流异步电动机，通过改变不同档位的定子绕组接线方式改变电动机绕组端电压进行变速。此种方法具有成本低的优势，但是不适合永磁同步电动机的变速。家用电器等行业迫切需求一种低成本的小型电动机节能技术。

以油田游梁式抽油机所采用的双速电动机为代表的大中型交流异步电动机，普遍采用变极变速节能技术，交流异步电动机的鼠笼绕组能够自动适应变换电动机磁极数。传统永磁同步电动机的表面式转子和内置式转子均无法自动适应变换电动机磁极数，因此，传统永磁同步电动机技术无法采用变极变速的方法。

普通变极变速交流异步电动机采用反向法，通过改变电动机定子绕组的接线方式，使全部定子绕组中一半数量定子绕组的电流方向反向，实现电动机的变极，达到变速目的。例如4极/8极单绕组双速三相交流异步电动机，4极时定子绕组为YY接法，8极时定子绕组为△接法。单相双速交流异步电动机的变极原理与三相双速交流异步电动机的变极原理相同，只是单相双速交流异步电动机很少见。普通变极变速交流异步电动机在高转速时定子绕组的接线方式，使相邻的异性定子磁极之间有一个极弧宽度的定子铁芯空间没有定子磁场，有近一半的定子铁芯空间闲置，影响电动机的工作效率。

发明内容

本发明的目的是克服传统小型永磁同步电动机无法自起动、不能变极变速的缺陷，提供一种能够异步起动和变极变速的适用于小型永磁同步电动机。本发明的实施方案如下：

本发明总的特征是双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法中，电动机转子采用双半极转子，电动机定子绕组采用普通定子绕组或普通变极定子绕组或双半极定子绕组。

双半极转子包含有两个或两个以上转子铁芯，相邻两个转子铁芯同轴并错开一定角度。每一个转子铁芯上有一个转子凹槽和一个转子凸极。若干个永磁体粘贴在转子凹槽中形成转子主磁极。每一个转子铁芯粘贴的永磁体数量是双半极转子磁极数的一半。相邻转子主磁极互为异性磁极。利用转子主磁极两侧的永磁体磁化转子凸极两侧，形成两个转子辅助磁极。使转子辅助磁极与相邻转子铁芯的转子主磁极沿轴向对齐，并使沿轴向对齐的转子辅助磁极与相邻转子铁芯的转子主磁极的极性相同。

非变极变速的双半极转子，转子凸极的极弧宽度大于或等于转子凸极周长的一半。变极变速的双半极转子，转子凸极的极弧宽度大于转子凸极周长的一半。

非变极变速的双半极转子与含有普通定子绕组的电动机定子装配在一起，组成异步起动永磁同步电动机。变极变速的双半极转子与含有普通变极定子绕组或双半极定子绕组的电动机定子装配在一起，组成异步起动变极变速永磁同步电动机。

在异步起动过程中，借助转子凸极中的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把双半极转子牵入同步转速。

在变极变速过程中，定子旋转磁场增加磁极数时，转子辅助磁极对面的定子磁极产生定子附加磁场。转子凸极导磁，并能被磁化成任何磁极极性。在定子附加磁场的同极性相互排斥、异极性相互吸引的磁力作用下，转子辅助磁极位置向转子凸极两侧移动，转子辅助磁极原始位置变成由定子附加磁场磁化，并构成定子附加磁场磁路的一部分。转子辅助磁极位置的移动，使双半极转子能够自动适应变换电动机磁极数，实现永磁同步电动机的变极变速。

双半极转子由转轴、隔磁衬套、转子铁芯部件、转子鼠笼、转子永磁体部件组成。转子鼠笼、转子永磁体部件安装在转子铁芯部件上，转子铁芯部件安装在非导磁材料的转轴上，或者转子铁芯部件安装在隔磁衬套上，隔磁衬套安装在导磁材料的转轴上。

转轴呈圆柱形，材料是导磁材料或非导磁材料。导磁材料的转轴需要与隔磁衬套配合使用。隔磁衬套呈圆筒形，材料是非导磁材料。

转子铁芯部件至少有铁芯一和铁芯二两个转子铁芯。铁芯一、铁芯二、联接环组成转子铁芯部件。铁芯一和铁芯二分别由若干个转子铁芯冲片叠压而成，转子铁芯冲片材质是以硅钢片为代表的导磁材料。铁芯一和铁芯二结构相同。铁芯一和铁芯二呈环形，铁芯一和铁芯二中间是轴孔。铁芯一和铁芯二径向外侧边缘有一个转子凹槽和一个转子凸极，转子凹槽和转子凸极之间是阶梯形的转子调节槽，在铁芯一上的转子凹槽称为铁芯磁极槽一，在铁芯一上的转子凸极称为铁芯凸极一，在铁芯二上的转子凹槽称为铁芯磁极槽二，在铁芯二上的转子凸极称为铁芯凸极二。铁芯磁极槽一和铁芯磁极槽二靠近轴孔的内侧均布若干个转子换向鼠笼导条槽，转子换向鼠笼导条槽是闭口槽或开口槽。铁芯凸极一和铁芯凸极二靠近轴孔的内侧均布若干个转子核心鼠笼导条槽，转子核心鼠笼导条槽是开口槽或闭口槽，转子核心鼠笼导条槽是双鼠笼形或深槽形。联接环呈环形，联接环材质是导磁材料或非导磁材料。转子铁芯部件装配时，铁芯一和铁芯二同轴并错开一定角度，使铁芯一的铁芯磁极槽一与铁芯二的铁芯凸极二沿轴向对齐，联接环安装在铁芯一和铁芯二之间。

转子鼠笼用铝材压铸制成，或者用铜材焊接制成。转子鼠笼中间是环形的转子隔磁端环，两端分别是鼠笼端环一和鼠笼端环二。鼠笼端环一和鼠笼端环二结构相同。鼠笼端环一和鼠笼端环二呈环形，鼠笼端环一和鼠笼端环二径向外侧边缘有一个转子端环凹槽，鼠笼端环一上的转子端环凹槽与铁芯一上的铁芯磁极槽一位置相对应，鼠笼端环二上的转子端环凹槽与铁芯二上的铁芯磁极槽二位置相对应。在鼠笼端环一和转子隔磁端环之间有若干个核心鼠笼导条一和若干个换向鼠笼导条一，核心鼠笼导条一与铁芯一的转子核心鼠笼导条槽位置相对应，换向鼠笼导条一与铁芯一的转子换向鼠笼导条槽位置相对应。在鼠笼端环二和转子隔磁端环之间有若干个核心鼠笼导条二和若干个换向鼠笼导条二，核心鼠笼导条二与铁芯二的转子核心鼠笼导条槽位置相对应，换向鼠笼导条二与铁芯二的转子换向鼠笼导条槽位置相对应。核心鼠笼导条一和核心鼠笼导条二截面是双鼠笼形或深槽形。

转子永磁体部件由若干个永磁体一和若干个永磁体二组成。永磁体一和永磁体二呈瓦片形，若干个永磁体一粘贴在铁芯磁极槽一中形成铁芯一主磁极。粘贴在铁芯磁极槽一中的永磁体一数量是双半极转子磁极数的一半。铁芯磁极槽一中相邻的永磁体一圆弧外表面互为异性磁极。若干个永磁体二粘贴在铁芯磁极槽二中形成铁芯二主磁极，粘贴在铁芯磁极槽二中的永磁体二数量是双半极转子磁极数的一半。铁芯磁极槽二中相邻的永磁体二圆弧外表面互为异性磁极。

双半极转子的永磁体一部分磁通沿着永磁体主磁通路径在相邻转子主磁极之间构成闭合回路，另外一部分磁通沿着永磁体辅助磁通路径在相邻的转子主磁极和转子辅助磁极之间构成闭合回路。双半极转子磁场由全部转子铁芯的若干个转子主磁极和若干个转子辅助磁极共同叠加组成。

铁芯一上圆弧外表面为N极的永磁体一形成一个N极转子主磁极，铁芯一上圆弧外表面为S极的永磁体一形成一个S极转子主磁极。N极转子主磁极的永磁体一磁化邻近的铁芯凸极一一侧，形成一个S′极转子辅助磁极。S极转子主磁极的永磁体一磁化邻近的铁芯凸极一一侧，形成一个N′极转子辅助磁极。

铁芯二上圆弧外表面为N极的永磁体二形成一个N极转子主磁极，铁芯二上圆弧外表面为S极的永磁体二形成一个S极转子主磁极。N极转子主磁极的永磁体二磁化邻近的铁芯凸极二一侧，形成一个S′极转子辅助磁极。S极转子主磁极的永磁体二磁化邻近的铁芯凸极二一侧，形成一个N′极转子辅助磁极。

双半极转子的联接环材质是导磁材料或非导磁材料。非导磁材料的联接环与转子隔磁端环合并，或者非导磁材料的联接环与隔磁衬套合并。转子隔磁端环避免两个转子永磁体磁路相互干涉。阶梯形的转子调节槽侧面在粘贴永磁体一和永磁体二时用于定位，改变转子调节槽深度，可以改变永磁体一和永磁体二通过转子调节槽产生的径向漏磁通数量。

铁芯凸极一和铁芯凸极二外表面至定子内表面的气隙是凸极气隙，永磁体一和永磁体二外表面至定子内表面的气隙是永磁体气隙。凸极气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。

双半极转子在非变极变速起动过程和变极变速的高转速起动过程是：

当铁芯凸极一位于定子铁芯的任何位置，使转子鼠笼的感应电流产生最大起动转矩的那部分定子磁场磁力线路径由定子铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯一中，磁力线从核心鼠笼导条一内侧绕过，从铁芯凸极一处穿过凸极气隙进入定子铁芯的s极中，磁力线由定子铁芯的s极回到定子铁芯的n极，形成闭合回路。

与此同时，铁芯凸极二位于定子铁芯的任何位置，使转子鼠笼的感应电流产生最大起动转矩的那部分定子磁场磁力线路径由定子铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯二中，磁力线从核心鼠笼导条二内侧绕过，从铁芯凸极二处穿过凸极气隙进入定子铁芯的s极中，磁力线由定子铁芯的s极回到定子铁芯的n极，形成闭合回路。

全部的核心鼠笼导条一和核心鼠笼导条二切割定子旋转磁场的磁力线产生垂直向内的感应电流或垂直向外的感应电流。垂直向内的感应电流或垂直向外的感应电流分别在鼠笼端环一或转子隔磁端环或鼠笼端环二处汇合，形成感应电流闭合回路。两个电流方向上不平衡的垂直向内的感应电流或垂直向外的感应电流，在全部的换向鼠笼导条一或换向鼠笼导条二内改变感应电流方向，最终在鼠笼端环一或转子隔磁端环或鼠笼端环二处汇合，形成感应电流闭合回路。

双半极转子在起动过程的任何时刻，转子鼠笼均能产生较大起动转矩。核心鼠笼导条一和核心鼠笼导条二截面是双鼠笼形或深槽形，使双半极转子能够获得较大初始起动转矩的同时具有较大牵入同步转矩。

双半极转子在非变极变速同步运行和变极变速的高转速同步运行过程是：

定子绕组也称电枢绕组。双半极转子在负载状态下同步运行时，电枢绕组产生的磁场会使气隙中转子永磁体磁场偏转一定角度，该电枢绕组产生的磁场称为电枢反应磁场，电枢反应磁动势分解为直轴分量和交轴分量。气隙中转子永磁体磁场与电枢反应磁场相互作用产生同步转矩。双半极转子在非变极变速同步运行和变极变速的高转速同步运行时，由于异性磁极相互吸引，N极转子主磁极与定子铁芯的s极对齐，S极转子主磁极与定子铁芯的n极对齐。

双半极转子磁极数为四极和四极以上时，铁芯凸极一的极弧宽度和铁芯凸极二的极弧宽度均大于或等于两倍的电动机定子极距，在任何时刻，铁芯凸极一和铁芯凸极二都位于定子铁芯一对异性磁极之间。

双半极转子同步运行时直轴电枢反应的磁通路径之一，由铁芯凸极一对面的定子铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯一中，磁力线从核心鼠笼导条一内侧绕过，从铁芯凸极一处穿过凸极气隙进入定子铁芯的s极中，磁力线由定子铁芯的s极回到定子铁芯的n极，形成闭合回路。

双半极转子同步运行时直轴电枢反应的磁通路径之二，由铁芯凸极二对面的定子铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯二中，磁力线从核心鼠笼导条二内侧绕过，从铁芯凸极二处穿过凸极气隙进入定子铁芯的s极中，磁力线由定子铁芯的s极回到定子铁芯的n极，形成闭合回路。

双半极转子同步运行时交轴电枢反应的磁通路径也是两次穿过凸极气隙。直轴电枢反应和交轴电枢反应的磁通路径都不穿过转子永磁体，电枢反应对转子永磁体的去磁作用不明显，转子永磁体不容易退磁，转子永磁体的用量可以大幅度降低。双半极转子同步运行时直轴电枢反应和交轴电枢反应的磁通路径都不穿过转子永磁体，使直轴磁阻和交轴磁阻均小于传统永磁同步电动机的直轴磁阻和交轴磁阻，所以采用双半极转子的永磁同步电动机的定子磁场所需磁动势更小，电动机的效率更高。双半极转子同步运行时直轴磁阻等于交轴磁阻，属于隐极电动机，具有转矩波动小、噪音小的优点。

双半极转子的联接环材质是导磁材料时，双半极转子在起动时，每一个永磁体一会沿着永磁体轴向漏磁通路径磁化铁芯凸极二，形成轴向漏磁通。并且，每一个永磁体二会沿着永磁体轴向漏磁通路径磁化铁芯凸极一，形成轴向漏磁通。轴向漏磁通使双半极转子每个轴向同极性的转子磁场有效磁通减少，降低转子永磁体在电动机气隙中产生的磁感应强度，降低电动机起动时转子永磁体所产生的发电制动转矩，提高双半极转子异步起动性能。

双半极转子在同步运行时，在定子磁场的同极性相互排斥、异极性相互吸引的磁力作用下，永磁体一在铁芯凸极二上的轴向漏磁通和永磁体二在铁芯凸极一上的轴向漏磁通会被抑制，使双半极转子每个轴向同极性的转子磁场有效磁通增加，提高转子永磁体在电动机气隙中产生的磁感应强度，提高双半极转子同步运行性能。

双半极转子在变极变速的低转速起动过程与变极变速的高转速起动过程相同。

双半极转子在变极变速的低转速同步运行过程是：

双半极转子在变极变速的低转速同步运行时，由于异性磁极相互吸引，N极转子主磁极与定子铁芯的s极对齐，S极转子主磁极与定子铁芯的n极对齐。

定子旋转磁场增加磁极数时，在定子附加磁场的同极性相互排斥、异极性相互吸引的磁力作用下，铁芯一上的S′极转子辅助磁极和N′极转子辅助磁极位置向铁芯凸极一两侧移动。铁芯一上的S′极转子辅助磁极与定子铁芯的n极对齐，铁芯一上的N′极转子辅助磁极与定子铁芯的s极对齐。铁芯一上共有四个转子主磁极或转子辅助磁极与定子铁芯的四个磁极对齐。铁芯凸极一中间位置对面的定子铁芯四个磁极的磁通路径，分别由铁芯凸极一对面的定子铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯一中，磁力线从核心鼠笼导条一内侧绕过，从铁芯凸极一处穿过凸极气隙进入定子铁芯的s极中，磁力线由定子铁芯的s极回到定子铁芯的n极，形成闭合回路。该磁通路径也是铁芯凸极一中间位置对面的定子铁芯四个磁极的直轴电枢反应的磁通路径。铁芯凸极一中间位置对面的定子铁芯四个磁极的交轴电枢反应的磁通路径也是两次穿过凸极气隙。

与此同时，定子旋转磁场增加磁极数时，在定子附加磁场的同极性相互排斥、异极性相互吸引的磁力作用下，铁芯二上的S′极转子辅助磁极和N′极转子辅助磁极位置向铁芯凸极二两侧移动。铁芯二上的S′极转子辅助磁极与定子铁芯的n极对齐，铁芯二上的N′极转子辅助磁极与定子铁芯的s极对齐。铁芯二上共有四个转子主磁极或转子辅助磁极与定子铁芯的四个磁极对齐。铁芯凸极二中间位置对面的定子铁芯四个磁极的磁通路径，分别由铁芯凸极二对面的定子铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯二中，磁力线从核心鼠笼导条二内侧绕过，从铁芯凸极二处穿过凸极气隙进入定子铁芯的s极中，磁力线由定子铁芯的s极回到定子铁芯的n极，形成闭合回路。该磁通路径也是铁芯凸极二中间位置对面的定子铁芯四个磁极的直轴电枢反应的磁通路径。铁芯凸极二中间位置对面的定子铁芯四个磁极的交轴电枢反应的磁通路径也是两次穿过凸极气隙。

定子旋转磁场增加磁极数时，铁芯一和铁芯二上的转子主磁极与对面的定子铁芯磁极对齐，铁芯一和铁芯二上的转子辅助磁极位置分别向铁芯凸极一和铁芯凸极二两侧移动。转子凸极的极弧宽度大于转子凸极周长的一半。确保有充足的空间，使转子辅助磁极位置与相对应的定子铁芯磁极对齐。有利于双半极转子自动适应变换电动机磁极数，实现永磁同步电动机的变极变速。

双半极定子绕组是一种单相变极定子绕组。双半极定子绕组主要由起动绕组、工作绕组和移相元件组成。移相元件采用电容器。移相元件串联在起动绕组中。起动绕组由若干个起动线圈组成。工作绕组由后半工作绕组、前半工作绕组组成。后半工作绕组由若干个后半工作线圈组成。前半工作绕组由若干个前半工作线圈组成。起动线圈、后半工作线圈、前半工作线圈各自的数量等于高转速时定子磁极数。若干个起动线圈、后半工作线圈、前半工作线圈均布在定子铁芯上。以某一个起动线圈为起点，沿着定子磁场旋转方向第一个起动线圈、第一个后半工作线圈、第一个前半工作线圈为同一个组别，其它组别以此类推。

以高转速时定子磁极数为标准，起动线圈与同一组别的后半工作线圈空间位置相差45°电角度，并且，后半工作线圈与同一组别的前半工作线圈空间位置相差90°电角度。在高转速状态时，同一组别的后半工作线圈和前半工作线圈产生互为同性磁极的磁场，这两个磁场合并成为高转速定子磁场。起动线圈产生的起动磁场与同一组别的高转速定子磁场空间位置相差90°电角度。变极变速的高转速异步起动和同步运行时，在起动绕组、工作绕组和移相元件的共同作用下，产生高转速定子旋转磁场。

以低转速时定子磁极数为标准，起动线圈与同一组别的后半工作线圈空间位置相差90°电角度，并且，后半工作线圈与同一组别的前半工作线圈空间位置相差180°电角度。在低转速状态时，同一组别的后半工作线圈和前半工作线圈产生互为异性磁极的磁场，该磁场称为低转速定子磁场。起动线圈产生的起动磁场与同一组别的后半工作线圈产生的低转速定子磁场空间位置相差90°电角度。变极变速的低转速异步起动和同步运行时，在起动绕组、工作绕组和移相元件的共同作用下，产生低转速定子旋转磁场。

双半极定子绕组无论是在高转速状态还是在低转速状态，相邻的异性定子磁极之间没有闲置的定子铁芯空间，采用双半极定子绕组的变极变速永磁同步电动机的工作效率更高。

附图说明

说明书附图是双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法的结构图和示意图。其中图1是双半极异步起动永磁同步电动机轴测剖视图。图2是双半极转子轴测图。图3是双半极转子轴测剖视图。图4是双半极转子铁芯部件轴测剖视图。图5是双半极转子鼠笼轴测图。图6是双半极转子在气隙中转子永磁体磁场的磁力线路径示意图，沿铁芯一径向剖面。图7是双半极转子在气隙中转子永磁体磁场的磁力线路径示意图，沿铁芯二径向剖面。图8是双半极转子起动时，铁芯一主磁极位于定子一对异性磁极之间，使转子鼠笼的感应电流产生最大起动转矩的那部分定子磁场磁力线路径示意图，沿铁芯一径向剖面。图中展示磁力线路径也是双半极转子同步运行时直轴电枢反应的定子磁通路径之一。图9是双半极转子起动时，铁芯二主磁极位于定子一对异性磁极之间，使转子鼠笼的感应电流产生最大起动转矩的那部分定子磁场磁力线路径示意图，沿铁芯二径向剖面。图中展示磁力线路径也是双半极转子同步运行时直轴电枢反应的定子磁通路径之二。图10是双半极转子起动时，铁芯一主磁极位于定子某一个磁极范围内，使转子鼠笼的感应电流产生最大起动转矩的那部分定子磁场磁力线路径示意图，沿铁芯一径向剖面。图中展示磁力线路径也是双半极转子同步运行时交轴电枢反应的定子磁通路径之一。

图11展示双半极转子变极变速低转速同步运行时直轴电枢反应的定子磁通路径之一，沿铁芯一径向剖面，定子磁极为8极。图中展示双半极转子变极变速低转速同步运行时在气隙中转子永磁体磁场的磁力线路径。图12展示双半极转子变极变速低转速同步运行时直轴电枢反应的定子磁通路径之二，沿铁芯二径向剖面，定子磁极为8极。图中展示双半极转子变极变速低转速同步运行时在气隙中转子永磁体磁场的磁力线路径。图13展示双半极转子变极变速低转速同步运行时交轴电枢反应的定子磁通路径之一，沿铁芯一径向剖面，定子磁极为8极。图中展示双半极转子变极变速低转速同步运行时在气隙中转子永磁体磁场的磁力线路径。

图14是双半极转子变极变速高转速起动及同步运行时，双半极定子绕组的定子磁场分布示意图，定子磁极为4极。图15是双半极转子变极变速低转速起动及同步运行时，双半极定子绕组的定子磁场分布示意图，定子磁极为8极。

图1至图15中转子磁极为四极。图中大写字母N和S代表转子主磁极极性，图中大写字母N′和S′代表转子辅助磁极极性。小写字母n和s代表定子磁极极性。图14和图15中，定子内侧的小写字母n和s代表工作绕组产生的定子磁极极性。定子内侧的双点划线代表工作绕组产生的同极性磁极的空间范围。定子外侧的小写字母n和s代表起动绕组产生的定子磁极极性。图2中字母So代表N极转子主磁极的永磁体一的轴向漏磁通在铁芯凸极二上产生的磁极极性。

图中标注有转轴1、鼠笼端环一2、隔磁衬套3、永磁体一4、铁芯一5、核心鼠笼导条一6、转子隔磁端环7、永磁体二8、铁芯二9、核心鼠笼导条二10、鼠笼端环二11、联接环12、永磁体辅助磁通路径13、永磁体主磁通路径14、转子磁场方向15、换向鼠笼导条一16、换向鼠笼导条二17、铁芯凸极一18、铁芯磁极槽一19、轴孔20、转子换向鼠笼导条槽21、转子核心鼠笼导条槽22、转子调节槽23、铁芯凸极二24、铁芯磁极槽二25、转子端环凹槽26、定子27、定子磁场方向28、转子旋转方向29、定子磁场旋转方向30、垂直向内的感应电流31、垂直向外的感应电流32、磁力线路径33、定子附加磁场方向34、起动线圈一35、后半工作线圈一36、前半工作线圈一37、起动线圈二38、后半工作线圈二39、前半工作线圈二40、起动线圈三41、后半工作线圈三42、前半工作线圈三43、起动线圈四44、后半工作线圈四45、前半工作线圈四46、永磁体轴向漏磁通路径47组成。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步叙述。

参照图1和图2，双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法中，电动机转子采用双半极转子，电动机定子绕组采用普通定子绕组或普通变极定子绕组或双半极定子绕组。

双半极转子有两个或两个以上转子铁芯，相邻两个转子铁芯同轴并错开一定角度。每一个转子铁芯上有一个转子凹槽和一个转子凸极。若干个永磁体粘贴在转子凹槽中形成转子主磁极。每一个转子铁芯粘贴的永磁体数量是双半极转子磁极数的一半。相邻转子主磁极互为异性磁极。利用转子主磁极两侧的永磁体磁化转子凸极两侧，形成两个转子辅助磁极。使转子辅助磁极与相邻转子铁芯的转子主磁极沿轴向对齐，并使沿轴向对齐的转子辅助磁极与相邻转子铁芯的转子主磁极的极性相同。

非变极变速的双半极转子，转子凸极的极弧宽度大于或等于转子凸极周长的一半。变极变速的双半极转子，转子凸极的极弧宽度大于转子凸极周长的一半。

非变极变速的双半极转子与含有普通定子绕组的电动机定子装配在一起，组成异步起动永磁同步电动机。变极变速的双半极转子与含有普通变极定子绕组或双半极定子绕组的电动机定子装配在一起，组成异步起动变极变速永磁同步电动机。

在异步起动过程中，借助转子凸极中的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把双半极转子牵入同步转速。

在变极变速过程中，定子旋转磁场增加磁极数时，转子辅助磁极对面的定子磁极产生定子附加磁场。转子凸极导磁，并能被磁化成任何磁极极性。在定子附加磁场的同极性相互排斥、异极性相互吸引的磁力作用下，转子辅助磁极位置向转子凸极两侧移动，转子辅助磁极原始位置变成由定子附加磁场磁化，并构成定子附加磁场磁路的一部分。转子辅助磁极位置的移动，使双半极转子能够自动适应变换电动机磁极数，实现永磁同步电动机的变极变速。

参照图2、图3、图4和图5，双半极转子由转轴1、隔磁衬套3、转子铁芯部件、转子鼠笼、转子永磁体部件组成。转子鼠笼、转子永磁体部件安装在转子铁芯部件上，转子铁芯部件安装在非导磁材料的转轴1上，或者转子铁芯部件安装在隔磁衬套3上，隔磁衬套3安装在导磁材料的转轴1上。

转轴1呈圆柱形，材料是导磁材料或非导磁材料。导磁材料的转轴1需要与隔磁衬套3配合使用。隔磁衬套3呈圆筒形，材料是非导磁材料。

转子铁芯部件至少有铁芯一5和铁芯二9两个转子铁芯。铁芯一5、铁芯二9、联接环12组成转子铁芯部件。铁芯一5和铁芯二9分别由若干个转子铁芯冲片叠压而成，转子铁芯冲片材质是以硅钢片为代表的导磁材料。铁芯一5和铁芯二9结构相同。铁芯一5和铁芯二9呈环形，铁芯一5和铁芯二9中间是轴孔20。铁芯一5和铁芯二9径向外侧边缘有一个转子凹槽和一个转子凸极，转子凹槽和转子凸极之间是阶梯形的转子调节槽23，在铁芯一5上的转子凹槽称为铁芯磁极槽一19，在铁芯一5上的转子凸极称为铁芯凸极一18，在铁芯二9上的转子凹槽称为铁芯磁极槽二25，在铁芯二9上的转子凸极称为铁芯凸极二24。铁芯磁极槽一19和铁芯磁极槽二25靠近轴孔20的内侧均布若干个转子换向鼠笼导条槽21，转子换向鼠笼导条槽21是闭口槽或开口槽。铁芯凸极一18和铁芯凸极二24靠近轴孔20的内侧均布若干个转子核心鼠笼导条槽22，转子核心鼠笼导条槽22是开口槽或闭口槽，转子核心鼠笼导条槽22是双鼠笼形或深槽形。联接环12呈环形，联接环12材质是导磁材料或非导磁材料。转子铁芯部件装配时，铁芯一5和铁芯二9同轴并错开一定角度，使铁芯一5的铁芯磁极槽一19与铁芯二9的铁芯凸极二24沿轴向对齐，联接环12安装在铁芯一5和铁芯二9之间。

转子鼠笼用铝材压铸制成，或者用铜材焊接制成。转子鼠笼中间是环形的转子隔磁端环7，两端分别是鼠笼端环一2和鼠笼端环二11。鼠笼端环一2和鼠笼端环二11结构相同。鼠笼端环一2和鼠笼端环二11呈环形，鼠笼端环一2和鼠笼端环二11径向外侧边缘有一个转子端环凹槽26，鼠笼端环一2上的转子端环凹槽26与铁芯一5上的铁芯磁极槽一19位置相对应，鼠笼端环二11上的转子端环凹槽26与铁芯二9上的铁芯磁极槽二25位置相对应。在鼠笼端环一2和转子隔磁端环7之间有若干个核心鼠笼导条一6和若干个换向鼠笼导条一16，核心鼠笼导条一6与铁芯一5的转子核心鼠笼导条槽22位置相对应，换向鼠笼导条一16与铁芯一5的转子换向鼠笼导条槽21位置相对应。在鼠笼端环二11和转子隔磁端环7之间有若干个核心鼠笼导条二10和若干个换向鼠笼导条二17，核心鼠笼导条二10与铁芯二9的转子核心鼠笼导条槽22位置相对应，换向鼠笼导条二17与铁芯二9的转子换向鼠笼导条槽21位置相对应。核心鼠笼导条一6和核心鼠笼导条二10截面是双鼠笼形或深槽形。

转子永磁体部件由若干个永磁体一4和若干个永磁体二8组成。永磁体一4和永磁体二8呈瓦片形，若干个永磁体一4粘贴在铁芯磁极槽一19中形成铁芯一5主磁极。粘贴在铁芯磁极槽一19中的永磁体一4数量是双半极转子磁极数的一半。铁芯磁极槽一19中相邻的永磁体一4圆弧外表面互为异性磁极。若干个永磁体二8粘贴在铁芯磁极槽二25中形成铁芯二9主磁极，粘贴在铁芯磁极槽二25中的永磁体二8数量是双半极转子磁极数的一半。铁芯磁极槽二25中相邻的永磁体二8圆弧外表面互为异性磁极。

参照图6、图7、图8、图9和图10，双半极转子在非变极变速起动过程和变极变速的高转速起动过程是：

当铁芯凸极一18位于定子27铁芯的任何位置，使转子鼠笼的感应电流产生最大起动转矩的那部分定子磁场磁力线路径由定子27铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯一5中，磁力线从核心鼠笼导条一6内侧绕过，从铁芯凸极一18处穿过凸极气隙进入定子27铁芯的s极中，磁力线由定子27铁芯的s极回到定子27铁芯的n极，形成闭合回路。

与此同时，铁芯凸极二24位于定子27铁芯的任何位置，使转子鼠笼的感应电流产生最大起动转矩的那部分定子磁场磁力线路径由定子27铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯二9中，磁力线从核心鼠笼导条二10内侧绕过，从铁芯凸极二24处穿过凸极气隙进入定子27铁芯的s极中，磁力线由定子27铁芯的s极回到定子27铁芯的n极，形成闭合回路。

全部的核心鼠笼导条一6和核心鼠笼导条二10切割定子旋转磁场的磁力线产生垂直向内的感应电流31或垂直向外的感应电流32。垂直向内的感应电流31或垂直向外的感应电流32分别在鼠笼端环一2或转子隔磁端环7或鼠笼端环二11处汇合，形成感应电流闭合回路。两个电流方向上不平衡的垂直向内的感应电流31或垂直向外的感应电流32，在全部的换向鼠笼导条一16或换向鼠笼导条二17内改变感应电流方向，最终在鼠笼端环一2或转子隔磁端环7或鼠笼端环二11处汇合，形成感应电流闭合回路。

双半极转子在起动过程的任何时刻，转子鼠笼均能产生较大起动转矩。核心鼠笼导条一6和核心鼠笼导条二10截面是双鼠笼形或深槽形，使双半极转子能够获得较大初始起动转矩的同时具有较大牵入同步转矩。

参照图8、图9和图10，双半极转子在非变极变速同步运行和变极变速的高转速同步运行过程是：

双半极转子在非变极变速同步运行和变极变速的高转速同步运行时，由于异性磁极相互吸引，N极转子主磁极与定子27铁芯的s极对齐，S极转子主磁极与定子27铁芯的n极对齐。

双半极转子磁极数为四极和四极以上时，铁芯凸极一18的极弧宽度和铁芯凸极二24的极弧宽度均大于或等于两倍的电动机定子极距，在任何时刻，铁芯凸极一18和铁芯凸极二24都位于定子27铁芯一对异性磁极之间。

双半极转子同步运行时直轴电枢反应的磁通路径之一，由铁芯凸极一18对面的定子27铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯一5中，磁力线从核心鼠笼导条一6内侧绕过，从铁芯凸极一18处穿过凸极气隙进入定子27铁芯的s极中，磁力线由定子27铁芯的s极回到定子27铁芯的n极，形成闭合回路。

双半极转子同步运行时直轴电枢反应的磁通路径之二，由铁芯凸极二24对面的定子27铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯二9中，磁力线从核心鼠笼导条二10内侧绕过，从铁芯凸极二24处穿过凸极气隙进入定子27铁芯的s极中，磁力线由定子27铁芯的s极回到定子27铁芯的n极，形成闭合回路。

双半极转子同步运行时交轴电枢反应的磁通路径也是两次穿过凸极气隙。直轴电枢反应和交轴电枢反应的磁通路径都不穿过转子永磁体，电枢反应对转子永磁体的去磁作用不明显，转子永磁体不容易退磁，转子永磁体的用量可以大幅度降低。双半极转子同步运行时直轴电枢反应和交轴电枢反应的磁通路径都不穿过转子永磁体，使直轴磁阻和交轴磁阻均小于传统永磁同步电动机的直轴磁阻和交轴磁阻，所以采用双半极转子的永磁同步电动机的定子磁场所需磁动势更小，电动机的效率更高。双半极转子同步运行时直轴磁阻等于交轴磁阻，属于隐极电动机，具有转矩波动小、噪音小的优点。

参照图11、图12和图13，双半极转子在变极变速的低转速同步运行过程是：

双半极转子在变极变速的低转速同步运行时，由于异性磁极相互吸引，铁芯一5上的N极转子主磁极与定子27铁芯的s极对齐，铁芯一5上的S极转子主磁极与定子27铁芯的n极对齐。

定子旋转磁场增加磁极数时，在定子附加磁场的同极性相互排斥、异极性相互吸引的磁力作用下，铁芯一5上的S′极转子辅助磁极和N′极转子辅助磁极位置向铁芯凸极一18两侧移动。铁芯一5上的S′极转子辅助磁极与定子27铁芯的n极对齐，铁芯一5上的N′极转子辅助磁极与定子27铁芯的s极对齐。铁芯一5上共有四个转子主磁极或转子辅助磁极与定子27铁芯的四个磁极对齐。铁芯凸极一18中间位置对面的定子27铁芯四个磁极的磁通路径，分别由铁芯凸极一18对面的定子27铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯一5中，磁力线从核心鼠笼导条一6内侧绕过，从铁芯凸极一18处穿过凸极气隙进入定子27铁芯的s极中，磁力线由定子27铁芯的s极回到定子27铁芯的n极，形成闭合回路。该磁通路径也是铁芯凸极一18中间位置对面的定子27铁芯四个磁极的直轴电枢反应的磁通路径。铁芯凸极一18中间位置对面的定子27铁芯四个磁极的交轴电枢反应的磁通路径也是两次穿过凸极气隙。

与此同时，定子旋转磁场增加磁极数时，在定子附加磁场的同极性相互排斥、异极性相互吸引的磁力作用下，铁芯二9上的S′极转子辅助磁极和N′极转子辅助磁极位置向铁芯凸极二24两侧移动。铁芯二9上的S′极转子辅助磁极与定子27铁芯的n极对齐，铁芯二9上的N′极转子辅助磁极与定子27铁芯的s极对齐。铁芯二9上共有四个转子主磁极或转子辅助磁极与定子27铁芯的四个磁极对齐。铁芯凸极二24中间位置对面的定子27铁芯四个磁极的磁通路径，分别由铁芯凸极二24对面的定子27铁芯的n极出发，穿过凸极气隙进入铁芯二9中，磁力线从核心鼠笼导条二10内侧绕过，从铁芯凸极二24处穿过凸极气隙进入定子27铁芯的s极中，磁力线由定子27铁芯的s极回到定子27铁芯的n极，形成闭合回路。该磁通路径也是铁芯凸极二24中间位置对面的定子27铁芯四个磁极的直轴电枢反应的磁通路径。铁芯凸极二24中间位置对面的定子27铁芯四个磁极的交轴电枢反应的磁通路径也是两次穿过凸极气隙。

定子旋转磁场增加磁极数时，铁芯一5和铁芯二9上的转子主磁极与对面的定子27铁芯磁极对齐，铁芯一5和铁芯二9上的转子辅助磁极位置分别向铁芯凸极一18和铁芯凸极二24两侧移动。转子凸极的极弧宽度大于转子凸极周长的一半。确保有充足的空间，使转子辅助磁极位置与相对应的定子27铁芯磁极对齐。有利于双半极转子自动适应变换电动机磁极数，实现永磁同步电动机的变极变速。

参照图14和图15，双半极定子绕组是一种单相变极定子绕组。双半极定子绕组主要由起动绕组、工作绕组和移相元件组成。移相元件采用电容器。移相元件串联在起动绕组中。起动绕组由若干个起动线圈组成。工作绕组由后半工作绕组、前半工作绕组组成。后半工作绕组由若干个后半工作线圈组成。前半工作绕组由若干个前半工作线圈组成。起动线圈、后半工作线圈、前半工作线圈各自的数量等于高转速时定子磁极数。若干个起动线圈、后半工作线圈、前半工作线圈均布在定子27铁芯上。以某一个起动线圈为起点，沿着定子磁场旋转方向30第一个起动线圈、第一个后半工作线圈、第一个前半工作线圈为同一个组别，其它组别以此类推。

以高转速时定子磁极数为标准，起动线圈与同一组别的后半工作线圈空间位置相差45°电角度，并且，后半工作线圈与同一组别的前半工作线圈空间位置相差90°电角度。在高转速状态时，同一组别的后半工作线圈和前半工作线圈产生互为同性磁极的磁场，这两个磁场合并成为高转速定子磁场。起动线圈产生的起动磁场与同一组别的高转速定子磁场空间位置相差90°电角度。变极变速的高转速异步起动和同步运行时，在起动绕组、工作绕组和移相元件的共同作用下，产生高转速定子旋转磁场。

以低转速时定子磁极数为标准，起动线圈与同一组别的后半工作线圈空间位置相差90°电角度，并且，后半工作线圈与同一组别的前半工作线圈空间位置相差180°电角度。在低转速状态时，同一组别的后半工作线圈和前半工作线圈产生互为异性磁极的磁场，该磁场称为低转速定子磁场。起动线圈产生的起动磁场与同一组别的后半工作线圈产生的低转速定子磁场空间位置相差90°电角度。变极变速的低转速异步起动和同步运行时，在起动绕组、工作绕组和移相元件的共同作用下，产生低转速定子旋转磁场。

4极/8极双半极定子绕组的起动绕组由起动线圈一35、起动线圈二38、起动线圈三41、起动线圈四44组成。4极/8极双半极定子绕组的后半工作绕组由后半工作线圈一36、后半工作线圈二39、后半工作线圈三42、后半工作线圈四45组成。4极/8极双半极定子绕组的前半工作绕组由前半工作线圈一37、前半工作线圈二40、前半工作线圈三43、前半工作线圈四46组成。

Claims (3)

1.一种双半极异步起动永磁同步电动机，其特征在于电动机转子采用双半极转子，电动机定子绕组采用普通定子绕组或普通变极定子绕组或双半极定子绕组；

双半极转子包含有两个或两个以上转子铁芯，相邻两个转子铁芯同轴并错开一定角度；每一个转子铁芯上有一个转子凹槽和一个转子凸极；若干个永磁体粘贴在转子凹槽中形成转子主磁极；每一个转子铁芯粘贴的永磁体数量是双半极转子磁极数的一半；相邻转子主磁极互为异性磁极；利用转子主磁极两侧的永磁体磁化转子凸极两侧，形成两个转子辅助磁极；使转子辅助磁极与相邻转子铁芯的转子主磁极沿轴向对齐，并使沿轴向对齐的转子辅助磁极与相邻转子铁芯的转子主磁极的极性相同；

非变极变速的双半极转子，转子凸极的极弧宽度大于或等于转子凸极周长的一半；变极变速的双半极转子，转子凸极的极弧宽度大于转子凸极周长的一半；

非变极变速的双半极转子与含有普通定子绕组的电动机定子装配在一起，组成异步起动永磁同步电动机；变极变速的双半极转子与含有普通变极定子绕组或双半极定子绕组的电动机定子装配在一起，组成异步起动变极变速永磁同步电动机；

在异步起动过程中，借助转子凸极中的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把双半极转子牵入同步转速；

在变极变速过程中，定子旋转磁场增加磁极数时，转子辅助磁极对面的定子磁极产生定子附加磁场；转子凸极导磁，并能被磁化成任何磁极极性；在定子附加磁场的同极性相互排斥、异极性相互吸引的磁力作用下，转子辅助磁极位置向转子凸极两侧移动，转子辅助磁极原始位置变成由定子附加磁场磁化，并构成定子附加磁场磁路的一部分；转子辅助磁极位置的移动，使双半极转子能够自动适应变换电动机磁极数，实现永磁同步电动机的变极变速。

2.根据权利要求1所述的一种双半极异步起动永磁同步电动机，其特征在于双半极转子包括转轴（1）、隔磁衬套（3）、转子铁芯部件、转子鼠笼、转子永磁体部件；转子鼠笼、转子永磁体部件安装在转子铁芯部件上，转子铁芯部件安装在非导磁材料的转轴（1）上，或者转子铁芯部件安装在隔磁衬套（3）上，隔磁衬套3安装在导磁材料的转轴（1）上；

转轴（1）呈圆柱形，材料是导磁材料或非导磁材料；导磁材料的转轴（1）需要与隔磁衬套（3）配合使用；隔磁衬套（3）呈圆筒形，材料是非导磁材料；

转子铁芯部件至少有铁芯一（5）和铁芯二（9）两个转子铁芯；铁芯一（5）、铁芯二（9）、联接环（12）组成转子铁芯部件；铁芯一（5）和铁芯二（9）分别由若干个转子铁芯冲片叠压而成，转子铁芯冲片材质是导磁材料；铁芯一（5）和铁芯二（9）结构相同；铁芯一（5）和铁芯二（9）呈环形，铁芯一（5）和铁芯二（9）中间是轴孔（20）；铁芯一（5）和铁芯二（9）径向外侧边缘有一个转子凹槽和一个转子凸极，转子凹槽和转子凸极之间是阶梯形的转子调节槽（23），在铁芯一（5）上的转子凹槽称为铁芯磁极槽一（19），在铁芯一（5）上的转子凸极称为铁芯凸极一（18），在铁芯二（9）上的转子凹槽称为铁芯磁极槽二（25），在铁芯二（9）上的转子凸极称为铁芯凸极二（24）；铁芯磁极槽一（19）和铁芯磁极槽二（25）靠近轴孔（20）的内侧均布若干个转子换向鼠笼导条槽（21），转子换向鼠笼导条槽（21）是闭口槽或开口槽；铁芯凸极一（18）和铁芯凸极二（24）靠近轴孔（20）的内侧均布若干个转子核心鼠笼导条槽（22），转子核心鼠笼导条槽（22）是开口槽或闭口槽，转子核心鼠笼导条槽（22）是双鼠笼形或深槽形；联接环（12）呈环形，联接环（12）材质是导磁材料或非导磁材料；转子铁芯部件装配时，铁芯一（5）和铁芯二（9）同轴并错开一定角度，使铁芯一（5）的铁芯磁极槽一（19）与铁芯二（9）的铁芯凸极二（24）沿轴向对齐，联接环（12）安装在铁芯一（5）和铁芯二（9）之间；

转子鼠笼用铝材压铸制成，或者用铜材焊接制成；转子鼠笼中间是环形的转子隔磁端环（7），两端分别是鼠笼端环一（2）和鼠笼端环二（11）；鼠笼端环一（2）和鼠笼端环二（11）结构相同；鼠笼端环一（2）和鼠笼端环二（11）呈环形，鼠笼端环一（2）和鼠笼端环二（11）径向外侧边缘有一个转子端环凹槽（26），鼠笼端环一（2）上的转子端环凹槽（26）与铁芯一（5）上的铁芯磁极槽一（19）位置相对应，鼠笼端环二（11）上的转子端环凹槽（26）与铁芯二（9）上的铁芯磁极槽二（25）位置相对应；在鼠笼端环一（2）和转子隔磁端环（7）之间有若干个核心鼠笼导条一（6）和若干个换向鼠笼导条一（16），核心鼠笼导条一（6）与铁芯一（5）的转子核心鼠笼导条槽（22）位置相对应，换向鼠笼导条一（16）与铁芯一（5）的转子换向鼠笼导条槽（21）位置相对应；在鼠笼端环二（11）和转子隔磁端环（7）之间有若干个核心鼠笼导条二（10）和若干个换向鼠笼导条二（17），核心鼠笼导条二（10）与铁芯二（9）的转子核心鼠笼导条槽（22）位置相对应，换向鼠笼导条二（17）与铁芯二（9）的转子换向鼠笼导条槽（21）位置相对应；核心鼠笼导条一（6）和核心鼠笼导条二（10）截面是双鼠笼形或深槽形；

转子永磁体部件由若干个永磁体一（4）和若干个永磁体二（8）组成；永磁体一（4）和永磁体二（8）呈瓦片形，若干个永磁体一（4）粘贴在铁芯磁极槽一（19）中形成铁芯一（5）主磁极；粘贴在铁芯磁极槽一（19）中的永磁体一（4）数量是双半极转子磁极数的一半；铁芯磁极槽一（19）中相邻的永磁体一（4）圆弧外表面互为异性磁极；若干个永磁体二（8）粘贴在铁芯磁极槽二（25）中形成铁芯二（9）主磁极，粘贴在铁芯磁极槽二（25）中的永磁体二（8）数量是双半极转子磁极数的一半；铁芯磁极槽二（25）中相邻的永磁体二（8）圆弧外表面互为异性磁极；

双半极转子的联接环（12）材质是导磁材料或非导磁材料；非导磁材料的联接环（12）与转子隔磁端环（7）合并，或者非导磁材料的联接环（12）与隔磁衬套（3）合并；

铁芯凸极一（18）和铁芯凸极二（24）外表面至定子（27）内表面的气隙是凸极气隙，永磁体一（4）和永磁体二（8）外表面至定子（27）内表面的气隙是永磁体气隙；凸极气隙长度小于或等于永磁体气隙长度。

3.根据权利要求1所述的一种双半极异步起动永磁同步电动机，其特征在于双半极定子绕组是一种单相变极定子绕组；双半极定子绕组主要由起动绕组、工作绕组和移相元件组成；移相元件采用电容器；移相元件串联在起动绕组中；起动绕组由若干个起动线圈组成；工作绕组由后半工作绕组、前半工作绕组组成；后半工作绕组由若干个后半工作线圈组成；前半工作绕组由若干个前半工作线圈组成；起动线圈、后半工作线圈、前半工作线圈各自的数量等于高转速时定子磁极数；若干个起动线圈、后半工作线圈、前半工作线圈均布在定子（27）铁芯上；以某一个起动线圈为起点，沿着定子磁场旋转方向（30）第一个起动线圈、第一个后半工作线圈、第一个前半工作线圈为同一个组别，其它组别以此类推；

以高转速时定子磁极数为标准，起动线圈与同一组别的后半工作线圈空间位置相差45°电角度，并且，后半工作线圈与同一组别的前半工作线圈空间位置相差90°电角度；在高转速状态时，同一组别的后半工作线圈和前半工作线圈产生互为同性磁极的磁场，这两个磁场合并成为高转速定子磁场；起动线圈产生的起动磁场与同一组别的高转速定子磁场空间位置相差90°电角度；变极变速的高转速异步起动和同步运行时，在起动绕组、工作绕组和移相元件的共同作用下，产生高转速定子旋转磁场；

以低转速时定子磁极数为标准，起动线圈与同一组别的后半工作线圈空间位置相差90°电角度，并且，后半工作线圈与同一组别的前半工作线圈空间位置相差180°电角度；在低转速状态时，同一组别的后半工作线圈和前半工作线圈产生互为异性磁极的磁场，该磁场称为低转速定子磁场；起动线圈产生的起动磁场与同一组别的后半工作线圈产生的低转速定子磁场空间位置相差90°电角度；变极变速的低转速异步起动和同步运行时，在起动绕组、工作绕组和移相元件的共同作用下，产生低转速定子旋转磁场。