CN104823372B

CN104823372B - 电动机

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Publication number: CN104823372B
Application number: CN201280076318.7A
Authority: CN
Inventors: 朱利安·罗梅罗－贝尔特伦; 罗德里戈·罗梅罗-佩雷斯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2019-10-18
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: MX342018B; WO2014023991A1; CN104823372A; US20150372574A1; MX2015001832A; US10164507B2

Abstract

本发明涉及一种可转换为同类的永磁电动机的罩极单相电动机，包括前壳体、定子元件、转子元件、放置在所述定子元件的凸极之上的多个绕组、以及后壳体，其中所述定子元件呈现出具有相对于水平和竖直对称轴旋转45°的四个凸极的正方形配置，以便与所述定子元件的四个角对准。所述定子新配置使得在制造和装配所述定子元件和转子元件的片封装期间最优化叠片材料的使用；另外，在定子元件中被旋转45°的凸极能够降低其绕组中的电损耗并且降低定子元件和转子元件两者的操作温度，这使得电动机操作效率的增加。类似地，定子元件操作温度的降低允许其组件使用塑料材料。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及机电工业中的电动机制造技术，尤其涉及一种可以转换为永磁电动机的罩极单相感应电动机，这种设计允许增强其能量效率以及更好地使用构建材料。

背景技术

众所周知，电动机是使用机电方法将电能转换为机械能的设备。

由19世纪中期发现的两个原理可以实现电动机的操作。第一个原理是关于法拉第发现的感应现象，其描述如果导体在磁场中移动，那么在这个导体中感应电流。安培观察到第二个原理并且它叙述如果电流穿过位于磁场内部的导体，那么磁场施加机械力到导体上。

对于可操作的电动机，它们设置有基本单元：创建磁场的感应器以及壳或电枢，其为支撑切断磁场以及携带电动机励磁电流的导体的结构。

取决于电动机使用的电能的类型，电动机被分类为直流电动机和交流电动机。着重交流电动机，应该注意到其存在两类：同步电动机和感应电动机(异步的)。在同步电动机中，由交流电源供应磁场电流，而在感应电动机中，由磁感应将磁场电流供应到其绕组中。

正是由于这个特征，感应电动机才得到它的名字，因为在转子中流动的电流由在定子中流动的电流来感应。转子电流由定子绕组产生的磁场的动作来感应，而无需存在定子电路与转子之间的电连接。

感应电动机定子包括容纳磁活性圆柱环形结构的框架、具有位于内部等距地间隔开的插槽中绕组集的电工钢的一堆穿孔叠片。

感应电动机转子是安装在轴上的磁活性圆柱形结构(叠片堆叠)。转子绕组可以为两种类型：鼠笼型转子或绕线转子。鼠笼型转子包括布置在转子外围上雕刻插槽之间并且由短路环(铝或铜)在每一端上短路的一系列导电条(铝或铜)。鼠笼型绕组可以由熔化、压力注入或由制造工艺形成。转子条的设计变化是用于变更电动机转矩-转速特征的主要方法。

必须注意到单相感应电动机具有点火困难。为了克服这种不便，可以使用负责弥补电流以实现转子启动旋转所需的转矩的点火电容器。同样地，可以使用阴影绕组(也称为辅助或点火绕组)，其在物理上或电气上不同于主绕组或操作绕组，因为后者由更薄的导体形成并且具有比点火绕组更多的环路。

具有辅助绕组(也称为罩极)的感应电动机除了具有制造成本低之外，还具有构造简单、可靠性高和力度的优势。与其他单相感应电动机类型相反，这类电动机不需要诸如离心电容器或开关的辅助部件，这可以被理解为最小限度的维护。

尽管鼠笼型单相感应电动机不具有大的点火转矩，但是他们被用于多种应用中，诸如：一般地，通风机、离心泵、燃料泵、落满灰尘的环境应用、压缩机、洗衣机和家用电器等。

关于上述，这些年来已经实现电动机结构和配置的改进，以便实现关于它们的能量损耗的更好结果，尤其在那些单相感应电动机中。

上述的一个示例是在U.S.A.专利号US 2,773,999中公开的罩极单相感应电动机，其特征在于具有包括多个小的环-短路条的转子；具有四个凸极的定子，其每个具有完全相同的形状；所述形状由两部分形成：颈部和面部；所述面部包括第一部分和第二部分。第一部分具有放置阴影绕组(shadow winding)的插槽。第二部分的每个具有在给定点中附属于面部的圆柱局部部分的半扁平或发散表面。半扁平表面优选地正切于圆柱表面并且延伸至面侧的末端。

优选地，转子具有相比于面部极小的气隙。然而，由于转子是圆柱形的，所以气隙在邻近于第一部分的区域和邻近于面部的主中央部分的区域中是均匀的。然而，邻近于半扁平表面形成不同的气隙，其朝着面部末端连续增加。并且，这种半扁平表面优选地位于50电角度处。

上述电动机呈现了圆形几何形状定子的不便性，从而当执行冲压以获得最终形式(因为它是正方形形状叠片结构的一部分)时浪费了大量材料。另一个不便性是在一个极与另一个极之间形成的容器(pocket)是卵形，这限制了用于放置每个极的主绕组的有用空间。

上述另一个示例是在U.S.专利号US.2,149,569中公开的罩极可逆类电动机，其结合地包括具有多个磁性材料叠片结构的定子；这种叠片结构在它们的边缘内部是打开的以便限定由多个对称地布置的矩形形状极包围的转子容器；安装在这种容器上用于感应旋转的转子，其包括具有绕组和鼠笼型配置的磁性圆柱磁芯；由这种叠片结构来整体地形成这种极的面，以便具有与所述转子轮廓一致的形状；高透磁金属薄片的部分的U形连接构件交替地钎接以及将每个极稳固地固定至这种连接构件的腿；这种连接构件的腿面与这种转子在形状和轮廓上一致；用于永久地掩盖一些极的装置以及用于为放置在每个极中的主绕组供给能量的装置。

然而，尽管上述电动机的定子具有正方形形状，但不存在假设用于主绕组的空间的最优化，因此，为了实现必要的磁场，使用较小尺寸的电线。因为导体面积越小，对电流流动的阻力越大，从而这种电动机不具有高效能量损耗。

在U.S.专利号U.S.2,591,117中描述了现有技术的另一个罩极感应电动机，其由下述构成：鼠笼型转子、与所述转子同心的定子；所述定子是对称的并且被划分为使用所述转子形成放射状气隙的至少四个突出的相对极，由所述极之一的拱形面长度的至少5％并且不多于15％圆周的圆周气隙将每个极与其邻近极隔开，每个所述极具有阶梯式面的部分以给间隙提供另外的放射状空隙；极面的所述阶梯式部分的累积曲率是与所述极面相一致的整圆的至少20％；所述圆周气隙的磁阻大幅地大于额外气隙的磁阻。

然而，它出现了与上述电动机相同的不便；因为除了对于定子与环境之间的热能量转移缺乏合适的表面之外，还存在大量的冲压材料浪费，所以定子配置不是最优的。

与U.S.专利号US 3,697,842有关的电动机是包括具有至少一对极的定子磁芯的单相感应电动机。所述极包括第一部分和第二部分，第一部分在第二部分的远程侧具有阴影线圈，第二部分具有由极的第一部分形成的具有和不具有阴影的区域(section)。第一线圈支撑每个极并且第二线圈仅支撑每个极的第一部分。第一线圈串联连接以形成第一绕组并且第二线圈也串联连接以形成第二绕组；第一绕组和第二绕组两者串联连接。

提供了第一速度响应开关，其示出第一位置和第二位置。当处于其第一位置时，开关被耦合至第一绕组以便由交流电源为电动机供给能量并且开始操作。当电动机到达一定速度时，当在其第二位置上时开关也进行操作，其中第一绕组和第二绕组串联耦合以便由源供给能量。

上述的感应电动机具有使用离心开关以便当操作这种电动机时启动第一绕组和第二绕组的缺点。使用诸如开关的这种额外组件除了需要周期维修以便保证其正确运行之外还增加了最终花费。

在U.S.专利号US 5,036,237中，可以发现电动机的另一个示例，其包括具有由气隙相互影响的定子和转子的罩极电动机。所述定子具有带有箭形颈和宽极基座的凸极。阴影线圈的插槽从气隙延伸至凸极并且限定一部分极阴影。阴影部分的暴露侧是相对连续的，因为它包括阴影线圈，该阴影线圈具有阴影线圈的插槽内的一侧和接近极开口但远离暴露侧的另一侧。这能够隔离凸极的表面以便容纳定子绕组。

它具有下述缺点：当由彼此间隔开一定距离的两部分形成凸极时，为绕组得到更大的面积，但可以放射状地布置在定子中的极数量被大幅受限。当冲压定子时，浪费了在电动机构建的后续步骤上没有使用的冲压材料。

在上述专利中，涉及了定子和转子，其中定子是由一组钢片堆叠形成的模块，其已经被冲压或剪切为特定的设计以便在容纳已经被冲压的容器的内部，容纳磁铁电线环路(绕组)，所述容器特征在于在相对于正方形水平和竖直对称轴的对角位置中提供。在这个感应电动机中的定子叠片结构可以是正方形的或圆的；然而，这类电动机的设计呈现了以下不便：

●当叠片结构是正方形类型时，角的过剩材料不会利于改善电动机的磁流量，并且当叠片结构是圆形类型时，考虑到在正方形薄片上执行冲压，出现了在其角轮廓上的薄片浪费。

●当穿孔容器被布置在与正方形电薄片的角对齐的位置中时，其不允许增大其中插入线圈的凸极当中的自由空间区域。

●在先前技术的标准电动机的正方形叠片结构(3.3框架(frame))中以及用来形成用于容纳“线圈”的穿孔容器的有用区域为大约406.62mm²的面积，其限制了绕组的区域容量。

●类似地，相对于正方形，圆形叠片结构的有用区域具有更加减小的面积，大约318.18mm²。

关于转子，其由一组电级钢片组成，具有比定子的内部直径更小的直径并且具有多个冲孔插槽，其中容纳有形成先前技术的鼠笼型的导电条。

申请人研发了新颖的罩极单相电动机，其具有与先前技术的定子相同的外部区域面积尺寸以及更小的定子叠片结构封装宽度，即，通过为其制造使用更少并且因此更轻的材料，用更小的电能损耗，提供相同的输出功率。

另一方面，存在为电动机的制造和设计提供更有效结果的不同技术，但是他们对制造诸如永久电容式电动机是更昂贵的。由于其设计，本发明的电动机呈现了关于其线圈的更小的电阻以及当冲压磁路时废料的使用；因此，它允许提供比先前技术的罩极电动机更便宜和更有效的电动机。

发明内容

为了克服先前技术的缺点，研发了可转换为永磁电动机的罩极感应电动机，其呈现了定子元件的新颖配置，特征在于呈现正方形叠片结构以及相对于水平和竖直对称轴45°的凸极。这种配置示出了与先前技术的凸极的传统位置相比新的方案，其精确地位于水平和竖直对称轴之上。

通过将其旋转45°，凸极允许实现他们绕组电损耗的降低以及定子元件和转子元件两者操作温度的降低，这可以被理解为电动机运行效力的增大。类似地，定子元件操作温度的降低允许其组件使用塑料材料。

发明目的

考虑到先前技术的不足之处，本发明的一个目的是提供可转换为具有高能量转换效率的永磁电动机的罩极感应电动机。

本发明的另一个目的是提供可转换为节省制造和运行成本的永磁电动机的罩极感应电动机。

本发明的又一目的是提供可转换为允许在冲压期间再利用废料的永磁电动机的罩极感应电动机。

本发明的又一目的是提供可转换为永磁电动机的罩极感应电动机，该永磁电动机的定子元件需要更小的叠片封装宽度或更小数量的薄片以提供与传统罩极感应电动机相同的功率。

本发明的再一目的是提供可转换为永磁电动机的罩极感应电动机，由于当操作时最小的制热，该永磁电动机允许使用塑料材料来构建其壳体或盖。

由本发明的可转换为永磁电动机的罩极感应电动机的定子元件的新颖配置来实现本发明的先前目的以及其他目的和优点，其特征在于具有其叠片结构的正方形配置以及相对于水平和竖直对称轴45°的凸极。

通过将其旋转45°，凸极允许实现它们绕组上电损耗的降低以及定子元件和转子元件两者操作温度的降低，这可以被理解为电动机运行效力的增大以及其组件使用塑料材料的可能性。

附图说明

在所附权利要求中将特别地建立本发明所考虑特征的新颖的方案。然而，当参考所附附图时，通过下述特定实施例的详细描述将更好地理解其优点和其他目的，附图中：

图1是根据本发明的原理构造的可转换为永磁电动机的罩极感应电动机的前透视图。

图2是不带前壳体并且不带转子的图1的感应电动机装配的前透视图。

图3是带有装配在其上的转子的图1的感应电动机前壳体内部的透视图。

图4是不带两个壳体(前和后)并且不带热塑性隔离导管架(jacket)的图1的感应电动机的正视图，以便示出定子元件以及鼠笼型转子元件的冲压、装配和阴影线圈的内部细节。

图5是不带两个壳体(前和后)、不带有热塑性隔离导管架以及不带有阴影线圈的图1所示的电动机的额外实施例的正视图，以便示出定子元件和永久磁铁型转子元件的冲压和装配的内部细节。

图6A是用于冲压图1的感应电动机鼠笼型转子元件和定子元件的停止的平面图，其中示出内部冲压细节。

图6B是用于冲压图6A所示的感应电动机鼠笼型转子元件和定子元件的停止的额外实施例的平面图。

图7是用于冲压图5的永磁电动机转子元件和定子元件的停止的平面图，这里示出内部冲压细节。

图8是本发明的电动机定子元件被冲压并且被装配时的分解图。

图9A是容纳绕组的容器的平面图，其中示出了先前技术的内部细节和本发明的细节，用于形状和尺寸的比较。

图9B是容纳转子条的容器形状和尺寸的平面图，其中示出了先前技术的细节和本发明的细节。

图9C是先前技术的感应电动机的正方形形状定子元件的叠片冲压的平面图。

图9D是示出冲压先前技术的感应电动机的圆形定子元件叠片的平面图。

图10是图2所示的定子以及顶部和底部隔离导管架的分解图。

图11是在顶部隔离导管架中霍尔效应传感器元件的安装的部分图案的顶部立体图。

图12是本发明的感应电动机中使用的鼠笼型转子的立体图。

图13A是本发明的感应电动机中使用的永久磁铁型转子的立体图。

图13B是图13A所示的永久磁铁型转子的分解图。

具体实施方式

参照附图并且尤其参照图1和图3，它们示出根据本发明的特别优选实施例所构造的可转换为永磁电动机的罩极感应电动机100，其必须被视为示例性的但不受其限制，其中所述罩极感应电动机是具有四个阴影凸极的分数幂的单相电感应电动机，其包括前壳体101；定子元件102；转子元件103；分别放置在所述定子元件102与前壳体101与后壳体106之间的一对前隔离导管架104和后隔离导管架114；放置在定子元件102的四个凸极之上的多个绕组105；以及后壳体106。

在图4中，示出本发明的定子元件102的新颖配置，其特征在于示出正方形形状叠片结构以及具有定子元件102相对于水平A-A'对称轴和竖直B-B'对称轴旋转45°的凸极107。可以看出，这个配置关于先前技术的凸极的传统位置是新颖的，由图9C和图9D可以观察到其精确地位于A-A'和B-B'对称轴之上，这里示出了先前技术定子的配置。这个新的配置允许在制造和装配定子元件102和转子元件103的片封装期间最优化电级钢片材料的使用。

旋转45°来改变这个位置允许将定子元件102的凸极107放置在与正方形形状叠片结构的A-A'水平和B-B'竖直对称轴精确地相交45°的C-C'和D-D'对角轴之上。

当所述凸极107朝着定子元件102的角108校准时，本发明的新设计允许穿孔容器109提供更大的空间以容纳绕组105。

由于可以使用更小口径的磁铁电线这一事实，根据最小化焦耳效应W＝I²×R的原理，提供更大的区域可以节省电能；并且，因此，可以具有更大的导电面积；由于已知导体的面积越大，对电流的阻力越小，并且因此焦耳效应的电损耗也会降低。另外，同时获得用于增大绕组环路或匝数的可能性，这允许根据电动机要求来执行更好的成本效益和效力平衡以选择最好的绕组；同时选择最优的卷绕参数。

本发明的转子元件103的叠片结构特征在于具有两个实施例，第一个实施例在图4和图12中示出，图4和图12对应于鼠笼型转子元件103，其包含多个导电条117、与多个导电条117一起放置的一对短路环118、支撑体119和穿过支撑体119中心的箭形元件120，支撑体119和箭形元件120这两个元件稳固地彼此连接。当电动机运行时，由于定子元件102的磁场感应的电流感应的原理，转子元件103旋转，因此产生转矩。

在图5、图13A和图13B中示出第二实施例，其对应于永久磁铁型转子元件103，其包含永久磁铁环121、插入永久磁铁环121的支撑体或片122、以及穿过支撑体122中心的箭形元件124。支撑体122还包括贯穿其周围的多个条纹123，以便能够与永久磁铁环121耦合。

参照图6A、图6B和图7，它们分别示出用于冲压在鼠笼型转子实施例(图6A和图6B)以及在永久磁铁型转子实施例(图7)中定子元件102和电动机转子元件103的叠片结构119和122的停止。

该停止设计是正方形的并且具有定子元件102的凸极107相对于水平对称轴A-A'和竖直对称轴B-B'旋转45°，允许最优化空间并且充分利用冲压定子元件102的额外元件的剩余材料。

新设计允许穿孔容器109为绕组105提供更大的嵌入空间(参照图4和图7)；另外，残存有一些来自电工钢片的废过剩材料，并且其被用于冲压与定子元件102耦合的插入元件110。在定子102的四个外侧的每个中，通过装配元件111，优选地为舌槽型(参见图8)，使得插入元件110装配有定子102，从而加强和改善了所述侧的磁路。

上述冲压的停止设计允许在冲压和装配定子元件102时，获得在所述定子元件102的侧边上导电横截面积的增加，以此改善所述定子中磁流量的传导，同时获得制造期间钢片大约30％的成本削减，实现了钢片的最大优化，这直接影响了生产成本。

关于图6B，其示出用于冲压定子元件102和电动机转子元件103的停止的额外实施例。这个停止设计与图6A和图7中的停止设计非常相似，但是和图6A和图7中不同的是，插入元件110'被集成至定子元件体102，从而简化了渐进的(progressive)冲压。

在这个实施例中，当没有利用由将极旋转45°所得空间得到的浪费时，使用C-C'和D-D轴很大地简化了冲压。

另一方面，如上所述，在图8中，可以看出当已经制造插入元件110和定子元件102时就装配它们的方法；以及穿孔容器109准备接收相应绕组的方式。

同样地，插入元件110在其外侧面上被设计有多个波动112，当电动机正常运行时，这些波动暴露于环境中，这允许增大定子元件102中的热耗散，但是主要地，它允许降低磁路磁阻，获得更好的磁流量，从而减少钢片中的寄生电流或涡流导致的损耗；另外，如上所述，由于波状区域112(其作为热交换片)中增大的散热区域，所以存在更好的热耗散，并且没有额外的材料成本，从而使得定子102和绕组105的工作温度降低，由于所述磁铁电线绕组105中工作温度降低，这还转化为电损耗的降低。

可以看出，定子元件102的新颖配置允许获得电动机中较低的操作温度，这给出了增加转子元件103直径的可能性。由于具有与先前技术的电动机相比更大的直径，转子元件103还呈现了操作温度的降低，以及因此，由于焦耳效应W＝I²×R在所述转子元件103中存在更少的损耗。

随着电动机变得更有效率，所以废热减少，并且因此电动机与环境空气温度之间的温度差也减小(温度梯度)。通过在定子元件102的铜绕组105中和在转子元件103的导电条中具有更冷的工作温度，实现了绕组更低的欧姆阻抗，因为众所周知地，导电材料根据温度改变他们的欧姆阻抗，温度越高，铜和铝欧姆磁阻将越高，从而本发明的电动机通过不浪费转化为热的电能，将具有由焦耳效应引起的更少损耗。

另一方面，本发明的定子元件102作为额外的特征还包括：其配置在作为支撑基底的相邻角的两个中，呈现了至少两个孔槽113，每个角中一个，以插入至少两个紧固元件，优选地为一对螺栓，以便固定所述电动机。定子102装配的这种改善使得紧固元件能够固定在定子元件102的侧面上，即使当电动机被完全地装配时也能够被插入其中；这使得当需要紧固元件时能够做出是否使用这类紧固器以固定电动机的选择，从而实现当不需要紧固元件时其成本的削减。尤其，具有这种额外的特征，在系统或机械装置中能够使用本发明的感应电动机来代替传统的电动机，而无需执行任何修改。

关于图9A，其示出在先前技术的传统定子元件中，由用于放置绕组的容器中的自由区域呈现的配置，以及将它们与由本发明的定子元件102的新冲压配置获得的自由区域进行对比。

自由区域“α”对应于先前技术的正方形叠片结构定子，具有406.62mm²的用于绕组的自由区域。

自由区域“β”对应于先前技术的圆形叠片结构定子，具有338.18mm²的用于绕组的自由区域。

自由区域“γ”对应于本发明的正方形叠片结构定子，具有相对于水平和竖直对称轴旋转45°的凸极，具有557.84mm2的用于绕组的自由区域。

可以观察到，与先前技术的传统定子配置相比，定子元件102的新颖配置大幅增大用于绕组的自由区域(可用于容纳绕组的截面积)，从表1可以看出：

表1

相对于先前技术的传统定子，本发明的定子元件102的发展，也即是说，具有相对于水平和竖直对称轴旋转45°的凸极，正方形冲压或者圆形冲压，除了在可用于绕组的截面区域上的增加外，还允许获得独特的和实质的益处：

1.利用了先前技术冲压期间在角中产生的废物；并且，通过将叠片穿孔机中极的位置旋转45°，获得增大磁铁线的环路或线圈的空间的益处，这允许磁铁线更好的口径选择和极环路中匝数的最优选择。

2.利用了在用于绕组的容器109的冲压操作期间产生的废物。提到废物被变为插入元件110是重要的，插入元件110被加入到定子叠片结构作为用于帮助热耗散和磁流量传导的元件，有利于电动机本身。

3.具有凸极特征的定子元件102可以被用于具有电切换永久磁铁型转子的电动机类型中。

4.与当前在市场上的该类型的先前技术电动机相比，其是具有更好效率特征的罩极的单相电动机。

另一方面，在图9B中，与由本发明的转子元件103的新冲压配置获得的转子条的自由截面积相比，示出由先前技术鼠笼型转子的导电条117的自由截面积呈现的配置。还可以看出，对于具有相似特征和相同功率的电动机，由于定子元件102的能量效率，可以利用占有较小电损耗的更大直径的转子元件103。

自由区域“δ”对应于先前技术的圆叠片结构或正方形叠片结构的鼠笼型转子，具有22.5906mm²的用于转子条的自由区域和4.4249cm的直径。

自由区域“θ”对应于根据本发明的原理的正方形叠片结构的鼠笼型转子，具有34.356mm²的用于转子条的自由区域和4.8654cm的直径。

以上可以看出，转子元件103的新颖配置除了增大转子的外直径之外，还大幅增大了(高达54％)转子条的自由区域，正如图9B和表II所示：

表II

通过增加鼠笼型的转子元件103的用于导电条的自由空间“θ”的面积，无需增大标准电动机尺寸，但是实际上增大用于转子的空间(直径)，要考虑的非常重要的方面是本发明的感应电动机效率获得的改进。

通过在转子元件103中具有更大的自由空间“θ”，可以大幅增加鼠笼的导电条117的横截面积，从而减小它们的欧姆阻抗并且因此减小由于焦耳效应“W＝I²×R”引起的损耗。在图9B中，可以观察到本发明的转子的导电条117的自由空间“θ”具有34.356mm²的面积，而先前技术传统转子的导电条117的自由空间“θ”仅仅具有22.56mm²的面积，也即，本发明的转子元件103具有比先前技术通道面积多52％的通道面积。

参见图9C和图9D，它们示出用于两个先前技术不同感应电动机的叠片结构的穿孔机，在图9C中示出正方形定子元件102，在图9D中示出圆形定子元件102，其中可以看出通过冲压电级钢的单个正方形薄片的两个定子产生的废料没有被一些其他的电动机组件利用。当凸极107被定向时，还可以看出用于放置定子元件102的绕组105的自由区域109减少了，其精确地位于水平A-A'和竖直B-B'对称轴之上。

参见图10，示出使用隔离材料优选用热塑性材料制造的前方隔离导管架104和后方隔离导管架114；导管架104被放置在定子元件102的前部中；以及导管架114被布置在定子102的后部中。所述隔离导管架还用于包含并且定形绕组，这允许实现环路或半匝可能的最小长度。额外地，前部隔离导管架104包括容器115以容纳霍尔效应的传感器元件116，用于其中电动机与永久磁铁转子一起运行的实施例。

在图11中，详细示出霍尔效应的传感器元件116的位置，其位于相对于所述磁极前进从0°高达45°的可变间隙范围的角位置中。在优选实施例中，所述传感器元件116相对于磁极前进大约17°，这使得能够选择最优的前进射角(advanced shot angle)作为电动机最佳效率的函数。

利用传感器元件116来测量磁场强度，给出了由控制信号时间中的间隙执行调节以关闭和打开线圈的可能性，从而增大了效率和电动机功率。

在本技术领域中，传感器位置为0°，即，在仅仅能够延迟打开线圈的两个极之间的中立点；而在本发明(新技术)的发明中通过编程安装在控制卡片中的微处理器而允许延迟或超前打开线圈。微处理器允许引进控制程序以维持电动机效率。

关于图12、图13A和图13B，它们示出了本发明的转子元件103的叠片结构的细节，通过两个实施例来对其进行特征化。

图12中示出第一实施例，其对应于鼠笼型转子元件103，如上所述，其包含多个导电条117、与多个导电条117一起放置的一对短路环118、支撑体119和穿过支撑体119中心的箭形元件120，支撑体119和箭形元件120这两个元件稳固地彼此连接。由于定子元件102的磁场引起电流感应的原理，转子元件103旋转，因此产生转矩。使用金属材料优选地使用压力注射铝(拉抹铸造)来制造导电条117和该对环118，同时优选地使用钢来制造箭形元件120。

图13A和图13B中示出第二实施例，其对应于永久磁铁型转子元件103，其包含永久磁铁环121、插入永久磁铁环121的支撑体122、以及穿过支撑体122中心的箭形元件124。支撑体122还包括贯穿其周围的多个条纹123，以便能够与永久磁铁环121耦合。在这个实施例中，阴影线圈125从定子元件102中消除(参见图5)。

根据上述，可以观察到属于本发明的感应电动机100的设计包含新颖的定子元件102，定子元件可以与鼠笼型电动机和电切换永久磁铁型电动机一起运行。

对于永久磁铁型电动机，电动机100应该包括电控制卡(在图中未示出)，其可以或不可以包括来自于如上所述的图10和图11中示出的霍尔效应的传感器元件116类似的传感器元件的反馈。类似地，电切换电动机100还可以不与传感器元件116一起使用，使得由之前储存在磁控制卡片中的计算机算法来确定磁场的位置，由此确定用于发射关闭和打开线圈之一的信号的最佳发射时间或角度。

值得提到的是，因为既不存在由阴影线圈125产生的损耗，也不存在鼠笼型的转子元件103的损耗产生的电损耗，所以证明电切换永久磁铁电动机的操作比罩极感应电动机更有效。

示例

实验Ⅰ

在相同的工作负载下，对本发明的罩极感应电动机(电动机ROBEL Q9-580-690-27-312)和该类型的最好电动机中的一个以及市场上可得的现有技术的一类(电动机ELCONU9-20-2)进行一系列的试验以测量能量消耗和角速度。对获得的值进行比较并且得到以下结论：

●与先前技术电动机相比，新的感应电动机展现出平均节省了大约55％的电能消耗。

实验Ⅱ

在相同的工作负载下，对本发明的电切换电动机(电动机ROBEL ECMQ 16WO)和该类型的最好电动机中的一个以及市场上现存的现有技术的一类(电动机A.O.SMITHE128044 16WO)进行一系列的试验以测量能量消耗和角速度。对获得的值进行比较并且得到以下结论：

●与它们相同容量的电切换电动机相比，本发明的电切换电动机(永久磁铁)展现出节省了高达大约28.82％的电能消耗。

实验研究

对于两个实验，对本发明的电动机(ROBEL Q9-580-690-27-312和ROBELECMQ16WO)经受的能量消耗测量和角速度测量试验的结果进行列表和绘图的比较试验，将其与通过旋转相同特征的刀片或推进器对两类电动机使用相同工作负载的当前技术的电动机(ELCO NU9-20-2and A.O.SMITH E128044)经受的能量消耗测量和角速度测量试验的结果进行比较。

在感应电动机(实验Ⅰ)的情形下，使用耦合至电动机的203.2mm×30°的刀片；并且在电切换电动机(实验Ⅱ)的情形中，使用耦合至电动机的254mm×30°的刀片。

下面是在确定规格下和用工作电压范围评估的点：

a)能量消耗，单位瓦特(WATTS)；以及

b)电动机角速度，单位转每分(RPM)。

在表III和表IV以及图表1和图表2中示出感应电动机(实验I)的结果；而对于电切换电动机(实验II)，在表V和表VI以及图表3和图表4中示出结果。

表III

表IV

从两个表格得到的结果可以看出，在实施的所有试验中，当经受相同的预定电压时，附属于203.2mm(8英寸)×30°和5铲的电动机ELCO NU9-20-2比电动机ROBEL Q9-580-690-27-312消耗更多的能量。例如，通过施加115VAC的电压，电动机ELCO NU9-20-2消耗28.42瓦特的能量并且使得刀片在1558转每分(RPM)的角速度下旋转，而附属于相同尺寸刀片的电动机ROBEL Q9-580-620-27-312通过施加115VAC的电压，消耗18.3瓦特的能量并且使得其在1606RPM的角速度下旋转。

曲线1:电压消耗功率(表III和表IV)

曲线2:角电压速度(表III和表IV)

得到表III和表IV示出的以及曲线1和曲线2描述的结果如上所述，评价每个经检验的电动机的性能，使用相同的工作负载，即，在指出的不同电压，具有203.2mm(8英寸)×30°直径的5-铲刀片。

以上可以观察出，本发明的电动机(ROBEL Q9-580-620-27-312)比现有技术的电动机(ELCO NU9-20-2)的状态消耗更少的电流、更少的能量并且产生更大的角速度。被设计为做相同任务的两个电动机给定9W的功率；然而，它们呈现了不同的消耗量，因此从得到的结果中可以确定出新电动机在性能上更有效率。

从表III和表IV还可以观察到，电动机ELCO NU9-20-2的叠片结构封装宽度为19.05mm(0.750英寸)，而对于本发明的电动机，叠片结构封装宽度为14.73mm(0.580英寸)，这能够在4.31mm(0.170英寸)的叠片结构封装宽度上获得成本削减。鉴于上述，还可以推论出先前技术定子在它们的叠片结构中使用29％更多的材料。

另一方面，对两种情形使用具有30°角度的5-铲刀片，具有/70HP(9瓦)输出容量的本发明的电动机(ROBEL Q9-580-690-27-312)呈现了115VAC的电压和大约18.3瓦特的消耗量，给定1606RPM，而具有1/70HP(9瓦特)输出容量的现有技术电动机(ELCO NU9-20-2)的状态呈现了115VAC的电压和大约28.42瓦特的消耗量，给定1588RPM，这导致相比于本发明的电动机，55.30％更多的电能消耗量和1.13％更小的RPM。

根据表I和表II中示出的完整试验得出的结果，以及从曲线1和2中可以看出，电动机ELCO NU9-20-2比电动机ROBEL Q9-580-620-27-312消耗大约55％更多的能量并且给出轻微较少功率。

表V

表VI

从两个表格得到的结果可以看出，在实施的几乎所有试验中，当承受相同的预定电压时，附属于25.4cm(10”)×30°和5花瓣(petal)的电动机A.O.SMITH E128044 16WO比电动机ROBEL Q9-580-690-27-312消耗更多的能量。例如，通过施加115VAC的电压，电动机A.O.SMITH E128044 16WO消耗26.50瓦特的能量并且使得刀片在1557转每分(RPM)的角速度下旋转，而附属于相同尺寸刀片的电动机ROBEL ECMQ 16WO，通过施加115VAC的电压，消耗21.7瓦特的能量并且使得其在1557RPM的角速度下旋转。

曲线3：电压消耗功率（表V和表VI)

曲线4：角电压-速度(表V和表VI)

得到表V和表VI示出的以及曲线3和曲线4描述的结果如上所述，评价每个经检验的电动机的性能，使用相同的工作负载，即，在指明的不同电压处具有254mm(10英寸)×30°直径的5-铲刀片。

以上可以观察出，本发明的电动机(ROBEL ECMQ 16WO)比现有技术的电动机(A.O.SMITH E128044 16WO)的状态消耗更少的能量、稍微多点的电流并且其产生实际上相等的角速度。

从表V和表VI还可以观察出电动机A.O.SMITH E128044 16WO以及电动机ROBELECMQ 16WO两者的叠片结构封装宽度是19.05mm(0.750英寸)。

另一方面，对两种情形使用具有30°角度的5-铲刀片，本发明的电动机(ROBELECMQ 16WO)呈现115VAC的电压和大约21.7瓦特的消耗，给定1557RPM，而现有技术电动机(A.O.SMITH E128044 16WO)的状态呈现115VAC的电压，大约26.54瓦特的消耗，给定1557RPM，这导致了相比于本发明的电动机的额外21.88％电能消耗量的结果。

根据表V和表VI中示出的完整试验得出的结果，以及从曲线3和曲线4中可以看出，电动机A.O.SMITH ELCO NU9-20-2比电动机ROBEL ECMQ 16WO消耗高达大约28.82％更多的能量以及实际上给出相同的功率。

可以注意到，表III、表IV、表V和表VI示出对本发明的感应和电切换电动机以及先前技术电动机的前述状态进行相应试验得到的值，其结果允许客观地示出并且给出由本发明的感应和电切换电动机实现的能量损耗保存的清楚思想。

另外，提及下述也是重要的：本发明的电动机，在其鼠笼型转子实施例中，呈现了38％与50％之间的效率，而在永久磁铁实施例中，其效率超过70％。现有技术感应电动机的传统状态仅仅具有18％与28％之间的效率，而传统电切换电动机呈现从55％至65％的效率。

另一方面，相对于冲压电级片，正如已经提及的，取决于电动机功率，定子和转子中片的数量(叠片封装)减小或增大。提及下述是重要的：叠片封装宽度能够改善电动机效率。

额外地，片宽度越窄，电动机的特性越好，出现出由寄生电流或涡流产生更小的损耗。通常的最小宽度是0.50mm。

作为本发明的目的，可转换为永久磁铁电动机的罩极感应电动机由于其新的设计，允许更好的能量效率，因为定子和转子绕组的电阻降低，从而电损耗也通过焦耳效应降低。

两类电动机的另一个非常重要的特征是电动机的尺寸不随着感应电动机的新设计而变化，保持了这类电动机的标准尺寸。

在用于便利店、冰淇淋店、饭店或零售店等的商业类型的冰箱中发现了这类电动机的主要应用；或者在提供通风、供暖和空调系统(HVAC)的工业中，其和现有技术电动机的状态的特征和布置完全兼容，这允许不对将要放置电动机的设备或系统做任何改变的修改和替换。

即使已经描述和示出了本发明的优选实施例的先前描述，仍应该强调可以对其进行大量修改的事实，诸如使用本发明的电动机的设计用于不同尺寸、容量和功率的电动机，而不会偏离本发明的真实范围；因此，本发明不应该被限制，除非现有技术和所附权利要求需要。

Claims

1.一种罩极单相感应电动机，包括前壳体、定子元件、转子元件、放置在所述定子元件的四个凸极之上的多个绕组、以及后壳体，其中所述定子元件呈现正方形配置，具有相对于水平和竖直对称轴旋转45°的四个凸极，以便与所述定子元件的四个角对准，所述定子元件配置提供了用于容纳所述绕组的自由区域，其中所述电动机包括在所述定子元件的四个外侧的每个中与所述定子元件耦合的插入元件，其中通过冲压在冲压容纳所述绕组的所述自由区域之后获得的废过剩材料来形成所述插入元件。

2.根据权利要求1所述的罩极单相感应电动机，其中用于容纳所述绕组的所述自由区域为至少500mm²。

3.根据权利要求1所述的罩极单相感应电动机，其中用于容纳所述绕组的所述自由区域为557.84mm²。

4.根据权利要求1所述的罩极单相感应电动机，其中通过位于所述插入元件的侧边上的装配元件，将所述插入元件装配在所述定子的所述四个外侧的每个中。

5.根据权利要求4所述的罩极单相感应电动机，其中所述装配元件为舌槽型。

6.根据权利要求1所述的罩极单相感应电动机，其中所述插入元件包括在外侧面上的多个波动。

7.根据权利要求1所述的罩极单相感应电动机，其中所述插入元件具有光滑的外侧面。

8.根据权利要求1所述的罩极单相感应电动机，其中所述定子元件包括至少两个冲孔，所述至少两个冲孔位于作为支撑基底的所述定子元件的两个邻近角中，每个角具有至少一个冲孔，其中紧固元件插入在每个冲孔中以便能够固定所述电动机。

9.根据权利要求8所述的罩极单相感应电动机，其中所述紧固元件是螺丝。

10.根据权利要求1所述的罩极单相感应电动机，其中用于所述转子元件的自由空间为至少30mm²。

11.根据权利要求1所述的罩极单相感应电动机，其中所述转子元件为鼠笼型，包含多个导电条、与所述多个导电条短路的一对环、支撑体和穿过所述支撑体中心的箭形元件。

12.根据权利要求1所述的罩极单相感应电动机，其中所述转子元件是永久磁铁转子元件。

13.根据权利要求1所述的罩极单相感应电动机，其中它包括分别布置在所述定子元件与所述前壳体之间的前隔离导管架和布置在所述定子元件与所述后壳体之间的后隔离导管架。

14.根据权利要求13所述的罩极单相感应电动机，其中所述前隔离导管架和后隔离导管架还用于包含并且定形所述绕组。

15.根据权利要求12所述的罩极单相感应电动机，其中当所述电动机与所述永久磁铁转子元件协作时，所述电动机包括具有用以容纳霍尔效应传感器元件的腔的前隔离导管架。