CN106411082A - 周向绕组的交流异步电机 - Google Patents

Abstract

一种周向绕组的交流异步电机，包括三相定子磁芯(145、146、147)、三相周向绕组(167、168、169)、异步电机转子及壳体、轴承等附件；三相定子磁芯轴向分相排列，每相定子磁芯包括圆筒型磁芯、与圆筒壁轴向平行的定子磁极及磁路连接体；磁极围成圆周范围，相邻磁极之间有间隙，相邻磁极一端与圆筒两端通过磁路连接体分别连接，磁极与圆筒内壁之环型空间嵌置周向绕组；三相转子磁芯沿轴向对齐串联连接，三相转子槽路内导电条共用两端短路环，三相周向绕组在三相交流电作用下，各相转子导电条感应电流混合受力实现自启动运行，避除了传统绕组端部的损耗，因此具有漏磁少、结构简单、省铜材、发热少、高效节能、高可靠等优点。

Description

周向绕组的交流异步电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及周向绕组的交流异步电机。

背景技术

电机是机械能和电能之间的转化装置，包括电动机和发电机。其中，现有技术的交流异步电机，一般是采用在定子轴向开槽布线的绕组结构，该种电机是利用定子绕组在定子磁芯上产生的交变磁场使转子感应出异步感生电流，异步感生电流在定子磁场中驱动转子旋转；或者通过定子与转子之间通过磁场的变化使定子绕组感应异步感生电压，作为交流异步发电机使用。

无论是电动机还是发电机，在定子的轴向槽路中的定子绕组的直导体部分，其磁场转化率较高，但绕组的端部一般呈近弧形，其漏磁较多，会产生较大的涡流发热损耗及电磁辐射干扰，绕组端部的磁场利用率明显低于其直导体部分的磁场利用率，且近弧形的端部导体的直流电阻发热损耗较多，其通过弧形外侧的空间向外散热的热导率明显低于直导体部分通过所在槽路散热的热导率，因此往往出现由于过热导致绕组端部先于直导体部分超温乃至烧毁。统计表明，一般定子绕组端部损耗占到绕组总损耗的1/4～1/2，减少端部的长度，可以提高电机的效率，实验表明，端部长度减少20％，损耗下降10％。

这种具有端部的绕组结构的电机具有以下技术缺陷或弊端：

1、端部漏磁较多，磁场利用率降低，电机功率和效率受到影响；

2、端部漏磁导致端部附近的端盖等导磁部件产生较大的涡流损耗，端盖及附近金属器件温升较高，在一些特定电机上不得不采取端盖降温措施，增加了成本和故障率，缩短了电机使用寿命；

3、端部同时产生阻性功率消耗而发热，使绕组铜损增加、温度升高，而且浪费能量；

4、端部的存在使得绕组的长度较长、电磁导线用量较大，增加了铜材和成本需求；

5、端部的存在还使电机体积增大、重量增加；

6、现有技术的磁芯槽部结构使得定子磁芯加工工艺较为复杂、绕组嵌线较为困难、嵌线专用设备耗资较大、工艺较复杂、使生产成本上升；

7、为了提高槽满率，磁芯所采用的绝缘纸或涂有的绝缘漆层较薄，较易出现绝缘层击穿、挤压、破损导致搭铁漏电问题；

8、一般绕组多为近似椭圆型结构，其最有效的直导体部分在嵌入槽内以后往往由于装配工艺问题产生弯曲、错位或错层挤压问题，同样，端部也容易出现错层挤压现象，使绝缘可靠性降低，较容易出现匝间、相间短路或漏电，增加了电机的故障率；

较为重要的另一方面是，目前，新能源电动汽车采用的电机包括有：交流电机、永磁电机、开关磁阻电机等，一般这些电机仍采用具有端部绕组的传统电机结构，由于该类电机所具有的上述不足，使电动汽车的发展较大程度上受制于电机技术的制约；在现有车载动力电池的技术条件下，在日益严格的节能和环保指标要求下，如何提高电机的效率和功率问题成为制约电动汽车发展的一个关键技术瓶颈，因此，亟待研发高效节能的高可靠性的新型电机。

因此，有必要设计出一种无端部绕组的电机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无端部绕组的交流异步电机，以克服上述电机所具有的端部涡流损耗较大、端部漏磁电磁辐射较多、端部阻性发热较多等技术缺陷。本发明的总体思路是设计一种圆周方向的绕组(即周向绕组)，所述圆周方向是与电机的轴向和径向分别垂直的圆周方向，且所述圆周方向的绕组均置于与之适合的定子磁芯内，以更高效率地利用所述绕组产生的磁场，较大限度地磁化定子磁芯再通过定子磁芯的导磁部分将磁场传递至定子磁极，用于使与所述定子磁极预留较小气隙的转子磁极受到电磁力矩而推动转子旋转，构成单相或多相交流异步电机。

本发明创造性地将与绕组方向与电机转子旋转方向一致，使绕组的一周能够整体性地藏于所述定子磁芯中，取消了端部，使电机在漏磁、涡流、阻性发热等方面的损耗均随端部的取消而大幅减小，且绕组导线长度可以缩短、体积减小、定子无需开有多个轴向直槽、绕线更为简易、嵌装方便。

依据本发明的第一方面，提供了一种周向绕组的交流异步电机，其特殊之处在于，包括转子、定子磁芯、定子绕组以及壳体和支撑部件，

所述转子为异步电机转子，

所述定子绕组为周向绕组，所述周向绕组为与所述电机同轴心的圆型线圈结构，

所述定子磁芯为外定子式定子磁芯，

所述定子磁芯包括筒形磁芯、定子磁极以及将所述筒形磁芯轴向端部和所述定子磁极一端连接起来的若干磁路连接体，

所述筒形磁芯为一体结构或分体组合结构的磁路连续的内部圆筒型的导磁体，所述筒形磁芯与所述周向绕组和所述转子共轴线，所述筒形磁芯的内壁包围所述周向绕组的外壁，所述周向绕组的内侧圆周围绕着沿所述圆周均匀分布的n个定子磁极，其中n≥2且n为偶数；

所述定子磁极与所述筒形磁芯的内部圆筒沿轴向平行，使所述n个定子磁极围成圆周范围的转子工作区域；所述定子磁极与所述转子磁极之间留有间隙；

任意相邻两个定子磁极中第一个定子磁极的轴向第一端通过一个磁路连接体连接到与所述第一端接近的筒形磁芯的第一端，所述两个定子磁极中第二个定子磁极的轴向第二端通过另一个磁路连接体连接到与所述第二端接近的筒形磁芯的第二端；

使与所述筒形磁芯第一端和第二端分别相连的定子磁极在所述周向绕组圆周内侧交替排列，

用于在所述周向绕组通电时，使所述周向绕组圆周内侧交替排列的定子磁极的磁性相异，并在所述定子磁极围成的圆周范围的转子工作区域形成交变磁场或旋转磁场，驱动所述电机转子旋转；或用于通过磁场的变化使所述周向绕组产生感应电动势作为发电机使用。

进一步地，本发明还提供了一种周向绕组的交流异步电机，其特殊之处在于所述电机为轴向分相的多相电机，所述电机的不同相位的定子磁芯沿轴向串联布置，不同相位的转子磁芯沿轴向串联布置，所述多相电机采取：

①在旋转周向上，相间定子磁极在旋转周向上错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应于相间相位差的电角度δ，转子磁极在旋转周向上采取对齐设置，相间转子磁极几何角度差为0；或采取：

②在旋转周向上，相间定子磁极在旋转周向上采取对齐设置，相间转子磁极几何角度差为0；转子磁极在旋转周向上，相间转子磁极错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应于相间相位差的电角度δ；或采取：

③在旋转圆周方向上，相间定子磁极在旋转圆周方向上错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应的电角度为δ，转子磁极在旋转圆周方向上错开一定几何角度α，所述一定几何角度α对应的电角度为β；且使电角度α和电角度β满足公式：α+β＝2kπ+t，其中k∈整数，t为对应于相间相位差的电角度。

进一步地，本发明还提供了一种周向绕组的多相交流异步电机，其特殊之处在于，所述电机转子为多项共用的多相感应式转子，所述多相感应式转子磁芯的轴向长度涵盖所述多相电机所有相位定子长度值和，所述多相感应式转子仅在其两端设有短路环，所述多相感应式转子上的磁芯槽路内的导体共用所述多相感应式转子的整体槽路两端的短路环。

依据本发明的第二方面，提供了一种周向绕组的交流异步电机，其特殊之处在于，包括转子、定子磁芯、定子绕组以及壳体和支撑部件，

所述转子为异步电机转子，

所述定子绕组为周向绕组，所述周向绕组为与所述电机同轴心的圆型线圈结构，

所述定子磁芯为内定子式定子磁芯，

所述定子磁芯包括筒形磁芯或圆柱形磁芯、定子磁极以及将所述筒形磁芯或圆柱形磁芯轴向端部和所述定子磁极一端连接起来的若干磁路连接体，

所述筒形磁芯或圆柱形磁芯为一体结构或分体组合结构的磁路连续的圆型的导磁体，所述筒形磁芯或圆柱形磁芯与所述周向绕组和所述转子共轴线，所述筒形磁芯或圆柱形磁芯的外壁被所述周向绕组内壁包围，所述周向绕组的外侧圆周被沿所述圆周均匀分布的n个定子磁极围绕，其中n≥2且n为偶数；

所述定子磁极与所述筒形磁芯或圆柱形磁芯的外圆沿轴向平行，使所述定子磁极围成圆柱形范围，所述转子工作区域位于所述圆柱形外侧；所述定子磁极与所述转子磁极之间留有间隙；

相邻两个定子磁极中第一个定子磁极的轴向第一端通过一个磁路连接体连接到与所述第一端接近的筒形磁芯或圆柱形磁芯的第一端，所述两个定子磁极中第二个定子磁极的轴向第二端通过另一个磁路连接体连接到与所述第二端接近的筒形磁芯或圆柱形磁芯的第二端；

使与所述筒形磁芯或圆柱形磁芯第一端和第二端分别相连的定子磁极在所述周向绕组圆周外侧交替排列，

用于在所述周向绕组通电时，使所述周向绕组圆周外侧交替排列的定子磁极的磁性相异，并在所述定子磁极围成的圆柱形外侧的转子工作区域形成交变磁场或旋转磁场，驱动所述电机转子旋转；或用于通过磁场的变化使所述周向绕组产生感应电动势作为发电机使用。

进一步地，本发明还提供了一种周向绕组的交流异步电机，其特殊之处在于所述电机为轴向分相的多相电机，所述电机的不同相位的定子磁芯沿轴向串联布置，不同相位的转子磁芯沿轴向串联布置，所述多相电机采取：

①在旋转周向上，相间定子磁极在旋转周向上错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应于相间相位差的电角度δ，转子磁极在旋转周向上采取对齐设置，相间转子磁极几何角度差为0；或采取：

②在旋转周向上，相间定子磁极在旋转周向上采取对齐设置，相间转子磁极几何角度差为0；转子磁极在旋转周向上，相间转子磁极错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应于相间相位差的电角度δ；或采取：

③在旋转圆周方向上，相间定子磁极在旋转圆周方向上错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应的电角度为δ，转子磁极在旋转圆周方向上错开一定几何角度α，所述一定几何角度α对应的电角度为β；且使电角度α和电角度β满足公式：α+β＝2kπ+t，其中k∈整数，t为对应于相间相位差的电角度。

进一步地，本发明还提供了一种周向绕组的交流异步电机，其特殊之处在于，所述电机转子为多项共用的多相感应式转子，所述多相感应式转子磁芯的轴向长度涵盖所述多相电机所有相位定子长度值和，所述多相感应式转子仅在其两端设有短路环，所述多相感应式转子上的磁芯槽路内的导体共用所述多相感应式转子的整体槽路两端的短路环。

本发明的有益效果是，采用周向绕组，使电机具有下述优点：

1、周向绕组结构，不存在原有技术的绕组端部，彻底消除了端部带来的漏磁问题，磁场利用率明显提高，使电机的功率和效率得以提高。

2、减小电机端盖涡流损耗。

3、采用周向绕组技术方案彻底摈除端部的发热问题。

4、周向绕组紧凑、结构简单、节省铜材和成本。

5、减小电机的体积和重量。

6、整体的周向绕组绕制工艺较为简单，生产成本降低。

7、周向绕组绕制好以后，其装配到定子槽内的工序比传统绕组嵌线简单，绕组还可以先浸漆烘干定型，绕组内每条导线规则度和一致性好，使绕组间磁场干预大幅度减小，磁场规则度较好，还可以将绕组预先装配到适宜的绝缘支架内再连同绝缘支架一切转配到定子槽内，还提高了绝缘性能。

8、在多相周向绕组的功率电机中，不同相位的绕组安装在不同定子的槽内，不同相位的绕组之间不直接接触、相互间隔离着环型定子磁芯和定子绕组环型绝缘支架，不会出现相间短路极相间漏电现象，使电机可靠性和寿命提高。

9、采用本发明技术方案的周向绕组的电机，在采用灵活方式设计的电机中，可以在转配时根据不同场合的需求，通过增减转子磁芯组合数目和定子磁芯数目及定子绕组组合数目来调整为不同相数的电机，使电机的应用更为灵活、广泛，节省设计与生产成本。

10、定子和转子可以分为较多的极数，减小了电机转矩波动同时不会像轴向槽绕线的的电机那样工艺复杂，节省加工工时成本和绕组耗材。

11、所述周向绕组电机的应用前景较好，可以应用在多种电机中。

附图说明

图1是单相周向绕组交流异步电机的定子轴向剖面结构示意图；

图2是单相周向绕组交流异步电机的定子立体结构示意图；

图3是单相周向绕组交流异步电机的侧向剖面结构示意图；

图4是单相周向绕组交流异步电机的定子结构展开示意图；

图5是三相定子轴向分相、转子磁芯同角度的周向绕组的交流异步电机的三相定子相位比对图；

图6是三相定子轴向分相、转子磁芯同角度的周向绕组的交流异步电机的转子立体结构示意图；

图7是三相定子轴向分相、转子磁芯同角度的周向绕组的交流异步电机的侧剖面结构示意图；

图8是三相转子轴向分相、定子磁芯同角度的周向绕组的交流异步电机的三相定子相位比对图；

图9是三相转子轴向分相、定子磁芯同角度的周向绕组的交流异步电机的转子立体结构示意图；

图10是三相转子轴向分相、定子磁芯同角度的周向绕组的交流异步电机的侧剖面结构示意图；

图11是定子轴向分相、转子磁芯同角度的周向绕组的内定子式交流异步电机的侧剖面结构示意图；

图12是定子轴向分相、转子磁芯同角度的周向绕组的内定子式交流异步电机的外转子结构示意图；

图13是转子轴向分相、定子磁芯同角度的周向绕组的内定子式交流异步电机的侧剖面结构示意图；

图14是转子轴向分相、定子磁芯同角度的周向绕组的内定子式交流异步电机的外转子结构示意图。

具体实施方式

为了实现本发明的目的，本发明实施方式提供了新型的周向绕组结构的交流异步电机，其中包括周向绕组的交流异步电动机和周向绕组的交流异步发电机，采用周向绕组，使电机具有前述的技术特点。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做以进一步详细描述，实施例仅用于说明本发明，并不用来限制本发明，本发明的权利范围由权利要求限定。

第一方面，本发明实施方式提供了一种周向绕组的交流异步电机，包括转子、定子磁芯、定子绕组以及壳体和支撑部件，

所述转子为异步电机转子，

所述定子绕组为周向绕组，所述周向绕组为与所述电机同轴心的圆型线圈结构，

所述定子磁芯为外定子式定子磁芯，

所述定子磁芯包括筒形磁芯、定子磁极以及将所述筒形磁芯轴向端部和所述定子磁极一端连接起来的若干磁路连接体，

所述筒形磁芯为一体结构或分体组合结构的磁路连续的内部圆筒型的导磁体，所述筒形磁芯与所述周向绕组和所述转子共轴线，所述筒形磁芯的内壁包围所述周向绕组的外壁，所述周向绕组的内侧圆周围绕着沿所述圆周均匀分布的n个定子磁极，其中n≥2且n为偶数；

所述定子磁极与所述筒形磁芯的内部圆筒沿轴向平行，使所述n个定子磁极围成圆周范围的转子工作区域；所述定子磁极与所述转子磁极之间留有间隙；

任意相邻两个定子磁极中第一个定子磁极的轴向第一端通过一个磁路连接体连接到与所述第一端接近的筒形磁芯的第一端，所述两个定子磁极中第二个定子磁极的轴向第二端通过另一个磁路连接体连接到与所述第二端接近的筒形磁芯的第二端；

使与所述筒形磁芯第一端和第二端分别相连的定子磁极在所述周向绕组圆周内侧交替排列，

用于在所述周向绕组通电时，使所述周向绕组圆周内侧交替排列的定子磁极的磁性相异，并在所述定子磁极围成的圆周范围的转子工作区域形成交变磁场或旋转磁场，驱动所述电机转子旋转；或用于通过磁场的变化使所述周向绕组产生感应电动势作为发电机使用。

实施例1

图1为单相周向绕组交流异步电机的定子轴向剖面结构示意图；

图2是单相周向绕组交流异步电机的定子立体结构示意图；

周向绕组的交流电机包括转子、定子磁芯、定子绕组以及壳体和支撑部件，作为单相周向绕组电机的定子如图1和图2所示，外定子式定子磁芯100、定子绕组104，转子为异步电机转子(图中未予示出)，定子绕组104为周向绕组，是与电机同轴心的圆型线圈结构，定子磁芯包括筒形磁芯101、定子磁极102、定子磁极103以及将筒形磁芯101轴向端部和定子磁极一端连接起来的磁路连接体，如磁路连接体106，筒形磁芯为一体结构或分体组合结构的磁路连续的内部圆筒型的导磁体，如图所示为一体结构的形式，也可以做成轴向或径向等分体结构形式，筒形磁芯与周向绕组和转子共轴线，筒形磁芯的内壁包围周向绕组的外壁，周向绕组的内侧圆周围绕着沿圆周均匀分布的n个定子磁极，其中n≥2且n为偶数，本实施例中n＝2，为2极电机。

定子磁极与筒形磁芯的内部圆筒沿轴向平行，使2个定子磁极围成圆周范围的转子工作区域；图1中虚线109圆周之内即为转子工作区域，定子磁极与转子磁极之间留有间隙；任意相邻两个定子磁极中第一个定子磁极的轴向第一端通过一个磁路连接体连接到与第一端接近的筒形磁芯的第一端，如磁极103的轴向一端通过磁路连接体106与该端接近的筒形磁芯101的一端连接；两个定子磁极中第二个定子磁极的轴向第二端通过另一个磁路连接体连接到与第二端接近的筒形磁芯的第二端，如磁极102的轴向第二端通过磁路连接体与该端接近的筒形磁芯101的另一端111连接；两个相邻异名磁极102和103之间留有间距，如图2中的间距107；使与筒形磁芯第一端和第二端分别相连的定子磁极在周向绕组圆周内侧交替排列。

在周向绕组104通以交流电时，向绕组圆周内侧交替排列的定子磁极102和103的磁性相异，并在定子磁极围成的圆形的转子工作区域形成交变磁场，驱动电机转子旋转，电机转子为普通交流异步电机的转子，图中位于示出。该电机为单相2极交流异步电机。

实施例2

如图3和图4所示，其中图3为单相周向绕组交流异步电机的侧向剖面图，图4为其定子展开图。

该周向绕组的交流异步电机包括：外定子式定子磁芯123、定子绕组126以及壳体122和支撑部件，转子为异步电机转子，定子绕组126为圆周方向的周向绕组，是与电机同轴心的圆型线圈结构，定子磁芯包括筒形磁芯123、定子磁极(如125、127)、定子磁极(如125)以及将筒形磁芯(123)轴向端部和定子磁极(如125)一端连接起来的磁路连接体(如124)，筒形磁芯(123)为一体结构或分体组合结构的磁路连续的内部圆筒型的导磁体，如图所示为一体结构的形式，也可以做成轴向或径向等分体结构形式，筒形磁芯与周向绕组和转子共轴线，筒形磁芯的内壁包围周向绕组的外壁，周向绕组的内侧圆周围绕着沿圆周均匀分布的n个定子磁极，其中n≥2且n为偶数，本实施例中n＝6，为6极电机。

定子磁极与筒形磁芯的内部圆筒沿轴向平行，使6个定子磁极围成圆周范围的转子工作区域；定子磁极与转子磁极之间留有间隙；任意相邻两个定子磁极中第一个定子磁极的轴向第一端通过一个磁路连接体连接到与第一端接近的筒形磁芯的第一端，如磁极125的轴向一端通过磁路连接体124与该端接近的筒形磁芯123的一端连接；两个定子磁极中第二个定子磁极的轴向第二端通过另一个磁路连接体连接到与第二端接近的筒形磁芯的第二端，两个相邻异名磁极(如127和130)之间留有间距；使与筒形磁芯第一端和第二端分别相连的定子磁极在周向绕组圆周内侧交替排列。

电机转子为普通交流异步电机的转子，转子轴121固定有转子磁芯129，转子磁芯中具有轴向槽路结构且其中具有条形导体即导电条(如铜条或铝条)，转子磁芯轴向两端圆周具有短路环，转子与传统交流异步电机具有同样的结构，转子轴121和定子壳体122之间转配有轴承。在周向绕组126通以交流电时，向绕组圆周内侧交替排列的定子磁极的磁性相异，并在定子磁极围成的圆形的转子工作区域形成交变磁场，驱动电机转子旋转。

上述的两个实施例均为对于周向绕组交流异步电机的阐述，采用周向绕组，使电机具有下述优点：

1、周向绕组结构，不存在原有技术的绕组端部，彻底消除了端部带来的漏磁问题，磁场利用率明显提高，使电机的功率和效率得以提高。

2、减小电机端盖涡流损耗。

3、采用周向绕组技术方案彻底摈除端部的发热问题。

4、周向绕组紧凑、结构简单、节省铜材和成本。

5、减小电机的体积和重量。

6、整体的周向绕组绕制工艺较为简单，生产成本降低。

7、周向绕组绕制好以后，其装配到定子槽内的工序比传统绕组嵌线简单，绕组还可以先浸漆烘干定型，绕组内每条导线规则度和一致性好，使绕组间磁场干预大幅度减小，磁场规则度较好，还可以将绕组预先装配到适宜的绝缘支架内再连同绝缘支架一切转配到定子槽内，还提高了绝缘性能。

8、在多相周向绕组的功率电机中，不同相位的绕组安装在不同定子的槽内，不同相位的绕组之间不直接接触、相互间隔离着环型定子磁芯和定子绕组环型绝缘支架，不会出现相间短路极相间漏电现象，使电机可靠性和寿命提高。

9、采用本发明技术方案的周向绕组的电机，在采用灵活方式设计的电机中，可以在转配时根据不同场合的需求，通过增减转子磁芯组合数目和定子磁芯数目及定子绕组组合数目来调整为不同相数的电机，使电机的应用更为灵活、广泛，节省设计与生产成本。

10、定子和转子可以分为较多的极数，减小了电机转矩波动同时不会像轴向槽绕线的的电机那样工艺复杂，节省加工工时成本和绕组耗材。

11、所述周向绕组电机的应用前景较好，可以应用在多种电机中。

周向绕组的单相交流异步电机本身无法实现确定方向的自起动，这同传统单相交流异步电机一样，可以通过增设起动绕组的方法来解决，如在通过电容或电感移相等方法产生分相电源，在电机中增设分相起动绕组，例如可以在垂直于上述定子磁极102和103之间的磁场方向的位置设置启动绕组，在每一相邻磁极间距(如107)两侧附近的定子磁极(如102和103)上开有轴向的槽，用于嵌入传统形式的具有端部的启动绕组，因为主绕组为周向绕组，故在电机启动后的正常运转期间，电机仍旧能发挥周向绕组低损耗、高效节能的优势。

当然，可以采取轴向分相的方法设置为多相交流异步电机，即解决自启动问题，也使多相电机具有上述优点，这将在后叙的多相周向绕组的交流异步电机实施例中阐述。

实施例3

本实施例是以三相电机为例对采用定子轴向分相、转子磁芯同角度的周向绕组的交流异步电机的阐述。

图5为三相周向绕组轴向分相的交流异步电机的三相定子相位比对图，图6是该电机转子立体结构示意图，图7是该电机侧剖面结构示意图。

如图5所示，电机的三相定子命名为A、B、C三相，图中145示意A相定子磁芯，146示意B相定子磁芯，147示意C相定子磁芯，选取每一相磁芯相邻磁极的间距中点来进行三相定子磁芯的相位比较，图中虚线140为公共基准水平线，其A相定子磁芯的磁极151和152的中间点所在直径141垂直于公共水平基准线140，设磁极151和152中间点所在直径141为0°；

B相定子磁芯的磁极153和154中间点所在直径148与水平基准线140的垂线142夹角为向右α；

C相定子磁芯的磁极155和156中间点所在直径149与水平基准线140的垂线143夹角为向右β；

由于图示电机为三相4极电机，每两极占据电角度360°，相邻相间相位差为120°电角度，换算为4极电机的几何角度即应为：α＝60°，β＝120°。

通过上述相位比较得知，三相定子磁芯A、B、C以此向右提前120°电角度，满足三相电机分相要求。

如图6所示，为该三相周向绕组轴向分相的交流异步电机的转子立体结构示意图，图中转子轴160连接转子体，转子体上的磁芯具有轴向的槽路结构，其槽路方向与轴向平行，槽内具有导电铜条或铝条如导电条162，软磁材料磁芯可以由硅钢片叠制而成，如图示的161等，在转子体是轴向两端圆周上具有短路环163和164用于将导电条连通。

在定子的A相、B相、C相周向绕组按相序通电时，转子上所对应的区域：图示位置的A相、B相、C相导电条感应出相应的感生电流，由于其采用轴向分相排列方式，故在其中任一相位处于0受力点的平衡位置时，其余两相的感生电流仍会流经该相的导电条使转子在平衡位置时受力，并由相序决定其转向。可以理解的是，这相当于把传统三相电机的转子拉长为原来的三倍，每一倍长度对应一个相位分别受到对应相位的定子磁场力，使转子任然以相序决定的旋转磁场方向滞后异步旋转；该三相电机同样可以像传统交流电机一样用作交流发电机使用，在作为发电机时，周向绕组同样可以发挥其漏磁少、发热少、温升低、节能高效等优点。

如图7所示，为三相周向绕组轴向分相的交流异步电机的侧向剖面图，该图中还示出了三相周向绕组167、168、169以及转子轴160与壳体166之间的轴承165。

易于理解的是，该电机相当于将3个前述的单相周向绕组的交流异步电机沿轴向串联起来，形成可以自启动的三相交流电机。

实施例4

本实施例是以三相电机为例对采用转子轴向分相、定子磁芯同角度的周向绕组的交流异步电机的阐述。

图8为三相周向绕组轴向分相的交流异步电机的三相定子相位比对图，图9是该电机转子立体结构示意图，图10是该电机侧剖面结构示意图。

如图8所示，电机三相定子命名为A、B、C三相，图中191示意A相定子磁芯，192示意B相定子磁芯，193示意C相定子磁芯，选取每一相磁芯相邻磁极的间距中点来进行三相定子磁芯的相位比较，图中虚线180为公共基准水平线，其A相定子磁芯的磁极184和185中间点所在直径181垂直于公共水平基准线180；

B相定子磁芯的磁极186和187中间点所在直径182与水平基准线180垂直；

C相定子磁芯的磁极188和189中间点所在直径183与水平基准线180垂直；

通过上述相位比较得知，三相定子磁芯A、B、C相间在几何位置上相差0°电角度，即在轴向上三个相位定子磁芯对齐。

如图9所示，为三相周向绕组轴向分相的交流异步电机的转子立体结构示意图，图中转子轴215连接转子体，转子体上的磁芯具有三个相位的轴向的槽路结构，其槽路方向与轴向平行，槽内具有导电铜条或铝条，如A相导电条217、B相导电条218、C相导电条219，其中B相导电条和A相导电条相比相差为120°电角度，换算为对应的几何角度如图所示p，C相导电条和B相导电条相比相差为120°电角度，换算为对应的几何角度如图所示q，转子上邻相导电条相连接；软磁材料磁芯可以由硅钢片叠制而成，如图示的214等，在转子体的轴向两端圆周上具有短路环216和220用于将导电条连通。

在定子的A相、B相、C相周向绕组按相序通电时，转子上所对应的区域：图示位置的A相、B相、C相导电条感应出相应的感生电流，由于其采用轴向分相排列方式，故在其中任一相位处于0受力点的平衡位置时，其余两相的感生电流仍会流经该相的导电条使转子在平衡位置时受力，并由相序决定其转向。可以理解的是，这相当于把传统三相电机的转子拉长为原来的三倍，每一倍长度对应一个相位，再将相邻相位旋转120°电角度，而将传统三相定子相反方向旋转120°电角度，这样每一相转子与其相应的定子磁芯之间的矢量相位关系并未改变，转子的三个相位区域可以分别受到对应相位的定子磁场力，使转子仍然以相序决定的旋转磁场方向滞后异步旋转；该电机同样也可以作为发电机使用。

如图10所示，为周向绕组的三相周向绕组的转子轴向分相、定子轴向对齐的交流异步电机的侧向剖面图，该图中示出了三相定子磁芯191、192、193、三相磁极中的磁极208、209、210以及转子轴194与壳体195之间的轴承196。

图中转子轴194连接转子体，转子体上的磁芯具有三个相位的轴向的槽路结构，其槽路方向与轴向平行，槽内具有导电铜条或铝条，如A相导电条197、B相导电条198、C相导电条199，其中B相导电条和A相导电条相比相差为120°电角度，C相导电条和B相导电条相比相差为120°电角度，转子上邻相导电条相连接；软磁材料磁芯可以由硅钢片叠制而成，在转子体的轴向两端圆周上具有短路环211和212用于将导电条连通。

在定子的A相、B相、C相周向绕组205、206、207按相序通电时，转子上所对应的区域：图示位置的A相、B相、C相导电条感应出相应的感生电流，由于转子采用轴向分相排列方式，故在其中任一相位处于0受力点的平衡位置时，其余两相的感生电流仍会流经该相的导电条使转子在平衡位置时受力，并由相序决定其转向。可以理解的是，这相当于把传统三相电机的转子拉长为原来的三倍，每一倍长度对应一个相位，再将相邻相位旋转120°电角度，而将传统三相定子相反方向旋转120°电角度，这样每一相转子与其相应的定子磁芯之间的矢量相位关系并未改变，转子三个相位区域可以分别受到对应相位的定子磁场力，使转子仍然以相序决定的旋转磁场方向滞后异步旋转；该电机同样也可以作为发电机使用。

上述实施例中，是以便于理解的简单图示来描述三相电机的分相角度，在实际应用中，可以根据需要，例如根据出线口位置需要等，可将三相周向绕组的引线端在适宜位置引出，同时，若设相间的相位差为t时，若定子磁芯的相间电角度为x，转子相间的电角度为y时，则x+y＝2kπ+t，以此角度确定相间相位差即可，其中k为整数。

第二方面，本发明实施方式提供了一种周向绕组的交流异步电机，包括转子、定子磁芯、定子绕组以及壳体和支撑部件，

所述转子为异步电机转子，

所述定子绕组为周向绕组，所述周向绕组为与所述电机同轴心的圆型线圈结构，

所述定子磁芯为内定子式定子磁芯，

所述定子磁芯包括筒形磁芯或圆柱形磁芯、定子磁极以及将所述筒形磁芯或圆柱形磁芯轴向端部和所述定子磁极一端连接起来的若干磁路连接体，

所述筒形磁芯或圆柱形磁芯为一体结构或分体组合结构的磁路连续的圆型的导磁体，所述筒形磁芯或圆柱形磁芯与所述周向绕组和所述转子共轴线，所述筒形磁芯或圆柱形磁芯的外壁被所述周向绕组内壁包围，所述周向绕组的外侧圆周被沿所述圆周均匀分布的n个定子磁极围绕，其中n≥2且n为偶数；

所述定子磁极与所述筒形磁芯或圆柱形磁芯的外圆沿轴向平行，使所述定子磁极围成圆柱形范围，所述转子工作区域位于所述圆柱形范围外侧；所述定子磁极与所述转子磁极之间留有间隙；

相邻两个定子磁极中第一个定子磁极的轴向第一端通过一个磁路连接体连接到与所述第一端接近的筒形磁芯的第一端，所述两个定子磁极中第二个定子磁极的轴向第二端通过另一个磁路连接体连接到与所述第二端接近的筒形磁芯的第二端；

使与所述筒形磁芯或圆柱形磁芯第一端和第二端分别相连的定子磁极在所述周向绕组圆周外侧交替排列，

用于在所述周向绕组通电时，使所述周向绕组圆周外侧交替排列的定子磁极的磁性相异，并在所述定子磁极围成的圆柱形范围外侧的转子工作区域形成交变磁场或旋转磁场，驱动所述电机转子旋转；或用于通过磁场的变化使所述周向绕组产生感应电动势作为发电机使用。

实施例5

本实施例是以三相电机为例对采用定子轴向分相、转子磁芯同角度的周向绕组的内定子式交流异步电机的阐述。

如图11所示，为定子轴向分相、转子磁芯同角度的周向绕组的内定子式交流异步电机的侧剖面结构示意图。

该电机包括转子、定子磁芯、定子绕组以及壳体和支撑部件，

所述转子为外转子式异步电机转子，

所述定子绕组包括三相周向绕组240、241、242，这三相周向绕组为与所述电机同轴心的圆型线圈结构，

所述定子磁芯为内定子式定子磁芯，

所述定子磁芯包括轴向分相排列的三个筒形或圆柱形磁芯、三相定子磁极(如三相定子磁极中的A相磁极之233、B相磁极之234、C相磁极之235、)以及将所述筒形磁芯或圆柱形磁芯轴向端部和所述定子磁极一端连接起来的若干磁路连接体，

所述筒形磁芯或圆柱形磁芯为一体结构或分体组合结构的磁路连续的圆型的导磁体，所述筒形磁芯或圆柱形磁芯与所述周向绕组和所述转子共轴线，所述筒形磁芯或圆柱形磁芯的外壁被所述周向绕组内壁包围，所述周向绕组的外侧圆周被沿所述圆周均匀分布的n个定子磁极围绕，其中n≥2且n为偶数；本实施例中n＝4，为三相4极电机。

所述定子磁极与所述筒形磁芯的外圆沿轴向平行，使所述定子磁极围成圆柱形范围，所述转子工作区域位于所述圆柱形范围外侧；所述定子磁极与所述转子磁极之间留有间隙；

相邻两个定子磁极中第一个定子磁极的轴向第一端通过一个磁路连接体连接到与所述第一端接近的筒形磁芯的第一端，所述两个定子磁极中第二个定子磁极的轴向第二端通过另一个磁路连接体连接到与所述第二端接近的筒形磁芯的第二端；

使与所述筒形磁芯第一端和第二端分别相连的定子磁极在所述周向绕组圆周外侧交替排列，

用于在所述周向绕组通电时，使所述周向绕组圆周外侧交替排列的定子磁极的磁性相异，并在所述定子磁极围成的圆柱形外侧的转子工作区域形成旋转磁场，驱动所述电机转子旋转；或用于通过磁场的变化使所述周向绕组产生感应电动势作为发电机使用。

如图12所示，为定子轴向分相、转子磁芯同角度的周向绕组的内定子式交流异步电机的外转子结构示意图。图中定子轴与转子轴套之间装有轴承，转子轴套243连接转子体，转子体上的磁芯具有轴向的槽路结构，其槽路方向与轴向平行，槽内具有导电铜条或铝条如导电条282，软磁材料磁芯可以由硅钢片叠制而成，如图示的283等，在转子体是轴向两端圆周上具有短路环280和281用于将导电条连通。

在定子的A相、B相、C相周向绕组240、241、242按相序通电时，转子上所对应的区域的A相、B相、C相导电条感应出相应的感生电流，由于定子采用轴向分相排列方式，故在转子任一相位处于0受力点的平衡位置时，其余两相的感生电流仍会流经该相的导电条使转子在平衡位置时受力，并由相序决定其转向。可以理解的是，这相当于把传统内定子三相电机的转子拉长为原来的三倍，每一倍长度对应一个相位分别受到对应相位的定子磁场力，使转子任然以相序决定的旋转磁场方向滞后异步旋转，该电机同样可以作为交流发电机使用。

实施例6

如图13所示，为转子轴向分相、定子磁芯同角度的周向绕组的内定子式交流异步电机的侧剖面结构示意图。

内定子轴250连接三相定子磁芯，定子磁芯为圆柱形或圆筒形结构磁芯，为轴向排列的三相定子磁芯串联连接，可以采用新材料新工艺的一体结构的三相磁芯，也可以有硅钢片叠制而成或者采用轴向分体结构形式，每一相磁芯的轴向两端均通过磁路连接体连接有定子磁极，如A相定子磁极之254、B相定子磁极之255、C相定子磁极之256；定子磁极围绕在圆柱形或圆筒形结构磁芯的外部，且与圆柱形或圆筒形结构磁芯的外壁之间留有一定间隙用于放置圆周型的周向绕组，圆周上的相邻定子磁极分别通过各自的磁路连接体与内部的圆柱形或圆筒形结构定子磁芯的两短连接，如A相磁极254通过A相磁芯左端的磁路连接体257连接于内部圆柱形或圆筒形结构磁芯，其同相的相邻定子磁极通过另一端的磁路连接体258连接于内部圆柱形或圆筒形结构磁芯，B相磁极255通过B相磁芯左端的磁路连接体258连接于内部圆柱形或圆筒形结构磁芯，其同相相邻定子磁极通过另一端的磁路连接体259连接于内部圆柱形或圆筒形结构磁芯，C相磁极256通过C相磁芯左端的磁路连接体259连接于内部圆柱形或圆筒形结构磁芯，其同相相邻定子磁极通过另一端的磁路连接体260连接于内部圆柱形或圆筒形结构磁芯。这样，在三相周向绕组通以三相交流电时，三相周向绕组261、262、263使对应的A相磁极、B相磁极、C相磁极产生同步于相序的交变磁场，将在对应的转子导电条上感应出感生电流。

如图14所示，为转子轴向分相、定子磁芯同角度的周向绕组的内定子式交流异步电机的外转子结构示意图。

图中：定子轴和转子轴套之间装配有轴承，转子轴套连接转子体265，转子体上的磁芯具有三个相位的轴向的槽路结构，其槽路方向与轴向平行，槽内具有导电铜条或铝条，如A相导电条267、B相导电条268、C相导电条269，其中B相导电条和A相导电条相比相差为120°电角度，C相导电条和B相导电条相比相差为120°电角度，转子上邻相导电条相连接；软磁材料磁芯可以由硅钢片叠制而成，在转子体的轴向两端圆周上具有短路环266和270用于将导电条连通。

在定子的A相、B相、C相周向绕组按相序通电时，A相磁极、B相磁极、C相磁极产生同步于相序的交变磁场，转子上所对应的区域的A相、B相、C相导电条感应出相应的感生电流，由于转子采用轴向分相排列方式，故在其中任一相位处于0受力点的平衡位置时，其余两相的感生电流仍会流经该相的导电条使转子在平衡位置时受力，并由相序决定其转向。可以理解的是，这相当于把传统内定子三相电机的转子拉长为原来的三倍，每一倍长度对应一个相位，再将相邻相位旋转120°电角度，而将传统三相定子相反方向旋转120°电角度，这样每一相转子与其相应的定子磁芯之间的矢量相位关系并未改变，转子三个相位区域可以分别受到对应相位的定子磁场力，使转子任然以相序决定的旋转磁场方向滞后异步旋转，也可以作为交流发电机使用。

上述实施例中，是以便于理解的简单图示来描述三相电机的分相角度，在实际应用中，可以根据需要，例如根据出线口位置需要等，可将三相周向绕组的引线端在适宜位置引出，同时，若设相间的相位差为t时，若定子磁芯的相间电角度为x，转子相间的电角度为y时，则x+y＝2kπ+t，以此角度保证相间相位差即可，其中k为整数。

对本领域的普通技术人员而言，对于上述实施方式所述实施类型可以很容易联想到其他优点和变形，因此，本发明不局限于所述实施例，实施例仅作为示例对本发明进行详细、示范性的说明，在不脱离本发明思路的范围内，本领域普通技术人员根据上述实施例通过简单组合及各种形式的等同代换所得到的等同的技术方案，均包含在本发明的权利要求限定范围及其等同范围之内。

Claims (6)

1.一种周向绕组的交流异步电机，其特征在于包括转子、定子磁芯、定子绕组以及壳体和支撑部件，

所述转子为异步电机转子，

所述定子绕组为周向绕组，所述周向绕组为与所述电机同轴心的圆型线圈结构，

所述定子磁芯为外定子式定子磁芯，

所述定子磁芯包括筒形磁芯、定子磁极以及将所述筒形磁芯轴向端部和所述定子磁极一端连接起来的若干端部磁路连接体，

所述筒形磁芯为一体结构或分体组合结构的磁路连续的内部圆筒型的导磁体，所述筒形磁芯与所述周向绕组和所述转子共轴线，所述筒形磁芯的内壁包围所述周向绕组的外壁，所述周向绕组的内侧圆周围绕着沿所述圆周均匀分布的n个定子磁极，其中n≥2且n为偶数；

所述定子磁极与所述筒形磁芯的内部圆筒沿轴向平行，使所述n个定子磁极围成圆周范围的转子工作区域；所述定子磁极与所述转子磁极之间留有间隙；

任意相邻两个定子磁极中第一个定子磁极的轴向第一端通过一个端部磁路连接体连接到与所述第一端接近的筒形磁芯的第一端，所述两个定子磁极中第二个定子磁极的轴向第二端通过另一个端部磁路连接体连接到与所述第二端接近的筒形磁芯的第二端；

使与所述筒形磁芯第一端和第二端分别相连的定子磁极在所述周向绕组圆周内侧交替排列，

用于在所述周向绕组通电时，使所述周向绕组圆周内侧交替排列的定子磁极的磁性相异，并在所述定子磁极围成的圆形的转子工作区域形成交变磁场或旋转磁场，驱动所述电机转子旋转；或用于通过磁场的变化使所述周向绕组产生感应电动势作为发电机使用。

2.如权利要求1所述的周向绕组的交流异步电机，其特征在于所述电机为轴向分相的多相电机，所述电机的不同相位的定子磁芯沿轴向串联布置，不同相位的转子磁芯沿轴向串联布置，所述多相电机采取：

①在旋转周向上，相间定子磁极在旋转周向上错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应于相间相位差的电角度δ，转子磁极在旋转周向上采取对齐设置，相间转子磁极几何角度差为0；或采取：

②在旋转周向上，相间定子磁极在旋转周向上采取对齐设置，相间转子磁极几何角度差为0；转子磁极在旋转周向上，相间转子磁极错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应于相间相位差的电角度δ；或采取：

③在旋转圆周方向上，相间定子磁极在旋转圆周方向上错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应的电角度为δ，转子磁极在旋转圆周方向上错开一定几何角度α，所述一定几何角度α对应的电角度为β；且使电角度α和电角度β满足公式：α+β＝2kπ+t，其中k∈整数，t为对应于相间相位差的电角度。

3.根据权利要求3所述的多相电机，其特征在于，所述电机转子为多项共用的多相感应式转子，所述多相感应式转子磁芯的轴向长度涵盖所述多相电机所有相位定子长度值和，所述多相感应式转子仅在其两端设有短路环，所述多相感应式转子上的磁芯槽路内的导体共用所述多相感应式转子的整体槽路两端的短路环。

4.一种周向绕组的交流异步电机，其特征在于包括转子、定子磁芯、定子绕组以及壳体和支撑部件，

所述转子为异步电机转子，

所述定子绕组为周向绕组，所述周向绕组为与所述电机同轴心的圆型线圈结构，

所述定子磁芯为内定子式定子磁芯，

所述定子磁芯包括筒形磁芯或圆柱形磁芯、定子磁极以及将所述筒形磁芯或圆柱形磁芯轴向端部和所述定子磁极一端连接起来的若干端部磁路连接体，

所述筒形磁芯或圆柱形磁芯为一体结构或分体组合结构的磁路连续的圆型的导磁体，所述筒形磁芯或圆柱形磁芯与所述周向绕组和所述转子共轴线，所述筒形磁芯或圆柱形磁芯的外壁被所述周向绕组内壁包围，所述周向绕组的外侧圆周被沿所述圆周均匀分布的n个定子磁极围绕，其中n≥2且n为偶数；

所述定子磁极与所述筒形磁芯或圆柱形磁芯的外圆沿轴向平行，使所述定子磁极围成圆柱形范围，所述转子工作区域位于所述圆柱形外侧；所述定子磁极与所述转子磁极之间留有间隙；

相邻两个定子磁极中第一个定子磁极的轴向第一端通过一个端部磁路连接体连接到与所述第一端接近的筒形磁芯或圆柱形磁芯的第一端，所述两个定子磁极中第二个定子磁极的轴向第二端通过另一个端部磁路连接体连接到与所述第二端接近的筒形磁芯或圆柱形磁芯的第二端；

使与所述筒形磁芯或圆柱形磁芯第一端和第二端分别相连的定子磁极在所述周向绕组圆周外侧交替排列，

用于在所述周向绕组通电时，使所述周向绕组圆周外侧交替排列的定子磁极的磁性相异，并在所述定子磁极围成的圆柱形外侧的转子工作区域形成交变磁场或旋转磁场，驱动所述电机转子旋转；或用于通过磁场的变化使所述周向绕组产生感应电动势作为发电机使用。

5.如权利要求4所述的周向绕组的交流异步电机，其特征在于所述电机为轴向分相的多相电机，所述电机的不同相位的定子磁芯沿轴向串联布置，不同相位的转子磁芯沿轴向串联布置，所述多相电机采取：

①在旋转周向上，相间定子磁极在旋转周向上错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应于相间相位差的电角度δ，转子磁极在旋转周向上采取对齐设置，相间转子磁极几何角度差为0；或采取：

②在旋转周向上，相间定子磁极在旋转周向上采取对齐设置，相间转子磁极几何角度差为0；转子磁极在旋转周向上，相间转子磁极错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应于相间相位差的电角度δ；或采取：

③在旋转圆周方向上，相间定子磁极在旋转圆周方向上错开一定几何角度Θ，所述一定几何角度Θ对应的电角度为δ，转子磁极在旋转圆周方向上错开一定几何角度α，所述一定几何角度α对应的电角度为β；且使电角度α和电角度β满足公式：α+β＝2kπ+t，其中k∈整数，t为对应于相间相位差的电角度。

6.根据权利要求5所述的多相电机，其特征在于，所述电机转子为多项共用的多相感应式转子，所述多相感应式转子磁芯的轴向长度涵盖所述多相电机所有相位定子长度值和，所述多相感应式转子仅在其两端设有短路环，所述多相感应式转子上的磁芯槽路内的导体共用所述多相感应式转子的整体槽路两端的短路环。