CN108599669A - 集中式绕组电动机定子变极变速法 - Google Patents

集中式绕组电动机定子变极变速法 Download PDF

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Abstract

本发明是集中式绕组电动机定子变极变速法，涉及一种应用于电动机定子的方法，所述变极变速法的电动机控制系统包括集中式绕组电动机定子、移相元件、控制开关。所述电动机定子采用集中式绕组，能够提高电动机效率。工作绕组二、工作绕组一组成一套共用的工作绕组。启动绕组一、启动绕组二、启动绕组三组成低转速状态时的启动绕组，电动机高转速状态时通过控制开关切断启动绕组三的电源连接。所述变极变速法在变极控制过程中，采用四个控制开关转换启动绕组和工作绕组的连接方式，建立符合要求的定子旋转磁场，即采用简单的控制线路实现单相异步电动机变极变速。工作绕组采用双功率设计，低转速时小功率输出，高转速时大功率输出，符合节能要求。

Description

集中式绕组电动机定子变极变速法
技术领域
本发明是一种集中式绕组电动机定子变极变速法，其涉及一种应用于电动机定子的方法，特别是涉及一种应用于单相异步电动机，采用集中式定子绕组，通过改变集中式定子绕组的连接方式实现变极变速的方法。
背景技术
电动机定子绕组线圈分为分布式绕组和集中式绕组两种结构类型。异步电动机多数采用分布式绕组，无刷直流电动机（BLDC）和永磁同步电动机（PMSM）采用集中式绕组。分布式绕组加工工艺复杂，集中式绕组加工工艺简单。集中式绕组的相间绝缘比分布式绕组的相间绝缘强度高。集中式绕组的绕组端部长度比分布式绕组的绕组端部长度短。缩短绕组端部长度能够降低定子绕组铜损、提高电动机效率。
单相异步电动机若采用集中式绕组，能够简化加工工艺、降低成本、降低定子绕组铜损、提高绕组的相间绝缘强度、提高电动机效率。单相异步电动机要求启动绕组与工作绕组在空间上相差九十度电角度，单相异步电动机若采用集中式绕组，无法实现变极变速。
单相异步电动机调速方法主要有变极调速、降压调速、抽头调速三种方法，其中变极调速效率最高。单相异步电动机变极调速有单绕组变极调速和双绕组变极调速两种结构类型。单绕组变极调速就是在定子部件中安装有一套定子绕组，改变各绕组线圈的连接方式实现变极变速。单绕组变极调速适用于倍极调速异步电动机，即两种运行状态的定子磁极数之比是两倍。双绕组变极调速就是在定子部件中安装有两套独立的不同磁极数定子绕组，双绕组变极调速适用于定子磁极数相差较大的变极调速异步电动机。双绕组变极调速的成本较高，不够经济。单绕组变极调速的绕组线圈连接方式复杂，应用范围受到限制。尤其是四极/六极变极变速单相异步电动机，其低转速时电动机磁极数与高转速时电动机磁极数的比值不是整数倍，若采用集中式绕组，现有技术无法实现变极变速。如果采用集中式绕组实现四极/六极变极变速单相异步电动机，则该电动机能够广泛应用于油烟机、电风扇、排气扇、空调的室外风机驱动电动机等家用电器上。
异步电动机的定子铁芯线槽会产生齿谐波，齿谐波磁场产生附加转矩，引起电磁振动和噪音。异步电动机通常采用转子斜槽的办法，使齿谐波磁场在转子导条中感应的电动势被部分抵消，降低齿谐波磁场产生的附加转矩。因此，减小异步电动机定子铁芯线槽的槽口宽度，或者定子铁芯线槽的槽口宽度为零，即该定子铁芯线槽为闭口槽，有利于异步电动机降低齿谐波磁场产生的附加转矩，提高电动机效率。
风机泵类负载的轴功率与转速的三次方成正比，因此应用于风机泵类负载的变极变速电动机采用双功率设计，即低转速时小功率输出，高转速时大功率输出，才能符合节能要求。
发明内容
本发明的目的是克服普通单相异步电动机若采用集中式绕组无法实现变极变速的缺点，提供一种采用集中式绕组、有一个共用的工作绕组和一个能够切断部分线圈电源的启动绕组、工作绕组采用双功率设计、能够采用简单的控制线路实现单相异步电动机变极变速的集中式绕组电动机定子变极变速法。本发明的实施方案如下：
所述变极变速法应用于变极变速单相异步电动机，所述变极变速法的电动机控制系统包括集中式绕组电动机定子、移相元件、控制开关。移相元件采用电容器。控制开关采用单刀双掷开关，或者，控制开关采用继电器的单刀双掷触点。
集中式绕组电动机定子包括定子磁轭、定子铁芯、内线圈、内线圈骨架、外线圈、外线圈骨架。所述电动机定子在变极时，一部分外线圈不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的外线圈。所述电动机定子在变极时，一部分外线圈改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的外线圈。若干个变极时不改变磁极极性的外线圈连接在一起组成工作绕组一。若干个变极时改变磁极极性的外线圈连接在一起组成工作绕组二。工作绕组一和工作绕组二组成工作绕组。
所述电动机定子在变极时，一部分内线圈不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的内线圈。所述电动机定子在变极时，一部分内线圈改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的内线圈。所述电动机定子在从低转速状态变极到高转速状态时，一部分内线圈被控制开关切断电源，称为变极时未接通电源的内线圈。若干个变极时不改变磁极极性的内线圈连接在一起组成启动绕组一。若干个变极时改变磁极极性的内线圈连接在一起组成启动绕组二。若干个变极时未接通电源的内线圈连接在一起组成启动绕组三。启动绕组一、启动绕组二、启动绕组三组成启动绕组。
定子铁芯径向外侧有若干个磁极极身，每一个磁极极身上依次安装有内线圈、外线圈，定子铁芯安装在定子磁轭径向内侧。鼠笼式转子安装在定子铁芯径向内侧。或者，若干个铁芯镶块组成的定子铁芯镶块部件替代定子铁芯。每一个铁芯镶块上依次安装有内线圈、外线圈，定子铁芯镶块部件安装在定子磁轭径向内侧。鼠笼式转子安装在定子铁芯镶块部件径向内侧。
所述电动机定子改变定子磁极数使电动机处于低转速状态时，控制开关使启动绕组和工作绕组接通电源，启动绕组和工作绕组建立低转速定子旋转磁场。所述电动机定子改变定子磁极数使电动机处于高转速状态时，控制开关改变工作绕组二的接线方式，即改变工作绕组二的变极时改变磁极极性的外线圈电流方向，从而改变工作绕组二径向内侧磁极极性，使工作绕组一和工作绕组二共同作用建立高转速状态时的工作绕组磁场。与此同时，控制开关切断变极时未接通电源的内线圈的电源连接，并且，控制开关改变启动绕组二的接线方式，即改变启动绕组二的变极时改变磁极极性的内线圈电流方向，从而改变启动绕组二径向内侧磁极极性，使启动绕组一和启动绕组二共同作用建立高转速状态时的启动绕组磁场。高转速状态时的工作绕组磁场磁极极性和定子磁极数与高转速状态时的启动绕组磁场磁极极性和定子磁极数相对应，工作绕组一、工作绕组二、启动绕组一、启动绕组二共同作用建立高转速定子旋转磁场。
定子磁轭呈环形，定子磁轭径向内侧均布有若干个榫槽，榫槽呈燕尾形。定子铁芯径向内侧是转子气隙内腔，转子气隙内腔径向外侧均布有若干个定子磁极，分别是磁极一、磁极二、磁极三、磁极四、磁极五、磁极六、磁极七、磁极八、磁极九、磁极十、磁极十一、磁极十二。每一个定子磁极中间是磁极极身，磁极极身径向内侧是磁极极靴，磁极极身径向外侧是磁极榫头，磁极榫头呈燕尾形。磁极极靴圆周方向两端是三角形的定位凸台一，相邻两个定位凸台一之间是空气槽，空气槽径向内侧与转子气隙内腔之间是截面非常小的隔磁磁桥，相邻两个定位凸台一在空气槽径向外侧连接在一起形成截面非常小的隔磁磁桥。
内线圈骨架径向中间是骨架中心孔一，内线圈骨架外表面有一个骨架线槽，内线圈安装在内线圈骨架的骨架线槽内。外线圈骨架径向中间是骨架中心孔二，外线圈骨架外表面有一个骨架线槽，外线圈安装在外线圈骨架的骨架线槽内。
所述电动机定子在装配时，把内线圈骨架的骨架中心孔一安装在定子铁芯的磁极极身上，把外线圈骨架的骨架中心孔二安装在定子铁芯的磁极极身上，使定子铁芯的所有定子磁极上依次安装内线圈、外线圈。然后把定子铁芯的若干个磁极榫头分别安装在定子磁轭的榫槽内。
铁芯镶块中间是镶块极身，铁芯镶块径向两端分别是镶块极靴、镶块榫头，镶块极靴圆周方向两端是镶块定位凸台，镶块极靴径向内侧的圆周方向两端是截面非常小的极靴边缘，镶块榫头呈燕尾形。若干个铁芯镶块的极靴边缘相互接触装配成环形的定子铁芯镶块部件，相邻两个铁芯镶块的极靴边缘相互接触形成截面非常小的隔磁磁桥。或者，相邻两个铁芯镶块的极靴边缘彼此靠近，由此形成的定子铁芯线槽的槽口宽度能够做到很小，减弱定子铁芯的齿槽效应。
或者，所述电动机定子在装配时，采用定子铁芯镶块部件替代定子铁芯。把内线圈骨架的骨架中心孔一安装在铁芯镶块的镶块极身上，把外线圈骨架的骨架中心孔二安装在铁芯镶块的镶块极身上，使铁芯镶块的镶块极身上依次安装内线圈、外线圈，然后把定子铁芯镶块部件的若干个镶块榫头分别安装在定子磁轭的榫槽内。
所述电动机定子应用于变极变速单相异步电动机时，其工作过程是：
所述电动机定子应用于定子磁极为六极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组，径向内侧为N极的外线圈使、磁极三、磁极四组成一个N极定子磁极，径向内侧为N极的外线圈使磁极七、磁极八组成一个N极定子磁极，径向内侧为N极的外线圈使磁极十一、磁极十二组成一个N极定子磁极。径向内侧为S极的外线圈使磁极一、磁极二组成一个S极定子磁极，径向内侧为S极的外线圈使磁极五、磁极六组成一个S极定子磁极，径向内侧为S极的外线圈使磁极九、磁极十组成一个S极定子磁极。
与此同时，电流流过启动绕组，径向内侧为n极的内线圈使磁极二、磁极三组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的内线圈使磁极六、磁极七组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的内线圈使磁极十、磁极十一组成一个n极定子磁极。径向内侧为s极的内线圈使磁极十二、磁极一组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的内线圈使磁极四、磁极五组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的内线圈使磁极八、磁极九组成一个s极定子磁极。
所述电动机定子应用于定子磁极为六极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组建立的六极工作绕组磁场，与电流流过启动绕组建立的六极启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与启动绕组共同建立六极定子旋转磁场。
所述电动机定子应用于定子磁极为四极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组，径向内侧为N极的外线圈使磁极十二、磁极一、磁极二组成一个N极定子磁极，径向内侧为N极的外线圈使磁极六、磁极七、磁极八组成一个N极定子磁极。径向内侧为S极的外线圈使磁极三、磁极四、磁极五组成一个S极定子磁极，径向内侧为S极的外线圈使磁极九、磁极十、磁极十一组成一个S极定子磁极。
与此同时，电流流过启动绕组，径向内侧为n极的内线圈使磁极五、磁极六组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的内线圈使磁极十一、磁极十二组成一个n极定子磁极。径向内侧为s极的内线圈使磁极二、磁极三组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的内线圈使磁极八、磁极九组成一个s极定子磁极。变极时未接通电源的内线圈分别使磁极一、磁极四、磁极七、磁极十没有磁极极性。
所述电动机定子应用于定子磁极为四极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组建立的四极工作绕组磁场，与电流流过启动绕组建立的四极启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与启动绕组共同建立四极定子旋转磁场。
所述电动机定子应用于四极/六极变极变速单相异步电动机时，安装在磁极五、磁极七、磁极八、磁极九、磁极十、磁极十二上的外线圈不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的外线圈。安装在磁极五、磁极七、磁极八、磁极九、磁极十、磁极十二上的外线圈连接在一起组成工作绕组一。安装在磁极十一、磁极一、磁极二、磁极三、磁极四、磁极六上的外线圈改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的外线圈。安装在磁极十一、磁极一、磁极二、磁极三、磁极四、磁极六上的外线圈连接在一起组成工作绕组二。
所述电动机定子应用于四极/六极变极变速单相异步电动机时，安装在磁极六、磁极八、磁极九、磁极十一上的内线圈不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的内线圈。安装在磁极六、磁极八、磁极九、磁极十一上的内线圈连接在一起组成启动绕组一。安装在磁极十二、磁极二、磁极三、磁极五上的内线圈改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的内线圈。安装在磁极十二、磁极二、磁极三、磁极五上的内线圈连接在一起组成启动绕组二。安装在磁极一、磁极四、磁极七、磁极十上的内线圈被控制开关切断电源，称为变极时未接通电源的内线圈。安装在磁极一、磁极四、磁极七、磁极十上的内线圈连接在一起组成启动绕组三。
在所述变极变速法中，采用开关一、开关二、开关三、开关四对工作绕组一、工作绕组二、启动绕组一、启动绕组二、启动绕组三进行变极控制。
在所述变极变速法的绕组接线图一中，工作绕组一与工作绕组二连接在一起的接线端是工作绕组中间接线端，工作绕组一的另一个接线端是工作绕组接线端一，工作绕组二的另一个接线端是工作绕组接线端二。工作绕组中间接线端与开关二的高转速触点连接在一起。工作绕组接线端一与电源接线端一连接在一起，并且，工作绕组接线端一与开关一的高转速触点连接在一起，工作绕组接线端一与电容器一的一个接线端连接在一起。工作绕组接线端二与开关二的低转速触点连接在一起，并且，工作绕组接线端二与开关一的中间触点连接在一起。开关二的中间触点与电源接线端二连接在一起，并且，开关二的中间触点与启动绕组三的启动绕组三接线端二连接在一起，开关二的中间触点与开关三的高转速触点连接在一起。开关三的中间触点与启动绕组二的启动绕组二接线端二连接在一起。启动绕组二的启动绕组二接线端一与开关四的中间触点连接在一起。开关四的低转速触点与启动绕组三的启动绕组三接线端一连接在一起。开关四的高转速触点与开关三的低转速触点连接在一起，并且，开关四的高转速触点与启动绕组一的启动绕组一接线端二连接在一起。启动绕组一的启动绕组一接线端一与电容器一的另一个接线端连接在一起。
所述变极变速法的绕组接线图二与绕组接线图一相对比，绕组接线图二中采用电容器二和电容器三取代绕组接线图一中的电容器一。在绕组接线图二中，工作绕组中间接线端与开关二的高转速触点连接在一起。工作绕组接线端一与电源接线端一连接在一起，并且，工作绕组接线端一与开关一的高转速触点连接在一起，工作绕组接线端一与启动绕组一的启动绕组一接线端一连接在一起。工作绕组接线端二与开关二的低转速触点连接在一起，并且，工作绕组接线端二与开关一的中间触点连接在一起。开关二的中间触点与电源接线端二连接在一起，并且，开关二的中间触点与电容器二的一个接线端连接在一起，开关二的中间触点与电容器三的一个接线端连接在一起。电容器二的另一个接线端与启动绕组三的启动绕组三接线端二连接在一起，电容器三的另一个接线端与开关三的高转速触点连接在一起。开关三的中间触点与启动绕组二的启动绕组二接线端二连接在一起。启动绕组二的启动绕组二接线端一与开关四的中间触点连接在一起。开关四的低转速触点与启动绕组三的启动绕组三接线端一连接在一起。开关四的高转速触点与开关三的低转速触点连接在一起，并且，开关四的高转速触点与启动绕组一的启动绕组一接线端二连接在一起。
所述变极变速法的绕组接线图一的变极变速控制过程是：
电动机低转速状态启动或运行时，开关一、开关二、开关三、开关四的中间触点分别与各自开关的低转速触点闭合。电动机定子电流沿着电流方向从电源接线端二出发，一部分定子电流从上向下依次流过开关二的中间触点和低转速触点、工作绕组二、工作绕组一，这部分定子电流流入电源接线端一形成闭合回路，使工作绕组二、工作绕组一建立低转速状态时的工作绕组磁场。与此同时，另一部分定子电流沿着电流方向从电源接线端二出发，这部分定子电流从上向下依次流过启动绕组三和开关四的低转速触点，到达开关四的中间触点，这部分定子电流从下向上依次流过启动绕组二和开关三的中间触点，到达开关三的低转速触点，这部分定子电流从上向下依次流过启动绕组一和电容器一，这部分定子电流流入电源接线端一形成闭合回路，使启动绕组三、启动绕组二、启动绕组一建立高转速状态时的启动绕组磁场。
电动机低转速状态启动或运行时，在工作绕组二、工作绕组一、启动绕组三、启动绕组二、启动绕组一、电容器一的共同作用下，建立低转速定子旋转磁场，使鼠笼式转子产生异步电磁转矩，沿着定子磁场旋转方向旋转。
电动机高转速状态启动或运行时，开关一、开关二、开关三、开关四的中间触点分别与各自开关的高转速触点闭合。电动机定子电流沿着电流方向从电源接线端二出发，一部分定子电流流过开关二的中间触点和高转速触点，这部分定子电流在工作绕组中间接线端再次分成两个定子分支电流，一部分定子分支电流从下向上依次流过工作绕组二，这部分定子分支电流流过开关一的中间触点和高转速触点，并流入电源接线端一形成闭合回路，另一部分定子分支电流在工作绕组中间接线端，从上向下依次流过工作绕组一，并流入电源接线端一形成闭合回路，使工作绕组二、工作绕组一建立高转速状态时的工作绕组磁场。与此同时，另一部分定子电流沿着电流方向从电源接线端二出发，这部分定子电流从上向下依次流过开关三的高转速触点和中间触点以及启动绕组二，到达开关四的中间触点，这部分定子电流从上向下依次流过开关四的高转速触点以及启动绕组一和电容器一，这部分定子电流流入电源接线端一形成闭合回路，使启动绕组二、启动绕组一建立高转速状态时的启动绕组磁场。
电动机高转速状态启动或运行时，开关四切断启动绕组三的电源连接，在工作绕组二、工作绕组一、启动绕组二、启动绕组一、电容器一的共同作用下，建立高转速定子旋转磁场，使鼠笼式转子产生异步电磁转矩，沿着定子磁场旋转方向旋转。
所述变极变速法在变极控制过程中，通过控制开关转换启动绕组和工作绕组的连接方式，即通过控制开关改变流过启动绕组二的定子电流方向，即改变启动绕组二的磁场方向，并且，通过控制开关接通或者切断启动绕组三的电源连接，建立符合要求的启动绕组磁场。并且通过控制开关改变流过工作绕组二的定子电流方向，即改变工作绕组二的磁场方向，建立符合要求的工作绕组磁场。
电动机低转速状态时，工作绕组二、工作绕组一串联，工作绕组二、工作绕组一的总阻抗大，流过工作绕组二、工作绕组一的定子电流小，电动机的电磁功率小。电动机高转速状态时，工作绕组二、工作绕组一并联，工作绕组二、工作绕组一的总阻抗小，流过工作绕组二、工作绕组一的定子电流大，电动机的电磁功率大。
所述电动机定子采用集中式绕组，能够提高电动机效率。工作绕组二、工作绕组一组成一套共用的工作绕组。启动绕组一、启动绕组二、启动绕组三组成低转速状态时的启动绕组，电动机高转速状态时通过控制开关切断启动绕组三的电源连接。所述变极变速法在变极控制过程中，采用四个控制开关转换启动绕组和工作绕组的连接方式，建立符合要求的定子旋转磁场，即采用简单的控制线路实现单相异步电动机变极变速。工作绕组采用双功率设计，低转速时小功率输出，高转速时大功率输出，符合节能要求。所述电动机定子的定子铁芯线槽为闭口槽，有利于异步电动机降低齿谐波磁场产生的附加转矩，提高电动机效率。
附图说明
图1是所述电动机定子的轴测图。
图2是定子磁轭、定子铁芯安装在一起的轴测图。
图3是定子磁轭的轴测图。
图4是定子铁芯的轴测图。
图5是内线圈、内线圈骨架安装在一起的轴测图。
图6是外线圈、外线圈骨架安装在一起的轴测图。
图7是铁芯镶块的轴测图。
图8是定子铁芯镶块部件的轴测图。
图9是所述电动机定子低转速状态时旋转磁场分布示意图。定子磁极为六极。
图10是所述电动机定子低转速状态时工作绕组磁场分布示意图。定子磁极为六极。
图11是所述电动机定子低转速状态时启动绕组磁场分布示意图。定子磁极为六极。
图12是所述电动机定子高转速状态时旋转磁场分布示意图。定子磁极为四极。
图13是所述电动机定子高转速状态时工作绕组磁场分布示意图。定子磁极为四极。
图14是所述电动机定子高转速状态时启动绕组磁场分布示意图。定子磁极为四极。
图15是所述电动机定子的变极时不改变磁极极性的外线圈与变极时改变磁极极性的外线圈的分布示意图。
图16是所述电动机定子的变极时不改变磁极极性的内线圈与变极时改变磁极极性的内线圈以及变极时切断电源的内线圈的分布示意图。
图17是所述变极变速法的绕组接线图一。
图18是所述变极变速法在电动机低转速启动及运行时，工作绕组和启动绕组的电流路径示意图，定子磁极为六极。
图19是所述变极变速法在电动机高转速启动及运行时，工作绕组和启动绕组的电流路径示意图，定子磁极为四极。
图20是所述变极变速法的绕组接线图二。
说明书附图中大写字母N和S代表工作绕组的磁极极性。小写字母n和s代表启动绕组的磁极极性。定子内侧的双点划线代表工作绕组或者启动绕组产生的同极性磁极的极弧范围。
图17至图20中，绕组线圈左侧的数字序号代表该绕组线圈安装所在的定子磁极的标注序号。大写字母A代表定子绕组的首端，大写字母X代表定子绕组的尾端。大写字母K1、K2、K3、K4分别代表开关一、开关二、开关三、开关四的“中间触点”。大写字母K1、K2、K3、K4旁边的“LR”分别代表开关一、开关二、开关三、开关四的“低转速触点”，“HR”分别代表开关一、开关二、开关三、开关四的“高转速触点”。大写字母“C1”是电动机高转速和低转速启动及运行时共用的电容器一。“C2”是电动机低转速启动及运行时专用的电容器二。“C3”是电动机高转速启动及运行时专用的电容器三。
电动机在启动或运行的某一瞬间，电动机定子电流从工作绕组的首端流向工作绕组的尾端时，工作绕组的径向内侧磁极极性为N极，电动机定子电流从工作绕组的尾端流向工作绕组的首端时，工作绕组的径向内侧磁极极性为S极。电动机定子电流从启动绕组的首端流向启动绕组的尾端时，启动绕组的径向内侧磁极极性为n极，电动机定子电流从启动绕组的尾端流向启动绕组的首端时，启动绕组的径向内侧磁极极性为s极。
图中标注有定子磁轭1、定子铁芯2、内线圈3、内线圈骨架4、外线圈5、外线圈骨架6、磁极极靴7、磁极极身8、榫槽9、磁极榫头10、磁极一11、磁极二12、空气槽13、磁极三14、隔磁磁桥15、磁极四16、磁极五17、磁极六18、磁极七19、磁极八20、转子气隙内腔21、磁极九22、定位凸台一23、磁极十24、铁芯镶块25、磁极十一26、磁极十二27、骨架中心孔一28、骨架中心孔二29、极靴边缘30、镶块极靴31、镶块极身32、镶块榫头33、镶块定位凸台34、径向内侧为n极的内线圈35、径向内侧为N极的外线圈36、径向内侧为s极的内线圈37、径向内侧为S极的外线圈38、变极时未接通电源的内线圈39、变极时不改变磁极极性的外线圈40、变极时改变磁极极性的外线圈41、变极时不改变磁极极性的内线圈42、变极时改变磁极极性的内线圈43、电源接线端一44、电源接线端二45、开关一46、开关二47、开关三48、开关四49、工作绕组接线端一50、工作绕组中间接线端51、工作绕组接线端二52、电容器一53、启动绕组一接线端一54、启动绕组一接线端二55、启动绕组二接线端一56、启动绕组二接线端二57、启动绕组三接线端一58、启动绕组三接线端二59、电流方向60、导线61、电容器二62、电容器三63、定子磁场旋转方向64。
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、图2、图17，所述变极变速法应用于变极变速单相异步电动机，所述变极变速法的电动机控制系统包括集中式绕组电动机定子、移相元件、控制开关。移相元件采用电容器。控制开关采用单刀双掷开关，或者，控制开关采用继电器的单刀双掷触点。
集中式绕组电动机定子包括定子磁轭1、定子铁芯2、内线圈3、内线圈骨架4、外线圈5、外线圈骨架6。所述电动机定子在变极时，一部分外线圈5不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的外线圈40。所述电动机定子在变极时，一部分外线圈5改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的外线圈41。若干个变极时不改变磁极极性的外线圈40连接在一起组成工作绕组一。若干个变极时改变磁极极性的外线圈41连接在一起组成工作绕组二。工作绕组一和工作绕组二组成工作绕组。
所述电动机定子在变极时，一部分内线圈3不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的内线圈42。所述电动机定子在变极时，一部分内线圈3改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的内线圈43。所述电动机定子在从低转速状态变极到高转速状态时，一部分内线圈3被控制开关切断电源，称为变极时未接通电源的内线圈39。若干个变极时不改变磁极极性的内线圈42连接在一起组成启动绕组一。若干个变极时改变磁极极性的内线圈43连接在一起组成启动绕组二。若干个变极时未接通电源的内线圈39连接在一起组成启动绕组三。启动绕组一、启动绕组二、启动绕组三组成启动绕组。
定子铁芯2径向外侧有若干个磁极极身8，每一个磁极极身8上依次安装有内线圈3、外线圈5，定子铁芯2安装在定子磁轭1径向内侧。鼠笼式转子安装在定子铁芯2径向内侧。或者，若干个铁芯镶块25组成的定子铁芯镶块部件替代定子铁芯2。每一个铁芯镶块25上依次安装有内线圈3、外线圈5，定子铁芯镶块部件安装在定子磁轭1径向内侧。鼠笼式转子安装在定子铁芯镶块部件径向内侧。
所述电动机定子改变定子磁极数使电动机处于低转速状态时，控制开关使启动绕组和工作绕组接通电源，启动绕组和工作绕组建立低转速定子旋转磁场。所述电动机定子改变定子磁极数使电动机处于高转速状态时，控制开关改变工作绕组二的接线方式，即改变工作绕组二的变极时改变磁极极性的外线圈41电流方向，从而改变工作绕组二径向内侧磁极极性，使工作绕组一和工作绕组二共同作用建立高转速状态时的工作绕组磁场。与此同时，控制开关切断变极时未接通电源的内线圈39的电源连接，并且，控制开关改变启动绕组二的接线方式，即改变启动绕组二的变极时改变磁极极性的内线圈43电流方向，从而改变启动绕组二径向内侧磁极极性，使启动绕组一和启动绕组二共同作用建立高转速状态时的启动绕组磁场。高转速状态时的工作绕组磁场磁极极性和定子磁极数与高转速状态时的启动绕组磁场磁极极性和定子磁极数相对应，工作绕组一、工作绕组二、启动绕组一、启动绕组二共同作用建立高转速定子旋转磁场。
参照图1至图8，定子磁轭1呈环形，定子磁轭1径向内侧均布有若干个榫槽9，榫槽9呈燕尾形。定子铁芯2径向内侧是转子气隙内腔21，转子气隙内腔21径向外侧均布有若干个定子磁极，分别是磁极一11、磁极二12、磁极三14、磁极四16、磁极五17、磁极六18、磁极七19、磁极八20、磁极九22、磁极十24、磁极十一26、磁极十二27。每一个定子磁极中间是磁极极身8，磁极极身8径向内侧是磁极极靴7，磁极极身8径向外侧是磁极榫头10，磁极榫头10呈燕尾形。磁极极靴7圆周方向两端是三角形的定位凸台一23，相邻两个定位凸台一23之间是空气槽13，空气槽13径向内侧与转子气隙内腔21之间是截面非常小的隔磁磁桥15，相邻两个定位凸台一23在空气槽13径向外侧连接在一起形成截面非常小的隔磁磁桥15。
内线圈骨架4径向中间是骨架中心孔一28，内线圈骨架4外表面有一个骨架线槽，内线圈3安装在内线圈骨架4的骨架线槽内。外线圈骨架6径向中间是骨架中心孔二29，外线圈骨架6外表面有一个骨架线槽，外线圈5安装在外线圈骨架6的骨架线槽内。
所述电动机定子在装配时，把内线圈骨架4的骨架中心孔一28安装在定子铁芯2的磁极极身8上，把外线圈骨架6的骨架中心孔二29安装在定子铁芯2的磁极极身8上，使定子铁芯2的所有定子磁极上依次安装内线圈3、外线圈5。然后把定子铁芯2的若干个磁极榫头10分别安装在定子磁轭1的榫槽9内。
铁芯镶块25中间是镶块极身32，铁芯镶块25径向两端分别是镶块极靴31、镶块榫头33，镶块极靴31圆周方向两端是镶块定位凸台34，镶块极靴31径向内侧的圆周方向两端是截面非常小的极靴边缘30，镶块榫头33呈燕尾形。若干个铁芯镶块25的极靴边缘30相互接触装配成环形的定子铁芯镶块部件，相邻两个铁芯镶块25的极靴边缘30相互接触形成截面非常小的隔磁磁桥15。或者，相邻两个铁芯镶块25的极靴边缘30彼此靠近，由此形成的定子铁芯线槽的槽口宽度能够做到很小，减弱定子铁芯的齿槽效应。
或者，所述电动机定子在装配时，采用定子铁芯镶块部件替代定子铁芯2。把内线圈骨架4的骨架中心孔一28安装在铁芯镶块25的镶块极身32上，把外线圈骨架6的骨架中心孔二29安装在铁芯镶块25的镶块极身32上，使铁芯镶块25的镶块极身32上依次安装内线圈3、外线圈5，然后把定子铁芯镶块部件的若干个镶块榫头33分别安装在定子磁轭1的榫槽9内。
参照图9至图16，所述电动机定子应用于变极变速单相异步电动机时，其工作过程是：
所述电动机定子应用于定子磁极为六极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组，径向内侧为N极的外线圈36使、磁极三14、磁极四16组成一个N极定子磁极，径向内侧为N极的外线圈36使磁极七19、磁极八20组成一个N极定子磁极，径向内侧为N极的外线圈36使磁极十一26、磁极十二27组成一个N极定子磁极。径向内侧为S极的外线圈38使磁极一11、磁极二12组成一个S极定子磁极，径向内侧为S极的外线圈38使磁极五17、磁极六18组成一个S极定子磁极，径向内侧为S极的外线圈38使磁极九22、磁极十24组成一个S极定子磁极。
与此同时，电流流过启动绕组，径向内侧为n极的内线圈35使磁极二12、磁极三14组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的内线圈35使磁极六18、磁极七19组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的内线圈35使磁极十24、磁极十一26组成一个n极定子磁极。径向内侧为s极的内线圈37使磁极十二27、磁极一11组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的内线圈37使磁极四16、磁极五17组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的内线圈37使磁极八20、磁极九22组成一个s极定子磁极。
所述电动机定子应用于定子磁极为六极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组建立的六极工作绕组磁场，与电流流过启动绕组建立的六极启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与启动绕组共同建立六极定子旋转磁场。
所述电动机定子应用于定子磁极为四极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组，径向内侧为N极的外线圈36使磁极十二27、磁极一11、磁极二12组成一个N极定子磁极，径向内侧为N极的外线圈36使磁极六18、磁极七19、磁极八20组成一个N极定子磁极。径向内侧为S极的外线圈38使磁极三14、磁极四16、磁极五17组成一个S极定子磁极，径向内侧为S极的外线圈38使磁极九22、磁极十24、磁极十一26组成一个S极定子磁极。
与此同时，电流流过启动绕组，径向内侧为n极的内线圈35使磁极五17、磁极六18组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的内线圈35使磁极十一26、磁极十二27组成一个n极定子磁极。径向内侧为s极的内线圈37使磁极二12、磁极三14组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的内线圈37使磁极八20、磁极九22组成一个s极定子磁极。变极时未接通电源的内线圈39分别使磁极一11、磁极四16、磁极七19、磁极十24没有磁极极性。
所述电动机定子应用于定子磁极为四极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组建立的四极工作绕组磁场，与电流流过启动绕组建立的四极启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与启动绕组共同建立四极定子旋转磁场。
所述电动机定子应用于四极/六极变极变速单相异步电动机时，安装在磁极五17、磁极七19、磁极八20、磁极九22、磁极十24、磁极十二27上的外线圈5不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的外线圈40。安装在磁极五17、磁极七19、磁极八20、磁极九22、磁极十24、磁极十二27上的外线圈5连接在一起组成工作绕组一。安装在磁极十一26、磁极一11、磁极二12、磁极三14、磁极四16、磁极六18上的外线圈5改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的外线圈41。安装在磁极十一26、磁极一11、磁极二12、磁极三14、磁极四16、磁极六18上的外线圈5连接在一起组成工作绕组二。
所述电动机定子应用于四极/六极变极变速单相异步电动机时，安装在磁极六18、磁极八20、磁极九22、磁极十一26上的内线圈3不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的内线圈42。安装在磁极六18、磁极八20、磁极九22、磁极十一26上的内线圈3连接在一起组成启动绕组一。安装在磁极十二27、磁极二12、磁极三14、磁极五17上的内线圈3改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的内线圈43。安装在磁极十二27、磁极二12、磁极三14、磁极五17上的内线圈3连接在一起组成启动绕组二。安装在磁极一11、磁极四16、磁极七19、磁极十24上的内线圈3被控制开关切断电源，称为变极时未接通电源的内线圈39。安装在磁极一11、磁极四16、磁极七19、磁极十24上的内线圈3连接在一起组成启动绕组三。
参照图17至图20，在所述变极变速法中，采用开关一46、开关二47、开关三48、开关四49对工作绕组一、工作绕组二、启动绕组一、启动绕组二、启动绕组三进行变极控制。
在所述变极变速法的绕组接线图一中，工作绕组一与工作绕组二连接在一起的接线端是工作绕组中间接线端51，工作绕组一的另一个接线端是工作绕组接线端一50，工作绕组二的另一个接线端是工作绕组接线端二52。工作绕组中间接线端51与开关二47的高转速触点连接在一起。工作绕组接线端一50与电源接线端一44连接在一起，并且，工作绕组接线端一50与开关一46的高转速触点连接在一起，工作绕组接线端一50与电容器一53的一个接线端连接在一起。工作绕组接线端二52与开关二47的低转速触点连接在一起，并且，工作绕组接线端二52与开关一46的中间触点连接在一起。开关二47的中间触点与电源接线端二45连接在一起，并且，开关二47的中间触点与启动绕组三的启动绕组三接线端二59连接在一起，开关二47的中间触点与开关三48的高转速触点连接在一起。开关三48的中间触点与启动绕组二的启动绕组二接线端二57连接在一起。启动绕组二的启动绕组二接线端一56与开关四49的中间触点连接在一起。开关四49的低转速触点与启动绕组三的启动绕组三接线端一58连接在一起。开关四49的高转速触点与开关三48的低转速触点连接在一起，并且，开关四49的高转速触点与启动绕组一的启动绕组一接线端二55连接在一起。启动绕组一的启动绕组一接线端一54与电容器一53的另一个接线端连接在一起。
所述变极变速法的绕组接线图二与绕组接线图一相对比，绕组接线图二中采用电容器二62和电容器三63取代绕组接线图一中的电容器一53。在绕组接线图二中，工作绕组中间接线端51与开关二47的高转速触点连接在一起。工作绕组接线端一50与电源接线端一44连接在一起，并且，工作绕组接线端一50与开关一46的高转速触点连接在一起，工作绕组接线端一50与启动绕组一的启动绕组一接线端一54连接在一起。工作绕组接线端二52与开关二47的低转速触点连接在一起，并且，工作绕组接线端二52与开关一46的中间触点连接在一起。开关二47的中间触点与电源接线端二45连接在一起，并且，开关二47的中间触点与电容器二62的一个接线端连接在一起，开关二47的中间触点与电容器三63的一个接线端连接在一起。电容器二62的另一个接线端与启动绕组三的启动绕组三接线端二59连接在一起，电容器三63的另一个接线端与开关三48的高转速触点连接在一起。开关三48的中间触点与启动绕组二的启动绕组二接线端二57连接在一起。启动绕组二的启动绕组二接线端一56与开关四49的中间触点连接在一起。开关四49的低转速触点与启动绕组三的启动绕组三接线端一58连接在一起。开关四49的高转速触点与开关三48的低转速触点连接在一起，并且，开关四49的高转速触点与启动绕组一的启动绕组一接线端二55连接在一起。
所述变极变速法的绕组接线图一的变极变速控制过程是：
电动机低转速状态启动或运行时，开关一46、开关二47、开关三48、开关四49的中间触点分别与各自开关的低转速触点闭合。电动机定子电流沿着电流方向60从电源接线端二45出发，一部分定子电流从上向下依次流过开关二47的中间触点和低转速触点、工作绕组二、工作绕组一，这部分定子电流流入电源接线端一44形成闭合回路，使工作绕组二、工作绕组一建立低转速状态时的工作绕组磁场。与此同时，另一部分定子电流沿着电流方向60从电源接线端二45出发，这部分定子电流从上向下依次流过启动绕组三和开关四49的低转速触点，到达开关四49的中间触点，这部分定子电流从下向上依次流过启动绕组二和开关三48的中间触点，到达开关三48的低转速触点，这部分定子电流从上向下依次流过启动绕组一和电容器一53，这部分定子电流流入电源接线端一44形成闭合回路，使启动绕组三、启动绕组二、启动绕组一建立高转速状态时的启动绕组磁场。
电动机低转速状态启动或运行时，在工作绕组二、工作绕组一、启动绕组三、启动绕组二、启动绕组一、电容器一53的共同作用下，建立低转速定子旋转磁场，使鼠笼式转子产生异步电磁转矩，沿着定子磁场旋转方向64旋转。
电动机高转速状态启动或运行时，开关一46、开关二47、开关三48、开关四49的中间触点分别与各自开关的高转速触点闭合。电动机定子电流沿着电流方向60从电源接线端二45出发，一部分定子电流流过开关二47的中间触点和高转速触点，这部分定子电流在工作绕组中间接线端51再次分成两个定子分支电流，一部分定子分支电流从下向上依次流过工作绕组二，这部分定子分支电流流过开关一46的中间触点和高转速触点，并流入电源接线端一44形成闭合回路，另一部分定子分支电流在工作绕组中间接线端51，从上向下依次流过工作绕组一，并流入电源接线端一44形成闭合回路，使工作绕组二、工作绕组一建立高转速状态时的工作绕组磁场。与此同时，另一部分定子电流沿着电流方向60从电源接线端二45出发，这部分定子电流从上向下依次流过开关三48的高转速触点和中间触点以及启动绕组二，到达开关四49的中间触点，这部分定子电流从上向下依次流过开关四49的高转速触点以及启动绕组一和电容器一53，这部分定子电流流入电源接线端一44形成闭合回路，使启动绕组二、启动绕组一建立高转速状态时的启动绕组磁场。
电动机高转速状态启动或运行时，开关四49切断启动绕组三的电源连接，在工作绕组二、工作绕组一、启动绕组二、启动绕组一、电容器一53的共同作用下，建立高转速定子旋转磁场，使鼠笼式转子产生异步电磁转矩，沿着定子磁场旋转方向64旋转。
所述变极变速法在变极控制过程中，通过控制开关转换启动绕组和工作绕组的连接方式，即通过控制开关改变流过启动绕组二的定子电流方向，即改变启动绕组二的磁场方向，并且，通过控制开关接通或者切断启动绕组三的电源连接，建立符合要求的启动绕组磁场。并且通过控制开关改变流过工作绕组二的定子电流方向，即改变工作绕组二的磁场方向，建立符合要求的工作绕组磁场。
电动机低转速状态时，工作绕组二、工作绕组一串联，工作绕组二、工作绕组一的总阻抗大，流过工作绕组二、工作绕组一的定子电流小，电动机的电磁功率小。电动机高转速状态时，工作绕组二、工作绕组一并联，工作绕组二、工作绕组一的总阻抗小，流过工作绕组二、工作绕组一的定子电流大，电动机的电磁功率大。
所述电动机定子采用集中式绕组，能够提高电动机效率。工作绕组二、工作绕组一组成一套共用的工作绕组。启动绕组一、启动绕组二、启动绕组三组成低转速状态时的启动绕组，电动机高转速状态时通过控制开关切断启动绕组三的电源连接。所述变极变速法在变极控制过程中，采用四个控制开关转换启动绕组和工作绕组的连接方式，建立符合要求的定子旋转磁场，即采用简单的控制线路实现单相异步电动机变极变速。工作绕组采用双功率设计，低转速时小功率输出，高转速时大功率输出，符合节能要求。所述电动机定子的定子铁芯线槽为闭口槽，有利于异步电动机降低齿谐波磁场产生的附加转矩，提高电动机效率。

Claims (1)

1.一种集中式绕组电动机定子变极变速法，其特征在于：所述变极变速法应用于变极变速单相异步电动机，所述变极变速法的电动机控制系统包括集中式绕组电动机定子、移相元件、控制开关；移相元件采用电容器；控制开关采用单刀双掷开关，或者，控制开关采用继电器的单刀双掷触点；
集中式绕组电动机定子包括定子磁轭(1)、定子铁芯(2)、内线圈(3)、内线圈骨架(4)、外线圈(5)、外线圈骨架(6)；所述电动机定子在变极时，一部分外线圈(5)不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的外线圈(40)；所述电动机定子在变极时，一部分外线圈(5)改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的外线圈(41)；若干个变极时不改变磁极极性的外线圈(40)连接在一起组成工作绕组一；若干个变极时改变磁极极性的外线圈(41)连接在一起组成工作绕组二；工作绕组一和工作绕组二组成工作绕组；
所述电动机定子在变极时，一部分内线圈(3)不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的内线圈(42)；所述电动机定子在变极时，一部分内线圈(3)改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的内线圈(43)；所述电动机定子在从低转速状态变极到高转速状态时，一部分内线圈(3)被控制开关切断电源，称为变极时未接通电源的内线圈(39)；若干个变极时不改变磁极极性的内线圈(42)连接在一起组成启动绕组一；若干个变极时改变磁极极性的内线圈(43)连接在一起组成启动绕组二；若干个变极时未接通电源的内线圈(39)连接在一起组成启动绕组三；启动绕组一、启动绕组二、启动绕组三组成启动绕组；
定子铁芯(2)径向外侧有若干个磁极极身(8)，每一个磁极极身(8)上依次安装有内线圈(3)、外线圈(5)，定子铁芯(2)安装在定子磁轭(1)径向内侧；鼠笼式转子安装在定子铁芯(2)径向内侧；或者，若干个铁芯镶块(25)组成的定子铁芯镶块部件替代定子铁芯(2)；每一个铁芯镶块(25)上依次安装有内线圈(3)、外线圈(5)，定子铁芯镶块部件安装在定子磁轭(1)径向内侧；鼠笼式转子安装在定子铁芯镶块部件径向内侧；
所述电动机定子改变定子磁极数使电动机处于低转速状态时，控制开关使启动绕组和工作绕组接通电源，启动绕组和工作绕组建立低转速定子旋转磁场；所述电动机定子改变定子磁极数使电动机处于高转速状态时，控制开关改变工作绕组二的接线方式，即改变工作绕组二的变极时改变磁极极性的外线圈(41)电流方向，从而改变工作绕组二径向内侧磁极极性，使工作绕组一和工作绕组二共同作用建立高转速状态时的工作绕组磁场；与此同时，控制开关切断变极时未接通电源的内线圈(39)的电源连接，并且，控制开关改变启动绕组二的接线方式，即改变启动绕组二的变极时改变磁极极性的内线圈(43)电流方向，从而改变启动绕组二径向内侧磁极极性，使启动绕组一和启动绕组二共同作用建立高转速状态时的启动绕组磁场；高转速状态时的工作绕组磁场磁极极性和定子磁极数与高转速状态时的启动绕组磁场磁极极性和定子磁极数相对应，工作绕组一、工作绕组二、启动绕组一、启动绕组二共同作用建立高转速定子旋转磁场；
定子磁轭(1)呈环形，定子磁轭(1)径向内侧均布有若干个榫槽(9)，榫槽(9)呈燕尾形；定子铁芯(2)径向内侧是转子气隙内腔(21)，转子气隙内腔(21)径向外侧均布有若干个定子磁极，分别是磁极一(11)、磁极二(12)、磁极三(14)、磁极四(16)、磁极五(17)、磁极六(18)、磁极七(19)、磁极八(20)、磁极九(22)、磁极十(24)、磁极十一(26)、磁极十二(27)；每一个定子磁极中间是磁极极身(8)，磁极极身(8)径向内侧是磁极极靴(7)，磁极极身(8)径向外侧是磁极榫头(10)，磁极榫头(10)呈燕尾形；磁极极靴(7)圆周方向两端是三角形的定位凸台一(23)，相邻两个定位凸台一(23)之间是空气槽(13)，空气槽(13)径向内侧与转子气隙内腔(21)之间是截面非常小的隔磁磁桥(15)，相邻两个定位凸台一(23)在空气槽(13)径向外侧连接在一起形成截面非常小的隔磁磁桥(15)；
内线圈骨架(4)径向中间是骨架中心孔一(28)，内线圈骨架(4)外表面有一个骨架线槽，内线圈(3)安装在内线圈骨架(4)的骨架线槽内；外线圈骨架(6)径向中间是骨架中心孔二(29)，外线圈骨架(6)外表面有一个骨架线槽，外线圈(5)安装在外线圈骨架(6)的骨架线槽内；
所述电动机定子在装配时，把内线圈骨架(4)的骨架中心孔一(28)安装在定子铁芯(2)的磁极极身(8)上，把外线圈骨架(6)的骨架中心孔二(29)安装在定子铁芯(2)的磁极极身(8)上，使定子铁芯(2)的所有定子磁极上依次安装内线圈(3)、外线圈(5)；然后把定子铁芯(2)的若干个磁极榫头(10)分别安装在定子磁轭(1)的榫槽(9)内；
铁芯镶块(25)中间是镶块极身(32)，铁芯镶块(25)径向两端分别是镶块极靴(31)、镶块榫头(33)，镶块极靴(31)圆周方向两端是镶块定位凸台(34)，镶块极靴(31)径向内侧的圆周方向两端是截面非常小的极靴边缘(30)，镶块榫头(33)呈燕尾形；若干个铁芯镶块(25)的极靴边缘(30)相互接触装配成环形的定子铁芯镶块部件，相邻两个铁芯镶块(25)的极靴边缘(30)相互接触形成截面非常小的隔磁磁桥(15)；或者，相邻两个铁芯镶块(25)的极靴边缘(30)彼此靠近，由此形成的定子铁芯线槽的槽口宽度能够做到很小，减弱定子铁芯的齿槽效应；
或者，所述电动机定子在装配时，采用定子铁芯镶块部件替代定子铁芯(2)；把内线圈骨架(4)的骨架中心孔一(28)安装在铁芯镶块(25)的镶块极身(32)上，把外线圈骨架(6)的骨架中心孔二(29)安装在铁芯镶块(25)的镶块极身(32)上，使铁芯镶块(25)的镶块极身(32)上依次安装内线圈(3)、外线圈(5)，然后把定子铁芯镶块部件的若干个镶块榫头(33)分别安装在定子磁轭(1)的榫槽(9)内；
所述电动机定子应用于变极变速单相异步电动机时，其工作过程是：
所述电动机定子应用于定子磁极为六极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组，径向内侧为N极的外线圈(36)使、磁极三(14)、磁极四(16)组成一个N极定子磁极，径向内侧为N极的外线圈(36)使磁极七(19)、磁极八(20)组成一个N极定子磁极，径向内侧为N极的外线圈(36)使磁极十一(26)、磁极十二(27)组成一个N极定子磁极；径向内侧为S极的外线圈(38)使磁极一(11)、磁极二(12)组成一个S极定子磁极，径向内侧为S极的外线圈(38)使磁极五(17)、磁极六(18)组成一个S极定子磁极，径向内侧为S极的外线圈(38)使磁极九(22)、磁极十(24)组成一个S极定子磁极；
与此同时，电流流过启动绕组，径向内侧为n极的内线圈(35)使磁极二(12)、磁极三(14)组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的内线圈(35)使磁极六(18)、磁极七(19)组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的内线圈(35)使磁极十(24)、磁极十一(26)组成一个n极定子磁极；径向内侧为s极的内线圈(37)使磁极十二(27)、磁极一(11)组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的内线圈(37)使磁极四(16)、磁极五(17)组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的内线圈(37)使磁极八(20)、磁极九(22)组成一个s极定子磁极；
所述电动机定子应用于定子磁极为六极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组建立的六极工作绕组磁场，与电流流过启动绕组建立的六极启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与启动绕组共同建立六极定子旋转磁场；
所述电动机定子应用于定子磁极为四极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组，径向内侧为N极的外线圈(36)使磁极十二(27)、磁极一(11)、磁极二(12)组成一个N极定子磁极，径向内侧为N极的外线圈(36)使磁极六(18)、磁极七(19)、磁极八(20)组成一个N极定子磁极；径向内侧为S极的外线圈(38)使磁极三(14)、磁极四(16)、磁极五(17)组成一个S极定子磁极，径向内侧为S极的外线圈(38)使磁极九(22)、磁极十(24)、磁极十一(26)组成一个S极定子磁极；
与此同时，电流流过启动绕组，径向内侧为n极的内线圈(35)使磁极五(17)、磁极六(18)组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的内线圈(35)使磁极十一(26)、磁极十二(27)组成一个n极定子磁极；径向内侧为s极的内线圈(37)使磁极二(12)、磁极三(14)组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的内线圈(37)使磁极八(20)、磁极九(22)组成一个s极定子磁极；变极时未接通电源的内线圈(39)分别使磁极一(11)、磁极四(16)、磁极七(19)、磁极十(24)没有磁极极性；
所述电动机定子应用于定子磁极为四极的单相异步电动机的某一时刻，电流流过工作绕组建立的四极工作绕组磁场，与电流流过启动绕组建立的四极启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与启动绕组共同建立四极定子旋转磁场；
所述电动机定子应用于四极/六极变极变速单相异步电动机时，安装在磁极五(17)、磁极七(19)、磁极八(20)、磁极九(22)、磁极十(24)、磁极十二(27)上的外线圈(5)不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的外线圈(40)；安装在磁极五(17)、磁极七(19)、磁极八(20)、磁极九(22)、磁极十(24)、磁极十二(27)上的外线圈(5)连接在一起组成工作绕组一；安装在磁极十一(26)、磁极一(11)、磁极二(12)、磁极三(14)、磁极四(16)、磁极六(18)上的外线圈(5)改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的外线圈(41)；安装在磁极十一(26)、磁极一(11)、磁极二(12)、磁极三(14)、磁极四(16)、磁极六(18)上的外线圈(5)连接在一起组成工作绕组二；
所述电动机定子应用于四极/六极变极变速单相异步电动机时，安装在磁极六(18)、磁极八(20)、磁极九(22)、磁极十一(26)上的内线圈(3)不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的内线圈(42)；安装在磁极六(18)、磁极八(20)、磁极九(22)、磁极十一(26)上的内线圈(3)连接在一起组成启动绕组一；安装在磁极十二(27)、磁极二(12)、磁极三(14)、磁极五(17)上的内线圈(3)改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的内线圈(43)；安装在磁极十二(27)、磁极二(12)、磁极三(14)、磁极五(17)上的内线圈(3)连接在一起组成启动绕组二；安装在磁极一(11)、磁极四(16)、磁极七(19)、磁极十(24)上的内线圈(3)被控制开关切断电源，称为变极时未接通电源的内线圈(39)；安装在磁极一(11)、磁极四(16)、磁极七(19)、磁极十(24)上的内线圈(3)连接在一起组成启动绕组三；
在所述变极变速法中，采用开关一(46)、开关二(47)、开关三(48)、开关四(49)对工作绕组一、工作绕组二、启动绕组一、启动绕组二、启动绕组三进行变极控制；
在所述变极变速法的绕组接线图一中，工作绕组一与工作绕组二连接在一起的接线端是工作绕组中间接线端(51)，工作绕组一的另一个接线端是工作绕组接线端一(50)，工作绕组二的另一个接线端是工作绕组接线端二(52)；工作绕组中间接线端(51)与开关二(47)的高转速触点连接在一起；工作绕组接线端一(50)与电源接线端一(44)连接在一起，并且，工作绕组接线端一(50)与开关一(46)的高转速触点连接在一起，工作绕组接线端一(50)与电容器一(53)的一个接线端连接在一起；工作绕组接线端二(52)与开关二(47)的低转速触点连接在一起，并且，工作绕组接线端二(52)与开关一(46)的中间触点连接在一起；开关二(47)的中间触点与电源接线端二(45)连接在一起，并且，开关二(47)的中间触点与启动绕组三的启动绕组三接线端二(59)连接在一起，开关二(47)的中间触点与开关三(48)的高转速触点连接在一起；开关三(48)的中间触点与启动绕组二的启动绕组二接线端二(57)连接在一起；启动绕组二的启动绕组二接线端一(56)与开关四(49)的中间触点连接在一起；开关四(49)的低转速触点与启动绕组三的启动绕组三接线端一(58)连接在一起；开关四(49)的高转速触点与开关三(48)的低转速触点连接在一起，并且，开关四(49)的高转速触点与启动绕组一的启动绕组一接线端二(55)连接在一起；启动绕组一的启动绕组一接线端一(54)与电容器一(53)的另一个接线端连接在一起；
所述变极变速法的绕组接线图二与绕组接线图一相对比，绕组接线图二中采用电容器二(62)和电容器三(63)取代绕组接线图一中的电容器一(53)；在绕组接线图二中，工作绕组中间接线端(51)与开关二(47)的高转速触点连接在一起；工作绕组接线端一(50)与电源接线端一(44)连接在一起，并且，工作绕组接线端一(50)与开关一(46)的高转速触点连接在一起，工作绕组接线端一(50)与启动绕组一的启动绕组一接线端一(54)连接在一起；工作绕组接线端二(52)与开关二(47)的低转速触点连接在一起，并且，工作绕组接线端二(52)与开关一(46)的中间触点连接在一起；开关二(47)的中间触点与电源接线端二(45)连接在一起，并且，开关二(47)的中间触点与电容器二(62)的一个接线端连接在一起，开关二(47)的中间触点与电容器三(63)的一个接线端连接在一起；电容器二(62)的另一个接线端与启动绕组三的启动绕组三接线端二(59)连接在一起，电容器三(63)的另一个接线端与开关三(48)的高转速触点连接在一起；开关三(48)的中间触点与启动绕组二的启动绕组二接线端二(57)连接在一起；启动绕组二的启动绕组二接线端一(56)与开关四(49)的中间触点连接在一起；开关四(49)的低转速触点与启动绕组三的启动绕组三接线端一(58)连接在一起；开关四(49)的高转速触点与开关三(48)的低转速触点连接在一起，并且，开关四(49)的高转速触点与启动绕组一的启动绕组一接线端二(55)连接在一起；
所述变极变速法的绕组接线图一的变极变速控制过程是：
电动机低转速状态启动或运行时，开关一(46)、开关二(47)、开关三(48)、开关四(49)的中间触点分别与各自开关的低转速触点闭合；电动机定子电流沿着电流方向(60)从电源接线端二(45)出发，一部分定子电流从上向下依次流过开关二(47)的中间触点和低转速触点、工作绕组二、工作绕组一，这部分定子电流流入电源接线端一(44)形成闭合回路，使工作绕组二、工作绕组一建立低转速状态时的工作绕组磁场；与此同时，另一部分定子电流沿着电流方向(60)从电源接线端二(45)出发，这部分定子电流从上向下依次流过启动绕组三和开关四(49)的低转速触点，到达开关四(49)的中间触点，这部分定子电流从下向上依次流过启动绕组二和开关三(48)的中间触点，到达开关三(48)的低转速触点，这部分定子电流从上向下依次流过启动绕组一和电容器一(53)，这部分定子电流流入电源接线端一(44)形成闭合回路，使启动绕组三、启动绕组二、启动绕组一建立高转速状态时的启动绕组磁场；
电动机低转速状态启动或运行时，在工作绕组二、工作绕组一、启动绕组三、启动绕组二、启动绕组一、电容器一(53)的共同作用下，建立低转速定子旋转磁场，使鼠笼式转子产生异步电磁转矩，沿着定子磁场旋转方向(64)旋转；
电动机高转速状态启动或运行时，开关一(46)、开关二(47)、开关三(48)、开关四(49)的中间触点分别与各自开关的高转速触点闭合；电动机定子电流沿着电流方向(60)从电源接线端二(45)出发，一部分定子电流流过开关二(47)的中间触点和高转速触点，这部分定子电流在工作绕组中间接线端(51)再次分成两个定子分支电流，一部分定子分支电流从下向上依次流过工作绕组二，这部分定子分支电流流过开关一(46)的中间触点和高转速触点，并流入电源接线端一(44)形成闭合回路，另一部分定子分支电流在工作绕组中间接线端(51)，从上向下依次流过工作绕组一，并流入电源接线端一(44)形成闭合回路，使工作绕组二、工作绕组一建立高转速状态时的工作绕组磁场；与此同时，另一部分定子电流沿着电流方向(60)从电源接线端二(45)出发，这部分定子电流从上向下依次流过开关三(48)的高转速触点和中间触点以及启动绕组二，到达开关四(49)的中间触点，这部分定子电流从上向下依次流过开关四(49)的高转速触点以及启动绕组一和电容器一(53)，这部分定子电流流入电源接线端一(44)形成闭合回路，使启动绕组二、启动绕组一建立高转速状态时的启动绕组磁场；
电动机高转速状态启动或运行时，开关四(49)切断启动绕组三的电源连接，在工作绕组二、工作绕组一、启动绕组二、启动绕组一、电容器一(53)的共同作用下，建立高转速定子旋转磁场，使鼠笼式转子产生异步电磁转矩，沿着定子磁场旋转方向(64)旋转；
所述变极变速法在变极控制过程中，通过控制开关转换启动绕组和工作绕组的连接方式，即通过控制开关改变流过启动绕组二的定子电流方向，即改变启动绕组二的磁场方向，并且，通过控制开关接通或者切断启动绕组三的电源连接，建立符合要求的启动绕组磁场；并且通过控制开关改变流过工作绕组二的定子电流方向，即改变工作绕组二的磁场方向，建立符合要求的工作绕组磁场；
电动机低转速状态时，工作绕组二、工作绕组一串联，工作绕组二、工作绕组一的总阻抗大，流过工作绕组二、工作绕组一的定子电流小，电动机的电磁功率小；电动机高转速状态时，工作绕组二、工作绕组一并联，工作绕组二、工作绕组一的总阻抗小，流过工作绕组二、工作绕组一的定子电流大，电动机的电磁功率大。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110932630B (zh) * 2019-12-25 2021-12-17 华中科技大学 集成绕组双机械端口电机的内外转子解耦控制方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130234554A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Shouichi Tanaka Transverse flux machine apparatus
CN104184291A (zh) * 2014-03-16 2014-12-03 赵晓东 双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法
CN104578643A (zh) * 2015-02-03 2015-04-29 大连碧蓝节能环保科技有限公司 一种变极变速定子绕组控制法
CN106130281A (zh) * 2016-07-13 2016-11-16 大连碧蓝节能环保科技有限公司 集中式绕组移相起动微型异步电动机
CN106787572A (zh) * 2016-12-24 2017-05-31 大连碧蓝节能环保科技有限公司 分段移相起动变极变速永磁同步电动机
CN106787549A (zh) * 2017-04-03 2017-05-31 大连碧蓝节能环保科技有限公司 裂极电容移相变极变速异步电动机

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130234554A1 (en) * 2012-03-06 2013-09-12 Shouichi Tanaka Transverse flux machine apparatus
CN104184291A (zh) * 2014-03-16 2014-12-03 赵晓东 双半极异步起动永磁同步电动机及变极变速法
CN104578643A (zh) * 2015-02-03 2015-04-29 大连碧蓝节能环保科技有限公司 一种变极变速定子绕组控制法
CN106130281A (zh) * 2016-07-13 2016-11-16 大连碧蓝节能环保科技有限公司 集中式绕组移相起动微型异步电动机
CN106787572A (zh) * 2016-12-24 2017-05-31 大连碧蓝节能环保科技有限公司 分段移相起动变极变速永磁同步电动机
CN106787549A (zh) * 2017-04-03 2017-05-31 大连碧蓝节能环保科技有限公司 裂极电容移相变极变速异步电动机

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110932630B (zh) * 2019-12-25 2021-12-17 华中科技大学 集成绕组双机械端口电机的内外转子解耦控制方法及系统

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