CN108667182B - 三层绕组电动机定子变极变速法 - Google Patents

三层绕组电动机定子变极变速法 Download PDF

Info

Publication number
CN108667182B
CN108667182B CN201810484457.2A CN201810484457A CN108667182B CN 108667182 B CN108667182 B CN 108667182B CN 201810484457 A CN201810484457 A CN 201810484457A CN 108667182 B CN108667182 B CN 108667182B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pole
winding
magnetic pole
stator
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201810484457.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108667182A (zh
Inventor
赵晓东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Precision (Nanjing) Power Technology Co. Ltd.
Original Assignee
Precision (nanjing) Power Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Precision (nanjing) Power Technology Co Ltd filed Critical Precision (nanjing) Power Technology Co Ltd
Priority to CN201810484457.2A priority Critical patent/CN108667182B/zh
Publication of CN108667182A publication Critical patent/CN108667182A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108667182B publication Critical patent/CN108667182B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
    • H02P25/20—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays for pole-changing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/50—Reduction of harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

本发明是一种三层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，该变极变速法的电动机控制系统包括三层绕组电动机定子、移相元件、控制开关。三层绕组电动机定子中有内线圈、中线圈、外线圈，该三层绕组组成一个共用的工作绕组和两个独立的启动绕组，并且采用集中式绕组，能够提高电动机效率。该变极变速法采用三个控制开关对工作绕组一、工作绕组二、低转速启动绕组、高转速启动绕组进行变极控制，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

三层绕组电动机定子变极变速法
技术领域
本发明是一种三层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，采用三层定子绕组，通过改变三层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，以及单绕组变极调速的绕组线圈连接方式复杂的缺点，提供一种采用集中式绕组、有一个共用的工作绕组和两个独立的启动绕组、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三层绕组电动机定子变极变速法。本发明的实施方案如下：
三层绕组电动机定子变极变速法应用于变极变速单相异步电动机，三层绕组电动机定子变极变速法的电动机控制系统包括三层绕组电动机定子、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。
三层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、中线圈、中线圈骨架、外线圈、外线圈骨架。若干个内线圈连接在一起组成高转速启动绕组，若干个中线圈连接在一起组成低转速启动绕组，低转速启动绕组和高转速启动绕组组成启动绕组，移相元件串联在启动绕组中。三层绕组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。三层绕组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。
定子铁芯径向外侧有若干个磁极极身，一部分磁极极身上依次安装有内线圈、中线圈、外线圈，另一部分磁极极身上依次安装有中线圈、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，若干个铁芯镶块一和铁芯镶块二组成的定子铁芯镶块部件替代定子铁芯。每一个铁芯镶块一上依次安装有内线圈、中线圈、外线圈，每一个铁芯镶块二上依次安装有中线圈、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。
三层绕组电动机定子改变定子磁极数使电动机处于低转速状态时，控制开关使低转速启动绕组和工作绕组接通电源，低转速启动绕组和工作绕组产生低转速定子旋转磁场。三层绕组电动机定子改变定子磁极数使电动机处于高转速状态时，控制开关使高转速启动绕组和工作绕组接通电源，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产生的定子磁极极性和定子磁极数，与高转速启动绕组产生的定子磁极极性和定子磁极数相对应，高转速启动绕组和工作绕组产生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隔磁磁桥。磁极一、磁极四、磁极七、磁极十的定位凸台一径向外侧分别有一个矩形的定位凸台二。磁极一、磁极四、磁极七、磁极十的磁极极身径向长度比其余定子磁极的磁极极身径向长度短。
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。中线圈骨架径向中间是骨架中心孔二，中线圈骨架外表面有一个骨架线槽，中线圈安装在中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三，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。
三层绕组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，把中线圈骨架的骨架中心孔二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三安装在定子铁芯的磁极极身上，使定子铁芯的磁极二、磁极三、磁极五、磁极六、磁极八、磁极九、磁极十一、磁极十二的磁极极身上依次安装内线圈、中线圈、外线圈，使定子铁芯的磁极一、磁极四、磁极七、磁极十的磁极极身上依次安装中线圈、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。
铁芯镶块一中间是镶块极身，铁芯镶块一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矩形的镶块定位凸台一，镶块极靴径向内侧的圆周方向两端是极靴边缘，镶块榫头呈燕尾形。铁芯镶块二中间是镶块极身，铁芯镶块二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矩形的镶块定位凸台二，镶块极靴径向内侧的圆周方向两端是极靴边缘，镶块榫头呈燕尾形。铁芯镶块二的镶块极身径向长度比铁芯镶块一的镶块极身径向长度短。若干个铁芯镶块一和铁芯镶块二的极靴边缘相互接触装配成环形的定子铁芯镶块部件，相邻两个铁芯镶块二之间有两个铁芯镶块一沿着圆周方向排列。相邻两个铁芯镶块的极靴边缘相互接触形成隔磁磁桥。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能够做到小宽度槽口，减弱定子铁芯的齿槽效应。
或者，三层绕组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一的镶块极身上，把中线圈骨架的骨架中心孔二安装在铁芯镶块一或者铁芯镶块二的镶块极身上，把外线圈骨架的骨架中心孔三安装在铁芯镶块一或者铁芯镶块二的镶块极身上，使铁芯镶块一的镶块极身上依次安装内线圈、中线圈、外线圈，使铁芯镶块二的镶块极身上依次安装中线圈、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。
三层绕组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：
三层绕组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，电流流过低转速启动绕组，径向内侧为n极的中线圈使磁极二、磁极三组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的中线圈使磁极六、磁极七组成一个n极定子磁极，径向内侧为n极的中线圈使磁极十、磁极十一组成一个n极定子磁极。径向内侧为s极的中线圈使磁极十二、磁极一组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的中线圈使磁极四、磁极五组成一个s极定子磁极，径向内侧为s极的中线圈使磁极八、磁极九组成一个s极定子磁极。
三层绕组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，与电流流过低转速启动绕组建立的六极低转速启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与低转速启动绕组共同建立六极定子旋转磁场。
三层绕组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，电流流过高转速启动绕组，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。
三层绕组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，与电流流过高转速启动绕组建立的四极高转速启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与高转速启动绕组共同建立四极定子旋转磁场。
三层绕组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。
在三层绕组电动机定子变极变速法中，采用开关一、开关二、开关三对工作绕组一、工作绕组二、低转速启动绕组、高转速启动绕组进行变极控制。
在三层绕组电动机定子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开关三的中间触点连接在一起。开关三的低转速触点与低转速启动绕组接线端二连接在一起。低转速启动绕组接线端一与电容器一的另一个接线端连接在一起，并且，低转速启动绕组接线端一与高转速启动绕组接线端一连接在一起。开关三的高转速触点与高转速启动绕组接线端二连接在一起。
三层绕组电动机定子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，高转速启动绕组接线端一、低转速启动绕组接线端一、工作绕组接线端一、开关一的高转速触点与电源接线端一连接在一起。高转速启动绕组接线端二与电容器三的一个接线端连接在一起。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。低转速启动绕组接线端二与电容器二的一个接线端连接在一起。电容器二的另一个接线端与开关三的低转速触点连接在一起。
在绕组接线图二中工作绕组一与工作绕组二的连接方式，与绕组接线图一中工作绕组一与工作绕组二的连接方式相同。在绕组接线图二中，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高转速启动绕组接线端一、低转速启动绕组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开关三的中间触点连接在一起。
三层绕组电动机定子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，另一部分定子电流从上向下依次流过开关三的中间触点和低转速触点、低转速启动绕组、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，使低转速启动绕组建立低转速启动绕组磁场。
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、低转速启动绕组、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，另一部分定子电流从上向下依次流过开关三的中间触点和高转速触点、高转速启动绕组、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，使高转速启动绕组建立高转速启动绕组磁场。
电动机高转速状态启动或运行时，在工作绕组二、工作绕组一、高转速启动绕组、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。
三层绕组电动机定子变极变速法在变极控制过程中，通过控制开关转换接通低转速启动绕组或高转速启动绕组，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。
三层绕组电动机定子中有内线圈、中线圈、外线圈，该三层绕组组成一个共用的工作绕组和两个独立的启动绕组，并且采用集中式绕组，能够提高电动机效率。三层绕组电动机定子变极变速法采用三个控制开关对工作绕组一、工作绕组二、低转速启动绕组、高转速启动绕组进行变极控制，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。三层绕组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是三层绕组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是中线圈、中线圈骨架安装在一起的轴测图。
图7是外线圈、外线圈骨架安装在一起的轴测图。
图8是定子铁芯镶块部件的轴测图。
图9是铁芯镶块二的轴测图。
图10是铁芯镶块一的轴测图。
图11是三层绕组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12是三层绕组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13是三层绕组电动机定子低转速启动绕组磁场分布示意图。定子磁极为六极。
图14是三层绕组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15是三层绕组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16是三层绕组电动机定子高转速启动绕组磁场分布示意图。定子磁极为四极。
图17是三层绕组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18是三层绕组电动机定子变极变速法的绕组接线图一。
图19是三层绕组电动机定子变极变速法在电动机低转速启动及运行时，工作绕组和低转速启动绕组的电流路径示意图，定子磁极为六极。
图20是三层绕组电动机定子变极变速法在电动机高转速启动及运行时，工作绕组和高转速启动绕组的电流路径示意图，定子磁极为四极。
图21是三层绕组电动机定子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18至图21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分别代表开关一、开关二、开关三的“中间触点”。大写字母K1、K2、K3旁边的“LR”和“HR”分别代表开关一、开关二、开关三的“低转速触点”和“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、中线圈5、中线圈骨架6、外线圈7、外线圈骨架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、定位凸台二25、磁极十一26、磁极十二27、骨架中心孔一28、骨架中心孔二29、骨架中心孔三30、铁芯镶块二31、铁芯镶块一32、极靴边缘33、镶块极靴34、镶块榫头35、镶块定位凸台二36、镶块定位凸台一37、磁极极靴38、磁极极身39、定子磁场旋转方向40、径向内侧为n极的中线圈41、径向内侧为N极的外线圈42、径向内侧为s极的中线圈43、径向内侧为S极的外线圈44、径向内侧为s极的内线圈45、径向内侧为n极的内线圈46、变极时不改变磁极极性的外线圈47、变极时改变磁极极性的外线圈48、电源接线端一49、电源接线端二50、开关一51、开关二52、开关三53、工作绕组接线端一54、工作绕组中间接线端55、工作绕组接线端二56、电容器一57、低转速启动绕组接线端一58、低转速启动绕组接线端二59、高转速启动绕组接线端一60、高转速启动绕组接线端二61、电容器二62、电容器三63、导线64、电流方向65、镶块极身66。
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18，三层绕组电动机定子变极变速法应用于变极变速单相异步电动机，三层绕组电动机定子变极变速法的电动机控制系统包括三层绕组电动机定子、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。
三层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、中线圈5、中线圈骨架6、外线圈7、外线圈骨架8。若干个内线圈3连接在一起组成高转速启动绕组，若干个中线圈5连接在一起组成低转速启动绕组，低转速启动绕组和高转速启动绕组组成启动绕组，移相元件串联在启动绕组中。三层绕组电动机定子在变极时，一部分外线圈7不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的外线圈47。三层绕组电动机定子在变极时，一部分外线圈7改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的外线圈48。若干个变极时不改变磁极极性的外线圈47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48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。
定子铁芯2径向外侧有若干个磁极极身39，一部分磁极极身39上依次安装有内线圈3、中线圈5、外线圈7，另一部分磁极极身39上依次安装有中线圈5、外线圈7。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，若干个铁芯镶块一32和铁芯镶块二31组成的定子铁芯镶块部件替代定子铁芯2。每一个铁芯镶块一32上依次安装有内线圈3、中线圈5、外线圈7，每一个铁芯镶块二31上依次安装有中线圈5、外线圈7。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。
三层绕组电动机定子改变定子磁极数使电动机处于低转速状态时，控制开关使低转速启动绕组和工作绕组接通电源，低转速启动绕组和工作绕组产生低转速定子旋转磁场。三层绕组电动机定子改变定子磁极数使电动机处于高转速状态时，控制开关使高转速启动绕组和工作绕组接通电源，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48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产生的定子磁极极性和定子磁极数，与高转速启动绕组产生的定子磁极极性和定子磁极数相对应，高转速启动绕组和工作绕组产生高转速定子旋转磁场。
参照图1至图10，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39，磁极极身39径向内侧是磁极极靴38，磁极极身39径向外侧是磁极榫头10，磁极榫头10呈燕尾形。磁极极靴38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隔磁磁桥15。磁极一11、磁极四16、磁极七19、磁极十24的定位凸台一23径向外侧分别有一个矩形的定位凸台二25。磁极一11、磁极四16、磁极七19、磁极十24的磁极极身39径向长度比其余定子磁极的磁极极身39径向长度短。
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。中线圈骨架6径向中间是骨架中心孔二29，中线圈骨架6外表面有一个骨架线槽，中线圈5安装在中线圈骨架6的骨架线槽内。外线圈骨架8径向中间是骨架中心孔三30，外线圈骨架8外表面有一个骨架线槽，外线圈7安装在外线圈骨架8的骨架线槽内。
三层绕组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39上，把中线圈骨架6的骨架中心孔二29安装在定子铁芯2的磁极极身39上，把外线圈骨架8的骨架中心孔三30安装在定子铁芯2的磁极极身39上，使定子铁芯2的磁极二12、磁极三14、磁极五17、磁极六18、磁极八20、磁极九22、磁极十一26、磁极十二27的磁极极身39上依次安装内线圈3、中线圈5、外线圈7，使定子铁芯2的磁极一11、磁极四16、磁极七19、磁极十24的磁极极身39上依次安装中线圈5、外线圈7。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。
铁芯镶块一32中间是镶块极身66，铁芯镶块一32径向两端分别是镶块极靴34、镶块榫头35，镶块极靴34圆周方向两端是矩形的镶块定位凸台一37，镶块极靴34径向内侧的圆周方向两端是极靴边缘33，镶块榫头35呈燕尾形。铁芯镶块二31中间是镶块极身66，铁芯镶块二31径向两端分别是镶块极靴34、镶块榫头35，镶块极靴34圆周方向两端是矩形的镶块定位凸台二36，镶块极靴34径向内侧的圆周方向两端是极靴边缘33，镶块榫头35呈燕尾形。铁芯镶块二31的镶块极身66径向长度比铁芯镶块一32的镶块极身66径向长度短。若干个铁芯镶块一32和铁芯镶块二31的极靴边缘33相互接触装配成环形的定子铁芯镶块部件，相邻两个铁芯镶块二31之间有两个铁芯镶块一32沿着圆周方向排列。相邻两个铁芯镶块的极靴边缘33相互接触形成隔磁磁桥15。或者，相邻两个铁芯镶块的极靴边缘33彼此靠近，由此形成的定子铁芯线槽能够做到小宽度槽口，减弱定子铁芯的齿槽效应。
或者，三层绕组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安装在铁芯镶块一32的镶块极身66上，把中线圈骨架6的骨架中心孔二29安装在铁芯镶块一32或者铁芯镶块二31的镶块极身66上，把外线圈骨架8的骨架中心孔三30安装在铁芯镶块一32或者铁芯镶块二31的镶块极身66上，使铁芯镶块一32的镶块极身66上依次安装内线圈3、中线圈5、外线圈7，使铁芯镶块二31的镶块极身66上依次安装中线圈5、外线圈7。然后把定子铁芯镶块部件的若干个镶块榫头35分别安装在定子磁轭1的榫槽9内。
参照图11至图17，三层绕组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：
三层绕组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42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42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42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44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44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44使磁极九22、磁极十24组成一个S极定子磁极。
与此同时，电流流过低转速启动绕组，径向内侧为n极的中线圈41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极的中线圈41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极的中线圈41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极的中线圈43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极的中线圈43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极的中线圈43使磁极八20、磁极九22组成一个s极定子磁极。
三层绕组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，与电流流过低转速启动绕组建立的六极低转速启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与低转速启动绕组共同建立六极定子旋转磁场。
三层绕组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42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42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44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44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，电流流过高转速启动绕组，径向内侧为n极的内线圈46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46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45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45使磁极八20、磁极九22组成一个s极定子磁极。
三层绕组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，与电流流过高转速启动绕组建立的四极高转速启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与高转速启动绕组共同建立四极定子旋转磁场。
三层绕组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7不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的外线圈47。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7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7改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的外线圈48。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7连接在一起组成工作绕组二。
参照图18至图21，在三层绕组电动机定子变极变速法中，采用开关一51、开关二52、开关三53对工作绕组一、工作绕组二、低转速启动绕组、高转速启动绕组进行变极控制。
在三层绕组电动机定子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55，工作绕组一的另一个接线端是工作绕组接线端一54，工作绕组二的另一个接线端是工作绕组接线端二56。工作绕组中间接线端55与开关二52的高转速触点连接在一起。工作绕组接线端一54与电源接线端一49连接在一起，并且，工作绕组接线端一54与开关一51的高转速触点连接在一起，工作绕组接线端一54与电容器一57的一个接线端连接在一起。工作绕组接线端二56与开关二52的低转速触点连接在一起，并且，工作绕组接线端二56与开关一51的中间触点连接在一起。开关二52的中间触点与电源接线端二50连接在一起，并且，开关二52的中间触点与开关三53的中间触点连接在一起。开关三53的低转速触点与低转速启动绕组接线端二59连接在一起。低转速启动绕组接线端一58与电容器一57的另一个接线端连接在一起，并且，低转速启动绕组接线端一58与高转速启动绕组接线端一60连接在一起。开关三53的高转速触点与高转速启动绕组接线端二61连接在一起。
三层绕组电动机定子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一57。在绕组接线图二中，高转速启动绕组接线端一60、低转速启动绕组接线端一58、工作绕组接线端一54、开关一51的高转速触点与电源接线端一49连接在一起。高转速启动绕组接线端二61与电容器三63的一个接线端连接在一起。电容器三63的另一个接线端与开关三53的高转速触点连接在一起。低转速启动绕组接线端二59与电容器二62的一个接线端连接在一起。电容器二62的另一个接线端与开关三53的低转速触点连接在一起。
在绕组接线图二中工作绕组一与工作绕组二的连接方式，与绕组接线图一中工作绕组一与工作绕组二的连接方式相同。在绕组接线图二中，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55，工作绕组一的另一个接线端是工作绕组接线端一54，工作绕组二的另一个接线端是工作绕组接线端二56。工作绕组中间接线端55与开关二52的高转速触点连接在一起。工作绕组接线端一54与电源接线端一49连接在一起。并且，工作绕组接线端一54与开关一51的高转速触点连接在一起，工作绕组接线端一54与高转速启动绕组接线端一60、低转速启动绕组接线端一58连接在一起。工作绕组接线端二56与开关二52的低转速触点连接在一起，并且，工作绕组接线端二56与开关一51的中间触点连接在一起。开关二52的中间触点与电源接线端二50连接在一起，并且，开关二52的中间触点与开关三53的中间触点连接在一起。
三层绕组电动机定子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，开关一51、开关二52、开关三53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65从电源接线端二50出发，一部分定子电流从上向下依次流过开关二52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一49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，另一部分定子电流从上向下依次流过开关三53的中间触点和低转速触点、低转速启动绕组、电容器一57，这部分定子电流流入电源接线端一49形成闭合回路，使低转速启动绕组建立低转速启动绕组磁场。
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、低转速启动绕组、电容器一57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40旋转。
电动机高转速状态启动或运行时，开关一51、开关二52、开关三53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65从电源接线端二50出发，一部分定子电流流过开关二52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55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一51的中间触点和高转速触点，并流入电源接线端一49形成闭合回路，另一部分定子分支电流从上向下依次流过工作绕组一，并流入电源接线端一49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，另一部分定子电流从上向下依次流过开关三53的中间触点和高转速触点、高转速启动绕组、电容器一57，这部分定子电流流入电源接线端一49形成闭合回路，使高转速启动绕组建立高转速启动绕组磁场。
电动机高转速状态启动或运行时，在工作绕组二、工作绕组一、高转速启动绕组、电容器一57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40旋转。
三层绕组电动机定子变极变速法在变极控制过程中，通过控制开关转换接通低转速启动绕组或高转速启动绕组，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。
三层绕组电动机定子中有内线圈3、中线圈5、外线圈7，该三层绕组组成一个共用的工作绕组和两个独立的启动绕组，并且采用集中式绕组，能够提高电动机效率。三层绕组电动机定子变极变速法采用三个控制开关对工作绕组一、工作绕组二、低转速启动绕组、高转速启动绕组进行变极控制，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。三层绕组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)

1.一种三层绕组电动机定子变极变速法，其特征在于：三层绕组电动机定子变极变速法应用于变极变速单相异步电动机，三层绕组电动机定子变极变速法的电动机控制系统包括三层绕组电动机定子、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；
三层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)、中线圈(5)、中线圈骨架(6)、外线圈(7)、外线圈骨架(8)；若干个内线圈(3)连接在一起组成高转速启动绕组，若干个中线圈(5)连接在一起组成低转速启动绕组，低转速启动绕组和高转速启动绕组组成启动绕组，移相元件串联在启动绕组中；三层绕组电动机定子在变极时，一部分外线圈(7)不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的外线圈(47)；三层绕组电动机定子在变极时，一部分外线圈(7)改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的外线圈(48)；若干个变极时不改变磁极极性的外线圈(47)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(48)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；
定子铁芯(2)径向外侧有若干个磁极极身(39)，一部分磁极极身(39)上依次安装有内线圈(3)、中线圈(5)、外线圈(7)，另一部分磁极极身(39)上依次安装有中线圈(5)、外线圈(7)；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，若干个铁芯镶块一(32)和铁芯镶块二(31)组成的定子铁芯镶块部件替代定子铁芯(2)；每一个铁芯镶块一(32)上依次安装有内线圈(3)、中线圈(5)、外线圈(7)，每一个铁芯镶块二(31)上依次安装有中线圈(5)、外线圈(7)；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；
三层绕组电动机定子改变定子磁极数使电动机处于低转速状态时，控制开关使低转速启动绕组和工作绕组接通电源，低转速启动绕组和工作绕组产生低转速定子旋转磁场；三层绕组电动机定子改变定子磁极数使电动机处于高转速状态时，控制开关使高转速启动绕组和工作绕组接通电源，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(48)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产生的定子磁极极性和定子磁极数，与高转速启动绕组产生的定子磁极极性和定子磁极数相对应，高转速启动绕组和工作绕组产生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(39)，磁极极身(39)径向内侧是磁极极靴(38)，磁极极身(39)径向外侧是磁极榫头(10)，磁极榫头(10)呈燕尾形；磁极极靴(38)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隔磁磁桥(15)；磁极一(11)、磁极四(16)、磁极七(19)、磁极十(24)的定位凸台一(23)径向外侧分别有一个矩形的定位凸台二(25)；磁极一(11)、磁极四(16)、磁极七(19)、磁极十(24)的磁极极身(39)径向长度比其余定子磁极的磁极极身(39)径向长度短；
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；中线圈骨架(6)径向中间是骨架中心孔二(29)，中线圈骨架(6)外表面有一个骨架线槽，中线圈(5)安装在中线圈骨架(6)的骨架线槽内；外线圈骨架(8)径向中间是骨架中心孔三(30)，外线圈骨架(8)外表面有一个骨架线槽，外线圈(7)安装在外线圈骨架(8)的骨架线槽内；
三层绕组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(39)上，把中线圈骨架(6)的骨架中心孔二(29)安装在定子铁芯(2)的磁极极身(39)上，把外线圈骨架(8)的骨架中心孔三(30)安装在定子铁芯(2)的磁极极身(39)上，使定子铁芯(2)的磁极二(12)、磁极三(14)、磁极五(17)、磁极六(18)、磁极八(20)、磁极九(22)、磁极十一(26)、磁极十二(27)的磁极极身(39)上依次安装内线圈(3)、中线圈(5)、外线圈(7)，使定子铁芯(2)的磁极一(11)、磁极四(16)、磁极七(19)、磁极十(24)的磁极极身(39)上依次安装中线圈(5)、外线圈(7)；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；
铁芯镶块一(32)中间是镶块极身(66)，铁芯镶块一(32)径向两端分别是镶块极靴(34)、镶块榫头(35)，镶块极靴(34)圆周方向两端是矩形的镶块定位凸台一(37)，镶块极靴(34)径向内侧的圆周方向两端是极靴边缘(33)，镶块榫头(35)呈燕尾形；铁芯镶块二(31)中间是镶块极身(66)，铁芯镶块二(31)径向两端分别是镶块极靴(34)、镶块榫头(35)，镶块极靴(34)圆周方向两端是矩形的镶块定位凸台二(36)，镶块极靴(34)径向内侧的圆周方向两端是极靴边缘(33)，镶块榫头(35)呈燕尾形；铁芯镶块二(31)的镶块极身(66)径向长度比铁芯镶块一(32)的镶块极身(66)径向长度短；若干个铁芯镶块一(32)和铁芯镶块二(31)的极靴边缘(33)相互接触装配成环形的定子铁芯镶块部件，相邻两个铁芯镶块二(31)之间有两个铁芯镶块一(32)沿着圆周方向排列；相邻两个铁芯镶块的极靴边缘(33)相互接触形成隔磁磁桥(15)；或者，相邻两个铁芯镶块的极靴边缘(33)彼此靠近，由此形成的定子铁芯线槽能够做到小宽度槽口，减弱定子铁芯的齿槽效应；
或者，三层绕组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)安装在铁芯镶块一(32)的镶块极身(66)上，把中线圈骨架(6)的骨架中心孔二(29)安装在铁芯镶块一(32)或者铁芯镶块二(31)的镶块极身(66)上，把外线圈骨架(8)的骨架中心孔三(30)安装在铁芯镶块一(32)或者铁芯镶块二(31)的镶块极身(66)上，使铁芯镶块一(32)的镶块极身(66)上依次安装内线圈(3)、中线圈(5)、外线圈(7)，使铁芯镶块二(31)的镶块极身(66)上依次安装中线圈(5)、外线圈(7)；然后把定子铁芯镶块部件的若干个镶块榫头(35)分别安装在定子磁轭(1)的榫槽(9)内；
三层绕组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：
三层绕组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(42)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(42)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(42)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(44)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(44)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(44)使磁极九(22)、磁极十(24)组成一个S极定子磁极；
与此同时，电流流过低转速启动绕组，径向内侧为n极的中线圈(41)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极的中线圈(41)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极的中线圈(41)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极的中线圈(43)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极的中线圈(43)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极的中线圈(43)使磁极八(20)、磁极九(22)组成一个s极定子磁极；
三层绕组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，与电流流过低转速启动绕组建立的六极低转速启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与低转速启动绕组共同建立六极定子旋转磁场；
三层绕组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(42)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(42)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(44)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(44)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，电流流过高转速启动绕组，径向内侧为n极的内线圈(46)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(46)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(45)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(45)使磁极八(20)、磁极九(22)组成一个s极定子磁极；
三层绕组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，与电流流过高转速启动绕组建立的四极高转速启动绕组磁场，其磁极极性一一对应，并且在空间上相差九十度电角度，工作绕组与高转速启动绕组共同建立四极定子旋转磁场；
三层绕组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(7)不改变磁极极性，称为变极时不改变磁极极性的外线圈(47)；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(7)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(7)改变磁极极性，称为变极时改变磁极极性的外线圈(48)；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(7)连接在一起组成工作绕组二；
在三层绕组电动机定子变极变速法中，采用开关一(51)、开关二(52)、开关三(53)对工作绕组一、工作绕组二、低转速启动绕组、高转速启动绕组进行变极控制；
在三层绕组电动机定子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(55)，工作绕组一的另一个接线端是工作绕组接线端一(54)，工作绕组二的另一个接线端是工作绕组接线端二(56)；工作绕组中间接线端(55)与开关二(52)的高转速触点连接在一起；工作绕组接线端一(54)与电源接线端一(49)连接在一起，并且，工作绕组接线端一(54)与开关一(51)的高转速触点连接在一起，工作绕组接线端一(54)与电容器一(57)的一个接线端连接在一起；工作绕组接线端二(56)与开关二(52)的低转速触点连接在一起，并且，工作绕组接线端二(56)与开关一(51)的中间触点连接在一起；开关二(52)的中间触点与电源接线端二(50)连接在一起，并且，开关二(52)的中间触点与开关三(53)的中间触点连接在一起；开关三(53)的低转速触点与低转速启动绕组接线端二(59)连接在一起；低转速启动绕组接线端一(58)与电容器一(57)的另一个接线端连接在一起，并且，低转速启动绕组接线端一(58)与高转速启动绕组接线端一(60)连接在一起；开关三(53)的高转速触点与高转速启动绕组接线端二(61)连接在一起；
三层绕组电动机定子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(57)；在绕组接线图二中，高转速启动绕组接线端一(60)、低转速启动绕组接线端一(58)、工作绕组接线端一(54)、开关一(51)的高转速触点与电源接线端一(49)连接在一起；高转速启动绕组接线端二(61)与电容器三(63)的一个接线端连接在一起；电容器三(63)的另一个接线端与开关三(53)的高转速触点连接在一起；低转速启动绕组接线端二(59)与电容器二(62)的一个接线端连接在一起；电容器二(62)的另一个接线端与开关三(53)的低转速触点连接在一起；
在绕组接线图二中工作绕组一与工作绕组二的连接方式，与绕组接线图一中工作绕组一与工作绕组二的连接方式相同；在绕组接线图二中，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(55)，工作绕组一的另一个接线端是工作绕组接线端一(54)，工作绕组二的另一个接线端是工作绕组接线端二(56)；工作绕组中间接线端(55)与开关二(52)的高转速触点连接在一起；工作绕组接线端一(54)与电源接线端一(49)连接在一起；并且，工作绕组接线端一(54)与开关一(51)的高转速触点连接在一起，工作绕组接线端一(54)与高转速启动绕组接线端一(60)、低转速启动绕组接线端一(58)连接在一起；工作绕组接线端二(56)与开关二(52)的低转速触点连接在一起，并且，工作绕组接线端二(56)与开关一(51)的中间触点连接在一起；开关二(52)的中间触点与电源接线端二(50)连接在一起，并且，开关二(52)的中间触点与开关三(53)的中间触点连接在一起；
三层绕组电动机定子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(51)、开关二(52)、开关三(53)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(65)从电源接线端二(50)出发，一部分定子电流从上向下依次流过开关二(52)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(49)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，另一部分定子电流从上向下依次流过开关三(53)的中间触点和低转速触点、低转速启动绕组、电容器一(57)，这部分定子电流流入电源接线端一(49)形成闭合回路，使低转速启动绕组建立低转速启动绕组磁场；
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、低转速启动绕组、电容器一(57)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(40)旋转；
电动机高转速状态启动或运行时，开关一(51)、开关二(52)、开关三(53)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(65)从电源接线端二(50)出发，一部分定子电流流过开关二(52)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(55)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(51)的中间触点和高转速触点，并流入电源接线端一(49)形成闭合回路，另一部分定子分支电流从上向下依次流过工作绕组一，并流入电源接线端一(49)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，另一部分定子电流从上向下依次流过开关三(53)的中间触点和高转速触点、高转速启动绕组、电容器一(57)，这部分定子电流流入电源接线端一(49)形成闭合回路，使高转速启动绕组建立高转速启动绕组磁场；
电动机高转速状态启动或运行时，在工作绕组二、工作绕组一、高转速启动绕组、电容器一(57)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(40)旋转；
三层绕组电动机定子变极变速法在变极控制过程中，通过控制开关转换接通低转速启动绕组或高转速启动绕组，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。
CN201810484457.2A 2018-05-20 2018-05-20 三层绕组电动机定子变极变速法 Expired - Fee Related CN108667182B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810484457.2A CN108667182B (zh) 2018-05-20 2018-05-20 三层绕组电动机定子变极变速法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810484457.2A CN108667182B (zh) 2018-05-20 2018-05-20 三层绕组电动机定子变极变速法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108667182A CN108667182A (zh) 2018-10-16
CN108667182B true CN108667182B (zh) 2019-07-09

Family

ID=63776146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810484457.2A Expired - Fee Related CN108667182B (zh) 2018-05-20 2018-05-20 三层绕组电动机定子变极变速法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108667182B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116032185A (zh) * 2021-11-16 2023-04-28 上海华丰工业控制技术工程有限公司 一种异步电机的变极方法及衍生的系统、部件、新能源车

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104682585A (zh) * 2015-04-04 2015-06-03 大连碧蓝节能环保科技有限公司 组装式变极定子铁芯及绕组
CN105656271A (zh) * 2016-02-23 2016-06-08 大连碧蓝节能环保科技有限公司 过渡异步起动永磁同步电动机及变极变速法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1094867A (zh) * 1993-05-07 1994-11-09 华中理工大学 能自行起动的双速同步发电-电动机
DE202009000415U1 (de) * 2008-02-12 2009-06-18 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg Elektronisch kommutierter Motor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104682585A (zh) * 2015-04-04 2015-06-03 大连碧蓝节能环保科技有限公司 组装式变极定子铁芯及绕组
CN105656271A (zh) * 2016-02-23 2016-06-08 大连碧蓝节能环保科技有限公司 过渡异步起动永磁同步电动机及变极变速法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108667182A (zh) 2018-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9564847B2 (en) Electrical machines
CN102810923B (zh) 具有电子可扩缩可重构绕组的电驱动装置
CN110663162B (zh) 可变线圈配置系统控制、设备和方法
CN111819782B (zh) 具有分布式绕组结构的电机系统
CN113691091B (zh) 具有多个气隙的电动机和发电机装置、系统和方法
CN113785478A (zh) 一种用于控制多通道电机的系统和方法
CN103441630A (zh) 一种12/4极结构的三自由度磁悬浮开关磁阻电机
KR101003872B1 (ko) 일부 공유 권선체들을 가지는 단상 유도 모터
GB2496435A (en) Poly-phase stator having coils switchable between series and parallel connection
CN108667182B (zh) 三层绕组电动机定子变极变速法
CN206353748U (zh) 一种提高转矩的盘式开关磁阻电机
CN108282042A (zh) 一种基于变绕组匝数的调速永磁同步电机
Gao et al. A review of high power density switched reluctance machines suitable for automotive applications
CN104578643B (zh) 一种变极变速定子绕组控制法
CN108599669A (zh) 集中式绕组电动机定子变极变速法
CN208094476U (zh) 一种电机绕组结构及使用该结构的同步电机和压缩机
CN203617810U (zh) 定子盘及轴向磁通永磁动能装置
CN109951111A (zh) 电机驱动方法
KR20060022376A (ko) 이중회전자 전동기
CN108377044B (zh) 变极弧长度移相启动电动机定子
TWI646773B (zh) 馬達控制系統
CN113315272B (zh) 一种多输出轴式独立调压变频电机
CN108418330B (zh) 分层绕线变极变速移相启动电动机定子
CN109120203A (zh) 马达控制系统
Abbasian et al. Induction switched reluctance machine for wind power conversion

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20190606

Address after: 210038 No. 2 Gangcheng Road, Nanjing Economic and Technological Development Zone, Jiangsu Province

Applicant after: Precision (Nanjing) Power Technology Co. Ltd.

Address before: 116600 No. 34-3 Harbin Road, Dalian Economic and Technological Development Zone, Liaoning Province

Applicant before: The dark blue energy-conserving and environment-protective Science and Technology Ltd. in Dalian

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190709

Termination date: 20200520

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee