CN208890493U - 分相启动u型单相电动机定子 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是分相启动U型单相电动机定子，其涉及一种电动机定子，包括定子铁芯一、定子铁芯二、主绕组、辅助绕组。所述电动机定子分别采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相启动方式与永磁转子配合使用时，永磁转子磁极轴线与定子铁芯一磁极几何中心线之间有启动角，永磁转子有确定的旋转方向，永磁转子在定子磁极的磁排斥力和磁吸引力作用下牵入同步转速，使分相启动U型单相永磁同步电动机进入同步运行状态。所述电动机定子采用罩极绕组分相启动方式时，定子铁芯二的磁极截面积就是被辅助绕组线圈罩住的定子磁极截面积，增加定子铁芯二轴向长度能够增加定子铁芯二的磁极截面积，从而增加辅助绕组线圈感应的辅助磁通，最终提高启动转矩。
Description
技术领域
本发明是分相启动U型单相电动机定子，其涉及一种电动机定子，特别是涉及一种能够分别采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相的U型单相电动机定子。
背景技术
U型单相永磁同步电动机广泛应用于家电领域，以洗衣机排水泵电动机为典型代表。U型单相永磁同步电动机的优点是结构简单、成本低、效率高。普通U型单相永磁同步电动机的结构特点是利用不均匀气隙（普遍采用阶梯气隙）的磁阻差别，使电动机启动前永磁转子磁极轴线与定子磁极几何中心线存在一个夹角，该夹角称为启动角，启动角确保U型单相永磁同步电动机实现自启动。普通U型单相永磁同步电动机的缺点是启动转矩小、旋转方向不确定。普通U型单相永磁同步电动机只适合驱动能够空载启动、对输入轴旋转方向没有特殊要求的负载，例如采用特殊结构满足输入轴旋转方向不确定条件的风机、泵类负载，此类负载工作效率较低。中国轻工行业标准《QB/T4273-2011洗衣机排水泵技术要求》中，小于50W的永磁电机排水泵的效率为7%。另外，洗衣机排水泵的叶轮轮毂内腔通常采用离合器的结构，由于此类离合器使叶轮在电机轴初始启动旋转小于一圈的时间内空载启动，提高电机启动能力的作用十分有限，该离合器结构使排水泵结构复杂化，增加成本和故障隐患。
罩极式电动机按照定子结构分为凸极式罩极电动机和隐极式罩极电动机。凸极式罩极电动机的辅助绕组是一至两圈短路铜环，隐极式罩极电动机的辅助绕组是分布式绕组。隐极式罩极电动机与同为分布式绕组的电容分相异步电动机相比，在性能和成本方面均无优势。尽管隐极式罩极电动机性能优于凸极式罩极电动机性能，隐极式罩极电动机很少有应用案例，凸极式罩极电动机因其结构简单、成本低，在微型电动机应用领域仍然占有一席之地。罩极式电动机的主绕组产生主磁通，一部分主磁通穿过辅助绕组（短路铜环）并在辅助绕组中产生一个相位上滞后九十度的感应电流，该感应电流产生的辅助磁通在相位上也滞后于主磁通，从而产生旋转磁场。无论是凸极式罩极电动机还是隐极式罩极电动机，增加辅助绕组罩住的定子磁极截面积就能增加辅助绕组感应的辅助磁通，最终提高启动转矩。
U型单相电动机定子铁芯磁极截面积很小，在U型单相电动机定子铁芯磁极设置短路铜环所产生的启动转矩也很小。
若有一种U型单相电动机定子技术，其结构具备启动角，并且能够采用罩极绕组分相或者电容分相或者电阻分相产生旋转磁场，则该电动机定子与永磁转子配合组成的U型单相永磁同步电动机具备启动转矩大、有确定的旋转方向的优点，该定子技术能够满足家电领域对微型电动机的需求。
发明内容
本发明的目的是克服普通U型单相永磁同步电动机的启动转矩小、旋转方向不确定的缺点，提供一种能够分别采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相的U型单相电动机定子，该电动机定子与永磁转子配合组成的U型单相永磁同步电动机具备启动转矩大、有确定的旋转方向的优点。本发明的实施方案如下：
所述电动机定子能够分别与永磁转子或者鼠笼转子配合使用，所述电动机定子与永磁转子配合组成分相启动U型单相永磁同步电动机，所述电动机定子与鼠笼转子配合组成分相启动U型单相异步电动机。所述电动机定子包括定子铁芯一、定子铁芯二、主绕组、辅助绕组。定子铁芯二包括铁芯连接块、铁芯镶块一、铁芯镶块二。主绕组的主绕组线圈缠绕在线圈骨架一上，辅助绕组的辅助绕组线圈缠绕在线圈骨架二上。定子铁芯一轴向长度比定子铁芯二轴向长度短，定子铁芯一有定子磁极的一端与定子铁芯二有定子磁极的一端相互对齐，定子铁芯一与定子铁芯二沿着前后方向并列安装在一起，定子铁芯一与定子铁芯二沿着前后方向之间有间隙，该间隙称为隔磁间隙，定子铁芯一与定子铁芯二靠近定子磁极的一端并列安装在主绕组的线圈骨架一中，定子铁芯二远离定子磁极的一端安装在辅助绕组的线圈骨架二中。
所述电动机定子包括两个主绕组线圈，两个主绕组线圈串联形成主绕组，或者所述电动机定子包括一个主绕组线圈，一个主绕组线圈形成主绕组，主绕组线路两端连接交流电源。所述电动机定子包括两个辅助绕组线圈，两个辅助绕组线圈串联形成辅助绕组，或者所述电动机定子包括一个辅助绕组线圈，一个辅助绕组线圈形成辅助绕组。若辅助绕组线路两端短接在一起，则所述电动机定子采用罩极绕组分相启动方式。若辅助绕组线路中串联有电容器，辅助绕组线路两端与主绕组线路两端并联在一起连接交流电源，则所述电动机定子采用电容分相启动方式。若辅助绕组线路两端与主绕组线路两端并联在一起连接交流电源，则所述电动机定子采用电阻分相启动方式。
定子铁芯一沿着前后方向的截面呈U形，定子铁芯一左侧一端是竖磁轭，竖磁轭上端与横磁轭一左侧一端连接在一起，竖磁轭下端与横磁轭二左侧一端连接在一起，横磁轭一右侧一端的下表面有呈圆弧形的定子主磁极一，横磁轭二右侧一端的上表面有呈圆弧形的定子主磁极二，定子主磁极一与定子主磁极二之间是定子气隙内腔。
铁芯连接块右侧一端外表面从上至下分别有榫槽一和榫槽二，榫槽一和榫槽二轮廓呈燕尾形。铁芯镶块一中间是镶块磁轭一，铁芯镶块一左侧一端有榫头一，榫头一轮廓与铁芯连接块的榫槽一轮廓相啮合，铁芯镶块一右侧一端是弧形磁轭一，弧形磁轭一下表面有呈圆弧形的定子辅助磁极一和呈圆弧形的隔磁槽一，定子辅助磁极一位于隔磁槽一右侧一端。铁芯镶块二中间是镶块磁轭二，铁芯镶块二左侧一端有榫头二，榫头二轮廓与铁芯连接块的榫槽二轮廓相啮合，铁芯镶块二右侧一端是弧形磁轭二，弧形磁轭二上表面有呈圆弧形的定子辅助磁极二和呈圆弧形的隔磁槽二，隔磁槽二位于定子辅助磁极二右侧一端。
定子铁芯二在装配时，把铁芯镶块一的榫头一安装在铁芯连接块的榫槽一中，把铁芯镶块二的榫头二安装在铁芯连接块的榫槽二中。定子铁芯二沿着前后方向的截面呈U形，定子辅助磁极一与定子辅助磁极二之间是定子气隙内腔。
线圈骨架一径向外侧是骨架线槽一，主绕组线圈安装在线圈骨架一的骨架线槽一中，线圈骨架一轴向中间是骨架中心孔一，骨架中心孔一内表面有定位筋，定位筋把骨架中心孔一分割成前骨架中心孔和后骨架中心孔。线圈骨架二径向外侧是骨架线槽二，辅助绕组线圈安装在线圈骨架二的骨架线槽二中，线圈骨架二轴向中间是骨架中心孔二。
所述电动机定子在装配时，把定子铁芯一的横磁轭一安装在一个线圈骨架一的前骨架中心孔中，把定子铁芯一的横磁轭二安装在另一个线圈骨架一的前骨架中心孔中，把铁芯镶块一的镶块磁轭一右侧部分安装在一个线圈骨架一的后骨架中心孔中，把铁芯镶块一的镶块磁轭一左侧部分安装在一个线圈骨架二的骨架中心孔二中，把铁芯镶块二的镶块磁轭二右侧部分安装在另一个线圈骨架一的后骨架中心孔中，把铁芯镶块二的镶块磁轭二左侧部分安装在另一个线圈骨架二的骨架中心孔二中。所述电动机定子装配后，线圈骨架一的定位筋使定子铁芯一与定子铁芯二沿着前后方向之间有隔磁间隙，定子铁芯一的定子气隙内腔与定子铁芯二的定子气隙内腔沿着前后方向对齐，定子铁芯一的定子主磁极一的定子铁芯一磁极几何中心线与定子铁芯二的定子辅助磁极一的定子铁芯二磁极几何中心线之间的角度小于九十度电角度，定子铁芯一的定子主磁极二的定子铁芯一磁极几何中心线与定子铁芯二的定子辅助磁极二的定子铁芯二磁极几何中心线之间的角度小于九十度电角度。
所述电动机定子与永磁转子配合使用时，一部分转子永磁体 位于定子铁芯一的定子气隙内腔中，另一部分转子永磁体 位于定子铁芯二的定子气隙内腔中。在定子铁芯一的定子气隙内腔中，永磁转子磁极轴线与定子铁芯一磁极几何中心线对齐时磁阻最小，在定子铁芯二的定子气隙内腔中，永磁转子磁极轴线与定子铁芯二磁极几何中心线对齐时磁阻最小，永磁转子静止时两个磁拉力的合力使永磁转子磁极轴线与定子铁芯磁极静态几何中心线对齐，定子铁芯磁极静态几何中心线位于定子铁芯一磁极几何中心线与定子铁芯二磁极几何中心线之间。在电动机启动前，永磁转子静止时永磁转子磁极轴线与定子铁芯一磁极几何中心线之间有启动角。
所述电动机定子采用罩极绕组分相启动方式与永磁转子配合使用的运行过程是：
电动机启动的某一时刻，若转子永磁体位于定子铁芯一的定子主磁极一径向内侧的是N极，转子永磁体位于定子主磁极二径向内侧的是S极，若主绕组线圈使定子铁芯一的定子主磁极一是n极，主绕组线圈使定子铁芯一的定子主磁极二是s极，即启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为同性磁极。
主绕组线圈产生的主磁通流过磁通路径一是，一部分主磁通从定子铁芯一的定子主磁极一出发依次穿过电动机气隙、转子永磁体、电动机气隙、定子主磁极二、横磁轭二、竖磁轭、横磁轭一，这部分主磁通回到定子主磁极一，形成闭合回路。
主绕组线圈产生的主磁通流过磁通路径二是，一部分主磁通从定子铁芯二的定子辅助磁极一出发依次穿过电动机气隙、转子永磁体、电动机气隙、定子辅助磁极二、铁芯镶块二、铁芯连接块、铁芯镶块一，这部分主磁通回到定子辅助磁极一，形成闭合回路。
一部分主磁通流过磁通路径二时，使辅助绕组线圈产生一个相位上滞后九十度的感应电流，该感应电流产生的辅助磁通在相位上也滞后于主磁通，辅助磁通沿着磁通路径二流动，磁通路径一中流动的主磁通与磁通路径二中流动的辅助磁通共同作用产生旋转磁场。
电动机启动的某一时刻，若启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为同性磁极，转子永磁体的N极受到定子铁芯一的定子主磁极一的磁排斥力，转子永磁体的S极受到定子铁芯一的定子主磁极二的磁排斥力，由于此时永磁转子磁极轴线位于定子铁芯一磁极几何中心线与定子铁芯二磁极几何中心线之间，永磁转子沿着转子旋转方向向定子辅助磁极一和定子辅助磁极二旋转。主绕组线圈产生的主磁通过零点时，定子主磁极一和定子主磁极二无磁极极性。主绕组线圈产生的主磁通过零点时，辅助绕组线圈产生的辅助磁通使定子铁芯二的定子辅助磁极一是n极，辅助绕组线圈产生的辅助磁通使定子铁芯二的定子辅助磁极二是s极，转子永磁体的N极受到定子铁芯二的定子辅助磁极一的磁排斥力，转子永磁体的S极受到定子铁芯二的定子辅助磁极二的磁排斥力，使永磁转子沿着转子旋转方向旋转，并牵入同步转速。
电动机启动的某一时刻，若转子永磁体位于定子铁芯一的定子主磁极一径向内侧的是N极，转子永磁体位于定子主磁极二径向内侧的是S极，若主绕组线圈使定子铁芯一的定子主磁极一是s极，主绕组线圈使定子铁芯一的定子主磁极二是n极，即启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为异性磁极。
主绕组线圈产生的主磁通过零点时，定子主磁极一和定子主磁极二无磁极极性。主绕组线圈产生的主磁通过零点时，辅助绕组线圈产生的辅助磁通使定子铁芯二的定子辅助磁极一是s极，辅助绕组线圈产生的辅助磁通使定子铁芯二的定子辅助磁极二是n极，转子永磁体的N极受到定子铁芯二的定子辅助磁极一的磁吸引力，转子永磁体的S极受到定子铁芯二的定子辅助磁极二的磁吸引力，由于此时永磁转子磁极轴线位于定子铁芯一磁极几何中心线与定子铁芯二磁极几何中心线之间，永磁转子沿着转子旋转方向向定子辅助磁极一和定子辅助磁极二旋转。主绕组线圈产生的主磁通过零点之后，主绕组线圈内的电流反方向流动，主绕组线圈使定子铁芯一的定子主磁极一是n极，主绕组线圈使定子铁芯一的定子主磁极二是s极，此时的永磁转子已经旋转了一定角度，在永磁转子尚未牵入同步转速时，主绕组线圈使定子铁芯一的定子主磁极一和定子主磁极二的磁极位置超前于永磁转子的磁极位置，转子永磁体的N极受到定子铁芯一的定子主磁极二的磁吸引力，转子永磁体的S极受到定子铁芯一的定子主磁极一的磁吸引力，使永磁转子沿着转子旋转方向旋转，并牵入同步转速。
所述电动机定子采用电容分相启动方式与永磁转子配合使用时，辅助绕组线圈中的电流相位超前于主绕组线圈中的电流相位九十度，辅助绕组线圈产生的辅助磁通相位也超前于主绕组线圈产生的主磁通相位。转子旋转方向从定子辅助磁极一向定子主磁极一方向旋转。
所述电动机定子采用电阻分相启动方式与永磁转子配合使用时，辅助绕组线圈中的电流相位超前于主绕组线圈中的电流相位一定角度，辅助绕组线圈产生的辅助磁通相位也超前于主绕组线圈产生的主磁通相位。转子旋转方向从定子辅助磁极一向定子主磁极一方向旋转。
所述电动机定子分别采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相启动方式与永磁转子配合使用时，永磁转子有确定的旋转方向，永磁转子在定子磁极的磁排斥力和磁吸引力作用下牵入同步转速，使分相启动U型单相永磁同步电动机进入同步运行状态。
所述电动机定子分别采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相启动方式与鼠笼转子配合使用时，主绕组线圈产生的主磁通与辅助绕组线圈产生的辅助磁通相位相差一定角度，定子铁芯一的定子主磁极一和定子主磁极二分别与定子铁芯二的定子辅助磁极一和定子辅助磁极二在空间上相差小于九十度电角度，所述电动机定子产生旋转磁场，鼠笼转子的鼠笼切割定子旋转磁场产生异步转矩，使分相启动U型单相异步电动机进入异步运行状态。
所述电动机定子的定子铁芯一磁极几何中心线与定子铁芯二磁极几何中心线之间的角度小于九十度电角度，定子铁芯磁极静态几何中心线位于定子铁芯一磁极几何中心线与定子铁芯二磁极几何中心线之间，在电动机启动前，永磁转子静止时永磁转子磁极轴线与定子铁芯磁极静态几何中心线对齐，永磁转子磁极轴线与定子铁芯一磁极几何中心线之间有启动角。所述电动机定子分别采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相启动方式与永磁转子配合使用时，永磁转子有确定的旋转方向，永磁转子在定子磁极的磁排斥力和磁吸引力作用下牵入同步转速，使分相启动U型单相永磁同步电动机进入同步运行状态。所述电动机定子采用罩极绕组分相启动方式时，定子铁芯二的磁极截面积就是被辅助绕组线圈罩住的定子磁极截面积，增加定子铁芯二轴向长度能够增加定子铁芯二的磁极截面积，从而增加辅助绕组线圈感应的辅助磁通，最终提高启动转矩。所述电动机定子无论是采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相启动方式，其启动转矩均大于利用不均匀气隙的磁阻差别所产生的启动转矩。所述电动机定子磁极至转子表面之间的气隙长度是均匀的，电动机谐波损耗小，电动机效率高。
附图说明
图1是分相启动U型单相电动机定子的轴测图。
图2是包含分相启动U型单相电动机定子的U型单相永磁同步电动机的轴测图。
图3是定子铁芯一的轴测图。
图4是定子铁芯二的轴测图。
图5是铁芯镶块一的轴测图。
图6是铁芯镶块二的轴测图。
图7是铁芯连接块的轴测图。
图8是永磁转子的轴测图。
图9是主绕组的轴测图。
图10是辅助绕组的轴测图。
图11是电动机启动前永磁转子磁极轴线与定子铁芯一磁极几何中心线之间的启动角示意图。启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为同性磁极。
图12是电动机启动前定子铁芯一磁极几何中心线、定子铁芯二磁极几何中心线、定子铁芯磁极静态几何中心线之间关系的示意图。启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为同性磁极。
图13是电动机启动前永磁转子磁极轴线与定子铁芯一磁极几何中心线之间的启动角示意图。启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为异性磁极。
图14是电动机启动前定子铁芯一磁极几何中心线、定子铁芯二磁极几何中心线、定子铁芯磁极静态几何中心线之间关系的示意图。启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为异性磁极。
图15是启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为异性磁极，之后主绕组线圈内的电流反方向流动时，定子铁芯一1的磁极状态和永磁转子的旋转位置。
图16是启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为异性磁极，之后辅助绕组线圈内的电流反方向流动时，定子铁芯二的磁极状态和永磁转子的旋转位置。
说明书附图中大写字母N和S代表转子永磁体的磁极极性，小写字母n和s代表定子铁芯的磁极极性。附图中字母α代表启动角。
图中标注有定子铁芯一1、主绕组线圈2、线圈骨架一3、辅助绕组线圈4、线圈骨架二5、铁芯连接块6、铁芯镶块一7、定子气隙内腔8、铁芯镶块二9、转子永磁体10、转子骨架11、转轴12、定子主磁极一13、定子主磁极二14、横磁轭一15、横磁轭二16、竖磁轭17、定子辅助磁极一18、隔磁槽一19、弧形磁轭一20、镶块磁轭一21、榫头一22、隔磁槽二23、定子辅助磁极二24、弧形磁轭二25、镶块磁轭二26、榫头二27、榫槽二28、榫槽一29、后骨架中心孔30、定位筋31、前骨架中心孔32、骨架中心孔二33、定子铁芯一磁极几何中心线34、永磁转子磁极轴线35、转子旋转轨迹36、转子旋转方向37、定子铁芯磁极静态几何中心线38、定子铁芯二磁极几何中心线39。
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11至图16，所述电动机定子能够分别与永磁转子或者鼠笼转子配合使用，所述电动机定子与永磁转子配合组成分相启动U型单相永磁同步电动机，所述电动机定子与鼠笼转子配合组成分相启动U型单相异步电动机。所述电动机定子包括定子铁芯一1、定子铁芯二、主绕组、辅助绕组。定子铁芯二包括铁芯连接块6、铁芯镶块一7、铁芯镶块二9。主绕组的主绕组线圈2缠绕在线圈骨架一3上，辅助绕组的辅助绕组线圈4缠绕在线圈骨架二5上。定子铁芯一1轴向长度比定子铁芯二轴向长度短，定子铁芯一1有定子磁极的一端与定子铁芯二有定子磁极的一端相互对齐，定子铁芯一1与定子铁芯二沿着前后方向并列安装在一起，定子铁芯一1与定子铁芯二沿着前后方向之间有间隙，该间隙称为隔磁间隙，定子铁芯一1与定子铁芯二靠近定子磁极的一端并列安装在主绕组的线圈骨架一3中，定子铁芯二远离定子磁极的一端安装在辅助绕组的线圈骨架二5中。
所述电动机定子包括两个主绕组线圈2，两个主绕组线圈2串联形成主绕组，或者所述电动机定子包括一个主绕组线圈2，一个主绕组线圈2形成主绕组，主绕组线路两端连接交流电源。所述电动机定子包括两个辅助绕组线圈4，两个辅助绕组线圈4串联形成辅助绕组，或者所述电动机定子包括一个辅助绕组线圈4，一个辅助绕组线圈4形成辅助绕组。若辅助绕组线路两端短接在一起，则所述电动机定子采用罩极绕组分相启动方式。若辅助绕组线路中串联有电容器，辅助绕组线路两端与主绕组线路两端并联在一起连接交流电源，则所述电动机定子采用电容分相启动方式。若辅助绕组线路两端与主绕组线路两端并联在一起连接交流电源，则所述电动机定子采用电阻分相启动方式。
参照图1至图10，定子铁芯一1沿着前后方向的截面呈U形，定子铁芯一1左侧一端是竖磁轭17，竖磁轭17上端与横磁轭一15左侧一端连接在一起，竖磁轭17下端与横磁轭二16左侧一端连接在一起，横磁轭一15右侧一端的下表面有呈圆弧形的定子主磁极一13，横磁轭二16右侧一端的上表面有呈圆弧形的定子主磁极二14，定子主磁极一13与定子主磁极二14之间是定子气隙内腔8。
铁芯连接块6右侧一端外表面从上至下分别有榫槽一29和榫槽二28，榫槽一29和榫槽二28轮廓呈燕尾形。铁芯镶块一7中间是镶块磁轭一21，铁芯镶块一7左侧一端有榫头一22，榫头一22轮廓与铁芯连接块6的榫槽一29轮廓相啮合，铁芯镶块一7右侧一端是弧形磁轭一20，弧形磁轭一20下表面有呈圆弧形的定子辅助磁极一18和呈圆弧形的隔磁槽一19，定子辅助磁极一18位于隔磁槽一19右侧一端。铁芯镶块二9中间是镶块磁轭二26，铁芯镶块二9左侧一端有榫头二27，榫头二27轮廓与铁芯连接块6的榫槽二28轮廓相啮合，铁芯镶块二9右侧一端是弧形磁轭二25，弧形磁轭二25上表面有呈圆弧形的定子辅助磁极二24和呈圆弧形的隔磁槽二23，隔磁槽二23位于定子辅助磁极二24右侧一端。
定子铁芯二在装配时，把铁芯镶块一7的榫头一22安装在铁芯连接块6的榫槽一29中，把铁芯镶块二9的榫头二27安装在铁芯连接块6的榫槽二28中。定子铁芯二沿着前后方向的截面呈U形，定子辅助磁极一18与定子辅助磁极二24之间是定子气隙内腔8。
线圈骨架一3径向外侧是骨架线槽一，主绕组线圈2安装在线圈骨架一3的骨架线槽一中，线圈骨架一3轴向中间是骨架中心孔一，骨架中心孔一内表面有定位筋31，定位筋31把骨架中心孔一分割成前骨架中心孔32和后骨架中心孔30。线圈骨架二5径向外侧是骨架线槽二，辅助绕组线圈4安装在线圈骨架二5的骨架线槽二中，线圈骨架二5轴向中间是骨架中心孔二33。
所述电动机定子在装配时，把定子铁芯一1的横磁轭一15安装在一个线圈骨架一3的前骨架中心孔32中，把定子铁芯一1的横磁轭二16安装在另一个线圈骨架一3的前骨架中心孔32中，把铁芯镶块一7的镶块磁轭一21右侧部分安装在一个线圈骨架一3的后骨架中心孔30中，把铁芯镶块一7的镶块磁轭一21左侧部分安装在一个线圈骨架二5的骨架中心孔二33中，把铁芯镶块二9的镶块磁轭二26右侧部分安装在另一个线圈骨架一3的后骨架中心孔30中，把铁芯镶块二9的镶块磁轭二26左侧部分安装在另一个线圈骨架二5的骨架中心孔二33中。所述电动机定子装配后，线圈骨架一3的定位筋31使定子铁芯一1与定子铁芯二沿着前后方向之间有隔磁间隙，定子铁芯一1的定子气隙内腔8与定子铁芯二的定子气隙内腔8沿着前后方向对齐，定子铁芯一1的定子主磁极一13的定子铁芯一磁极几何中心线34与定子铁芯二的定子辅助磁极一18的定子铁芯二磁极几何中心线39之间的角度小于九十度电角度，定子铁芯一1的定子主磁极二14的定子铁芯一磁极几何中心线34与定子铁芯二的定子辅助磁极二24的定子铁芯二磁极几何中心线39之间的角度小于九十度电角度。
所述电动机定子与永磁转子配合使用时，一部分转子永磁体10 位于定子铁芯一1的定子气隙内腔8中，另一部分转子永磁体10 位于定子铁芯二的定子气隙内腔8中。在定子铁芯一1的定子气隙内腔8中，永磁转子磁极轴线35与定子铁芯一磁极几何中心线34对齐时磁阻最小，在定子铁芯二的定子气隙内腔8中，永磁转子磁极轴线35与定子铁芯二磁极几何中心线39对齐时磁阻最小，永磁转子静止时两个磁拉力的合力使永磁转子磁极轴线35与定子铁芯磁极静态几何中心线38对齐，定子铁芯磁极静态几何中心线38位于定子铁芯一磁极几何中心线34与定子铁芯二磁极几何中心线39之间。在电动机启动前，永磁转子静止时永磁转子磁极轴线35与定子铁芯一磁极几何中心线34之间有启动角。
参照图11至图16，所述电动机定子采用罩极绕组分相启动方式与永磁转子配合使用的运行过程是：
电动机启动的某一时刻，若转子永磁体10位于定子铁芯一1的定子主磁极一13径向内侧的是N极，转子永磁体10位于定子主磁极二14径向内侧的是S极，若主绕组线圈2使定子铁芯一1的定子主磁极一13是n极，主绕组线圈2使定子铁芯一1的定子主磁极二14是s极，即启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为同性磁极。
主绕组线圈2产生的主磁通流过磁通路径一是，一部分主磁通从定子铁芯一1的定子主磁极一13出发依次穿过电动机气隙、转子永磁体10、电动机气隙、定子主磁极二14、横磁轭二16、竖磁轭17、横磁轭一15，这部分主磁通回到定子主磁极一13，形成闭合回路。
主绕组线圈2产生的主磁通流过磁通路径二是，一部分主磁通从定子铁芯二的定子辅助磁极一18出发依次穿过电动机气隙、转子永磁体10、电动机气隙、定子辅助磁极二24、铁芯镶块二9、铁芯连接块6、铁芯镶块一7，这部分主磁通回到定子辅助磁极一18，形成闭合回路。
一部分主磁通流过磁通路径二时，使辅助绕组线圈4产生一个相位上滞后九十度的感应电流，该感应电流产生的辅助磁通在相位上也滞后于主磁通，辅助磁通沿着磁通路径二流动，磁通路径一中流动的主磁通与磁通路径二中流动的辅助磁通共同作用产生旋转磁场。
电动机启动的某一时刻，若启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为同性磁极，转子永磁体10的N极受到定子铁芯一1的定子主磁极一13的磁排斥力，转子永磁体10的S极受到定子铁芯一1的定子主磁极二14的磁排斥力，由于此时永磁转子磁极轴线35位于定子铁芯一磁极几何中心线34与定子铁芯二磁极几何中心线39之间，永磁转子沿着转子旋转方向37向定子辅助磁极一18和定子辅助磁极二24旋转。主绕组线圈2产生的主磁通过零点时，定子主磁极一13和定子主磁极二14无磁极极性。主绕组线圈2产生的主磁通过零点时，辅助绕组线圈4产生的辅助磁通使定子铁芯二的定子辅助磁极一18是n极，辅助绕组线圈4产生的辅助磁通使定子铁芯二的定子辅助磁极二24是s极，转子永磁体10的N极受到定子铁芯二的定子辅助磁极一18的磁排斥力，转子永磁体10的S极受到定子铁芯二的定子辅助磁极二24的磁排斥力，使永磁转子沿着转子旋转方向37旋转，并牵入同步转速。
电动机启动的某一时刻，若转子永磁体10位于定子铁芯一1的定子主磁极一13径向内侧的是N极，转子永磁体10位于定子主磁极二14径向内侧的是S极，若主绕组线圈2使定子铁芯一1的定子主磁极一13是s极，主绕组线圈2使定子铁芯一1的定子主磁极二14是n极，即启动瞬间定子磁极与永磁转子磁极互为异性磁极。
主绕组线圈2产生的主磁通过零点时，定子主磁极一13和定子主磁极二14无磁极极性。主绕组线圈2产生的主磁通过零点时，辅助绕组线圈4产生的辅助磁通使定子铁芯二的定子辅助磁极一18是s极，辅助绕组线圈4产生的辅助磁通使定子铁芯二的定子辅助磁极二24是n极，转子永磁体10的N极受到定子铁芯二的定子辅助磁极一18的磁吸引力，转子永磁体10的S极受到定子铁芯二的定子辅助磁极二24的磁吸引力，由于此时永磁转子磁极轴线35位于定子铁芯一磁极几何中心线34与定子铁芯二磁极几何中心线39之间，永磁转子沿着转子旋转方向37向定子辅助磁极一18和定子辅助磁极二24旋转。主绕组线圈2产生的主磁通过零点之后，主绕组线圈2内的电流反方向流动，主绕组线圈2使定子铁芯一1的定子主磁极一13是n极，主绕组线圈2使定子铁芯一1的定子主磁极二14是s极，此时的永磁转子已经旋转了一定角度，在永磁转子尚未牵入同步转速时，主绕组线圈2使定子铁芯一1的定子主磁极一13和定子主磁极二14的磁极位置超前于永磁转子的磁极位置，转子永磁体10的N极受到定子铁芯一1的定子主磁极二14的磁吸引力，转子永磁体10的S极受到定子铁芯一1的定子主磁极一13的磁吸引力，使永磁转子沿着转子旋转方向37旋转，并牵入同步转速。
所述电动机定子采用电容分相启动方式与永磁转子配合使用时，辅助绕组线圈4中的电流相位超前于主绕组线圈2中的电流相位九十度，辅助绕组线圈4产生的辅助磁通相位也超前于主绕组线圈2产生的主磁通相位。转子旋转方向37从定子辅助磁极一18向定子主磁极一13方向旋转。
所述电动机定子采用电阻分相启动方式与永磁转子配合使用时，辅助绕组线圈4中的电流相位超前于主绕组线圈2中的电流相位一定角度，辅助绕组线圈4产生的辅助磁通相位也超前于主绕组线圈2产生的主磁通相位。转子旋转方向37从定子辅助磁极一18向定子主磁极一13方向旋转。
所述电动机定子分别采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相启动方式与永磁转子配合使用时，永磁转子有确定的旋转方向，永磁转子在定子磁极的磁排斥力和磁吸引力作用下牵入同步转速，使分相启动U型单相永磁同步电动机进入同步运行状态。
所述电动机定子分别采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相启动方式与鼠笼转子配合使用时，主绕组线圈2产生的主磁通与辅助绕组线圈4产生的辅助磁通相位相差一定角度，定子铁芯一1的定子主磁极一13和定子主磁极二14分别与定子铁芯二的定子辅助磁极一18和定子辅助磁极二24在空间上相差小于九十度电角度，所述电动机定子产生旋转磁场，鼠笼转子的鼠笼切割定子旋转磁场产生异步转矩，使分相启动U型单相异步电动机进入异步运行状态。
所述电动机定子的定子铁芯一磁极几何中心线34与定子铁芯二磁极几何中心线39之间的角度小于九十度电角度，定子铁芯磁极静态几何中心线38位于定子铁芯一磁极几何中心线34与定子铁芯二磁极几何中心线39之间，在电动机启动前，永磁转子静止时永磁转子磁极轴线35与定子铁芯磁极静态几何中心线38对齐，永磁转子磁极轴线35与定子铁芯一磁极几何中心线34之间有启动角。所述电动机定子分别采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相启动方式与永磁转子配合使用时，永磁转子有确定的旋转方向，永磁转子在定子磁极的磁排斥力和磁吸引力作用下牵入同步转速，使分相启动U型单相永磁同步电动机进入同步运行状态。所述电动机定子采用罩极绕组分相启动方式时，定子铁芯二的磁极截面积就是被辅助绕组线圈4罩住的定子磁极截面积，增加定子铁芯二轴向长度能够增加定子铁芯二的磁极截面积，从而增加辅助绕组线圈4感应的辅助磁通，最终提高启动转矩。所述电动机定子无论是采用罩极绕组分相、电容分相、电阻分相启动方式，其启动转矩均大于利用不均匀气隙的磁阻差别所产生的启动转矩。所述电动机定子磁极至转子表面之间的气隙长度是均匀的，电动机谐波损耗小，电动机效率高。
Claims (1)
1.一种分相启动U型单相电动机定子，其特征在于：所述电动机定子能够分别与永磁转子或者鼠笼转子配合使用，所述电动机定子与永磁转子配合组成分相启动U型单相永磁同步电动机，所述电动机定子与鼠笼转子配合组成分相启动U型单相异步电动机；所述电动机定子包括定子铁芯一(1)、定子铁芯二、主绕组、辅助绕组；定子铁芯二包括铁芯连接块(6)、铁芯镶块一(7)、铁芯镶块二(9)；主绕组的主绕组线圈(2)缠绕在线圈骨架一(3)上，辅助绕组的辅助绕组线圈(4)缠绕在线圈骨架二(5)上；定子铁芯一(1)轴向长度比定子铁芯二轴向长度短，定子铁芯一(1)有定子磁极的一端与定子铁芯二有定子磁极的一端相互对齐，定子铁芯一(1)与定子铁芯二沿着前后方向并列安装在一起，定子铁芯一(1)与定子铁芯二沿着前后方向之间有间隙，该间隙称为隔磁间隙，定子铁芯一(1)与定子铁芯二靠近定子磁极的一端并列安装在主绕组的线圈骨架一(3)中，定子铁芯二远离定子磁极的一端安装在辅助绕组的线圈骨架二(5)中；
所述电动机定子包括两个主绕组线圈(2)，两个主绕组线圈(2)串联形成主绕组，或者所述电动机定子包括一个主绕组线圈(2)，一个主绕组线圈(2)形成主绕组，主绕组线路两端连接交流电源；所述电动机定子包括两个辅助绕组线圈(4)，两个辅助绕组线圈(4)串联形成辅助绕组，或者所述电动机定子包括一个辅助绕组线圈(4)，一个辅助绕组线圈(4)形成辅助绕组；若辅助绕组线路两端短接在一起，则所述电动机定子采用罩极绕组分相启动方式；若辅助绕组线路中串联有电容器，辅助绕组线路两端与主绕组线路两端并联在一起连接交流电源，则所述电动机定子采用电容分相启动方式；若辅助绕组线路两端与主绕组线路两端并联在一起连接交流电源，则所述电动机定子采用电阻分相启动方式；
定子铁芯一(1)沿着前后方向的截面呈U形，定子铁芯一(1)左侧一端是竖磁轭(17)，竖磁轭(17)上端与横磁轭一(15)左侧一端连接在一起，竖磁轭(17)下端与横磁轭二(16)左侧一端连接在一起，横磁轭一(15)右侧一端的下表面有呈圆弧形的定子主磁极一(13)，横磁轭二(16)右侧一端的上表面有呈圆弧形的定子主磁极二(14)，定子主磁极一(13)与定子主磁极二(14)之间是定子气隙内腔(8)；
铁芯连接块(6)右侧一端外表面从上至下分别有榫槽一(29)和榫槽二(28)，榫槽一(29)和榫槽二(28)轮廓呈燕尾形；铁芯镶块一(7)中间是镶块磁轭一(21)，铁芯镶块一(7)左侧一端有榫头一(22)，榫头一(22)轮廓与铁芯连接块(6)的榫槽一(29)轮廓相啮合，铁芯镶块一(7)右侧一端是弧形磁轭一(20)，弧形磁轭一(20)下表面有呈圆弧形的定子辅助磁极一(18)和呈圆弧形的隔磁槽一(19)，定子辅助磁极一(18)位于隔磁槽一(19)右侧一端；铁芯镶块二(9)中间是镶块磁轭二(26)，铁芯镶块二(9)左侧一端有榫头二(27)，榫头二(27)轮廓与铁芯连接块(6)的榫槽二(28)轮廓相啮合，铁芯镶块二(9)右侧一端是弧形磁轭二(25)，弧形磁轭二(25)上表面有呈圆弧形的定子辅助磁极二(24)和呈圆弧形的隔磁槽二(23)，隔磁槽二(23)位于定子辅助磁极二(24)右侧一端；
定子铁芯二在装配时，把铁芯镶块一(7)的榫头一(22)安装在铁芯连接块(6)的榫槽一(29)中，把铁芯镶块二(9)的榫头二(27)安装在铁芯连接块(6)的榫槽二(28)中；定子铁芯二沿着前后方向的截面呈U形，定子辅助磁极一(18)与定子辅助磁极二(24)之间是定子气隙内腔(8)；
线圈骨架一(3)径向外侧是骨架线槽一，主绕组线圈(2)安装在线圈骨架一(3)的骨架线槽一中，线圈骨架一(3)轴向中间是骨架中心孔一，骨架中心孔一内表面有定位筋(31)，定位筋(31)把骨架中心孔一分割成前骨架中心孔(32)和后骨架中心孔(30)；线圈骨架二(5)径向外侧是骨架线槽二，辅助绕组线圈(4)安装在线圈骨架二(5)的骨架线槽二中，线圈骨架二(5)轴向中间是骨架中心孔二(33)；
所述电动机定子在装配时，把定子铁芯一(1)的横磁轭一(15)安装在一个线圈骨架一(3)的前骨架中心孔(32)中，把定子铁芯一(1)的横磁轭二(16)安装在另一个线圈骨架一(3)的前骨架中心孔(32)中，把铁芯镶块一(7)的镶块磁轭一(21)右侧部分安装在一个线圈骨架一(3)的后骨架中心孔(30)中，把铁芯镶块一(7)的镶块磁轭一(21)左侧部分安装在一个线圈骨架二(5)的骨架中心孔二(33)中，把铁芯镶块二(9)的镶块磁轭二(26)右侧部分安装在另一个线圈骨架一(3)的后骨架中心孔(30)中，把铁芯镶块二(9)的镶块磁轭二(26)左侧部分安装在另一个线圈骨架二(5)的骨架中心孔二(33)中；所述电动机定子装配后，线圈骨架一(3)的定位筋(31)使定子铁芯一(1)与定子铁芯二沿着前后方向之间有隔磁间隙，定子铁芯一(1)的定子气隙内腔(8)与定子铁芯二的定子气隙内腔(8)沿着前后方向对齐，定子铁芯一(1)的定子主磁极一(13)的定子铁芯一磁极几何中心线(34)与定子铁芯二的定子辅助磁极一(18)的定子铁芯二磁极几何中心线(39)之间的角度小于九十度电角度，定子铁芯一(1)的定子主磁极二(14)的定子铁芯一磁极几何中心线(34)与定子铁芯二的定子辅助磁极二(24)的定子铁芯二磁极几何中心线(39)之间的角度小于九十度电角度；
所述电动机定子与永磁转子配合使用时，一部分转子永磁体(10) 位于定子铁芯一(1)的定子气隙内腔(8)中，另一部分转子永磁体(10) 位于定子铁芯二的定子气隙内腔(8)中；在定子铁芯一(1)的定子气隙内腔(8)中，永磁转子磁极轴线(35)与定子铁芯一磁极几何中心线(34)对齐时磁阻最小，在定子铁芯二的定子气隙内腔(8)中，永磁转子磁极轴线(35)与定子铁芯二磁极几何中心线(39)对齐时磁阻最小，永磁转子静止时两个磁拉力的合力使永磁转子磁极轴线(35)与定子铁芯磁极静态几何中心线(38)对齐，定子铁芯磁极静态几何中心线(38)位于定子铁芯一磁极几何中心线(34)与定子铁芯二磁极几何中心线(39)之间；在电动机启动前，永磁转子静止时永磁转子磁极轴线(35)与定子铁芯一磁极几何中心线(34)之间有启动角。
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