CN218976422U - 径向磁场单相交流永磁无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供径向磁场单相交流永磁无刷电机，与普通单相交流电机不同，其电机定子由内部是圆桶形并有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，圆柱形转子在径向装有磁力线与电机转轴相垂直的永磁体，定子和转子产生的磁力线与电机轴相垂直，无需驱动器就可以直接在单相交流电源上使用，也可以经变频器进行速度调节，相对于传统的单相交流电机在同样规格情况下提高了电机功率和转矩，并且在每次驱动时都对含有永磁体的磁性转子的全部南北极都进行驱动，实现了高的电能驱动效率和高的功率密度。在日常工业动力应用上实现了节能减排，具有广泛的应用前景。

Description

径向磁场单相交流永磁无刷电机

本发明公开了径向磁场单相交流永磁无刷电机。

技术领域

本发明涉及单相交流电机技术领域。

背景技术：

径向磁场单相交流永磁无刷电机是一种新型的电能转化为机械能产品。

单相交流电机，是工业应用中电能转化为机械能典型的主要方式，其原理为在圆筒形定子上饶有一相或者二相绕组线圈，当通过单相交流电时，产生旋转磁场，并在鼠笼式转子上感应出电流并产生出转子上的磁场，定子和转子的磁场相互作用，驱动转子旋转，输出机械能，但由于其效率较低和运行性能较差，因而一般只制作成小型和微型系列的单相异步电机。

发明内容

在本发明的径向磁场单相交流永磁无刷电机中，采用的是定子和转子的磁力线与圆柱形转子转轴相垂直的方式，转子上永磁体在转子圆柱体上按径向安装，其磁力线与转子转轴相垂直，其电机定子由内部是圆桶形并有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，其上的定子线圈的绕制方式按集中方式围绕一个电枢齿的二边齿槽绕制，定子和转子产生的磁力线与电机轴相垂直，定子上相邻绕有二组绕组，其中一组绕组串联接入一个电容，无需驱动器就可以直接在单相交流电源上使用，也可以经变频器进行速度调节，相对于传统的单相交流电机在同样规格情况下提高了电机功率和转矩，并且在每次驱动时都对含有永磁体的磁性转子的全部南北极都进行驱动，增大了转矩，驱动功率和减少了绕组线圈用铜线，故命名为径向磁场单相交流永磁无刷电机。

本发明的径向磁场单相交流永磁无刷电机也可经由可调输出频率的单相交流变频器进行调节，单相交流变频器输出的二根交流电源线接于径向磁场单相交流永磁无刷电机的二根相线上，改变变频器输出的单相交流电的频率从而达到调节转速的目的。

附图说明

图1是本发明的径向磁场单相交流永磁无刷电机定子和转子结构示意图。

图2是本发明的径向磁场单相交流永磁无刷电机转子结构示意图。

图3是一个单相12个电枢齿定子绕制方式的示意图。

图4是为了便于理解而把图3分解只显示定子上一相绕组(U相)的绕制图。

图5是电机定子的二相绕组的连接方式。

图6是V相电流为0度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图7是V相电流为30度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图8是V相电流为60度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图9是V相电流为90度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图10是V相电流为120度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图11是V相电流为150度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图12是V相电流为180度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图13是V相电流为210度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图14是V相电流为240度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图15是V相电流为270度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图16是V相电流为300度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图17是V相电流为330度时二相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图18是电容启动式方式运行时的电机绕组连接图。

具体实施方式

本发明的径向磁场单相交流永磁无刷电机其电机定子采用由内部是圆桶形并有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，定子电枢齿上绕制有二相定子绕组，其绕组绕制方式为集中式绕制方法，也就是围绕单个电枢齿二边的电枢槽绕制，同一相绕组的相邻两个线圈绕向相反，同一相绕组相邻二个线圈之间相隔一个电枢齿，二相定子绕组的绕制方式相同并相邻电枢齿放置。定子上绕组通电后产生的磁力线与电机转轴相垂直，产生径向磁场，并在其各个电枢齿上分别产生南极和北极磁极，二相定子绕组由单相交流电源驱动。

本发明的径向磁场单相交流永磁无刷电机其电机的圆柱形永磁体转子采用在外径向沿电机转轴方向装有磁力线与电机转轴相垂直的永磁体圆环，并将永磁体圆环按外径向充磁而成，也可用将永磁体磁铁按其磁力线与电机转轴相垂直的方式沿电机转轴方向安装于圆柱形转子的转子体而成，圆柱形永磁体转子上的永磁体产生的磁极在外径向形成径向磁场，并按南极和北极相邻排列。

本发明的径向磁场单相交流永磁无刷电机的圆柱形永磁体转子在外径向的磁极数量与定子电枢槽槽数的关系是：定子电枢槽槽数等于圆柱形永磁体转子在外径向的南极和北极的磁极数量之和乘以2。具体可以在图1中可以看到，以转子上三个南极三个北极共6个磁极为例，槽数等于6乘2为12槽；如果采用六个南极六个北极共12个磁极为，槽数等于12乘2为24槽。

在本发明中，其二相定子绕组的一端相连在一起(如图5所示)并且接于单相交流电源的一根电源线上；在电容运行方式时二相绕组的其中一相绕组的另一端串连接一个运行电容后与另一相绕组的另一端相连在一起后接于单相交流电源的另一根电源线上，具体可在图5中看到，图5中在U相上串联进了一个电容C，图上L和N是单相交流电源的火线和零线，他们分别是单相交流电源的二根电源线，其图上面是单相交流电源的电流图和经串联进了一个电容C后裂相为二相电流的图，U相电流超前V相电流90度，当通以单相交流电时，二相绕组下的各个电枢齿分别产生南极和北极磁极，并随着U相和V相电流相位的变化产生旋转磁场，该旋转磁场使得定子电枢齿上面向转子的磁极和转子上面向电枢齿的永磁体的磁极按照同性磁极产生相互推开的排斥力(同为南极，同为北极都相互排斥)，异性磁极产生相互拉近的吸引力(一个为南极与另一个为北极)的方式驱动转子上每一个南极和北极永磁体，并随着旋转磁场的变化进而驱动转子向一个方向旋转。

图1是本发明的径向磁场单相交流永磁无刷电机定子和转子结构示意图，M1是在其径向方向安装有永磁体的转子，磁力线按径向分布，M1上S1，S2，S3，N1，N2和N3是永磁体的南极和北极，永磁体在安装上磁极按南极北极相邻排列。转子外面是由导磁体材料构成的定子，其内部是圆桶形并有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，定子和转子产生的磁力线与电机转轴相垂直，电枢齿之间绕制有二相定子绕组，X1到X24是定子上围绕电枢齿绕制的绕组线圈，图上1到12是其电枢齿。

图2是本发明的径向磁场单相交流永磁无刷电机转子结构示意图，M1是在其径向方向安装有永磁体的转子，磁力线按径向分布，M1上S1，S2，S3，N1，N2和N3是永磁体在转子外径向的南极和北极，永磁体在安装上磁极按南极北极相邻排列，并使转子产生径向磁场。

图3是一个单相12个电枢齿定子按集中方式绕制方式的定子示意图，线圈按集中方式绕制，在围绕单个电枢齿二边的电枢槽绕制线圈，图上箭头表示绕制方向，如U相绕组由U1开始，经电枢齿1和12中间的电枢槽到电枢齿2和1中间的电枢槽顺时针绕制后，相隔一个电枢齿2后到电枢齿4和3中间的电枢槽到电枢齿3和2中间的电枢槽顺反针绕制，再到电枢齿5和4中间的电枢槽到电枢齿6和5中间的电枢槽顺时针绕制，如此往下，直到绕制完毕，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，二个线圈相隔一个电枢齿。当电流从U1流入到U2流出时，图中电枢齿上US和UN分别是在该电枢齿产生的南极S和北极N，对于V相也相同含义，图中可见到，在U相的相邻一个槽(电枢齿1和2中间)开始进行V相的绕制，U相V相按相邻排列。

图4是为了便于理解而把图3分解只显示定子上一相绕组(U相)的绕制图，图上箭头也表示绕制方向，当电流从U+流入到U-流出时，图中电枢齿上US和UN分别是在该电枢齿产生的南极S和北极N。

本发明的径向磁场单相交流永磁无刷电机定子绕组的绕制方式采用按集中方式围绕一个电枢齿的二边齿槽绕制，并且同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反，同一相绕组的相邻二个线圈之间相隔一个电枢齿，定子和转子产生的磁力线与电机轴相垂直，定子上相邻绕有二组绕组，二相绕组的一端相连在一起进行导电互通并接于单相交流电的一根电源线上；二相绕组的其中一相绕组的另一端串连接一个电容后与另一相绕组的另一端相连在一起后接于单相交流电的另一根电源线上。无需驱动器就可以直接在单相交流电源上使用。

图5是电机定子的二相绕组的连接方式，在U相上串联进了一个电容C，而L和N是单相交流电源的火线和零线，图上面是单相交流电源的电流图和经串联进了一个电容C后裂相为二相电流的图，U相电流超前V相电流90度，下面的描述都基于这二相电流来展开。

下面就径向磁场单相交流永磁无刷电机在单相交流电的各个相位变化结合图6到图17对所在定子的电枢齿上产生的磁极变化以及对转子上永磁体磁场的作用力进行分析，以描述本电机的原理和作用机理。

图6到图17中，各个绕组上的箭头表示电流方向，由正极A+流入到负极A-流出；各图中虚线表示磁力线方向，磁力线由北极到南极，为了展示清楚上面二相交流电(单相交流电经电容裂相而视为二相交流电以便于描述各个相位时的情况)在各个相位时磁力线情况，我们有意将转子画小一些以便于展示磁力线在这个相位时的情况。为进行理论分析，我们将定子和转子的磁极可以等效在某一点，这种方法在电动力学中作为普遍方法都是常常采用的。另外，为清晰起见，对于没有电流流动的相(相位在90，180，360度)我们在相应的图中隐去。各图中的虚线表示定子电枢齿产生的磁力线，由北极到南极。

为了便于理解我们用无刷电机常用的U，V符号来代表二相交流电。

下面以30度为单位来描述各个驱动时刻的定子转子磁极驱动情况(电枢齿上磁场强度大小均按归一化理论，最大值是1，并且相等于电流值，当电流值为负时，磁极反向)，U相绕组在各电枢齿上产生的南极磁性以US表示，U相绕组在各电枢齿上产生的北极磁性以UN表示，同样的，V相绕组在各电枢齿上产生的南极磁性以VS表示，V相绕组在各电枢齿上产生的北极磁性以VN表示，其数值标于其前，并以V相为相位基准来描述。

下面图6到图17中，所谓“左边”和“右边”是以电枢齿7的中心的左边位置和右边位置来定义的，以便统一看的方向，为显示清晰，定子电枢齿我们用稍细的线画出以突出电枢齿上的磁场变化。

0度时，如图6所示，U相为90度，其磁场强度为1；V相为0度，其磁场强度为0；V相无电流通过，电流由U1流入，经U2流出，产生如图6所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿1中间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿3中间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿3中的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿5中间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿5中间，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿7中间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿7中的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿9中间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿9中间，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿11中间，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿11中的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿1中间的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

30度时，如图7所示，U相为120度，其磁场强度为0.866；V相为30度，其磁场强度为0.5；电流由U1和V1流入，经U2和V2流出，产生如图7所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿1右边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿3右边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿3右边的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿5右边的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿5右边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿7右边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿7右边的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿9右边的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿9右边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿11右边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿11右边的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿1右边的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

60度时，如图8所示，U相为150度，其磁场强度为0.5；V相为60度，其磁场强度为0.886；电流由U1和V1流入，经U2和V2流出，产生如图8所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿2左边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿4左边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿4左边的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿6左边的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿6左边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿8左边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿8左边的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿10左齿边的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿10左边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿12左边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿12左边的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿2左边的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

90度时，如图9所示，U相为180度，其磁场强度为0；V相为90度，其磁场强度为1；U相无电流通过，电流由V1流入，经V2流出，产生如图9所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿2中间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿4中间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿4中的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿6中间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿6中间，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿8中间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿8中的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿10中间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿10中间，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿12中间，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿12中的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿2中间的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

120度时，如图10所示，U相为210度，其磁场强度为-0.5；V相为120度，其磁场强度为0.886；电流由U2和V1流入，经U1和V2流出，产生如图10所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿2右边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿4右边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿4右边的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿6右边的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿6右边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿8右边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿8右边的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿10右边的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿10右边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿12右边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿12右边的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿2右边的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

150度时，如图11所示，U相为240度，其磁场强度为-0.886；V相为150度，其磁场强度为0.5；电流由U2和V1流入，经U1和V2流出，产生如图11所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿3左边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿5左边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿5左边的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿7左边的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿7左边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿9左边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿9左边的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿11左齿边的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿11左边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿1左边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿1左边的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿3左边的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

180度时，如图12所示，U相为270度，其磁场强度为-1；V相为180度，其磁场强度为0；V相无电流通过，电流由U2流入，经U1流出，产生如图12所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿3中间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿5中间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿5中的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿7中间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿7中间，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿9中间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿9中的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿11中间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿11中间，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿1中间，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿1中的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿3中间的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

210度时，如图13所示，U相为300度，其磁场强度为-0.886；V相为210度，其磁场强度为-0.5；电流由U2和V2流入，经U1和V1流出，产生如图13所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿3右边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿5右边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿5右边的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿7右边的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿7右边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿9右边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿9右边的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿11右边的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿11右边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿1右边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿1右边的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿3右边的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

240度时，如图14所示，U相为330度，其磁场强度为-0.5；V相为240度，其磁场强度为-0.886；电流由U2和V2流入，经U1和V1流出，产生如图14所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿4左边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿6左边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿6左边的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿8左边的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿8左边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿10左边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿10左边的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿12左齿边的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿12左边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿2左边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿2左边的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿4左边的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

270度时，如图15所示，U相为360度，其磁场强度为0；V相为270度，其磁场强度为-1；U相无电流通过，电流由V2流入，经V1流出，产生如图15所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿4中间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿6中间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿6中的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿8中间的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿8中间，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿10中间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿10中的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿12中间的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿12中间，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿2中间，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿2中的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿4中间的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

300度时，如图16所示，U相为30度，其磁场强度为0.5；V相为300度，其磁场强度为-0.886；电流由U1和V2流入，经U2和V1流出，产生如图16所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿4右边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿6右边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿6右边的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿8右边的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿8右边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿10右边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿10右边的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿12右边的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿12右边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿2右边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿2右边的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿4右边的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

330度时，如图17所示，U相为60度，其磁场强度为0.886；V相为330度，其磁场强度为-0.5；电流由U1和V2流入，经U2和V1流出，产生如图17所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿5左边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿7左边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿7左边的北极也同时推动转子磁极北极N1反时针转动，定子合成在电枢齿9左边的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；定子南极合成在电枢齿9左边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿11左边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿11左边的北极也同时推动转子磁极北极N2反时针转动，定子合成在电枢齿1左齿边的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；定子南极合成在电枢齿1左边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿3左边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿3左边的北极也同时推动转子磁极北极N3反时针转动，定子合成在电枢齿5左边的南极也吸引转子磁极北极N3反时针转动。

经过上述二相电源的相位变化和引起的对转子上永磁体的驱动，使转子上永磁体S3的位置转到了在V相为0度时的位置，完成了一次完整的360度的电角度的驱动，后面过程就是重复这一过程，三次完整的电角度的驱动使转子转动一周，实现了电机转子的转动。

从上面过程可以看到，电机转子的转动速度是由二相交流电的相位变化而产生的旋转磁场驱动的，而相位变化的快慢取决于二相交流电的频率，也就是说明径向磁场单相交流永磁无刷电机可以由变频器来对其进行转速调节。

如同单相鼠笼式转子的交流电机，径向磁场单相交流永磁无刷电机也可以制作成如图5所示的电容运行式和如图18所示的电容启动式，在图18中CY是运行电容，而CQ是启动电容，SW是常闭式离心开关，当转子转动到一定速度时断开启动电容CQ。当然常闭式离心开关也可以采用转子转动到一定速度时自行断开启动电容的电子开关代替，这是已经广为应用的替代方式，但这并不构成本质差别。

本发明提供了径向磁场单相交流永磁无刷电机的各相绕组的绕制方式和对各相绕组在二相交流电输入时各个相位情况下对安装有永磁体的电机转子进行了驱动，以达到用二相交流电实现电能和机械能的转换，而二相交流电是由普通日常的单相交流电经过电容裂相而来的，满足相应的民用和工业应用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明包含但不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。特别要指出的是，转子上永磁体有许多不同的结构形状和制造方式，如圆环充磁和表面贴磁片等，只要其磁力线与电机转轴相垂直而不是平行，就应视为是相同的径向磁场方式的电机；再如电机绕组绕制过程中常用的出于工艺考虑将一相绕组分成几个绕组绕后并联以及分成几段绕组绕制后串联，都是视为一相绕组。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.径向磁场单相交流永磁无刷电机，包括电机定子和圆柱形永磁体转子，其特征是：径向磁场单相交流永磁无刷电机其电机定子由内部是圆桶形并有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，电枢齿上绕制有二相定子绕组，定子上绕组通电后产生的磁力线与电机轴相垂直，产生径向磁场；圆柱形永磁体转子上装有永磁体，圆柱形永磁体转子也产生径向磁场，定子绕组通电时在其各个电枢齿上分别产生南极和北极磁极，定子电枢齿上面向转子的磁极和转子上面向电枢齿的永磁体的磁极按照同性磁极产生相互推开的排斥力，异性磁极产生相互拉近的吸引力的方式驱动转子上每一个南极和北极永磁体，而定子绕组的绕制方式使得在通以单相交流电时产生旋转磁场进而驱动转子向一个方向旋转，二相定子绕组由单相交流电源驱动。

2.根据权利要求1所述的径向磁场单相交流永磁无刷电机，其特征是：硅钢片叠加而成的定子其电枢齿上的定子绕组按集中式绕制方法围绕单个电枢齿二边的电枢槽绕制，同一相绕组的相邻两个线圈绕向相反，同一相绕组的相邻二个线圈之间相隔一个电枢齿，二相定子绕组的绕制方式相同并相邻电枢齿放置。

3.根据权利要求1所述的径向磁场单相交流永磁无刷电机，其特征是：二相绕组的一端相连在一起并且接于单相交流电源的一根电源线上；在电容运行方式时二相绕组的其中一相绕组的另一端串连接一个运行电容后与另一相绕组的另一端相连接在一起后接于单相交流电源的另一根电源线上；在电容启动方式时运行电容上面并联有一个串联有常闭式离心开关的启动电容。

4.根据权利要求3所述的径向磁场单相交流永磁无刷电机，其特征是：常闭式离心开关包含电子方式的常闭式离心开关。

5.根据权利要求1所述的径向磁场单相交流永磁无刷电机，其特征是：圆柱形永磁体转子在外径向沿电机转轴方向装有磁力线与电机转轴相垂直的永磁体圆环，并将永磁体圆环按外径向充磁而成，也可用将永磁体磁铁按其磁力线与电机转轴相垂直的方式沿电机转轴方向安装于圆柱形转子的转子体而成，圆柱形永磁体转子上的永磁体产生的磁极产生径向磁场并按南极北极相邻排列。

6.根据权利要求1所述的径向磁场单相交流永磁无刷电机，其特征是：径向磁场单相交流永磁无刷电机的圆柱形永磁体转子在外径向的磁极数量与定子电枢槽槽数的关系是：定子电枢槽槽数等于圆柱形永磁体转子外径向磁场的南极和北极的磁极数量之和乘以2。

7.根据权利要求1所述的径向磁场单相交流永磁无刷电机，其特征是：电机转子转动速度由能改变输出频率的单相交流变频器进行调节，单相交流变频器输出的二根交流电源线接于径向磁场单相交流永磁无刷电机的二根电源线上。

Images