CN218976423U - 径向磁场三相交流永磁无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供径向磁场三相交流永磁无刷电机，与普通三相交流电机不同，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，圆柱形永磁体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三相交流电源上使用，也可以经交流变频器进行速度调节，相对于传统的三相交流电机在同样规格情况下提高了电机效率和功率以及转矩，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，具有取代现在广泛使用的三相交流电机的应用前景和非常重大的意义。

Description

径向磁场三相交流永磁无刷电机

本发明公开了径向磁场三相交流永磁无刷电机。

技术领域

本发明涉及三相交流电机技术领域。

背景技术：

径向磁场三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。

三相交流电机，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三相绕组线圈，当通过三相交流电时，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。在现有的技术中，电机的定子上在鼠笼式转子上感应出电流过程中由于定子和转子之间的不得不存在的气隙使得感应电流减小而产生损耗，并且鼠笼式转子上感应出电流并产生出转子上的磁场也将再次存在损耗，使得电机效能下降。而本发明的径向磁场三相交流永磁无刷电机将定子上三相交流电产生的旋转磁场直接作用于具有永磁体的转子上，驱动转子旋转，提高了电能到输出机械能的转换效率，并且相对于直流无刷电机，又去掉了高成本的驱动器，这在工业动力应用中对于节能减排，绿色低碳都具有着很重要的意义。

发明内容

在本发明的径向磁场三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永磁体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开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分布方式围绕五个电枢齿齿槽绕制，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三相交流电源上使用，也可以经变频器进行速度调节，相对于传统的三相交流电机在同样规格情况下提高了电机效率和功率，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，增大了转矩和驱动功率，故命名为径向磁场三相交流永磁无刷电机。

本发明的径向磁场三相交流永磁无刷电机也可经由可调输出频率的三相交流变频器进行调节，交流变频器输出的三根相线接于径向磁场三相交流永磁无刷电机的三根相线上，改变变频器输出的三相交流电的频率从而达到调节转速的目的。

附图说明

图1是一个三相24个电枢齿定子按分布式绕制方式的定子M1示意图。

图2是三相定子绕组当电流分别由其起始端头流入和结尾端流出时在电枢齿上产生的南极和北极示意图。

图3是为了便于理解而把图1分解只显示定子上一相绕组(U相)的绕制图。

图4是U相电流为0度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图5是U相电流为30度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图6是U相电流为60度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图7是U相电流为90度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图8是U相电流为120度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图9是U相电流为150度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图10是U相电流为180度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图11是U相电流为210度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图12是U相电流为240度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图13是U相电流为270度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图14是U相电流为300度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。

图15是U相电流为330度时三相驱动电流所产生的磁场和对转子的驱动图。·

具体实施方式

本发明的径向磁场三相交流永磁无刷电机，包括了电机定子和圆柱形永磁体转子，其电机定子由内部是圆桶形并开有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，定子上绕组通电后产生的磁力线与电机转轴相垂直，定子电枢齿之间绕制有三相定子绕组，绕组通电驱动时产生径向磁场；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，圆柱形永磁体转子的磁力线按径向分布，并在外径向上各个磁极按南极北极相邻排列。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圆柱形永磁体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，而定子绕组的绕制方式使得在通以三相交流电时产生旋转磁场进而驱动转子向一个方向旋转。定子绕组由三相交流电源供电驱动。

本发明的径向磁场三相交流永磁无刷电机定子电枢槽数等于安装有圆柱形永磁体的转子在外径向上径向磁场的南极和北极的数量和乘以6。具体可以在图1中可以看到(图1中M1是内部是圆桶形并在内径向上面开有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成的定子，而M2是在外径向装有磁力线与电机转轴相垂直的圆柱形永磁体的转子，其磁力线按径向分布，圆柱形永磁体转子在外径向上其永磁体的各个磁极按南极北极相邻排列)，以三相绕组，二个南极和二个北极共4个磁极为例，数量和为4，槽数等于4，乘6为24槽。

本发明的径向磁场三相交流永磁无刷电机定子绕组的绕制方式是跨过六个齿槽的五个电枢齿间绕制，并且同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反，在当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，相邻二个线圈的中心相隔5个电枢齿，如此保持同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反直到绕制完毕，对于其余二相的绕组也用同样的方式绕制，当不计绕组起点所在的电枢槽时相邻相绕组相隔3个电枢槽排列，这在图1和图2中可以看到。各相绕组的起始端部引出去接三相交流电的相线，如图2中的U1，V1，和W1，各相绕组的尾部相接在一起，在图2中就是将U2，V2和W2相接在一起，形成传统的星形接法(在电机领域，三角形接法和星形接法都是公知的说法)，当通以三相交流电时，各相绕组上电流相位不同，而定子绕组的绕制方式使得在通以三相交流电时产生旋转磁场从而驱动转子旋转。

由于定子绕组的绕制方式是跨过六个齿槽的五个电枢齿间绕制并且同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反，在当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，相邻二个线圈的中心相隔5个电枢齿，所以定子电枢槽数等于永磁转子南北磁极的数量乘以6，当圆柱形永磁体的转子外径向上径向磁场的南北磁极的数量采用三个南极和三个北极共6个磁极，就为6X6＝36槽；当圆柱形永磁体的转子外径向上径向磁场的南北磁极的数量采用四个南极和四个北极共个8磁极，就为8X6＝48槽；当圆柱形永磁体的转子外径向上径向磁场的南北磁极的数量采用五个南极和五个北极共10个磁极，就为10X6＝60槽；当圆柱形永磁体的转子外径向上径向磁场的南北磁极的数量采用六个南极和六个北极共12个磁极，就为12X6＝72槽。

圆柱形永磁体转子一般采用圆盘形硅钢片叠片套于转轴上而成，亦可以采用固定于转轴上的铁环制作，并将永磁体圆环与其套上粘合为一体，永磁体圆环在外径向上充磁，其永磁体圆环的磁力线与电机转轴垂直，当然也可用采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，圆柱形永磁体转子在外径向上各个磁极按南极北极相邻排列，形成南极和北极相邻的径向磁场。

下面就以具体的一个定子是24个电枢齿，转子是4个磁极的径向磁场三相交流永磁无刷电机的具体实施方式进行说明其绕制和驱动方式。

图1展示了一个三相24个电枢齿定子按分布式绕制方式的定子M1示意图，图中绕组上的箭头表示绕制方向，绕制方式是跨过六个齿槽的五个电枢齿间绕制，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，并且当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，二个线圈的中心相隔5个电枢齿。当不计绕组起点所在的电枢槽时相邻相的绕组相隔3个电枢槽。图中M2是二个南极和二个北极共四个磁极的圆柱形永磁体转子。

U相绕组由U1开始，绕组线圈从电枢齿1的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿5的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿3)，绕到要求圈数后从电枢齿5的右边电枢槽转出，引到电枢齿11的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿7的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿9，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿7的左边电枢槽转出，引到电枢齿13的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿17的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿15，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿17的右边电枢槽转出，引到电枢齿23的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿19的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿21，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，同时该线圈的中心与中心在电枢齿3的第一个线圈也相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿19的左边电枢槽转出为端头U2。

V相绕组由V1开始，绕组线圈从电枢齿5的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿9的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿7)，绕到要求圈数后从电枢齿9的右边电枢槽转出，引到电枢齿15的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿11的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿13，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿13的左边电枢槽转出，引到电枢齿17的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿21的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿19，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿21的右边电枢槽转出，引到电枢齿3的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿23的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿1，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，同时该线圈的中心与中心在电枢齿7的第一个线圈也相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿23的左边电枢槽转出为端头V2。

W相绕组由W1开始，绕组线圈从电枢齿9的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿13的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿11)，绕到要求圈数后从电枢齿13的右边电枢槽转出，引到电枢齿19的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿15的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿17，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿15的左边电枢槽转出，引到电枢齿21的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿1的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿23，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿1的右边电枢槽转出，引到电枢齿7的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿3的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿5，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，同时该线圈的中心与中心在电枢齿11的第一个线圈也相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿3的左边电枢槽转出为端头W2。

U相第一个线圈的起点在电枢齿1和24中间的电枢槽，V相第一个线圈的起点在电枢齿4和5中间的电枢槽，中间相隔了电枢齿1和2，电枢齿2和3以及电枢齿3和4之间的3个电枢槽；W相第一个线圈的起点在电枢齿8和9中间的电枢槽，与V相起点在电枢齿4和5中间的电枢槽相比，中间相隔了电枢齿5和6，电枢齿6和7以及电枢齿7和8之间的3个电枢槽；由此可以看到当不计绕组起点所在的电枢槽时，其U，V和W相是相隔3个电枢槽排列。三相绕组的另一端U2，V2和W2端头相连接导通，形成星形连接。

图2展示了图1的三相定子绕组U1--U2，V1--V2和W1--W2，在当电流A+分别流入于U1，V1和W1时和电流A-流出于U2，V2和W2时各个电枢齿上的磁性图，图上绕组上的箭头表示电流方向，1到24是其定子的电枢齿，US，UN，VS，VN，和WS，WN分别表示U，V和W相在各个电枢齿上产生的磁性示意图，S为南极，N是北极，如US和UN分别表示U相上产生的南极US和北极UN。

图3是为了便于理解而把图1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和电流流入方向，绕制方式是跨过六个齿槽的五个电枢齿间绕制，绕组线圈从电枢齿1的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿5的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿3)，绕到要求圈数后从电枢齿5的右边电枢槽转出，引到电枢齿11的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿7的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿9，当不计二个线圈中心所在的电枢齿3和9时，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿，也就是相隔了电枢齿4，5，6，7和8)，绕到要求圈数后从电枢齿7的左边电枢槽转出，引到电枢齿13的左边电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿17的右边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿15，当不计二个线圈中心所在的电枢齿9和15时，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿，也就是相隔了电枢齿10，11，12，13和14)，绕到要求圈数后从电枢齿17的右边电枢槽转出，引到电枢齿23的右边电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿19的左边电枢槽(该线圈的中心在电枢齿21，当不计二个线圈中心所在的电枢齿15和21时，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，也就是相隔了电枢齿16，17，18，19和20；同时当不计二个线圈中心所在的电枢齿21和3时，该线圈的中心与中心在电枢齿3的第一个线圈也相隔5个电枢齿，也就是相隔了电枢齿22，23，24，1和2)，绕到要求圈数后从电枢齿19的左边电枢槽转出。当电流从U1流入到U2流出时，图中电枢齿上US和UN分别是绕组在电枢齿产生的南极S和北极N。

上面讲解了本发明的径向磁场三相交流永磁无刷电机的具体绕制结构，下面就径向磁场三相交流永磁无刷电机接于三相交流电，当三相交流电流的各个相位变化并结合图4到图15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4到图15中，各个绕组上的箭头表示电流方向，电流由正极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，为了展示清楚三相交流电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，并将定子电枢齿用稍细的线画出，以突出显示电枢齿上磁极的变化情况。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。对于各图中出现的在某一个电枢齿上出现一相绕组通电让它产生南极，而另一相绕组通电让它产生北极的情况，我们在该电枢齿以一个小圆圈进行标记，如图4上的电枢齿3，9，15和21，我们称之为电损(电能损失)。为在电枢齿好标明归一化磁场强度的大小，以0.9来表明0.866值。下面图4到图15中，所谓“左边”和“右边”是以电枢齿13的中心的左边位置和右边位置来定义的，以便统一观察的方向。

由三相交流电的基础知识我们得知，三相交流电各相在相位上相差120度，这共有知识我们就不给出三相交流电的图了，如当A相为0度时B相是-120度，而C相是120度，为了便于理解我们用无刷电机常用的U，V，W符号来代表A，B，C相，实际是一样的，U代表A相，V代表B相和W代表C相。

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，电流为1时，电枢齿上磁场强度也为1，并以U相为相位基准来描述)：

0度时，如图4所示，U相为0度，其磁场强度为0；V相为-120度，其磁场强度为-0.866；W相为120度时，其磁场强度为0.866；U相无电流通过，电流由W1流入，W2流出并流入V2，经V1流出。产生如图4所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿12，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿18，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿18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24的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿24的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿6，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿6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的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿9，15，21和3因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

30度时，如图5所示，U相为30度，其磁场强度为0.5；V相为-90度，其磁场强度为-1；W相为150度时，其磁场强度为0.5；电流由W1和U1流入，W2和U2流出并流入V2，经V1流出。产生如图5所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿13，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿19，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿19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1的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿1的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿7，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿7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13的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿10，16，22和4因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

60度时，如图6所示，U相为60度，其磁场强度为0.866；V相为-60度，其磁场强度为-0.866；W相为180度时，其磁场强度为0；电流由U1流入，U2流出并流入V2，经V1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14，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿20，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿20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2的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿2的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿8，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿8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14的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿11，17，23和5因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

90度时，如图7所示，U相为90度，其磁场强度为1；V相为-30度，其磁场强度为-0.5；W相为210度时，其磁场强度为-0.5；电流由U1流入，U2流出并流入V2和W2，经V1和W1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15，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿21，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿21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3的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿3的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿9，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿9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15的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿12，18，24和6因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

120度时，如图8所示，U相为120度，其磁场强度为0.866；V相为0度，其磁场强度为0；W相为240度时，其磁场强度为-0.866；电流由U1流入，U2流出并流入W2，经W1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16，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿22，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿22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4的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿4的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿10，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿10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16的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿13，19，1和7因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

150度时，如图9所示，U相为150度，其磁场强度为0.5；V相为30度，其磁场强度为0.5；W相为270度时，其磁场强度为-1；电流由U1和V1流入，U2和V2流出并流入W2，经W1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17，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿23，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿23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的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿5的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿11，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿11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17的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿14，20，2和8因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

180度时，如图10所示，U相为180度，其磁场强度为0；V相为60度，其磁场强度为0.866；W相为300度时，其磁场强度为-0.866；电流由V1流入，V2流出并流入W2，经W1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18，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿24，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿24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的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿6的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿12，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿12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18的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿15，21，3和9因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

210度时，如图11所示，U相为210度，其磁场强度为-0.5；V相为90度，其磁场强度为1；W相为330度时，其磁场强度为-0.5；电流由V1流入，V2流出并流入W2和U2，经W1和U1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19，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿1，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿1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的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿7的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿13，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿13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19的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿16，22，4和10因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

240度时，如图12所示，U相为240度，其磁场强度为-0.866；V相为120度，其磁场强度为0.866；W相为360度时，其磁场强度为0；电流由V1流入，V2流出并流入U2，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20，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿2，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿2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的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿8的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿14，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿14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20的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿17，23，5和11因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

270度时，如图13所示，U相为270度，其磁场强度为-1；V相为150度，其磁场强度为0.5；W相为30度时，其磁场强度为0.5；电流由V1和W1流入，V2和W2流出并流入U2，经U1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21，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿3，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿3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的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿9的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿15，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿15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21的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿18，24，6和12因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

300度时，如图14所示，U相为300度，其磁场强度为-0.866；V相为180度，其磁场强度为0；W相为60度时，其磁场强度为-0.866；电流由W1流入，W2流出并流入U2，经U1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22，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿4，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿4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10的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿10的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿16，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿16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22的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿19，1，7和13因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

330度时，如图15所示，U相为330度，其磁场强度为-0.5；V相为210度，其磁场强度为-0.5；W相为90度时，其磁场强度为1；电流由W1流入，W2流出并流入U2和V2，经U1和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23，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿5，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿5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11的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿11的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿17，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿17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23的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿20，2，8和14因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。

经过上述三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S2的位置转到了在U相为0度时S1的位置，完成了一次电角度的驱动，后面过程就是重复这一过程，由三相交流电相位的变化产生了旋转磁场，直接推动于圆柱形永磁体转子上的磁极，实现了电机转子的转动。从上面过程也可以看到，电机转子的转动速度是由三相交流电的相位变化引起的，而相位变化的快慢取决于三相交流电的频率，也就是说明径向磁场三相交流永磁无刷电机可以由三相交流变频器来对其进行转速调节。

本发明提供了径向磁场三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三相交流电输入时各个相位的变化产生的旋转磁场对安装有永磁体的电机圆柱形转子进行了驱动，达到了提高三相交流电实现电能和机械能的转换效率，满足相应的工业应用并具有重大的意义。

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，圆柱形转子上的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型等，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。

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 (6)

1.径向磁场三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：径向磁场三相交流永磁无刷电机其电机定子由内部是圆桶形并开有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，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；圆柱形永磁体转子上装有永磁体，圆柱形永磁体转子的磁力线按径向分布，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三相交流电时产生旋转磁场进而驱动转子向一个方向旋转，定子绕组由三相交流电源供电驱动。

2.根据权利要求1所述的径向磁场三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同一相绕组的绕制方式是按分布方式绕组在跨过六个电枢槽的五个电枢齿间绕制，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，并且当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，相邻二个线圈的中心相隔5个电枢齿；三相绕组的绕制方式相同，当不计绕组起点所在的电枢槽时，相邻相的绕组相隔3个电枢槽放置；三相绕组的一端用于接三相交流电源，三相绕组的另一端都相连接在一起，形成星形连接。

3.根据权利要求1所述的径向磁场三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，圆柱形永磁体转子的磁力线产生径向磁场，并在外径向上各个磁极按南极北极相邻排列。

4.根据权利要求1所述的径向磁场三相交流永磁无刷电机，其特征是：径向磁场三相交流永磁无刷电机的永磁体转子外径向上径向磁场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永磁体转子外径向上径向磁场的南极和北极的数量之和乘以6。

5.根据权利要求1所述的径向磁场三相交流永磁无刷电机，其特征是：定子电枢齿之间绕制有三相定子绕组，定子上三相绕组的起始端分别接于三相交流电的三根相线上，三相交流电各相相位相差120度，由三相交流电驱动电机转子旋转。

6.根据权利要求1所述的径向磁场三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各相相位相差120度的三相交流变频器进行调节，三相交流变频器输出的三根相线接于径向磁场三相交流永磁无刷电机的三根相线上。

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