CN221081015U - 新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机，与径向磁场电机不同，其电机的定子和转子构成的平面与电机轴相垂直，定子和转子产生的磁力线与电机轴相平行，其转子装有其磁力线与电机转轴平行的永磁体，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。在日常动力应用上实现了节能减排，具有广泛的应用前景。

Description

新型轴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：

新型轴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

在本发明的新型轴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平行的方式，转子上永磁体安装的平面与转子转轴相垂直，具有电机机体很薄同时又有低转速大转矩的特点，在制造方式上将改变现有电机定子和转子采用冲片后叠片的方式(该方式很浪费硅钢片材料)，使材料利用率得以提高并满足相应场合的使用。无刷电机绕组的定子由导磁体材料构成，定子上共有二相按集中方式围绕一个电枢齿的相邻二个电枢槽间绕制的绕组，定子上同一相定子绕组的相邻二个线圈绕向相反并相隔一个电枢齿，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，故命名为新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机。新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机的永磁体转子的磁极数量与定子绕组相数和定子上按单面计电枢槽数的关系是：定子上按单面计的电枢槽数等于转子上永磁体按单面计的南极与北极之和的数量乘以定子绕组相数2。

本发明的新型轴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新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机的二根电源线上，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是本发明的新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机定转子结构和绕组连接示意图。

图2是一个二相12电枢齿定子按集中式绕制方式的定子示意图。

图3是另一个与图2相对的二相12电枢齿定子按集中式绕制方式的定子示意图。

图4是为了便于理解而把图2分解只显示定子上一相绕组(U相)的绕制图。

图5是转子M1的平面图。

图6是电机定子的二相绕组的连接方式。

图7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8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9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10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11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12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13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14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15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16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17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18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。

具体实施方式

本发明的新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机的圆盘形定子平面与电机转轴相垂直，采用导磁体材料构成的圆盘形定子上按径向构造有用于绕制定子线圈的电枢齿，电枢齿构成的平面与电机轴相垂直，电枢齿之间有用于绕制二相定子绕组的电枢槽，定子上同一相定子绕组的相邻二个线圈绕向相反，通电驱动时产生轴向磁场；圆盘形转子上有与电机转轴相垂直并且由导磁材料构成的圆形安装平面，在圆形安装平面安装有永磁体，同时安装平面上的永磁体也与电机转轴相垂直，永磁体的磁力线沿电机转轴的轴向分布，永磁体的磁极在安装平面上以南极北极相邻方式排列，形成南极北极相邻的轴向磁场。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，圆盘形定子电枢齿上面向圆盘形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，圆盘形定子上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旋转。驱动时转子上每一个南极和北极都同时被定子线圈产生的磁场的排斥力和吸引力进行驱动，定子线圈由单相交流电驱动。

圆盘形定子的电枢齿上按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的方式并且按集中方式绕制绕组，其每一个线圈都是按集中方式围绕一个电枢齿的相邻二个电枢槽间绕制；定子上共有二相绕组，二相绕组相邻电枢齿排列；定子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制后并联以及分成几段绕组绕制后串联，都是视为一相绕组；二相绕组的一端相连在一起并且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。

为了达到定子电枢齿上产生的磁场能驱动转子上每一个南极和北极永磁体，本发明的新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机上按单面计的定子电枢槽数等于永磁转子上按单面计的南极和北极的磁极之和的数量乘以绕组相数2。具体可以在图1中可以看到，以三个南极三个北极共6个磁极为例，槽数等于2乘6极为12槽；如果采用六个南极六个北极共12个磁极，就为24槽。

图1是本发明的新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机定子结构示意图，1是永磁体的安装平面和与电机轴7相垂直的转子，磁力线按轴向分布，1上S和N是永磁体的南极和北极，永磁体在安装平面上磁极南北相间排列。2是由导磁体材料构成的定子，其定子平面与电机轴相垂直。3是电机二端的端盖。4是电机轴与端盖相接的轴承。5是电机壳体。6是定子上围绕电枢齿绕制的绕组线圈。左下边小图上L和N分别是单相交流电的火线和零线，U，V是电机的二相绕组，C是与U绕组串联的电容。

图2是一个二相12电枢齿定子绕制方式的定子示意图(线圈按集中方式围绕一个电枢齿的二边齿槽绕制)，图上箭头表示绕制方向，如U相绕组由U+开始，经电枢齿J1和J12中间的电枢槽到J2和J1中间的电枢槽顺时针绕制后之间相隔一个电枢齿J2后到电枢齿J5和J4中间的电枢槽到J4和J3中间的电枢槽顺反针绕制，再到电枢齿J6和J5中间的电枢槽到J7和J6中间的电枢槽顺时针绕制，如此往下，直到绕制完毕，尾端头是U-，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反。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，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J1和J2中间)开始进行V相的绕制，U相和V相绕组相邻电枢齿排列，起始端分别是U+，V+；尾端头是U-，V-。定子可以用带状硅钢片卷绕成盘状后经加工而成，亦可以用导磁性材料经压铸，烧结等方式制造。

图3是另一个与图2相对的二相12电枢齿定子绕制方式的定子示意图，从图1可见，它位于转子的另一边，与图2的定子在同一通电驱动状态下产生相异的磁性，驱动转子的另一面相异的磁性，图上箭头也表示绕制方向，为清晰起见，转子的另一边的定子这一部分后面不再描述。

图4是为了便于理解而把图2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。

图5是转子M1的平面图，其转子上永磁体的安装平面与电机轴相垂直，磁力线按轴向分布，磁极是南极S和北极N相间安装(按单面去看)，为便于分析说明，我们按理想状态将磁性集中视为在图中的黑色粗线上(以二相6磁极12电枢齿为例示范)，转子的另外一边是与该磁极的磁性相反的磁极为清晰起见，转子的另外一边的这一部分后面不再描述。

本发明的新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机定子绕组的绕制方式采用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，并且同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反，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平行，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。

由电工知识我们知道当交流电流流过电容器时，电容二端的电压相位滞后于电流90度。由此我们将电容串连进一相绕组，使其分裂成相位差为90度的二相电流。

图6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，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(也有称移相)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。

下面就新型轴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7到图18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7到图18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(为了清楚，我们画为弧形)，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，在定子上将磁极合成成一个点(实际应是一条线面，为图面清晰和便于分析，我们画为一个点)，并在图上以一个小圆圈表示，转子上磁极以一条线并以S1，S2，S3来表示其上三个南极和N1，N2，N3来表示其上三个北极，这种方式在电动力学中作为普遍分析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0，90，180，270度)我们在相应的图中隐去。

图7到图18中，所谓“左边”和“右边”是以电枢齿J7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。同时，下面描述的都是磁极单面的情况，定子上的磁极是指是朝向转子磁极的方向，为显示清晰，定子电枢齿我们用较细的线画出以突出电枢齿上的磁场变化。

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。为在电枢齿上好标明归一化磁场强度的大小，以0.9来表明0.866的值，其后的N或S表示磁极磁性并以V相为相位基准来描述。

转子上的磁极是相应的面向定子电枢齿的方向，并且用点画线表示相邻二个磁体的分界线。

0度时，如图，7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U+流入，经U-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J1中间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J3中间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J3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J5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J5中间，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J7中间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J7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J9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J9中间，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J11中间，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J11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J1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8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U+和V+流入，经U-和V-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J1右边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J3右边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J3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J5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J5右边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J7右边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J7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J9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J9右边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J11右边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J11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J1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9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U+和V+流入，经U-和V-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J2左边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J4左边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J4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J6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J6左边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J8左边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J8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J10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J10左边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J12左边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J12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J2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10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V+流入，经V-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J2中间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J4中间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J4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J6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J6中间，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J8中间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J8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J10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J10中间，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J12中间，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J12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J2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11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U-和V+流入，经U+和V-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J2右边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J4右边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J4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J6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J6右边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J8右边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J8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J10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J10右边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J12右边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J12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J2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12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U-和V+流入，经U+和V-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J3左边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J5左边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J5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J7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J7左边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J9左边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J9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J11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J11左边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J1左边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J1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J3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13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U-流入，经U+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J3中间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J5中间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J5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J7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J7中间，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J9中间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J9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J11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J11中间，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J1中间，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J1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J3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14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U-和V-流入，经U+和V+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J3右边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J5右边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J5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J7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J7右边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J9右边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J9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J11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J11右边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J1右边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J1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J3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15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U-和V-流入，经U+和V+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J4左边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J6左边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J6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J8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J8左边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J10左边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J10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J12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J12左边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J2左边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J2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J4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16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V-流入，经V+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J4中间，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J6中间，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J6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J8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J8中间，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J10中间，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J10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J12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J12中间，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J2中间，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J2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J4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17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U+和V-流入，经U-和V+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J4右边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J6右边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J6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J8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J8右边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J10右边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J10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J12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J12右边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J2右边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J2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J4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18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U+和V-流入，经U-和V+流出，产生如图18所示的磁极和强度。定子南极合成在电枢齿J5左边，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿J7左边，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿J7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J9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J9左边，推动转子磁极南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿J11左边，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿J11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J1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J1左边，推动转子磁极南极S3反时针转动，北极合成在电枢齿J3左边，也吸引转子磁极南极S3反时针转动；电枢齿J3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J5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的位置将转到了S1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引起的，而相位变化的快慢取决于二相交流电的频率，也就是说明新型轴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。

由上面图中可以看到新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机的定子和转子都可以轴向相互多个叠加从而增大功率和转矩，如采用二个转子和三个定子的方式(中间一个定子为二面都有电枢齿和绕组)。

本发明提供了新型轴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其二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(也称移相)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，如圆环平面充磁和表面贴磁片型等，只要其磁力线与电机转轴相平行而不是垂直，就应视为是相同的轴向磁场方式的电机；同样地，对于定子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制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 (6)

1.新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机，包括圆盘形电机定子和圆盘形永磁体转子以及机壳和转轴，其特征是：新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机的圆盘形定子平面与电机轴相垂直，导磁体材料构成的定子上构造有用于绕制定子绕组的电枢齿，电枢齿构成的平面与电机轴相垂直，电枢齿之间有用于绕制定子绕组的电枢槽，定子上共有二相按集中方式围绕一个电枢齿的相邻二个电枢槽间绕制的绕组，二相绕组相邻电枢齿排列，定子上同一相定子绕组的相邻二个线圈绕向相反并相隔一个电枢齿，定子绕组通电驱动时产生轴向磁场；圆盘形转子上安装有永磁体，永磁体的磁力线沿电机转轴的轴向分布，永磁体的磁极以南极北极相邻方式排列，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，圆盘形定子上绕组的绕制方式使得在通以单相交流电产生时产生旋转磁场进而驱动转子旋转，定子绕组由单相交流电驱动。

2.根据权利要求1所述的新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机，其特征是：定子用导磁体材料构成，并且圆盘形定子上按径向构造有用于绕制二相定子绕组的电枢齿和电枢槽。

3.根据权利要求1所述的新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机，其特征是：定子电枢齿上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，其每一个线圈都是按集中方式围绕一个电枢齿的相邻二个电枢槽间绕制；定子上共有二相绕组，二相绕组相邻电枢齿排列；二相绕组的一端相连在一起并且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。

4.根据权利要求1所述的新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机，其特征是：圆盘形转子上有与电机转轴相垂直并且由导磁材料构成的圆形安装平面，在圆形安装平面安装有永磁体，安装平面上的永磁体也与电机转轴相垂直，永磁体的磁力线沿电机转轴的轴向分布，永磁体的磁极在安装平面上以南极北极相邻方式排列，形成南极北极相邻的轴向磁场。

5.根据权利要求1所述的新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机，其特征是：新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机的永磁体转子的磁极数量与定子绕组相数和定子上按单面计电枢槽数的关系是：定子上按单面计的电枢槽数等于转子上永磁体按单面计的南极与北极之和的数量乘以定子绕组相数2。

6.根据权利要求1所述的新型轴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输出交流电源线接于新型轴向磁场单相交流永磁无刷电机的二根电源线上。