[发明专利]分相启动U型单相电动机定子

权利要求书

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。

2.根据权利要求1所述的一种分相启动U型单相电动机定子的使用方法，其特征在于：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。