裂极变极变速外转子异步电动机的制作方法

本发明是一种裂极变极变速外转子异步电动机，其涉及一种电动机，特别是涉及一种裂极变极变速外转子异步电动机。

背景技术：

风机泵类负载的轴功率与转速的三次方成正比，通过调节电动机转速能够调节风机泵类负载的大小。调节电动机转速通常有变频调速法和变极变速法两种技术方案。变频调速法需要配置变频器，成本较高。为了降低成本，许多家用变频空调的室内风机和室外风机采用PG电机调速法。PG电机调速法是通过功率元件（可控硅或三级管）对电源电压斩波方式调整单相交流异步电动机的端电压，实现调节该电动机转速。无论是变频调速法还是PG电机调速法，其综合成本都远远大于变极变速法。

普通吊扇电动机是外转子异步电动机，普通吊扇电动机的调速方法有电抗器调速法、绕组抽头调速法、可控硅斩波调速法。电抗器调速法效率低、成本高，绕组抽头调速法的电机绕组结构复杂、加工困难，电抗器调速法和绕组抽头调速法这两种技术方案已经被淘汰。可控硅斩波调速法是通过功率元件（可控硅）对电源电压斩波方式调整单相交流异步电动机的端电压，实现调节该电动机转速。可控硅斩波调速法输出的交流电压非正弦波，必然引起电动机产生电磁噪声。电动机低转速调速运行时，电动机端电压降低幅度大，可控硅输出的交流电压波形畸变大，电磁噪声在电动机低转速调速运行时尤其明显。并且，降低交流异步电动机的端电压使之在低转速运行时，电动机铜损较大、电机效率降低、电机散热性能差、电机发热严重。普通吊扇电动机的工作绕组线圈与启动绕组线圈在结构上采用内外两圈排列，工作绕组线圈数量与启动绕组线圈数量相等，工作绕组线圈数量与启动绕组线圈数量等于电动机定子磁极数量。

应用于风机泵类负载的变极变速电动机采用双功率设计，即低转速时小功率输出，高转速时大功率输出，符合节能要求。若有变极变速外转子异步电动机，则能满足风机泵类负载关于低成本小型电动机节能技术的需求。若吊扇电动机采用变极变速外转子异步电动机，并且采用可控硅斩波调速法对该变极变速外转子异步电动机进行无级调速，该电动机变极变速时，高速档运行时的电动机端电压与低速档运行时的电动机端电压相等。该电动机采用可控硅斩波调速法在电动机变极变速的基础上进行无级调速时，与普通外转子异步电动机采用可控硅斩波调速法获得相同低转速的技术方案相比，该电动机端电压降低幅度较小，可控硅输出的交流电压波形畸变较小，能够有效的抑制电动机低转速运行时的电磁噪声、降低电动机铜损、提高电机效率。

技术实现要素：

本发明的目的是克服普通吊扇电动机采用可控硅斩波调速法进行无级调速时产生电磁噪声的缺点，提供一种裂极变极变速外转子异步电动机。本发明的实施方案如下：

裂极变极变速外转子异步电动机包括定子部件、转子部件。所述电动机定子部件的工作绕组线圈与启动绕组线圈在结构上采用内外两圈排列，工作绕组线圈数量与启动绕组线圈数量不相等，工作绕组线圈数量等于低速档电动机定子磁极数量的两倍，启动绕组线圈数量等于低速档电动机定子磁极数量。定子部件的工作绕组线圈连接在工作绕组线路中，定子部件的启动绕组线圈连接在启动绕组线路中，启动绕组线路中串联有电容器，采用电容移相启动方式，工作绕组线路两端与启动绕组线路两端并联在一起连接交流电源。通过改变工作绕组线圈在工作绕组线路中的连接方式，同时改变启动绕组线圈在启动绕组线路中的连接方式，调整电动机定子磁极数量，实现所述电动机变极变速。所述电动机采用可控硅斩波调速法在电动机变极变速的基础上进行无级调速。所述电动机在高速档运行，采用可控硅斩波调速法降低电动机端电压时，电动机输出转速大于低速档额定转速，并且，电动机输出转速小于高速档额定转速。所述电动机在低速档运行，采用可控硅斩波调速法降低电动机端电压时，电动机输出转速小于低速档额定转速。

定子部件包括定子铁芯、绝缘板、工作绕组线圈、启动绕组线圈。定子铁芯中间是定子磁轭环，定子磁轭环径向内侧是铁芯轴孔，定子磁轭环径向外侧均布若干个副极身，副极身数量等于低速档电动机定子磁极数量。每一个副极身径向外侧有一个连接磁轭，每一个连接磁轭径向外侧的两端各有一个主极身，主极身数量等于低速档电动机定子磁极数量的两倍，每一个主极身径向外侧有一个极靴。绝缘板轴向截面与定子铁芯轴向截面相同。定子铁芯轴向两端各安装有一个绝缘板，之后在每一个副极身上缠绕加工启动绕组线圈，在每一个主极身上缠绕加工工作绕组线圈。

转子部件包括鼠笼铁芯、鼠笼。鼠笼铁芯呈环形，鼠笼铁芯中间是转子气隙内腔，鼠笼铁芯径向内侧边缘均布若干个鼠笼线槽。鼠笼两端是端环，两个端环之间均布若干个导条，导条安装在鼠笼铁芯的鼠笼线槽中。把定子部件安装在转子部件的转子气隙内腔中。

定子磁极为二极/四极的定子铁芯上共有四个副极身、四个连接磁轭、八个主极身。四个副极身分别命名为副极身壹、副极身贰、副极身叁、副极身肆。四个连接磁轭分别命名为连接磁轭壹、连接磁轭贰、连接磁轭叁、连接磁轭肆。八个主极身分别命名为主极身一、主极身二、主极身三、主极身四、主极身五、主极身六、主极身七、主极身八。定子磁极为二极/四极的定子铁芯上，副极身壹径向外侧是连接磁轭壹，连接磁轭壹径向外侧的两端分别是主极身一、主极身二。副极身贰径向外侧是连接磁轭贰，连接磁轭贰径向外侧的两端分别是主极身三、主极身四。副极身叁径向外侧是连接磁轭叁，连接磁轭叁径向外侧的两端分别是主极身五、主极身六。副极身肆径向外侧是连接磁轭肆，连接磁轭肆径向外侧的两端分别是主极身七、主极身八。

定子磁极为二极/四极的定子部件上共有四个启动绕组线圈、八个工作绕组线圈。四个启动绕组线圈分别命名为启动绕组线圈壹、启动绕组线圈贰、启动绕组线圈叁、启动绕组线圈肆。八个工作绕组线圈分别命名为工作绕组线圈一、工作绕组线圈二、工作绕组线圈三、工作绕组线圈四、工作绕组线圈五、工作绕组线圈六、工作绕组线圈七、工作绕组线圈八。

定子磁极为二极/四极的定子铁芯上，副极身壹上安装有启动绕组线圈壹，副极身贰上安装有启动绕组线圈贰，副极身叁上安装有启动绕组线圈叁，副极身肆上安装有启动绕组线圈肆。主极身一上安装有工作绕组线圈一，主极身二上安装有工作绕组线圈二，主极身三上安装有工作绕组线圈三，主极身四上安装有工作绕组线圈四，主极身五上安装有工作绕组线圈五，主极身六上安装有工作绕组线圈六，主极身七上安装有工作绕组线圈七，主极身八上安装有工作绕组线圈八。

所述电动机在四极启动和运行状态时，八个工作绕组线圈连接在工作绕组线路中。工作绕组线圈二和工作绕组线圈三产生的磁场使主极身二和主极身三径向外表面为N极，主极身二和主极身三组成一个定子磁极n极。工作绕组线圈四和工作绕组线圈五产生的磁场使主极身四和主极身五径向外表面为S极，主极身四和主极身五组成一个定子磁极s极。工作绕组线圈六和工作绕组线圈七产生的磁场使主极身六和主极身七径向外表面为N极，主极身六和主极身七组成一个定子磁极n极。工作绕组线圈八和工作绕组线圈一产生的磁场使主极身八和主极身一径向外表面为S极，主极身八和主极身一组成一个定子磁极s极。

所述电动机在四极启动和运行状态时，四个启动绕组线圈连接在启动绕组线路中。启动绕组线圈壹产生的磁场使主极身一和主极身二径向外表面为Ny极，主极身一和主极身二组成一个定子磁极ny极。启动绕组线圈贰产生的磁场使主极身三和主极身四径向外表面为Sy极，主极身三和主极身四组成一个定子磁极sy极。启动绕组线圈叁产生的磁场使主极身五和主极身六径向外表面为Ny极，主极身五和主极身六组成一个定子磁极ny极。启动绕组线圈肆产生的磁场使主极身七和主极身八径向外表面为Sy极，主极身七和主极身八组成一个定子磁极sy极。

所述电动机在四极启动和运行状态时，八个工作绕组线圈在电机气隙中产生合成磁场磁极共四极，四个启动绕组线圈在电机气隙中产生合成磁场磁极共四极，在电机气隙中这两个合成磁场方向在空间上相差九十度电角度，利用电容的移相作用，使工作绕组线路中的电流相位与启动绕组线路中的电流相位相差约为九十度电角度，则八个工作绕组线圈与四个启动绕组线圈共同作用产生定子旋转磁场。转子部件的鼠笼切割定子旋转磁场的磁力线产生异步转矩，所述电动机启动并运行。

所述电动机在二极启动和运行状态时，八个工作绕组线圈连接在工作绕组线路中。工作绕组线圈一、工作绕组线圈二、工作绕组线圈三、工作绕组线圈四产生的磁场使主极身一、主极身二、主极身三、主极身四径向外表面为N极，主极身一、主极身二、主极身三、主极身四组成一个定子磁极n极。工作绕组线圈五、工作绕组线圈六、工作绕组线圈七、工作绕组线圈八产生的磁场使主极身五、主极身六、主极身七、主极身八径向外表面为S极，主极身五、主极身六、主极身七、主极身八组成一个定子磁极s极。

所述电动机在二极启动和运行状态时，四个启动绕组线圈连接在启动绕组线路中。启动绕组线圈肆和启动绕组线圈壹产生的磁场使主极身七、主极身八、主极身一、主极身二径向外表面为Ny极，主极身七、主极身八、主极身一、主极身二组成一个定子磁极ny极。启动绕组线圈贰和启动绕组线圈叁产生的磁场使主极身三、主极身四、主极身五、主极身六径向外表面为Sy极，主极身三、主极身四、主极身五、主极身六组成一个定子磁极sy极。

所述电动机在二极启动和运行状态时，八个工作绕组线圈在电机气隙中产生合成磁场磁极共二极，四个启动绕组线圈在电机气隙中产生合成磁场磁极共二极，在电机气隙中这两个合成磁场方向在空间上相差九十度电角度，利用电容的移相作用，使工作绕组线路中的电流相位与启动绕组线路中的电流相位相差约为九十度电角度，则八个工作绕组线圈与四个启动绕组线圈共同作用产生定子旋转磁场。转子部件的鼠笼切割定子旋转磁场的磁力线产生异步转矩，所述电动机启动并运行。

所述电动机通过改变八个工作绕组线圈在工作绕组线路中的连接方式，同时改变四个启动绕组线圈在启动绕组线路中的连接方式，调整电动机定子磁极数量，实现所述电动机变极变速，满足风机泵类负载关于低成本小型电动机节能技术的需求。

所述电动机变极变速时，高速档运行时的电动机端电压与低速档运行时的电动机端电压相等。所述电动机在低速档运行，采用可控硅斩波调速法降低电动机端电压时，所述电动机端电压与电动机额定电压的比率等于所述电动机输出转速与低速档额定转速的比值。普通外转子异步电动机采用可控硅斩波调速法降低电动机端电压时，该电动机端电压与电动机额定电压的比率等于该电动机输出转速与普通外转子异步电动机额定转速的比值。普通外转子异步电动机额定转速等于所述电动机高速档额定转速。因此，所述电动机在低速档运行，采用可控硅斩波调速法降低电动机端电压时，与普通外转子异步电动机采用可控硅斩波调速法获得相同低转速的技术方案相比，所述电动机端电压降低幅度较小，可控硅输出的交流电压波形畸变较小，能够有效的抑制电动机低转速运行时的电磁噪声、降低电动机铜损、提高电机效率。

附图说明

说明书附图是裂极变极变速外转子异步电动机的结构图和示意图。其中图1是裂极变极变速外转子异步电动机的轴测图。图2是定子部件的轴测图。图3是定子铁芯的轴测图。图4是绝缘板的轴测图。图5是转子部件的轴测图。图6是转子铁芯的轴测图。图7是鼠笼的轴测图。图8是绕组线圈的轴测图。图9是所述电动机在低速档启动和运行状态时，工作绕组线圈产生的磁场磁通路径示意图，电动机定子磁极数为四极。图10是所述电动机在低速档启动和运行状态时，启动绕组线圈产生的磁场磁通路径示意图，电动机定子磁极数为四极。图11是所述电动机在高速档启动和运行状态时，工作绕组线圈产生的磁场磁通路径示意图，电动机定子磁极数为二极。图12是所述电动机在高速档启动和运行状态时，启动绕组线圈产生的磁场磁通路径示意图，电动机定子磁极数为二极。

说明书附图中大写字母N和S代表工作绕组线圈磁极极性，小写字母n和s代表工作绕组线圈在电机气隙中产生合成磁场磁极极性。说明书附图中字母Ny和Sy代表启动绕组线圈磁极极性，小写字母ny和sy代表启动绕组线圈在电机气隙中产生合成磁场磁极极性。虚线绘制的绕组线圈代表该绕组线圈在该图所示状态时未导通。

图中标注有鼠笼铁芯1、鼠笼2、极靴3、工作绕组线圈一4、主极身一5、启动绕组线圈壹6、副极身壹7、连接磁轭壹8、工作绕组线圈二9、主极身二10、转子气隙内腔11、启动绕组线圈贰12、工作绕组线圈三13、主极身三14、连接磁轭贰15、副极身贰16、工作绕组线圈四17、主极身四18、定子磁轭环19、启动绕组线圈叁20、工作绕组线圈五21、主极身五22、连接磁轭叁23、副极身叁24、工作绕组线圈六25、主极身六26、磁力线路径27、磁场方向28、转子旋转方向29、启动绕组线圈肆30、工作绕组线圈七31、主极身七32、连接磁轭肆33、副极身肆34、工作绕组线圈八35、主极身八36、定子铁芯37、绝缘板38、铁芯轴孔39、鼠笼线槽40、导条41、端环42、绕组线圈43。

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至图8，裂极变极变速外转子异步电动机包括定子部件、转子部件。所述电动机定子部件的工作绕组线圈与启动绕组线圈在结构上采用内外两圈排列，工作绕组线圈数量与启动绕组线圈数量不相等，工作绕组线圈数量等于低速档电动机定子磁极数量的两倍，启动绕组线圈数量等于低速档电动机定子磁极数量。定子部件的工作绕组线圈连接在工作绕组线路中，定子部件的启动绕组线圈连接在启动绕组线路中，启动绕组线路中串联有电容器，采用电容移相启动方式，工作绕组线路两端与启动绕组线路两端并联在一起连接交流电源。通过改变工作绕组线圈在工作绕组线路中的连接方式，同时改变启动绕组线圈在启动绕组线路中的连接方式，调整电动机定子磁极数量，实现所述电动机变极变速。所述电动机采用可控硅斩波调速法在电动机变极变速的基础上进行无级调速。所述电动机在高速档运行，采用可控硅斩波调速法降低电动机端电压时，电动机输出转速大于低速档额定转速，并且，电动机输出转速小于高速档额定转速。所述电动机在低速档运行，采用可控硅斩波调速法降低电动机端电压时，电动机输出转速小于低速档额定转速。

定子部件包括定子铁芯37、绝缘板38、工作绕组线圈、启动绕组线圈。定子铁芯37中间是定子磁轭环19，定子磁轭环19径向内侧是铁芯轴孔39，定子磁轭环19径向外侧均布若干个副极身，副极身数量等于低速档电动机定子磁极数量。每一个副极身径向外侧有一个连接磁轭，每一个连接磁轭径向外侧的两端各有一个主极身，主极身数量等于低速档电动机定子磁极数量的两倍，每一个主极身径向外侧有一个极靴3。绝缘板38轴向截面与定子铁芯37轴向截面相同。定子铁芯37轴向两端各安装有一个绝缘板38，之后在每一个副极身上缠绕加工启动绕组线圈，在每一个主极身上缠绕加工工作绕组线圈。

转子部件包括鼠笼铁芯1、鼠笼2。鼠笼铁芯1呈环形，鼠笼铁芯1中间是转子气隙内腔11，鼠笼铁芯1径向内侧边缘均布若干个鼠笼线槽40。鼠笼2两端是端环42，两个端环42之间均布若干个导条41，导条41安装在鼠笼铁芯1的鼠笼线槽40中。把定子部件安装在转子部件的转子气隙内腔11中。

定子磁极为二极/四极的定子铁芯37上共有四个副极身、四个连接磁轭、八个主极身。四个副极身分别命名为副极身壹7、副极身贰16、副极身叁24、副极身肆34。四个连接磁轭分别命名为连接磁轭壹8、连接磁轭贰15、连接磁轭叁23、连接磁轭肆33。八个主极身分别命名为主极身一5、主极身二10、主极身三14、主极身四18、主极身五22、主极身六26、主极身七32、主极身八36。定子磁极为二极/四极的定子铁芯37上，副极身壹7径向外侧是连接磁轭壹8，连接磁轭壹8径向外侧的两端分别是主极身一5、主极身二10。副极身贰16径向外侧是连接磁轭贰15，连接磁轭贰15径向外侧的两端分别是主极身三14、主极身四18。副极身叁24径向外侧是连接磁轭叁23，连接磁轭叁23径向外侧的两端分别是主极身五22、主极身六26。副极身肆34径向外侧是连接磁轭肆33，连接磁轭肆33径向外侧的两端分别是主极身七32、主极身八36。

定子磁极为二极/四极的定子部件上共有四个启动绕组线圈、八个工作绕组线圈。四个启动绕组线圈分别命名为启动绕组线圈壹6、启动绕组线圈贰12、启动绕组线圈叁20、启动绕组线圈肆30。八个工作绕组线圈分别命名为工作绕组线圈一4、工作绕组线圈二9、工作绕组线圈三13、工作绕组线圈四17、工作绕组线圈五21、工作绕组线圈六25、工作绕组线圈七31、工作绕组线圈八35。

定子磁极为二极/四极的定子铁芯37上，副极身壹7上安装有启动绕组线圈壹6，副极身贰16上安装有启动绕组线圈贰12，副极身叁24上安装有启动绕组线圈叁20，副极身肆34上安装有启动绕组线圈肆30。主极身一5上安装有工作绕组线圈一4，主极身二10上安装有工作绕组线圈二9，主极身三14上安装有工作绕组线圈三13，主极身四18上安装有工作绕组线圈四17，主极身五22上安装有工作绕组线圈五21，主极身六26上安装有工作绕组线圈六25，主极身七32上安装有工作绕组线圈七31，主极身八36上安装有工作绕组线圈八35。

参照图9至图12，所述电动机在四极启动和运行状态时，八个工作绕组线圈连接在工作绕组线路中。工作绕组线圈二9和工作绕组线圈三13产生的磁场使主极身二10和主极身三14径向外表面为N极，主极身二10和主极身三14组成一个定子磁极n极。工作绕组线圈四17和工作绕组线圈五21产生的磁场使主极身四18和主极身五22径向外表面为S极，主极身四18和主极身五22组成一个定子磁极s极。工作绕组线圈六25和工作绕组线圈七31产生的磁场使主极身六26和主极身七32径向外表面为N极，主极身六26和主极身七32组成一个定子磁极n极。工作绕组线圈八35和工作绕组线圈一4产生的磁场使主极身八36和主极身一5径向外表面为S极，主极身八36和主极身一5组成一个定子磁极s极。

所述电动机在四极启动和运行状态时，四个启动绕组线圈连接在启动绕组线路中。启动绕组线圈壹6产生的磁场使主极身一5和主极身二10径向外表面为Ny极，主极身一5和主极身二10组成一个定子磁极ny极。启动绕组线圈贰12产生的磁场使主极身三14和主极身四18径向外表面为Sy极，主极身三14和主极身四18组成一个定子磁极sy极。启动绕组线圈叁20产生的磁场使主极身五22和主极身六26径向外表面为Ny极，主极身五22和主极身六26组成一个定子磁极ny极。启动绕组线圈肆30产生的磁场使主极身七32和主极身八36径向外表面为Sy极，主极身七32和主极身八36组成一个定子磁极sy极。

所述电动机在四极启动和运行状态时，八个工作绕组线圈在电机气隙中产生合成磁场磁极共四极，四个启动绕组线圈在电机气隙中产生合成磁场磁极共四极，在电机气隙中这两个合成磁场方向在空间上相差九十度电角度，利用电容的移相作用，使工作绕组线路中的电流相位与启动绕组线路中的电流相位相差约为九十度电角度，则八个工作绕组线圈与四个启动绕组线圈共同作用产生定子旋转磁场。转子部件的鼠笼2切割定子旋转磁场的磁力线产生异步转矩，所述电动机启动并运行。

所述电动机在二极启动和运行状态时，八个工作绕组线圈连接在工作绕组线路中。工作绕组线圈一4、工作绕组线圈二9、工作绕组线圈三13、工作绕组线圈四17产生的磁场使主极身一5、主极身二10、主极身三14、主极身四18径向外表面为N极，主极身一5、主极身二10、主极身三14、主极身四18组成一个定子磁极n极。工作绕组线圈五21、工作绕组线圈六25、工作绕组线圈七31、工作绕组线圈八35产生的磁场使主极身五22、主极身六26、主极身七32、主极身八36径向外表面为S极，主极身五22、主极身六26、主极身七32、主极身八36组成一个定子磁极s极。

所述电动机在二极启动和运行状态时，四个启动绕组线圈连接在启动绕组线路中。启动绕组线圈肆30和启动绕组线圈壹6产生的磁场使主极身七32、主极身八36、主极身一5、主极身二10径向外表面为Ny极，主极身七32、主极身八36、主极身一5、主极身二10组成一个定子磁极ny极。启动绕组线圈贰12和启动绕组线圈叁20产生的磁场使主极身三14、主极身四18、主极身五22、主极身六26径向外表面为Sy极，主极身三14、主极身四18、主极身五22、主极身六26组成一个定子磁极sy极。

所述电动机在二极启动和运行状态时，八个工作绕组线圈在电机气隙中产生合成磁场磁极共二极，四个启动绕组线圈在电机气隙中产生合成磁场磁极共二极，在电机气隙中这两个合成磁场方向在空间上相差九十度电角度，利用电容的移相作用，使工作绕组线路中的电流相位与启动绕组线路中的电流相位相差约为九十度电角度，则八个工作绕组线圈与四个启动绕组线圈共同作用产生定子旋转磁场。转子部件的鼠笼2切割定子旋转磁场的磁力线产生异步转矩，所述电动机启动并运行。

所述电动机通过改变八个工作绕组线圈在工作绕组线路中的连接方式，同时改变四个启动绕组线圈在启动绕组线路中的连接方式，调整电动机定子磁极数量，实现所述电动机变极变速，满足风机泵类负载关于低成本小型电动机节能技术的需求。

所述电动机变极变速时，高速档运行时的电动机端电压与低速档运行时的电动机端电压相等。所述电动机在低速档运行，采用可控硅斩波调速法降低电动机端电压时，所述电动机端电压与电动机额定电压的比率等于所述电动机输出转速与低速档额定转速的比值。普通外转子异步电动机采用可控硅斩波调速法降低电动机端电压时，该电动机端电压与电动机额定电压的比率等于该电动机输出转速与普通外转子异步电动机额定转速的比值。普通外转子异步电动机额定转速等于所述电动机高速档额定转速。因此，所述电动机在低速档运行，采用可控硅斩波调速法降低电动机端电压时，与普通外转子异步电动机采用可控硅斩波调速法获得相同低转速的技术方案相比，所述电动机端电压降低幅度较小，可控硅输出的交流电压波形畸变较小，能够有效的抑制电动机低转速运行时的电磁噪声、降低电动机铜损、提高电机效率。