四极四绕组电容移相电动机定子的制作方法

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四极四绕组电容移相电动机定子的制作方法与工艺

本发明是一种四极四绕组电容移相电动机定子,其涉及一种电动机的定子,特别是涉及一种定子磁极为四极、定子绕组为四个集中式绕组,采用移相启动方式,并且能够变极变速的适用于微型电动机的定子。



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,其综合成本大于变极变速法。电动机定子绕组分为分布式和集中式两大类。普通变极变速异步电动机采用分布式定子绕组。分布式定子绕组的嵌线工作比较困难、人工成本大。集中式定子绕组是把绕制线圈安装在凸极式定子铁芯上,集中式定子绕组的绕制加工和安装工作比较简单,通常用于小功率罩极式单相交流异步电动机。罩极式单相交流异步电动机常见有二极和四极两种转速规格。罩极式单相交流异步电动机的效率极低。

以电风扇为代表的家用电器配套的小型交流异步电动机,通常需要在一定范围内有级变速,电风扇电动机普遍采用定子绕组有中间抽头的交流异步电动机,通过改变不同档位的定子绕组接线方式改变电动机绕组端电压进行变速。此种方法具有成本低的优势,该电动机的效率较低,其定子绕组依然采用分布式定子绕组。

微型电动机广泛应用于家电、自动控制领域中。目前的微型异步电动机定子仍然是罩极式结构,电机效率非常低。因此,家电、自动控制领域迫切需要一种效率较高的适用于微型电动机的定子技术。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。若一种电动机定子绕组采用集中式绕组结构,并且采用移相启动方式,则该电动机定子适用于微型电动机,并且具备电机效率高、起动转矩大、运行性能好、成本低的优点。若有采用集中式绕组的变极变速异步电动机,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。



技术实现要素:

本发明的目的是克服罩极式单相异步电动机起动转矩小、运行性能差的缺点,以及克服普通变极变速异步电动机分布式定子绕组嵌线工作困难的缺点,提供一种定子磁极为四极、定子绕组为四个集中式绕组,采用移相启动方式,并且能够变极变速的适用于微型电动机的定子。本发明的实施方案如下:

四极四绕组电容移相电动机定子包括变极定子部件和变极磁轭部件。变极定子部件的定子磁极是二极/四极,有二个工作绕组线圈连接在工作绕组线路中,二个辅助绕组线圈连接在辅助绕组线路中,辅助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辅助绕组线路两端并联在一起连接交流电源。改变工作绕组线圈和辅助绕组线圈分别在工作绕组线路或辅助绕组线路中的连接方式,同时采用在变极定子部件中插入或者拔出变极磁轭部件的方式,改变变极定子部件的磁通路径,实现所述电动机定子变极变速。

变极定子部件包括定子铁芯一、定子铁芯二、定子铁芯三、半片工作绕组骨架、半片辅助绕组骨架、工作绕组线圈、辅助绕组线圈。变极磁轭部件包括磁轭支架、变极磁轭。

定子铁芯三呈“井”字形,定子铁芯三中间是定子气隙内腔,定子气隙内腔径向外侧边缘均布四个隔磁凹槽,每一个隔磁凹槽与定子气隙内腔之间形成一个截面非常小的隔磁磁桥。相邻两个隔磁凹槽之间各有两个定子磁极。

定子气隙内腔径向外侧边缘的左侧是磁极ⅰ下、磁极ⅰ上,磁极ⅰ下与磁极ⅰ上之间是水平隔磁空气槽一,磁极ⅰ下与磁极ⅰ上左右两侧连接处分别有一个截面非常小的隔磁磁桥。磁极ⅰ下下端面有连接凹槽一,连接凹槽一的轮廓呈燕尾形。磁极ⅰ上上端面有连接凹槽二,连接凹槽二的轮廓呈燕尾形。

定子气隙内腔径向外侧边缘的上端是磁极ⅱ左、磁极ⅱ右,磁极ⅱ左与磁极ⅱ右之间是垂直隔磁空气槽一,磁极ⅱ左与磁极ⅱ右下端连接处有一个截面非常小的隔磁磁桥。磁极ⅱ左上端左侧是连接磁轭一,磁极ⅱ右上端右侧是连接磁轭二。

定子气隙内腔径向外侧边缘的右侧是磁极ⅲ上、磁极ⅲ下,磁极ⅲ上与磁极ⅲ下之间是水平隔磁空气槽二,磁极ⅲ上与磁极ⅲ下左右两侧连接处分别有一个截面非常小的隔磁磁桥。磁极ⅲ上上端面有连接凹槽三,连接凹槽三的轮廓呈燕尾形。磁极ⅲ下下端面有连接凹槽四,连接凹槽四的轮廓呈燕尾形。

定子气隙内腔径向外侧边缘的下端是磁极ⅳ左、磁极ⅳ右,磁极ⅳ左与磁极ⅳ右之间是垂直隔磁空气槽二,磁极ⅳ左与磁极ⅳ右上端连接处有一个截面非常小的隔磁磁桥。磁极ⅳ左下端左侧是连接磁轭四,磁极ⅳ右下端右侧是连接磁轭三。

半片辅助绕组骨架上有骨架线槽一、骨架中心槽一。把两个半片辅助绕组骨架的骨架中心槽一安装在定子铁芯三的磁极ⅳ左和磁极ⅳ右的前后两侧,然后在两个半片辅助绕组骨架的骨架线槽一内缠绕辅助绕组线圈一。把两个半片辅助绕组骨架的骨架中心槽一安装在定子铁芯三的磁极ⅱ左和磁极ⅱ右的前后两侧,然后在两个半片辅助绕组骨架的骨架线槽一内缠绕辅助绕组线圈二。定子铁芯三、辅助绕组线圈一、辅助绕组线圈二和四个半片辅助绕组骨架组成辅助绕组定子部件。

定子铁芯二呈u形,定子铁芯二中间是横磁轭二,横磁轭二两侧分别是竖磁轭二、竖磁轭三,竖磁轭二的下端有连接榫头二,连接榫头二的轮廓呈燕尾形,连接榫头二的轮廓与定子铁芯三的连接凹槽二的轮廓相啮合。竖磁轭三的下端有连接榫头三,连接榫头三的轮廓呈燕尾形,连接榫头三的轮廓与定子铁芯三的连接凹槽三的轮廓相啮合。

半片工作绕组骨架上有骨架线槽二、骨架中心槽二。把两个半片工作绕组骨架的骨架中心槽二安装在定子铁芯二的横磁轭二的前后两侧,然后在两个半片工作绕组骨架的骨架线槽二内缠绕工作绕组线圈贰。定子铁芯二、工作绕组线圈贰和两个半片工作绕组骨架组成工作绕组定子部件二。

定子铁芯一呈u形,定子铁芯一中间是横磁轭一,横磁轭一两侧分别是竖磁轭一、竖磁轭四,竖磁轭一的上端有连接榫头一,连接榫头一的轮廓呈燕尾形,连接榫头一的轮廓与定子铁芯三的连接凹槽一的轮廓相啮合。竖磁轭四的上端有连接榫头四,连接榫头四的轮廓呈燕尾形,连接榫头四的轮廓与定子铁芯三的连接凹槽四的轮廓相啮合。

把两个半片工作绕组骨架的骨架中心槽二安装在定子铁芯一的横磁轭一的前后两侧,然后在两个半片工作绕组骨架的骨架线槽二内缠绕工作绕组线圈壹。定子铁芯一、工作绕组线圈壹和两个半片工作绕组骨架组成工作绕组定子部件一。

磁轭支架上端面呈矩形,磁轭支架上端面中间有呈矩形的固定孔,磁轭支架从前向后观测的截面轮廓与定子铁芯三的水平隔磁空气槽一或水平隔磁空气槽二的轮廓相啮合。变极磁轭安装在磁轭支架的固定孔中。一个磁轭支架与一个变极磁轭组成一个变极磁轭部件。

变极定子部件在装配时,把定子铁芯二的连接榫头二安装在定子铁芯三的连接凹槽二中,把定子铁芯二的连接榫头三安装在定子铁芯三的连接凹槽三中,使工作绕组定子部件二安装在辅助绕组定子部件上。此时,定子铁芯三的连接磁轭一左侧端面与定子铁芯二的竖磁轭二右侧端面相互接触安装在一起。并且,定子铁芯三的连接磁轭二右侧端面与定子铁芯二的竖磁轭三左侧端面相互接触安装在一起。

把定子铁芯一的连接榫头一安装在定子铁芯三的连接凹槽一中,把定子铁芯一的连接榫头四安装在定子铁芯三的连接凹槽四中,使工作绕组定子部件一安装在辅助绕组定子部件上。此时,定子铁芯三的连接磁轭四左侧端面与定子铁芯一的竖磁轭一右侧端面相互接触安装在一起。并且,定子铁芯三的连接磁轭三右侧端面与定子铁芯一的竖磁轭四左侧端面相互接触安装在一起。

变极定子部件在二极启动和运行状态时,把一个变极磁轭部件插入定子铁芯三的水平隔磁空气槽一中,把另一个变极磁轭部件插入定子铁芯三的水平隔磁空气槽二中。变极定子部件在四极启动和运行状态时,把两个变极磁轭部件分别从水平隔磁空气槽一和水平隔磁空气槽二中拔出。

四极四绕组电容移相电动机定子的变极变速运行过程是:

变极定子部件在四极启动和运行的某一时刻,工作绕组线圈贰和工作绕组线圈壹使电动机气隙中磁极ⅲ上和磁极ⅱ右组成一个n极磁极。磁极ⅱ左和磁极ⅰ上组成一个s极磁极。磁极ⅰ下和磁极ⅳ左组成一个n极磁极。磁极ⅳ右和磁极ⅲ下组成一个s极磁极。

变极定子部件在四极启动和运行的某一时刻,辅助绕组线圈二和辅助绕组线圈一使电动机气隙中磁极ⅱ左和磁极ⅱ右组成一个ny极磁极。磁极ⅰ下和磁极ⅰ上组成一个sy极磁极。磁极ⅳ左和磁极ⅳ右组成一个ny极磁极。磁极ⅲ上和磁极ⅲ下组成一个sy极磁极。

变极定子部件在四极启动和运行时,二个工作绕组线圈在电动机气隙中产生四个磁极的磁场,二个辅助绕组线圈在电动机气隙中产生四个磁极的磁场。电动机气隙中二个辅助绕组线圈磁场方向与二个工作绕组线圈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,使辅助绕组线圈的电流相位与工作绕组线圈的电流相位相差约为九十度,则辅助绕组线圈与工作绕组线圈共同作用产生四个磁极的定子旋转磁场。

变极定子部件在二极启动和运行的某一时刻,工作绕组线圈贰和工作绕组线圈壹使电动机气隙中磁极ⅱ左、磁极ⅰ上、磁极ⅰ下、磁极ⅳ左组成一个n极磁极。磁极ⅱ右、磁极ⅲ上、磁极ⅲ下、磁极ⅳ右组成一个s极磁极。

变极定子部件在二极启动和运行的某一时刻,辅助绕组线圈一与辅助绕组线圈二磁动势串联,辅助绕组线圈一与辅助绕组线圈二产生的磁场磁通路径分别穿过插入水平隔磁空气槽一和水平隔磁空气槽二中变极磁轭部件的变极磁轭。辅助绕组线圈一与辅助绕组线圈二使电动机气隙中磁极ⅳ左、磁极ⅳ右组成一个ny极磁极。磁极ⅱ左和磁极ⅱ右组成一个sy极磁极。

变极定子部件在二极启动和运行时,二个工作绕组线圈在电动机气隙中产生二个磁极的磁场,二个辅助绕组线圈在电动机气隙中产生二个磁极的磁场。电动机气隙中二个辅助绕组线圈磁场方向与二个工作绕组线圈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,使辅助绕组线圈的电流相位与工作绕组线圈的电流相位相差约为九十度,则辅助绕组线圈与工作绕组线圈共同作用产生二个磁极的定子旋转磁场。

电动机的定子铁芯、电动机气隙、转子铁芯共同组成封闭的电动机磁路。在四极四绕组电容移相电动机定子磁路中,改变定子铁芯各个零件在电动机磁路中的初始分割位置和改变辅助绕组线圈的安装位置,形成乙型定子部件。乙型定子部件包括乙型定子铁芯一、乙型定子铁芯二、乙型定子铁芯三、乙型半片工作绕组骨架、乙型半片辅助绕组骨架、工作绕组线圈、辅助绕组线圈。

乙型定子部件的定子磁极是四极,有二个工作绕组线圈连接在工作绕组线路中,二个辅助绕组线圈连接在辅助绕组线路中,辅助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辅助绕组线路两端并联在一起连接交流电源。乙型定子部件用于不需要变极变速的电动机。

乙型定子铁芯三呈“井”字形,乙型定子铁芯三中间是乙型定子气隙内腔,乙型定子气隙内腔径向外侧边缘均布四个隔磁凹槽,每一个隔磁凹槽与乙型定子气隙内腔之间形成一个截面非常小的隔磁磁桥。相邻两个隔磁凹槽之间各有两个定子磁极。

乙型定子气隙内腔径向外侧边缘的左侧是磁极ⅰ'下、磁极ⅰ'上,磁极ⅰ'下与磁极ⅰ'上之间是水平隔磁空气槽壹,磁极ⅰ'下与磁极ⅰ'上左右两侧连接处分别有一个截面非常小的隔磁磁桥。磁极ⅰ'下下端面有连接磁轭壹,连接磁轭壹下端面有连接榫头壹,连接榫头壹的轮廓呈燕尾形。磁极ⅰ'上上端面有连接磁轭贰,连接磁轭贰上端面有连接榫头贰,连接榫头贰的轮廓呈燕尾形。

乙型定子气隙内腔径向外侧边缘的上端是磁极ⅱ'左、磁极ⅱ'右,磁极ⅱ'左与磁极ⅱ'右之间是垂直隔磁空气槽壹,磁极ⅱ'左与磁极ⅱ'右下端连接处有一个截面非常小的隔磁磁桥。

乙型定子气隙内腔径向外侧边缘的右侧是磁极ⅲ'上、磁极ⅲ'下,磁极ⅲ'上与磁极ⅲ'下之间是水平隔磁空气槽贰,磁极ⅲ'上与磁极ⅲ'下左右两侧连接处分别有一个截面非常小的隔磁磁桥。磁极ⅲ'上上端面有连接磁轭叁,连接磁轭叁上端面有连接榫头叁,连接榫头叁的轮廓呈燕尾形。磁极ⅲ'下下端面有连接磁轭肆,连接磁轭肆下端面有连接榫头肆,连接榫头肆的轮廓呈燕尾形。

乙型定子气隙内腔径向外侧边缘的下端是磁极ⅳ'左、磁极ⅳ'右,磁极ⅳ'左与磁极ⅳ'右之间是垂直隔磁空气槽贰,磁极ⅳ'左与磁极ⅳ'右上端连接处有一个截面非常小的隔磁磁桥。

乙型半片辅助绕组骨架上有骨架线槽壹、骨架中心槽壹。把两个乙型半片辅助绕组骨架的骨架中心槽壹安装在乙型定子铁芯三的磁极ⅰ'下和磁极ⅰ'上的前后两侧,然后在两个乙型半片辅助绕组骨架的骨架线槽壹内缠绕辅助绕组线圈一'。把两个乙型半片辅助绕组骨架的骨架中心槽壹安装在乙型定子铁芯三的磁极ⅲ'上和磁极ⅲ'下的前后两侧,然后在两个乙型半片辅助绕组骨架的骨架线槽壹内缠绕辅助绕组线圈二'。乙型定子铁芯三、辅助绕组线圈一'、辅助绕组线圈二'和四个乙型半片辅助绕组骨架组成乙型辅助绕组定子部件。

乙型定子铁芯二呈u形,乙型定子铁芯二中间是横磁轭贰,横磁轭贰两侧分别是竖磁轭贰、竖磁轭叁,竖磁轭贰的下端有连接凹槽贰,连接凹槽贰的轮廓呈燕尾形,连接凹槽贰的轮廓与乙型定子铁芯三的连接榫头贰的轮廓相啮合。竖磁轭叁的下端有连接凹槽叁,连接凹槽叁的轮廓呈燕尾形,连接凹槽叁的轮廓与乙型定子铁芯三的连接榫头叁的轮廓相啮合。

乙型半片工作绕组骨架上有骨架线槽贰、骨架中心槽贰。把两个乙型半片工作绕组骨架的骨架中心槽贰安装在乙型定子铁芯二的横磁轭贰的前后两侧,然后在两个乙型半片工作绕组骨架的骨架线槽贰内缠绕工作绕组线圈贰'。乙型定子铁芯二、工作绕组线圈贰'和两个乙型半片工作绕组骨架组成乙型工作绕组定子部件二。

乙型定子铁芯一呈u形,乙型定子铁芯一中间是横磁轭壹,横磁轭壹两侧分别是竖磁轭壹、竖磁轭肆,竖磁轭壹的上端有连接凹槽壹,连接凹槽壹的轮廓呈燕尾形,连接凹槽壹的轮廓与乙型定子铁芯三的连接榫头壹的轮廓相啮合。竖磁轭肆的上端有连接凹槽肆,连接凹槽肆的轮廓呈燕尾形,连接凹槽肆的轮廓与乙型定子铁芯三的连接榫头肆的轮廓相啮合。

把两个乙型半片工作绕组骨架的骨架中心槽贰安装在乙型定子铁芯一的横磁轭壹的前后两侧,然后在两个乙型半片工作绕组骨架的骨架线槽贰内缠绕工作绕组线圈壹'。乙型定子铁芯一、工作绕组线圈壹'和两个乙型半片工作绕组骨架组成乙型工作绕组定子部件一。

乙型定子部件在装配时,把乙型定子铁芯二的连接凹槽贰安装在乙型定子铁芯三的连接榫头贰上,把乙型定子铁芯二的连接凹槽叁安装在乙型定子铁芯三的连接榫头叁上,使乙型工作绕组定子部件二安装在乙型辅助绕组定子部件上。此时,乙型定子铁芯三的磁极ⅱ'左左侧端面与乙型定子铁芯二的竖磁轭贰右侧端面相互接触安装在一起。并且,乙型定子铁芯三的磁极ⅱ'右右侧端面与乙型定子铁芯二的竖磁轭叁左侧端面相互接触安装在一起。

把乙型定子铁芯一的连接凹槽壹安装在乙型定子铁芯三的连接榫头壹上,把乙型定子铁芯一的连接凹槽肆安装在乙型定子铁芯三的连接榫头肆上,使乙型工作绕组定子部件一安装在乙型辅助绕组定子部件上。此时,乙型定子铁芯三的磁极ⅳ'左左侧端面与乙型定子铁芯一的竖磁轭壹右侧端面相互接触安装在一起。并且,乙型定子铁芯三的磁极ⅳ'右右侧端面与乙型定子铁芯一的竖磁轭肆左侧端面相互接触安装在一起。

四极四绕组电容移相电动机定子的非变极运行过程是:

乙型定子部件在四极启动和运行的某一时刻,工作绕组线圈贰'和工作绕组线圈壹'使电动机气隙中磁极ⅲ'上和磁极ⅱ'右组成一个n极磁极。磁极ⅱ'左和磁极ⅰ'上组成一个s极磁极。磁极ⅰ'下和磁极ⅳ'左组成一个n极磁极。磁极ⅳ'右和磁极ⅲ'下组成一个s极磁极。

乙型定子部件在四极启动和运行的某一时刻,辅助绕组线圈一'和辅助绕组线圈二'使电动机气隙中磁极ⅱ'左和磁极ⅱ'右组成一个ny极磁极。磁极ⅰ'下和磁极ⅰ'上组成一个sy极磁极。磁极ⅳ'左和磁极ⅳ'右组成一个ny极磁极。磁极ⅲ'上和磁极ⅲ'下组成一个sy极磁极。

乙型定子部件在四极启动和运行时,二个工作绕组线圈在电动机气隙中产生四个磁极的磁场,二个辅助绕组线圈在电动机气隙中产生四个磁极的磁场。电动机气隙中二个辅助绕组线圈磁场方向与二个工作绕组线圈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,使辅助绕组线圈的电流相位与工作绕组线圈的电流相位相差约为九十度,则辅助绕组线圈与工作绕组线圈共同作用产生四个磁极的定子旋转磁场。

四极四绕组电容移相电动机定子的辅助绕组与工作绕组采用集中式绕组结构,并且采用移相启动方式,该电动机定子结构适用于微型电动机,与罩极式单相异步电动机相比,四极四绕组电容移相电动机定子具备电机效率高、起动转矩大、运行性能好的优点。变极定子部件与变极磁轭部件配合使用,能够实现变极变速。乙型定子部件用于不需要变极变速的电动机。与变极定子部件相比,乙型定子部件的辅助绕组与工作绕组均布在乙型定子部件的径向外侧边缘,使乙型定子部件的直径尺寸更小。

四极四绕组电容移相电动机定子各个铁芯零件在电动机磁路中分割位置的相互接触表面仍然存在一个微小的缝隙,使电动机磁路磁阻增加,称之为附加气隙。乙型定子部件的工作绕组线圈和辅助绕组线圈产生的磁场磁通路径都是两次穿过附加气隙,工作绕组线圈分支磁路的磁阻与辅助绕组线圈分支磁路的磁阻均衡,电动机气隙中的磁场畸变小,定子磁动势谐波损耗小。

附图说明

说明书附图是四极四绕组电容移相电动机定子的结构图和示意图。其中图1是四极四绕组电容移相电动机定子的变极定子部件和变极磁轭部件装配在一起的轴测图。图中隐藏了右侧的磁轭支架和变极磁轭。图2是定子铁芯一、定子铁芯二、定子铁芯三、磁轭支架、变极磁轭的装配位置示意图。图中隐藏了右侧的磁轭支架和变极磁轭。图3是定子铁芯三、半片辅助绕组骨架、辅助绕组线圈一、辅助绕组线圈二装配在一起的轴测图。图4是定子铁芯三的轴测图。图5是定子铁芯二、半片工作绕组骨架、工作绕组线圈贰装配在一起的轴测图。图6是定子铁芯二的轴测图。图7是定子铁芯一、半片工作绕组骨架、工作绕组线圈壹装配在一起的轴测图。图8是定子铁芯一的轴测图。图9是半片工作绕组骨架的轴测图。图10是半片辅助绕组骨架的轴测图。图11是磁轭支架的轴测图。图12是变极定子部件在四极启动和运行状态时,工作绕组线圈产生的磁场磁通路径示意图。图13是变极定子部件在四极启动和运行状态时,辅助绕组线圈产生的磁场磁通路径示意图。图14是变极定子部件在二极启动和运行状态时,工作绕组线圈产生的磁场磁通路径示意图。图15是变极定子部件在二极启动和运行状态时,辅助绕组线圈产生的磁场磁通路径示意图。

图16是四极四绕组电容移相电动机定子的乙型定子部件的轴测图。图17是乙型定子铁芯一、乙型定子铁芯二、乙型定子铁芯三的装配位置示意图。图18是乙型定子铁芯三、乙型半片辅助绕组骨架、辅助绕组线圈一'、辅助绕组线圈二'装配在一起的轴测图。图19是乙型定子铁芯三的轴测图。图20是乙型定子铁芯二、乙型半片工作绕组骨架、工作绕组线圈贰'装配在一起的轴测图。图21是乙型定子铁芯二的轴测图。图22是乙型定子铁芯一、乙型半片工作绕组骨架、工作绕组线圈壹'装配在一起的轴测图。图23是乙型定子铁芯一的轴测图。图24是乙型半片工作绕组骨架的轴测图。图25是乙型半片辅助绕组骨架的轴测图。图26是乙型定子部件在四极启动和运行状态时,工作绕组线圈产生的磁场磁通路径示意图。图27是乙型定子部件在四极启动和运行状态时,辅助绕组线圈产生的磁场磁通路径示意图。

说明书附图中大写字母n和s代表所述电动机定子工作绕组线圈产生的磁场磁极极性,字母ny和sy代表辅助绕组线圈产生的磁场磁极极性。

图中标注有工作绕组线圈壹1、定子铁芯一2、辅助绕组线圈一3、半片辅助绕组骨架4、磁轭支架5、变极磁轭6、辅助绕组线圈二7、定子铁芯二8、工作绕组线圈贰9、半片工作绕组骨架10、定子气隙内腔11、水平隔磁空气槽二12、定子铁芯三13、水平隔磁空气槽一14、隔磁凹槽15、隔磁磁桥16、连接凹槽一17、磁极ⅰ下18、磁极ⅰ上19、连接凹槽二20、连接磁轭一21、磁极ⅱ左22、垂直隔磁空气槽一23、磁极ⅱ右24、连接磁轭二25、磁极ⅲ上26、磁极ⅲ下27、连接磁轭三28、磁极ⅳ右29、垂直隔磁空气槽二30、磁极ⅳ左31、连接磁轭四32、连接榫头二33、竖磁轭二34、横磁轭二35、竖磁轭一36、连接榫头一37、横磁轭一38、骨架线槽二39、骨架中心槽二40、骨架中心槽一41、骨架线槽一42、固定孔43、转子旋转方向44、转子部件45、磁场方向46、磁力线路径47、工作绕组线圈壹'48、乙型定子铁芯一49、辅助绕组线圈一'50、乙型半片辅助绕组骨架51、水平隔磁空气槽壹52、乙型定子铁芯二53、工作绕组线圈贰'54、乙型半片工作绕组骨架55、乙型定子气隙内腔56、乙型定子铁芯三57、辅助绕组线圈二'58、水平隔磁空气槽贰59、连接榫头壹60、磁极ⅰ'下61、连接磁轭壹62、磁极ⅰ'上63、连接磁轭贰64、连接榫头贰65、磁极ⅱ'左66、垂直隔磁空气槽壹67、磁极ⅱ'右68、磁极ⅲ'上69、连接磁轭叁70、磁极ⅲ'下71、连接磁轭肆72、磁极ⅳ'右73、垂直隔磁空气槽贰74、磁极ⅳ'左75、连接凹槽贰76、竖磁轭贰77、横磁轭贰78、竖磁轭壹79、连接凹槽壹80、横磁轭壹81、骨架线槽贰82、骨架中心槽贰83、骨架线槽壹84、骨架中心槽壹85、连接凹槽三86、连接凹槽四87、连接榫头三88、连接榫头四89、竖磁轭三90、竖磁轭四91、连接榫头叁92、连接榫头肆93、连接凹槽叁94、连接凹槽肆95、竖磁轭叁96、竖磁轭肆97、附加气隙98。

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11,四极四绕组电容移相电动机定子包括变极定子部件和变极磁轭部件。变极定子部件的定子磁极是二极/四极,有二个工作绕组线圈连接在工作绕组线路中,二个辅助绕组线圈连接在辅助绕组线路中,辅助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辅助绕组线路两端并联在一起连接交流电源。改变工作绕组线圈和辅助绕组线圈分别在工作绕组线路或辅助绕组线路中的连接方式,同时采用在变极定子部件中插入或者拔出变极磁轭部件的方式,改变变极定子部件的磁通路径,实现所述电动机定子变极变速。

变极定子部件包括定子铁芯一2、定子铁芯二8、定子铁芯三13、半片工作绕组骨架10、半片辅助绕组骨架4、工作绕组线圈、辅助绕组线圈。变极磁轭部件包括磁轭支架5、变极磁轭6。

定子铁芯三13呈“井”字形,定子铁芯三13中间是定子气隙内腔11,定子气隙内腔11径向外侧边缘均布四个隔磁凹槽15,每一个隔磁凹槽15与定子气隙内腔11之间形成一个截面非常小的隔磁磁桥16。相邻两个隔磁凹槽15之间各有两个定子磁极。

定子气隙内腔11径向外侧边缘的左侧是磁极ⅰ下18、磁极ⅰ上19,磁极ⅰ下18与磁极ⅰ上19之间是水平隔磁空气槽一14,磁极ⅰ下18与磁极ⅰ上19左右两侧连接处分别有一个截面非常小的隔磁磁桥16。磁极ⅰ下18下端面有连接凹槽一17,连接凹槽一17的轮廓呈燕尾形。磁极ⅰ上19上端面有连接凹槽二20,连接凹槽二20的轮廓呈燕尾形。

定子气隙内腔11径向外侧边缘的上端是磁极ⅱ左22、磁极ⅱ右24,磁极ⅱ左22与磁极ⅱ右24之间是垂直隔磁空气槽一23,磁极ⅱ左22与磁极ⅱ右24下端连接处有一个截面非常小的隔磁磁桥16。磁极ⅱ左22上端左侧是连接磁轭一21,磁极ⅱ右24上端右侧是连接磁轭二25。

定子气隙内腔11径向外侧边缘的右侧是磁极ⅲ上26、磁极ⅲ下27,磁极ⅲ上26与磁极ⅲ下27之间是水平隔磁空气槽二12,磁极ⅲ上26与磁极ⅲ下27左右两侧连接处分别有一个截面非常小的隔磁磁桥16。磁极ⅲ上26上端面有连接凹槽三86,连接凹槽三86的轮廓呈燕尾形。磁极ⅲ下27下端面有连接凹槽四87,连接凹槽四87的轮廓呈燕尾形。

定子气隙内腔11径向外侧边缘的下端是磁极ⅳ左31、磁极ⅳ右29,磁极ⅳ左31与磁极ⅳ右29之间是垂直隔磁空气槽二30,磁极ⅳ左31与磁极ⅳ右29上端连接处有一个截面非常小的隔磁磁桥16。磁极ⅳ左31下端左侧是连接磁轭四32,磁极ⅳ右29下端右侧是连接磁轭三28。

半片辅助绕组骨架4上有骨架线槽一42、骨架中心槽一41。把两个半片辅助绕组骨架4的骨架中心槽一41安装在定子铁芯三13的磁极ⅳ左31和磁极ⅳ右29的前后两侧,然后在两个半片辅助绕组骨架4的骨架线槽一42内缠绕辅助绕组线圈一3。把两个半片辅助绕组骨架4的骨架中心槽一41安装在定子铁芯三13的磁极ⅱ左22和磁极ⅱ右24的前后两侧,然后在两个半片辅助绕组骨架4的骨架线槽一42内缠绕辅助绕组线圈二7。定子铁芯三13、辅助绕组线圈一3、辅助绕组线圈二7和四个半片辅助绕组骨架4组成辅助绕组定子部件。

定子铁芯二8呈u形,定子铁芯二8中间是横磁轭二35,横磁轭二35两侧分别是竖磁轭二34、竖磁轭三90,竖磁轭二34的下端有连接榫头二33,连接榫头二33的轮廓呈燕尾形,连接榫头二33的轮廓与定子铁芯三13的连接凹槽二20的轮廓相啮合。竖磁轭三90的下端有连接榫头三88,连接榫头三88的轮廓呈燕尾形,连接榫头三88的轮廓与定子铁芯三13的连接凹槽三86的轮廓相啮合。

半片工作绕组骨架10上有骨架线槽二39、骨架中心槽二40。把两个半片工作绕组骨架10的骨架中心槽二40安装在定子铁芯二8的横磁轭二35的前后两侧,然后在两个半片工作绕组骨架10的骨架线槽二39内缠绕工作绕组线圈贰9。定子铁芯二8、工作绕组线圈贰9和两个半片工作绕组骨架10组成工作绕组定子部件二。

定子铁芯一2呈u形,定子铁芯一2中间是横磁轭一38,横磁轭一38两侧分别是竖磁轭一36、竖磁轭四91,竖磁轭一36的上端有连接榫头一37,连接榫头一37的轮廓呈燕尾形,连接榫头一37的轮廓与定子铁芯三13的连接凹槽一17的轮廓相啮合。竖磁轭四91的上端有连接榫头四89,连接榫头四89的轮廓呈燕尾形,连接榫头四89的轮廓与定子铁芯三13的连接凹槽四87的轮廓相啮合。

把两个半片工作绕组骨架10的骨架中心槽二40安装在定子铁芯一2的横磁轭一38的前后两侧,然后在两个半片工作绕组骨架10的骨架线槽二39内缠绕工作绕组线圈壹1。定子铁芯一2、工作绕组线圈壹1和两个半片工作绕组骨架10组成工作绕组定子部件一。

磁轭支架5上端面呈矩形,磁轭支架5上端面中间有呈矩形的固定孔43,磁轭支架5从前向后观测的截面轮廓与定子铁芯三13的水平隔磁空气槽一14或水平隔磁空气槽二12的轮廓相啮合。变极磁轭6安装在磁轭支架5的固定孔43中。一个磁轭支架5与一个变极磁轭6组成一个变极磁轭部件。

变极定子部件在装配时,把定子铁芯二8的连接榫头二33安装在定子铁芯三13的连接凹槽二20中,把定子铁芯二8的连接榫头三88安装在定子铁芯三13的连接凹槽三86中,使工作绕组定子部件二安装在辅助绕组定子部件上。此时,定子铁芯三13的连接磁轭一21左侧端面与定子铁芯二8的竖磁轭二34右侧端面相互接触安装在一起。并且,定子铁芯三13的连接磁轭二25右侧端面与定子铁芯二8的竖磁轭三90左侧端面相互接触安装在一起。

把定子铁芯一2的连接榫头一37安装在定子铁芯三13的连接凹槽一17中,把定子铁芯一2的连接榫头四89安装在定子铁芯三13的连接凹槽四87中,使工作绕组定子部件一安装在辅助绕组定子部件上。此时,定子铁芯三13的连接磁轭四32左侧端面与定子铁芯一2的竖磁轭一36右侧端面相互接触安装在一起。并且,定子铁芯三13的连接磁轭三28右侧端面与定子铁芯一2的竖磁轭四91左侧端面相互接触安装在一起。

变极定子部件在二极启动和运行状态时,把一个变极磁轭部件插入定子铁芯三13的水平隔磁空气槽一14中,把另一个变极磁轭部件插入定子铁芯三13的水平隔磁空气槽二12中。变极定子部件在四极启动和运行状态时,把两个变极磁轭部件分别从水平隔磁空气槽一14和水平隔磁空气槽二12中拔出。

参照图12至图15,四极四绕组电容移相电动机定子的变极变速运行过程是:

变极定子部件在四极启动和运行的某一时刻,工作绕组线圈贰9和工作绕组线圈壹1使电动机气隙中磁极ⅲ上26和磁极ⅱ右24组成一个n极磁极。磁极ⅱ左22和磁极ⅰ上19组成一个s极磁极。磁极ⅰ下18和磁极ⅳ左31组成一个n极磁极。磁极ⅳ右29和磁极ⅲ下27组成一个s极磁极。

变极定子部件在四极启动和运行的某一时刻,辅助绕组线圈二7和辅助绕组线圈一3使电动机气隙中磁极ⅱ左22和磁极ⅱ右24组成一个ny极磁极。磁极ⅰ下18和磁极ⅰ上19组成一个sy极磁极。磁极ⅳ左31和磁极ⅳ右29组成一个ny极磁极。磁极ⅲ上26和磁极ⅲ下27组成一个sy极磁极。

变极定子部件在四极启动和运行时,二个工作绕组线圈在电动机气隙中产生四个磁极的磁场,二个辅助绕组线圈在电动机气隙中产生四个磁极的磁场。电动机气隙中二个辅助绕组线圈磁场方向与二个工作绕组线圈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,使辅助绕组线圈的电流相位与工作绕组线圈的电流相位相差约为九十度,则辅助绕组线圈与工作绕组线圈共同作用产生四个磁极的定子旋转磁场。

变极定子部件在二极启动和运行的某一时刻,工作绕组线圈贰9和工作绕组线圈壹1使电动机气隙中磁极ⅱ左22、磁极ⅰ上19、磁极ⅰ下18、磁极ⅳ左31组成一个n极磁极。磁极ⅱ右24、磁极ⅲ上26、磁极ⅲ下27、磁极ⅳ右29组成一个s极磁极。

变极定子部件在二极启动和运行的某一时刻,辅助绕组线圈一3与辅助绕组线圈二7磁动势串联,辅助绕组线圈一3与辅助绕组线圈二7产生的磁场磁通路径分别穿过插入水平隔磁空气槽一14和水平隔磁空气槽二12中变极磁轭部件的变极磁轭6。辅助绕组线圈一3与辅助绕组线圈二7使电动机气隙中磁极ⅳ左31、磁极ⅳ右29组成一个ny极磁极。磁极ⅱ左22和磁极ⅱ右24组成一个sy极磁极。

变极定子部件在二极启动和运行时,二个工作绕组线圈在电动机气隙中产生二个磁极的磁场,二个辅助绕组线圈在电动机气隙中产生二个磁极的磁场。电动机气隙中二个辅助绕组线圈磁场方向与二个工作绕组线圈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,使辅助绕组线圈的电流相位与工作绕组线圈的电流相位相差约为九十度,则辅助绕组线圈与工作绕组线圈共同作用产生二个磁极的定子旋转磁场。

参照图16至图25,电动机的定子铁芯、电动机气隙、转子铁芯共同组成封闭的电动机磁路。在四极四绕组电容移相电动机定子磁路中,改变定子铁芯各个零件在电动机磁路中的初始分割位置和改变辅助绕组线圈的安装位置,形成乙型定子部件。乙型定子部件包括乙型定子铁芯一49、乙型定子铁芯二53、乙型定子铁芯三57、乙型半片工作绕组骨架55、乙型半片辅助绕组骨架51、工作绕组线圈、辅助绕组线圈。

乙型定子部件的定子磁极是四极,有二个工作绕组线圈连接在工作绕组线路中,二个辅助绕组线圈连接在辅助绕组线路中,辅助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辅助绕组线路两端并联在一起连接交流电源。乙型定子部件用于不需要变极变速的电动机。

乙型定子铁芯三57呈“井”字形,乙型定子铁芯三57中间是乙型定子气隙内腔56,乙型定子气隙内腔56径向外侧边缘均布四个隔磁凹槽15,每一个隔磁凹槽15与乙型定子气隙内腔56之间形成一个截面非常小的隔磁磁桥16。相邻两个隔磁凹槽15之间各有两个定子磁极。

乙型定子气隙内腔56径向外侧边缘的左侧是磁极ⅰ'下61、磁极ⅰ'上63,磁极ⅰ'下61与磁极ⅰ'上63之间是水平隔磁空气槽壹52,磁极ⅰ'下61与磁极ⅰ'上63左右两侧连接处分别有一个截面非常小的隔磁磁桥16。磁极ⅰ'下61下端面有连接磁轭壹62,连接磁轭壹62下端面有连接榫头壹60,连接榫头壹60的轮廓呈燕尾形。磁极ⅰ'上63上端面有连接磁轭贰64,连接磁轭贰64上端面有连接榫头贰65,连接榫头贰65的轮廓呈燕尾形。

乙型定子气隙内腔56径向外侧边缘的上端是磁极ⅱ'左66、磁极ⅱ'右68,磁极ⅱ'左66与磁极ⅱ'右68之间是垂直隔磁空气槽壹67,磁极ⅱ'左66与磁极ⅱ'右68下端连接处有一个截面非常小的隔磁磁桥16。

乙型定子气隙内腔56径向外侧边缘的右侧是磁极ⅲ'上69、磁极ⅲ'下71,磁极ⅲ'上69与磁极ⅲ'下71之间是水平隔磁空气槽贰59,磁极ⅲ'上69与磁极ⅲ'下71左右两侧连接处分别有一个截面非常小的隔磁磁桥16。磁极ⅲ'上69上端面有连接磁轭叁70,连接磁轭叁70上端面有连接榫头叁92,连接榫头叁92的轮廓呈燕尾形。磁极ⅲ'下71下端面有连接磁轭肆72,连接磁轭肆72下端面有连接榫头肆93,连接榫头肆93的轮廓呈燕尾形。

乙型定子气隙内腔56径向外侧边缘的下端是磁极ⅳ'左75、磁极ⅳ'右73,磁极ⅳ'左75与磁极ⅳ'右73之间是垂直隔磁空气槽贰74,磁极ⅳ'左75与磁极ⅳ'右73上端连接处有一个截面非常小的隔磁磁桥16。

乙型半片辅助绕组骨架51上有骨架线槽壹84、骨架中心槽壹85。把两个乙型半片辅助绕组骨架51的骨架中心槽壹85安装在乙型定子铁芯三57的磁极ⅰ'下61和磁极ⅰ'上63的前后两侧,然后在两个乙型半片辅助绕组骨架51的骨架线槽壹84内缠绕辅助绕组线圈一'50。把两个乙型半片辅助绕组骨架51的骨架中心槽壹85安装在乙型定子铁芯三57的磁极ⅲ'上69和磁极ⅲ'下71的前后两侧,然后在两个乙型半片辅助绕组骨架51的骨架线槽壹84内缠绕辅助绕组线圈二'58。乙型定子铁芯三57、辅助绕组线圈一'50、辅助绕组线圈二'58和四个乙型半片辅助绕组骨架51组成乙型辅助绕组定子部件。

乙型定子铁芯二53呈u形,乙型定子铁芯二53中间是横磁轭贰78,横磁轭贰78两侧分别是竖磁轭贰77、竖磁轭叁96,竖磁轭贰77的下端有连接凹槽贰76,连接凹槽贰76的轮廓呈燕尾形,连接凹槽贰76的轮廓与乙型定子铁芯三57的连接榫头贰65的轮廓相啮合。竖磁轭叁96的下端有连接凹槽叁94,连接凹槽叁94的轮廓呈燕尾形,连接凹槽叁94的轮廓与乙型定子铁芯三57的连接榫头叁92的轮廓相啮合。

乙型半片工作绕组骨架55上有骨架线槽贰82、骨架中心槽贰83。把两个乙型半片工作绕组骨架55的骨架中心槽贰83安装在乙型定子铁芯二53的横磁轭贰78的前后两侧,然后在两个乙型半片工作绕组骨架55的骨架线槽贰82内缠绕工作绕组线圈贰'54。乙型定子铁芯二53、工作绕组线圈贰'54和两个乙型半片工作绕组骨架55组成乙型工作绕组定子部件二。

乙型定子铁芯一49呈u形,乙型定子铁芯一49中间是横磁轭壹81,横磁轭壹81两侧分别是竖磁轭壹79、竖磁轭肆97,竖磁轭壹79的上端有连接凹槽壹80,连接凹槽壹80的轮廓呈燕尾形,连接凹槽壹80的轮廓与乙型定子铁芯三57的连接榫头壹60的轮廓相啮合。竖磁轭肆97的上端有连接凹槽肆95,连接凹槽肆95的轮廓呈燕尾形,连接凹槽肆95的轮廓与乙型定子铁芯三57的连接榫头肆93的轮廓相啮合。

把两个乙型半片工作绕组骨架55的骨架中心槽贰83安装在乙型定子铁芯一49的横磁轭壹81的前后两侧,然后在两个乙型半片工作绕组骨架55的骨架线槽贰82内缠绕工作绕组线圈壹'48。乙型定子铁芯一49、工作绕组线圈壹'48和两个乙型半片工作绕组骨架55组成乙型工作绕组定子部件一。

乙型定子部件在装配时,把乙型定子铁芯二53的连接凹槽贰76安装在乙型定子铁芯三57的连接榫头贰65上,把乙型定子铁芯二53的连接凹槽叁94安装在乙型定子铁芯三57的连接榫头叁92上,使乙型工作绕组定子部件二安装在乙型辅助绕组定子部件上。此时,乙型定子铁芯三57的磁极ⅱ'左66左侧端面与乙型定子铁芯二53的竖磁轭贰77右侧端面相互接触安装在一起。并且,乙型定子铁芯三57的磁极ⅱ'右68右侧端面与乙型定子铁芯二53的竖磁轭叁96左侧端面相互接触安装在一起。

把乙型定子铁芯一49的连接凹槽壹80安装在乙型定子铁芯三57的连接榫头壹60上,把乙型定子铁芯一49的连接凹槽肆95安装在乙型定子铁芯三57的连接榫头肆93上,使乙型工作绕组定子部件一安装在乙型辅助绕组定子部件上。此时,乙型定子铁芯三57的磁极ⅳ'左75左侧端面与乙型定子铁芯一49的竖磁轭壹79右侧端面相互接触安装在一起。并且,乙型定子铁芯三57的磁极ⅳ'右73右侧端面与乙型定子铁芯一49的竖磁轭肆97左侧端面相互接触安装在一起。

参照图26至图27,四极四绕组电容移相电动机定子的非变极运行过程是:

乙型定子部件在四极启动和运行的某一时刻,工作绕组线圈贰'54和工作绕组线圈壹'48使电动机气隙中磁极ⅲ'上69和磁极ⅱ'右68组成一个n极磁极。磁极ⅱ'左66和磁极ⅰ'上63组成一个s极磁极。磁极ⅰ'下61和磁极ⅳ'左75组成一个n极磁极。磁极ⅳ'右73和磁极ⅲ'下71组成一个s极磁极。

乙型定子部件在四极启动和运行的某一时刻,辅助绕组线圈一'50和辅助绕组线圈二'58使电动机气隙中磁极ⅱ'左66和磁极ⅱ'右68组成一个ny极磁极。磁极ⅰ'下61和磁极ⅰ'上63组成一个sy极磁极。磁极ⅳ'左75和磁极ⅳ'右73组成一个ny极磁极。磁极ⅲ'上69和磁极ⅲ'下71组成一个sy极磁极。

乙型定子部件在四极启动和运行时,二个工作绕组线圈在电动机气隙中产生四个磁极的磁场,二个辅助绕组线圈在电动机气隙中产生四个磁极的磁场。电动机气隙中二个辅助绕组线圈磁场方向与二个工作绕组线圈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,使辅助绕组线圈的电流相位与工作绕组线圈的电流相位相差约为九十度,则辅助绕组线圈与工作绕组线圈共同作用产生四个磁极的定子旋转磁场。

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