分段移相式外转子永磁同步电动机的制作方法

本发明是一种分段移相式外转子永磁同步电动机，其涉及一种永磁同步电动机，特别是涉及一种采用分段移相起动的外转子永磁同步电动机。

背景技术：

外转子电动机的定子部件安装在固定轴上，转子部件安装在定子部件的径向外侧。外转子电动机主要应用在轴流风机上。以CPU风扇为代表的微型轴流风机多数采用永磁无刷直流电动机（BLDC），永磁无刷直流电动机（BLDC）与永磁同步电动机（PMSM）都具有功率因数高、电机效率高等优点，缺点是成本较高。由于大功率的电子驱动模块和钕铁硼永磁材料的成本非常昂贵，除微型轴流风机以外的多数较大功率的轴流风机仍然采用成本低廉的交流异步电动机。交流异步电动机具有功率因数低、电机效率低的缺点。另外，交流异步电动机的制造过程中，需要人工装配定子绕组，分布式定子绕组装配过程中自动化程度低，人工成本偏高，尤其是直径较小的小功率电动机的成本中，人工成本占比较大。轴流风机的市场需求量非常大，目前又没有可以替代交流异步电动机的低成本节能电动机技术。因此，轴流风机市场迫切需要一种电机效率高、成本低、能够异步起动的外转子永磁同步电动机。

技术实现要素：

本发明的目的是克服交流异步电动机功率因数低、电机效率低的缺点，提供一种电机效率高、成本低、采用分段移相起动的外转子永磁同步电动机。本发明的实施方案如下：

本发明总的特征是分段移相式外转子永磁同步电动机包括定子部件、转子部件。转子部件安装在定子部件的径向外侧。所述外转子永磁同步电动机有二极、四极、六极转速规格。所述外转子永磁同步电动机采用电容移相。

定子部件包括固定轴、隔磁衬套、爪极法兰盘一、定子绕组一、爪极法兰盘二、隔磁定位环、爪极法兰盘三、定子绕组二、爪极法兰盘四。

固定轴呈圆柱形。隔磁衬套呈圆筒形，隔磁衬套中间是隔磁衬套轴孔，隔磁衬套材质是非导磁材料。隔磁定位环呈圆环形，隔磁定位环中间是隔磁定位环轴孔，隔磁定位环材质是非导磁材料。

定子绕组一、定子绕组二的结构相同，定子绕组一、定子绕组二分别包括线圈骨架、绕组线圈，线圈骨架中间是骨架轴孔，绕组线圈安装在线圈骨架上。

爪极法兰盘一、爪极法兰盘二、爪极法兰盘三、爪极法兰盘四的结构相同，其分别有一个呈圆筒形的爪极凸缘，爪极凸缘的中间是爪极轴孔，爪极凸缘径向外侧依次均布有若干个爪极和爪极凹槽，爪极的轴向截面呈L形，每一个爪极径向外表面形成一个定子磁极，爪极法兰盘一、爪极法兰盘二、爪极法兰盘三、爪极法兰盘四的爪极数量分别是电动机磁极数的一半。

定子部件装配时，分别把爪极法兰盘一、爪极法兰盘二的爪极凸缘插入定子绕组一的骨架轴孔中，爪极法兰盘一的爪极插入爪极法兰盘二的爪极凹槽的上端，爪极法兰盘二的爪极插入爪极法兰盘一的爪极凹槽的上端，爪极法兰盘一、定子绕组一、爪极法兰盘二组成爪极部件一。

分别把爪极法兰盘三、爪极法兰盘四的爪极凸缘插入定子绕组二的骨架轴孔中，爪极法兰盘三的爪极插入爪极法兰盘四的爪极凹槽的上端，爪极法兰盘四的爪极插入爪极法兰盘三的爪极凹槽的上端，爪极法兰盘三、定子绕组二、爪极法兰盘四组成爪极部件二。

把固定轴插入隔磁衬套的隔磁衬套轴孔中，再依次把爪极部件一、隔磁定位环、爪极部件二安装在隔磁衬套的径向外侧。爪极部件一的每一个定子磁极与爪极部件二的每一个定子磁极在空间上相差九十度电角度。

转子部件包括永磁体一、转子铁芯一、转子套筒、鼠笼铁芯、转子鼠笼、转子铁芯二、永磁体二。转子套筒呈圆筒形。

转子铁芯一由若干个转子铁芯一冲片叠压而成，转子铁芯一冲片材质是导磁材料，转子铁芯一呈圆环形。四极和六极转速规格的转子铁芯一径向内侧边缘均布二个转子磁极槽，相邻两个转子磁极槽之间是转子凸极一。二极转速规格的转子铁芯一径向内侧边缘有一个转子磁极槽和一个转子凸极一。

转子铁芯二与转子铁芯一的结构相同。转子铁芯二由若干个转子铁芯二冲片叠压而成，转子铁芯二冲片材质是导磁材料，转子铁芯二呈圆环形。四极和六极转速规格的转子铁芯二径向内侧边缘均布二个转子磁极槽，相邻两个转子磁极槽之间是转子凸极二。二极转速规格的转子铁芯二径向内侧边缘有一个转子磁极槽和一个转子凸极二。

永磁体一、永磁体二呈瓦片形。永磁体一安装在转子铁芯一的转子磁极槽中。永磁体二安装在转子铁芯二的转子磁极槽中。

鼠笼铁芯由若干个鼠笼铁芯冲片叠压而成，鼠笼铁芯冲片材质是导磁材料，鼠笼铁芯呈环形，鼠笼铁芯中间是鼠笼铁芯内腔，鼠笼铁芯径向内侧边缘均布若干个鼠笼线槽。转子鼠笼有二个鼠笼端环和若干个鼠笼导条，鼠笼导条安装在鼠笼铁芯的鼠笼线槽内。

转子部件装配时，把鼠笼铁芯、转子鼠笼安装在转子套筒径向内侧的中间部位。把转子铁芯一、转子铁芯二分别安装在转子套筒径向内侧的两端。转子铁芯一、转子铁芯二的转子磁极槽沿着轴向对齐。

转子部件装配后，六极转速规格的转子铁芯一上二个转子磁极槽中的永磁体一径向内表面的磁极极性互为异性磁极。六极转速规格的转子铁芯二上二个转子磁极槽中的永磁体二径向内表面的磁极极性互为异性磁极。安装在转子铁芯一的永磁体一与安装在转子铁芯二的同磁极极性永磁体二沿着轴向对齐。

四极转速规格的转子铁芯一上二个转子磁极槽中的永磁体一径向内表面的磁极极性相同。四极转速规格的转子铁芯二上二个转子磁极槽中的永磁体二径向内表面的磁极极性相同。四极转速规格的永磁体一、永磁体二径向内表面的磁极极性相同，并且永磁体一、永磁体二沿着轴向对齐。

二极转速规格的转子铁芯一上一个转子磁极槽中的永磁体一径向内表面的磁极极性与二极转速规格的转子铁芯二上一个转子磁极槽中的永磁体二径向内表面的磁极极性相同，并且永磁体一、永磁体二沿着轴向对齐。

转子部件装配后，转子铁芯一的每一个转子磁极槽中粘贴有一个永磁体一，每一个永磁体一径向内表面形成一个转子主磁极。每一个永磁体一磁化相邻转子凸极一的一侧，形成一个与该永磁体互为异性磁极的转子辅助磁极。转子铁芯二的每一个转子磁极槽中粘贴有一个永磁体二，每一个永磁体二径向内表面形成一个转子主磁极。每一个永磁体二磁化相邻转子凸极二的一侧，形成一个与该永磁体互为异性磁极的转子辅助磁极。转子主磁极与转子辅助磁极共同建立转子永磁体磁场。

永磁体一或者永磁体二的径向内表面至爪极部件一或者爪极部件二的径向外表面的电动机气隙是永磁体气隙。转子凸极一或者转子凸极二的径向内表面至爪极部件一或者爪极部件二的径向外表面的电动机气隙是凸极气隙。凸极气隙长度小于永磁体气隙长度。鼠笼铁芯的径向内表面至爪极部件一或者爪极部件二的径向外表面的电动机气隙是鼠笼铁芯气隙。

分段移相式外转子永磁同步电动机的运行过程是：

所述外转子永磁同步电动机在起动时，移相电容串联在定子绕组二线路中，或者移相电容串联在定子绕组一线路中，所述外转子永磁同步电动机接通电源后，定子绕组一与定子绕组二电压相位相差九十度电角度。并且，爪极部件一的每一个定子磁极与爪极部件二的每一个定子磁极在空间上相差九十度电角度。

在某个时刻，爪极部件一的定子磁场穿过鼠笼铁芯，之后某个时刻，爪极部件二的定子磁场穿过鼠笼铁芯，爪极部件一的定子磁场与爪极部件二的定子磁场交替穿过鼠笼铁芯，在鼠笼铁芯内形成定子旋转磁场，转子鼠笼的鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把转子部件牵入同步转速。转子部件的永磁体一、永磁体二、转子凸极一、转子凸极二与定子旋转磁场相互作用产生同步转矩，所述外转子永磁同步电动机进入同步运行状态。

所述外转子永磁同步电动机在六极转速同步运行时，永磁体一的转子磁场磁力线路径之一是，磁力线从永磁体一径向内表面的N极出发，磁力线经过永磁体气隙进入爪极部件一的s磁极，磁力线从爪极部件一的n磁极经过凸极气隙进入转子铁芯一的S′磁极, 磁力线回到永磁体一径向外表面，形成闭合回路。永磁体一的转子磁场磁力线路径之二是，磁力线从径向内表面是S极的永磁体一的径向外表面出发，磁力线从转子铁芯一的N′磁极经过凸极气隙进入爪极部件一的s磁极，磁力线从爪极部件一的n磁极经过永磁体气隙，磁力线回到永磁体一径向内表面，形成闭合回路。

所述外转子永磁同步电动机在四极转速同步运行时，永磁体一的转子磁场磁力线路径是，磁力线从径向内表面是S极的永磁体一的径向外表面出发，磁力线从转子铁芯一的N′磁极经过凸极气隙进入爪极部件一的s磁极，磁力线从爪极部件一的n磁极经过永磁体气隙， 磁力线回到永磁体一径向内表面，形成闭合回路。

所述外转子永磁同步电动机采用爪极部件产生定子旋转磁场，鼠笼导条切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把转子部件牵入同步转速。转子部件采用电动机磁极数一半数量的永磁体和永磁体磁化相邻转子凸极形成的转子辅助磁极与定子旋转磁场相互作用产生同步转矩。两个定子绕组是集中式绕组，加工自动化程度高，人工成本低。所述外转子永磁同步电动机能够异步起动，永磁体用量少，具备电机效率高、成本低的优点，满足轴流风机市场对节能电动机的需要。

附图说明

说明书附图是分段移相式外转子永磁同步电动机的结构图和示意图。其中图1是所述外转子永磁同步电动机的轴测图。图2是所述外转子永磁同步电动机的轴测剖视图，转子磁极为6极，定子磁极为6极。图3是定子部件的轴测图，定子磁极为6极。图4是定子部件的轴测剖视图。图5是爪极部件一的轴测图，定子磁极为6极。图6是爪极法兰盘二、爪极法兰盘四的轴测图。图7是爪极法兰盘一、爪极法兰盘三的轴测图。图8是定子绕组一或定子绕组二的轴测图。图9是转子部件的轴测图。图10是转子部件的轴测剖视图，转子磁极为6极。图11是鼠笼铁芯、转子鼠笼安装在一起的轴测图。图12是转子铁芯一或转子铁芯二的轴测图。图13是所述外转子永磁同步电动机分段移相起动的示意图。图14是所述外转子永磁同步电动机分段移相起动时爪极部件一的定子磁场磁力线路径示意图。图15是所述外转子永磁同步电动机分段移相起动时爪极部件二的定子磁场磁力线路径示意图。图16是所述外转子永磁同步电动机在六极转速同步运行时，永磁体一的转子磁场磁力线路径示意图。图17是所述外转子永磁同步电动机在六极转速同步运行时，永磁体二的转子磁场磁力线路径示意图。图18是所述外转子永磁同步电动机在四极转速同步运行时，永磁体一的转子磁场磁力线路径示意图。图19是所述外转子永磁同步电动机在四极转速同步运行时，永磁体二的转子磁场磁力线路径示意图。

说明书附图中，大写字母N和S代表转子主磁极极性，大写字母N′和S′代表转子辅助磁极极性。小写字母n1和s1代表爪极部件一的定子磁极极性，小写字母n2和s2代表爪极部件二的定子磁极极性。

图中标注有固定轴1、隔磁衬套2、永磁体一3、转子铁芯一4、转子套筒5、鼠笼铁芯6、转子鼠笼7、转子铁芯二8、爪极法兰盘一9、定子绕组一10、爪极法兰盘二11、隔磁定位环12、爪极法兰盘三13、永磁体二14、定子绕组二15、爪极法兰盘四16、爪极17、爪极凹槽18、爪极轴孔19、爪极凸缘20、线圈骨架21、绕组线圈22、骨架轴孔23、鼠笼端环24、鼠笼导条25、转子磁极槽26、转子旋转方向27、爪极部件一28、定子磁场磁力线路径29、定子磁场方向30、定子磁场旋转方向31、爪极部件二32、转子磁场磁力线路径33、转子磁场方向34。

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12，分段移相式外转子永磁同步电动机包括定子部件、转子部件。转子部件安装在定子部件的径向外侧。所述外转子永磁同步电动机有二极、四极、六极转速规格。所述外转子永磁同步电动机采用电容移相。

定子部件包括固定轴1、隔磁衬套2、爪极法兰盘一9、定子绕组一10、爪极法兰盘二11、隔磁定位环12、爪极法兰盘三13、定子绕组二15、爪极法兰盘四16。

固定轴1呈圆柱形。隔磁衬套2呈圆筒形，隔磁衬套2中间是隔磁衬套轴孔，隔磁衬套2材质是非导磁材料。隔磁定位环12呈圆环形，隔磁定位环12中间是隔磁定位环轴孔，隔磁定位环12材质是非导磁材料。

定子绕组一10、定子绕组二15的结构相同，定子绕组一10、定子绕组二15分别包括线圈骨架21、绕组线圈22，线圈骨架21中间是骨架轴孔23，绕组线圈22安装在线圈骨架21上。

爪极法兰盘一9、爪极法兰盘二11、爪极法兰盘三13、爪极法兰盘四16的结构相同，其分别有一个呈圆筒形的爪极凸缘20，爪极凸缘20的中间是爪极轴孔19，爪极凸缘20径向外侧依次均布有若干个爪极17和爪极凹槽18，爪极17的轴向截面呈L形，每一个爪极17径向外表面形成一个定子磁极，爪极法兰盘一9、爪极法兰盘二11、爪极法兰盘三13、爪极法兰盘四16的爪极17数量分别是电动机磁极数的一半。

定子部件装配时，分别把爪极法兰盘一9、爪极法兰盘二11的爪极凸缘20插入定子绕组一10的骨架轴孔23中，爪极法兰盘一9的爪极17插入爪极法兰盘二11的爪极凹槽18的上端，爪极法兰盘二11的爪极17插入爪极法兰盘一9的爪极凹槽18的上端，爪极法兰盘一9、定子绕组一10、爪极法兰盘二11组成爪极部件一28。

分别把爪极法兰盘三13、爪极法兰盘四16的爪极凸缘20插入定子绕组二15的骨架轴孔23中，爪极法兰盘三13的爪极17插入爪极法兰盘四16的爪极凹槽18的上端，爪极法兰盘四16的爪极17插入爪极法兰盘三13的爪极凹槽18的上端，爪极法兰盘三13、定子绕组二15、爪极法兰盘四16组成爪极部件二32。

把固定轴1插入隔磁衬套2的隔磁衬套轴孔中，再依次把爪极部件一28、隔磁定位环12、爪极部件二32安装在隔磁衬套2的径向外侧。爪极部件一28的每一个定子磁极与爪极部件二32的每一个定子磁极在空间上相差九十度电角度。

转子部件包括永磁体一3、转子铁芯一4、转子套筒5、鼠笼铁芯6、转子鼠笼7、转子铁芯二8、永磁体二14。转子套筒5呈圆筒形。

转子铁芯一4由若干个转子铁芯一冲片叠压而成，转子铁芯一冲片材质是导磁材料，转子铁芯一4呈圆环形。四极和六极转速规格的转子铁芯一4径向内侧边缘均布二个转子磁极槽26，相邻两个转子磁极槽26之间是转子凸极一。二极转速规格的转子铁芯一4径向内侧边缘有一个转子磁极槽26和一个转子凸极一。

转子铁芯二8与转子铁芯一4的结构相同。转子铁芯二8由若干个转子铁芯二冲片叠压而成，转子铁芯二冲片材质是导磁材料，转子铁芯二8呈圆环形。四极和六极转速规格的转子铁芯二8径向内侧边缘均布二个转子磁极槽26，相邻两个转子磁极槽26之间是转子凸极二。二极转速规格的转子铁芯二8径向内侧边缘有一个转子磁极槽26和一个转子凸极二。

永磁体一3、永磁体二14呈瓦片形。永磁体一3安装在转子铁芯一4的转子磁极槽26中。永磁体二14安装在转子铁芯二8的转子磁极槽26中。

鼠笼铁芯6由若干个鼠笼铁芯冲片叠压而成，鼠笼铁芯冲片材质是导磁材料，鼠笼铁芯6呈环形，鼠笼铁芯6中间是鼠笼铁芯内腔，鼠笼铁芯6径向内侧边缘均布若干个鼠笼线槽。转子鼠笼7有二个鼠笼端环24和若干个鼠笼导条25，鼠笼导条25安装在鼠笼铁芯6的鼠笼线槽内。

转子部件装配时，把鼠笼铁芯6、转子鼠笼7安装在转子套筒5径向内侧的中间部位。把转子铁芯一4、转子铁芯二8分别安装在转子套筒5径向内侧的两端。转子铁芯一4、转子铁芯二8的转子磁极槽26沿着轴向对齐。

转子部件装配后，六极转速规格的转子铁芯一4上二个转子磁极槽26中的永磁体一3径向内表面的磁极极性互为异性磁极。六极转速规格的转子铁芯二8上二个转子磁极槽26中的永磁体二14径向内表面的磁极极性互为异性磁极。安装在转子铁芯一4的永磁体一3与安装在转子铁芯二8的同磁极极性永磁体二14沿着轴向对齐。

四极转速规格的转子铁芯一4上二个转子磁极槽26中的永磁体一3径向内表面的磁极极性相同。四极转速规格的转子铁芯二8上二个转子磁极槽26中的永磁体二14径向内表面的磁极极性相同。四极转速规格的永磁体一3、永磁体二14径向内表面的磁极极性相同，并且永磁体一3、永磁体二14沿着轴向对齐。

二极转速规格的转子铁芯一4上一个转子磁极槽26中的永磁体一3径向内表面的磁极极性与二极转速规格的转子铁芯二8上一个转子磁极槽26中的永磁体二14径向内表面的磁极极性相同，并且永磁体一3、永磁体二14沿着轴向对齐。

转子部件装配后，转子铁芯一4的每一个转子磁极槽26中粘贴有一个永磁体一3，每一个永磁体一3径向内表面形成一个转子主磁极。每一个永磁体一3磁化相邻转子凸极一的一侧，形成一个与该永磁体互为异性磁极的转子辅助磁极。转子铁芯二8的每一个转子磁极槽26中粘贴有一个永磁体二14，每一个永磁体二14径向内表面形成一个转子主磁极。每一个永磁体二14磁化相邻转子凸极二的一侧，形成一个与该永磁体互为异性磁极的转子辅助磁极。转子主磁极与转子辅助磁极共同建立转子永磁体磁场。

永磁体一3或者永磁体二14的径向内表面至爪极部件一28或者爪极部件二32的径向外表面的电动机气隙是永磁体气隙。转子凸极一或者转子凸极二的径向内表面至爪极部件一28或者爪极部件二32的径向外表面的电动机气隙是凸极气隙。凸极气隙长度小于永磁体气隙长度。鼠笼铁芯6的径向内表面至爪极部件一28或者爪极部件二32的径向外表面的电动机气隙是鼠笼铁芯气隙。

参照图13至图19，分段移相式外转子永磁同步电动机的运行过程是：

所述外转子永磁同步电动机在起动时，移相电容串联在定子绕组二15线路中，或者移相电容串联在定子绕组一10线路中，所述外转子永磁同步电动机接通电源后，定子绕组一10与定子绕组二15电压相位相差九十度电角度。并且，爪极部件一28的每一个定子磁极与爪极部件二32的每一个定子磁极在空间上相差九十度电角度。

在某个时刻，爪极部件一28的定子磁场穿过鼠笼铁芯6，之后某个时刻，爪极部件二32的定子磁场穿过鼠笼铁芯6，爪极部件一28的定子磁场与爪极部件二32的定子磁场交替穿过鼠笼铁芯6，在鼠笼铁芯6内形成定子旋转磁场，转子鼠笼7的鼠笼导条25切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把转子部件牵入同步转速。转子部件的永磁体一3、永磁体二14、转子凸极一、转子凸极二与定子旋转磁场相互作用产生同步转矩，所述外转子永磁同步电动机进入同步运行状态。

所述外转子永磁同步电动机在六极转速同步运行时，永磁体一3的转子磁场磁力线路径33之一是，磁力线从永磁体一3径向内表面的N极出发，磁力线经过永磁体气隙进入爪极部件一28的s1磁极，磁力线从爪极部件一28的n1磁极经过凸极气隙进入转子铁芯一4的S′磁极, 磁力线回到永磁体一3径向外表面，形成闭合回路。永磁体一3的转子磁场磁力线路径33之二是，磁力线从径向内表面是S极的永磁体一3的径向外表面出发，磁力线从转子铁芯一4的N′磁极经过凸极气隙进入爪极部件一28的s1磁极，磁力线从爪极部件一28的n1磁极经过永磁体气隙，磁力线回到永磁体一3径向内表面，形成闭合回路。

所述外转子永磁同步电动机在四极转速同步运行时，永磁体一3的转子磁场磁力线路径33是，磁力线从径向内表面是S极的永磁体一3的径向外表面出发，磁力线从转子铁芯一4的N′磁极经过凸极气隙进入爪极部件一28的s1磁极，磁力线从爪极部件一28的n1磁极经过永磁体气隙， 磁力线回到永磁体一3径向内表面，形成闭合回路。

所述外转子永磁同步电动机采用爪极部件产生定子旋转磁场，鼠笼导条25切割定子旋转磁场的磁力线产生异步起动转矩，把转子部件牵入同步转速。转子部件采用电动机磁极数一半数量的永磁体和永磁体磁化相邻转子凸极形成的转子辅助磁极与定子旋转磁场相互作用产生同步转矩。两个定子绕组是集中式绕组，加工自动化程度高，人工成本低。所述外转子永磁同步电动机能够异步起动，永磁体用量少，具备电机效率高、成本低的优点，满足轴流风机市场对节能电动机的需要。