CN221408567U - 星形接法三齿绕制三相电机定子 - Google Patents

Abstract

本发明提供星形接法三齿绕制三相电机定子，与普通三相电机定子绕组采用分布式跨五个电枢齿绕制不同，本电机定子采用分布式跨三个电枢齿绕制于内部是圆桶形并有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成的定子上，圆柱形转子可以采用鼠笼式转子亦可以采用在径向装有磁力线与电机转轴相垂直的永磁体的圆柱形永磁体转子，定子和转子产生的磁力线与电机轴相垂直，无需驱动器就可以直接在三相交流电源上使用，也可以应用于目前的直流永磁无刷电机上，相对于原有的电机，减少了电损，提高了电能利用率。在工业动力应用上实现了节能减排，具有取代现在广泛使用的三相交流电机和直流永磁无刷电机的应用前景和非常重大的意义。

Description

星形接法三齿绕制三相电机定子

技术领域

本发明涉及电动机和发电机技术领域。

背景技术

星形接法三齿绕制三相电机定子是一种新型的电动机和发电机的定子。

三相交流电机，和直流无刷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三相绕组线圈，当通过三相交流电时，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。而直流无刷电机的定子也基本上是延续了三相交流电机的定子的结构方式，都采用了分布式跨五个电枢齿绕制的方式。并且在现有的电机理论中，电机的损耗主要有铜损和铁损，在我们的研究中，认为除了铜损和铁损外，还应该有电损和磁损，也就是输入电能的损耗和跨齿太多而产生磁力泄露产生的损耗。对于直流永磁无刷电机，在分布式跨五个电枢齿绕制的方式中，当进入驱动状态时，其电枢齿上的磁极分布为“无，1S，2S，2S，2S，1S，无，1N，2N”方式，其“S”与“N”表示该电枢齿上的磁极，1和2表示该齿上的磁场强度，其“无”表示该电枢齿上无磁性，结合绕组绕制和电流流向分析，该电枢齿被一组绕组赋予南极，而同时又被另一组绕组赋予北极，相互抵消而无磁极。也就是说虽然消耗了电能，但对磁性转子运动无贡献，这就是输入电能的损耗，使得电机效能下降(可以看到单组有效磁极为8个，而供给磁极为10个，也就是输入电能效率为8/10＝80％，在三相交流电输入情况中，大约为85％)。而本发明的星形接法三齿绕制三相电机定子将定子的入电能的损耗尽可能降低，从源头上降低损耗，从而提高电能到输出机械能的转换效率。这在工业动力应用中对于节能减排，绿色低碳都具有着很重要的意义。

发明内容

星形接法三齿绕制三相电机定子，包括内部是圆桶形硅钢片叠加而成的电机定子和其上的定子绕组，其特征是：星形接法三齿绕制三相电机定子其电机定子由内部是圆桶形并开有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，定子上绕组通电后产生的磁力线与电机转轴相垂直，向圆桶形内部产生径向磁场；定子绕组采用分布式跨三个电枢齿的绕制方式，定子绕组由三相交流电源供电驱动；和经过直流永磁无刷电机驱动器后由直流电源驱动；在用于发电机时，由具有磁力的转子旋转产生的旋转磁力线切割定子绕组产生三相交流电。

在本发明的星形接法三齿绕制三相电机定子中，采用的是定子和转子的磁力线与圆柱形永磁体转子转轴相垂直的方式，转子采用鼠笼式转子或者径向磁场圆柱体转子，其磁力线与转子转轴相垂直，其电机定子由内部是圆桶形并开有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，其上的定子线圈的绕制方式按分布方式在跨过四个电枢槽围绕三个电枢齿齿槽绕制。同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，并且当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，相邻二个线圈的中心相隔5个电枢齿；三相绕组的绕制方式相同，当不计绕组起点所在的电枢槽时，相邻相的绕组相隔3个电枢槽放置；三相绕组的一端用于接电源，三相绕组的另一端都相连接在一起，形成星形连接。

星形接法三齿绕制三相电机定子的定子电枢槽数与圆柱形转子在外径向上的径向磁场的南极和北极的关系是定子电枢槽数等于圆柱形转子在外径向上的径向磁场的南极和北极数量之和乘以6。

星形接法三齿绕制三相电机定子的定子电枢齿之间绕制有三相定子绕组，在用于三相交流电驱动时，定子上三相绕组的起始端分别接于三相交流电的三根相线上，三相交流电各相相位相差120度，由三相交流电驱动电机定子绕组。

由于定子产生的旋转磁场是由三相交流电的相位的变化引起的，故本发明的星形接法三齿绕制三相电机定子在应用于三相交流电时也可经由可调输出频率的三相交流变频器(在输出上各相相位相差120度)进行转速调节，交流变频器输出的三根相线接于星形接法三齿绕制三相电机定子的三根相线上，改变变频器输出的三相交流电的频率从而达到调节转速的目的。

星形接法三齿绕制三相电机定子的三相定子绕组在用于直流电驱动时，三相定子绕组接于直流永磁无刷电机驱动器的三根输出相线，直流电源经直流永磁无刷电机驱动器驱动三相定子绕组进而驱动永磁体转子旋转。

在用于发电机时，由具有磁力的转子旋转产生的旋转磁力线切割定子绕组产生三相交流电。

附图说明

图1是一个三相24个电枢齿定子按分布式跨三个电枢齿绕制方式的定子M1示意图(转子采用4磁极)。

图2是为清晰表示只显示U相定子绕组绕制方式和当电流分别由其起始端头流入A+和结尾端流出A-时在电枢齿上产生的南极和北极示意图。

图3到图14是三相驱动电流按30度变化在定子上所产生的磁场和对转子的驱动图。

图15和图16是三相驱动电流按30度变化所产生的磁场和对鼠笼式转子的驱动图。

图17是定子绕组按直流永磁无刷电机方式驱动时的拓补连接图。

图18到图23是定子按直流永磁无刷电机方式驱动时定子磁场和对转子的驱动图。

图24是定子绕组用于发电机方式时的拓补连接图。

具体实施方式

本发明的星形接法三齿绕制三相电机定子，包括了发电机定子和电动机定子，电机定子由内部是圆桶形并开有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，定子上绕组通电后产生的磁力线与电机转轴相垂直，定子电枢齿之间绕制有三相定子绕组，绕组通电驱动时产生径向磁场；圆柱形永磁体转子在外径向沿电机转轴方向装有磁力线与电机转轴相垂直的永磁体，圆柱形永磁体转子的磁力线按径向分布，并在外径向上各个磁极按南极北极相邻排列，而鼠笼式转子是在交变磁场中感应电流产生后在外径向上产生出各个磁极按南极北极相邻排列的转子磁极。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，定子电枢齿上面向转子的磁极和圆柱形永磁体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，而定子绕组的绕制方式使得在通以三相交流电时产生旋转磁场进而驱动转子向一个方向旋转。定子绕组由三相交流电源供电驱动。在应用于直流永磁无刷电机时，定子绕组经直流永磁无刷电机驱动器接于直流电源上，六个驱动状态由驱动器产生。

本发明的星形接法三齿绕制三相电机定子的定子电枢槽数等于圆柱形转子在外径向上的径向磁场的南极和北极的数量之和乘以6。具体可以在图3到图22中可以看到(图中M1是内部是圆桶形并在内径向上面开有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成的定子，而M2是在外径向装有磁力线与电机转轴相垂直的圆柱形永磁体的转子，其磁力线按径向分布，圆柱形转子在外径向上的各个磁极按南极北极相邻排列)，以三相绕组，二个南极和二个北极共4个磁极为例，数量之和为4，槽数等于4乘6为24槽。

本发明的星形接法三齿绕制三相电机定子定子绕组的绕制方式是跨过四个齿槽的三个电枢齿间绕制，并且同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反，在当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，相邻二个线圈的中心相隔5个电枢齿，如此保持同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反直到绕制完毕，对于其余二相的绕组也用同样的方式绕制，当不计绕组起点所在的电枢槽时相邻相绕组相隔3个电枢槽排列，这在图1和图2中可以看到。各相绕组的起始端部引出去接三相交流电的相线，如图1中的U1，V1，和W1，各相绕组的尾部相接在一起，形成传统的星形接法(在电机领域，三角形接法和星形接法都是公知的说法)，当通以三相交流电时，各相绕组上电流相位不同，而定子绕组的绕制方式使得在通以三相交流电时产生旋转磁场从而驱动转子旋转。

由于定子绕组的绕制方式是跨过四个齿槽的三个电枢齿间绕制并且同一相绕组的相邻二个线圈绕制方向相反，在当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，相邻二个线圈的中心相隔5个电枢齿，所以定子电枢槽数等于永磁转子南北磁极的数量之和乘以6，当圆柱形永磁体的转子外径向上径向磁场的南北磁极的数量采用三个南极和三个北极共6个磁极，就为6X6＝36槽；当圆柱形永磁体的转子外径向上径向磁场的南北磁极的数量采用四个南极和四个北极共个8磁极，就为8X6＝48槽；当圆柱形永磁体的转子外径向上径向磁场的南北磁极的数量采用五个南极和五个北极共10个磁极，就为10X6＝60槽；当圆柱形永磁体的转子外径向上径向磁场的南北磁极的数量采用六个南极和六个北极共12个磁极，就为12X6＝72槽。

圆柱形永磁体转子一般采用圆盘形硅钢片叠片套于转轴上而成，亦可以采用固定于转轴上的铁环制作，并将永磁体圆环与其套上粘合为一体，永磁体圆环在外径向上充磁，其永磁体圆环的磁力线与电机转轴垂直，当然也可用采用将永磁体磁铁按其磁力线与电机转轴相垂直的方式沿电机转轴方向安装于圆柱形转子的转子体而成，圆柱形永磁体转子在外径向上各个磁极按南极北极相邻排列，形成南极和北极相邻的径向磁场。

对于鼠笼式转子也有同样的转子磁极数的要求，鼠笼式转子也是有磁极数的，只是它在交变磁场中在感应电流产生后才显现出来，也是存在定子电枢槽数等于鼠笼式转子南北磁极的数量之和乘以6，

下面就以具体的一个定子是24个电枢齿，转子是4个磁极的星形接法三齿绕制三相电机定子的具体实施方式进行说明其绕制和驱动方式。

图1展示了一个三相24个电枢齿定子按分布式跨三个电枢齿绕制方式的定子M1示意图，图中绕组上的箭头表示绕制方向，绕制方式是跨过四个齿槽的三个电枢齿间绕制，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，并且当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，二个线圈的中心相隔5个电枢齿。当不计绕组起点所在的电枢槽时相邻相的绕组相隔3个电枢槽。

由图2可见，U相绕组由U1开始，绕组线圈从电枢齿1，2中间的电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿4，5中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿3)，绕到要求圈数后从电枢齿4，5中间的电枢槽转出，引到电枢齿10，11中间的电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿7，8中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿9，与前一个线圈的中心相隔电枢齿4，5，6，7，和8共5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿7，8中间的电枢槽转出，引到电枢齿13，14中间的电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿16，17中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿15，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿16，17中间的电枢槽转出，引到电枢齿22，23中间的电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿19，20中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿21，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，同时该线圈的中心与中心在电枢齿3的第一个线圈也相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿19，20中间的电枢槽转出为端头U2。

在图1中，V相绕组由V1开始，绕组线圈从电枢齿5，6中间的电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿8，9中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿7)，绕到要求圈数后从电枢齿8，9中间的右电枢槽转出，引到电枢齿14，15中间的电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿11，12中间电枢槽(该线圈的中心在电枢齿13，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿11，12中间的电枢槽转出，引到电枢齿17，18中间的电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿20，21中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿19，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿20，21中间的电枢槽转出，引到电枢齿2，3中间的电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿23，24中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿1，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，同时该线圈的中心与中心在电枢齿7的第一个线圈也相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿23，24中间的电枢槽转出为端头V2。

在图1中，W相绕组由W1开始，绕组线圈从电枢齿9的左边电枢槽开始按顺时针方向绕到电枢齿9，10中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿11)，绕到要求圈数后从电枢齿12，13中间的电枢槽转出，引到电枢齿18，19中间的电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿15，16中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿17，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿15，16中间的电枢槽转出，引到电枢齿21，22中间的电枢槽，按顺时针方向绕到电枢齿24，1中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿23，与前一个线圈的中心相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿1的右边电枢槽转出，引到电枢齿6，7中间的电枢槽，按反时针方向绕到电枢齿3，4中间的电枢槽(该线圈的中心在电枢齿5，与前一个线圈的中心也相隔5个电枢齿，同时该线圈的中心与中心在电枢齿11的第一个线圈也相隔5个电枢齿)，绕到要求圈数后从电枢齿3，4中间的电枢槽转出为端头W2。

由图1可见，U相第一个线圈的起点在电枢齿1和2中间的电枢槽，V相第一个线圈的起点在电枢齿5和6中间的电枢槽，中间相隔了电枢齿2和3，电枢齿3和4以及电枢齿4和5之间的3个电枢槽；W相第一个线圈的起点在电枢齿9和10中间的电枢槽，与V相起点在电枢齿5和6中间的电枢槽相比，中间相隔了电枢齿6和7，电枢齿7和8以及电枢齿8和9之间的3个电枢槽；由此可以看到当不计绕组起点所在的电枢槽时，其U，V和W相是相隔3个电枢槽排列。三相绕组的另一端U2，V2和W2端头相连接导通，形成星形连接。

图2展示了图1的三相定子绕组U1--U2，在当电流A+流入于U1，和电流A-流出于U2，时各个电枢齿上的磁性图，图上绕组上的箭头表示电流方向，1到24是其定子的电枢齿，US，UN分别表示U相上产生的南极US和北极UN。相应地VS，VN，和WS，WN分别表示V和W相在各个电枢齿上产生的磁性示意图，S为南极，N是北极。

上面讲解了本发明的星形接法三齿绕制三相电机定子的具体绕制结构，下面就星形接法三齿绕制三相电机定子接于三相交流电，当三相交流电流的各个相位变化并结合图3到图14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3到图14中，各个绕组上的箭头表示电流方向，电流由正极A+流入到负极A-流出；各图中虚线表示磁力线方向，磁力线由北极到南极，为了展示清楚三相交流电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，并将定子电枢齿用稍细的线画出，以突出显示电枢齿上磁极的变化情况。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，这种方法在电动力学中作为普遍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90，180，360度)我们在相应的图中隐去。对于各图中出现的在某一个电枢齿上出现一相绕组通电让它产生南极，而另一相绕组通电让它产生北极的情况，我们在该电枢齿以一个小圆圈进行标记，如图4上的电枢齿4，10，16和22，我们称之为电损(电能损失)。为在电枢齿好标明归一化磁场强度的大小，以0.9来表明0.866值。下面图3到图14中，所谓“左边”和“右边”是以电枢齿13的中心的左边位置和右边位置来定义的，以便统一观察的方向。

由三相交流电的基础知识我们得知，三相交流电各相在相位上相差120度，这共有知识我们就不给出三相交流电的图了，如当A相为0度时B相是-120度，而C相是120度，为了便于理解我们用无刷电机常用的U，V，W符号来代表A，B，C相，实际是一样的，U代表A相，V代表B相和W代表C相。

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，电流为1时，电枢齿上磁场强度也为1，并以U相为相位基准来描述)：

0度时，如图3所示，U相为0度，其磁场强度为0；V相为-120度，其磁场强度为-0.866；W相为120度时，其磁场强度为0.866；U相无电流通过，电流由W1流入，W2流出并流入V2，经V1流出。产生如图3所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿24，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿6，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿6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12的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿12的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿18，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿18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24的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

30度时，如图4所示，U相为30度，其磁场强度为0.5；V相为-90度，其磁场强度为-1；W相为150度时，其磁场强度为0.5；电流由W1和U1流入，W2和U2流出并流入V2，经V1流出。产生如图4所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿1，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿7，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿7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13的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿13的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿19，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿19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1的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿4，10，16和22因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。电能利用率83.33％。

60度时，如图5所示，U相为60度，其磁场强度为0.866；V相为-60度，其磁场强度为-0.866；W相为180度时，其磁场强度为0；电流由U1流入，U2流出并流入V2，经V1流出。产生如图5所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿2，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿8，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿8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14的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿14的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿20，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿20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2的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

90度时，如图6所示，U相为90度，其磁场强度为1；V相为-30度，其磁场强度为-0.5；W相为210度时，其磁场强度为-0.5；电流由U1流入，U2流出并流入V2和W2，经V1和W1流出。产生如图6所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿3，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿9，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿9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15的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿15的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿21，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿21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3的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿6，12，18和24因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。电能利用率83.33％。

120度时，如图7所示，U相为120度，其磁场强度为0.866；V相为0度，其磁场强度为0；W相为240度时，其磁场强度为-0.866；电流由U1流入，U2流出并流入W2，经W1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4，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿10，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿10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16的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿16的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿22，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿22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4的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

150度时，如图8所示，U相为150度，其磁场强度为0.5；V相为30度，其磁场强度为0.5；W相为270度时，其磁场强度为-1；电流由U1和V1流入，U2和V2流出并流入W2，经W1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5，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿11，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿11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17的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿17的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿23，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿23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5的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿8，14，20和2因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。电能利用率83.33％。

180度时，如图9所示，U相为180度，其磁场强度为0；V相为60度，其磁场强度为0.866；W相为300度时，其磁场强度为-0.866；电流由V1流入，V2流出并流入W2，经W1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6，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿12，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿12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18的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿18的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿24，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿12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6的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

210度时，如图10所示，U相为210度，其磁场强度为-0.5；V相为90度，其磁场强度为1；W相为330度时，其磁场强度为-0.5；电流由V1流入，V2流出并流入W2和U2，经W1和U1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7，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿13，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿13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19的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿19的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿1，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿1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7的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿10，16，22和4因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。电能利用率83.33％。

240度时，如图11所示，U相为240度，其磁场强度为-0.866；V相为120度，其磁场强度为0.866；W相为360度时，其磁场强度为0；电流由V1流入，V2流出并流入U2，经U1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8，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿14，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿14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20的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿20的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿2，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿2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8的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

270度时，如图12所示，U相为270度，其磁场强度为-1；V相为150度，其磁场强度为0.5；W相为30度时，其磁场强度为0.5；电流由V1和W1流入，V2和W2流出并流入U2，经U1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9，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿15，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿15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21的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿21的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿3，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿3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9的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿12，18，24和6因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。电能利用率83.33％。

300度时，如图13所示，U相为300度，其磁场强度为-0.866；V相为180度，其磁场强度为0；W相为60度时，其磁场强度为0.866；电流由W1流入，W2流出并流入U2，经U1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10，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿16，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿16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22的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿22的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿4，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿4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10的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

330度时，如图14所示，U相为330度，其磁场强度为-0.5；V相为210度，其磁场强度为-0.5；W相为90度时，其磁场强度为1；电流由W1流入，W2流出并流入U2和V2，经U1和V1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11，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿17，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿18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23的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿23的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿5，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿5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11的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电枢齿14，20，2和8因受到二个绕组在它们上面产生相反磁性并且等值而磁性为零。电能利用率83.33％。

经过上述三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S2的位置转到了在U相为0度时S1的位置，完成了一次电角度的驱动，后面过程就是重复这一过程，由三相交流电相位的变化产生了旋转磁场，直接推动于圆柱形永磁体转子上的磁极，实现了电机转子的转动。从上面过程也可以看到，电机转子的转动速度是由三相交流电的相位变化引起的，而相位变化的快慢取决于三相交流电的频率，也就是说明三相交流永磁无刷电机可以由三相交流变频器来对其进行转速调节。在上面12个相位变化我们还可以看到，平均电能利用率为6X(100+83.33)/12＝91.665％，高于传统跨5槽绕制方式的85％，并且因跨距小，节约了绕制铜线降低了成本和减少磁损。

对于鼠笼式转子，本发明的绕制方式的定子也同样可以驱动运转，同时电能利用率也高于传统跨5槽绕制方式，图15和图16展示了鼠笼式转子在0度和30度的驱动状态。定子产生的旋转磁场在转子鼠笼导电笼上产生了如图所示的感应电流，感应电流流出纸面方向在图上以小圆点表示(箭头)，流入纸面方向在图上以+表示(箭尾)，该感应电流产生的磁场按左手定律产生出在转子外圈所标注的磁场极性，受定子磁场作用产生图上所示的旋转，当然由于有二次转换损耗和定子转子之间的间隔影响损耗，效率会降低。

对于本发明的星形接法三齿绕制三相电机定子，同样也可用于传统驱动方式的直流永磁无刷电机上，图18到图23展示了按传统驱动方式的直流永磁无刷电机的6个驱动状态，其中图上HA，HB和HC是用来检测转子磁极的霍尔元件，其在各个磁极状态下输出在左下方，六个驱动状态由直流永磁无刷电机驱动器产生(行业内公知的，在这里就不讨论直流永磁无刷电机驱动器如何产生这六个状态的了)，图17是定子绕组按直流永磁无刷电机方式驱动时的拓补连接图，图上箭头只表示连接方式，DC-DRV是直流永磁无刷电机驱动器，+V和-V是直流电源。

下面进行描述：

驱动状态1，如图18，霍尔HA，HB和HC输出为L，H，H，电流由W1流入，W2流出并流入V2，经V1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24，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿6，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿6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12的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿12的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿18，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿18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24的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

驱动状态2，如图19，霍尔HA，HB和HC输出为L，L，H，电流由U1流入，U2流出并流入V2，经V1流出。产生如图19所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿2，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿8，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿8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14的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿14的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿20，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿20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2的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

驱动状态3，如图20，霍尔HA，HB和HC输出为H，L，H，电流由U1流入，U2流出并流入W2，经W1流出。产生如图20所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿4，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿10，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿10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16的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿16的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿22，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿22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4的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

驱动状态4，如图21，霍尔HA，HB和HC输出为H，L，L，电流由V1流入，V2流出并流入W2，经W1流出。产生如图21所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿6，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿12，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿12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18的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿18的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿24，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿12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6的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

驱动状态5，如图22，霍尔HA，HB和HC输出为H，H，L，电流由V1流入，V2流出并流入U2，经U1流出。产生如图22所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿8，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿14，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿14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20的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿20的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿2，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿2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8的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

驱动状态6，如图23，霍尔HA，HB和HC输出为L，H，L，电流由W1流入，W2流出并流入U2，经U1流出。产生如图23所示的磁极和强度，定子南极合成在电枢齿10，推动转子磁极南极S1反时针转动，北极合成在电枢齿16，也吸引转子磁极南极S1反时针转动；电枢齿16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22的南极也吸引转子磁极北极N1反时针转动；电枢齿22的南极也推动转子上的南极S2反时针转动，北极合成在电枢齿4，也吸引转子磁极南极S2反时针转动；电枢齿4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10的南极也吸引转子磁极北极N2反时针转动；如此共同构成了转子的反时针旋转。电能利用率100％。

经过上述六个驱动状态对转子上永磁体的驱动，使转子上永磁体S2的位置转到了驱动状态1时S1的位置，完成了一次电角度的驱动，后面过程就是重复这一过程，同时还可以看到，输入电能的利用率达到了100％，相比于传统的分布式跨五个电枢齿绕制的方式的80％，有了很大的提高，并且节约了绕制铜线降低了成本和减少了磁损。

1890年代由洛伦兹提出其著名的电磁互易性原理。麦克斯韦方程组对时空都是互易的，并无非互易的本质机制贯穿其中，因此电磁过程本质上都是互易的，磁生电，电生磁。作为发电机和电动机其本身都是无源***，对含有磁性的电动机转子在给其施加动力让其旋转，在定子绕组上输出电能，也就是发电机，这是广为人知的，因本星形接法三齿绕制三相电机定子在上面所叙述的电动机上有良好的电能利用率，也完全可以应用于发电机上产生出良好的发电效率，用于发电机时，由具有磁力的转子旋转产生的旋转磁力线切割定子绕组而在定子绕组上产生出三相交流电。图24是定子绕组用于发电机方式时的拓补连接图，图上箭头只表示三相交流电连接输出方向，输出A，B，C，三相交流电，E是公用地线。

本发明提供了星形接法三齿绕制三相电机定子的各相绕组的绕制方式和对各相绕组在三相交流电输入时各个相位的变化产生的旋转磁场对鼠笼式转子和安装有永磁体的电机圆柱形转子进行了驱动，达到提高三相交流电实现电能和机械能的转换效率。并且对于直流永磁无刷电机也减少了输入电能的损耗而同样提高了电能和机械能的转换效率。满足相应的工业应用并具有重大的意义。

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。

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 (5)

1.星形接法三齿绕制三相电机定子，包括内部是圆桶形硅钢片叠加而成的电机定子和其上的定子绕组，其特征是：星形接法三齿绕制三相电机定子其电机定子由内部是圆桶形并开有用于绕线的电枢槽和电枢齿的硅钢片叠加而成，定子上绕组通电后产生的磁力线与电机转轴相垂直，向圆桶形内部产生径向磁场；定子绕组采用分布式跨三个电枢齿的绕制方式，定子绕组由三相交流电源供电驱动；和经过直流永磁无刷电机驱动器后由直流电源驱动；在用于发电机时，由具有磁力的转子旋转产生的旋转磁力线切割定子绕组产生三相交流电。

2.根据权利要求1所述的星形接法三齿绕制三相电机定子，其特征是：硅钢片叠加而成的定子其电枢齿上同一相绕组的绕制方式是按分布方式绕组在跨过四个电枢槽的三个电枢齿间绕制，同一相绕组相邻二个线圈绕向相反，并且当不计二个线圈中心所在的电枢齿时，相邻二个线圈的中心相隔5个电枢齿；三相绕组的绕制方式相同，当不计绕组起点所在的电枢槽时，相邻相的绕组相隔3个电枢槽放置；三相绕组的一端用于接电源，三相绕组的另一端都相连接在一起，形成星形连接。

3.根据权利要求1所述的星形接法三齿绕制三相电机定子，其特征是：星形接法三齿绕制三相电机定子的定子电枢槽数等于圆柱形转子在外径向上的径向磁场的南极和北极的数量之和乘以6。

4.根据权利要求1所述的星形接法三齿绕制三相电机定子，其特征是：定子电枢齿之间绕制有三相定子绕组，在用于三相交流电驱动时，定子上三相绕组的起始端分别接于三相交流电的三根相线上，三相交流电各相相位相差120度，由三相交流电驱动电机定子绕组；在用于直流电驱动时，三相定子绕组接于直流永磁无刷电机驱动器的三根输出线，直流电源经直流永磁无刷电机驱动器驱动三相定子绕组。

5.根据权利要求1所述的星形接法三齿绕制三相电机定子，其特征是：电机转子转动速度由能改变输出频率的各相相位相差120度的三相交流变频器进行调节，三相交流变频器输出的三根相线接于星形接法三齿绕制三相电机定子的三根相线上。