2.2 单相异步电动机的结构与工作原理
2.2.1 单相异步电动机的结构
如图2-10所示，单相异步电动机的结构与小功率三相异步电动机相似，由机壳、转子、定子、端盖、轴承等部分组成，定子部分由机座、端盖、轴承、定子铁芯和定子绕组组成。
图2-10 单相异步电动机外形
由于单相电动机种类不同，定子结构可分为凸极式及隐极式。凸极式主要应用于罩极式电动机，而分相式电动机主要应用隐极结构。
2.2.1.1 罩极电动机的定子
（1）凸极式罩极电动机的定子 如图2-11所示。凸极式罩极电动机的定子是由凸出的磁极铁芯和激磁主绕组线包以及罩极短路环组成的。这种电动机的主绕组线包都绕在每个凸出磁极的上面。每个磁极极掌的一端开有小槽，将一个短路环或者几匝短路线圈嵌入小槽内，用其罩住磁极的1/3左右的极掌。这个短路环又称为罩极圈。
图2-11 凸极式罩极电动机的定子示意图
（2）隐极式罩极电动机的定子 如图2-12所示。
图2-12 隐极式罩极电动机的定子示意图
隐极式罩极电动机的定子由圆形定子铁芯、主绕组以及短路绕组（短路线圈）组成，用硅钢片叠成的隐极式罩极电动机的圆形定子铁芯，上面有均匀分布的槽。有主绕组和短路绕组嵌在槽内。在定子铁芯槽内分散嵌着隐极式罩极电动机的主绕组。它置于槽的底层有很多匝数。罩极短路线圈嵌在铁芯槽的外层匝数较少，线径较粗（常用1.5mm左右的高强度漆包线）。它嵌在铁芯槽的外层。短路线圈只嵌在部分铁芯定子槽内。
在嵌线时要特别注意两套绕组的相对空间位置，主要是为了保证短路线圈有电流时产生的磁通在相位上滞后于主绕组磁通一定角度（一般约为45°），以便形成电动机的旋转气隙磁场，如图2-13所示。
图2-13 分相式单相电动机的定子
A—X主绕组；B—Y副绕组
2.2.1.2 分相式单相电动机的定子（如图2-13所示）
分相式单相电动机，虽然有电容分相式、电阻分相式、电感分相式三种形式，但是其定子结构、嵌线方法均相同。
分相式定子铁芯一片片叠压而成，且为圆形，内圆开成隐极槽；槽内嵌有主绕组和副绕组（启动绕组），主、副绕组的相对位置相差90°。
【提示】 家用电器中的洗衣机电动机主绕组与副绕组匝数、线径、在定子腔内分布、占的槽数均相同。主绕组与副绕组在空间互相差90°电角度。电风扇电动机和电冰箱电动机的主绕组和副绕组匝数、线径及占的槽数都不相同。但是主绕组与副绕组在空间的相对位置互相也差90°电角度。
2.2.1.3 单相异步电动机的转子（如图2-14所示）
图2-14 鼠笼转子示意图
1—端环；2—铜鼠笼条；3—转轴；4—风叶；5—压铸鼠笼；6—端环
转子是电动机的旋转部分，它是由电机轴、转子铁芯以及鼠笼组成。
单相异步电动机大多采用斜槽式鼠笼转子，主要是为了改善启动性能。转子的鼠笼导条两端，一般相差一个定子齿距。鼠笼导条和端环多采用铝材料一次铸造成形。鼠笼端环的作用是将多条鼠笼导条并接起来，形成环路，以便在导条产生感应电动势时，能够在导条内部形成感应电流。电动机的转子铁芯为硅钢片冲压成形后，再叠制而成。这种鼠笼式转子结构比较简单，不仅造价低，而且运行可靠；因此应用十分广泛。
2.2.1.4 其他
电动机除定、转子外，风扇及风扇罩，还有外壳、端盖，由铸铁（或铝合金）制成，用来固定定、转子，并在端盖加装轴承，装配好后电机轴伸在外边，这样电机通电可旋转。
电动机装配好之后，在定、转子之间有0.2～0.5mm的工作间隙，产生旋转磁场使转子旋转。
（1）机座 机座结构随电动机冷却方式、防护型式、安装方式和用途而异。按其材料分类，有铸铁、铸铝和钢板结构等几种。
铸铁机座，带有散热筋。机座与端盖连接，用螺栓紧固。铸铝机座一般不带有散热筋。钢板结构机座，是由厚为1.5～2.5mm的薄钢板卷制、焊接而成，再焊上钢板冲压件的底脚。
【提示】 有的专用电动机的机座相当特殊，如电冰箱的电动机，它通常与压缩机一起装在一个密封的罐子里。而洗衣机的电动机，包括甩干机的电动机，均无机座，端盖直接固定在定子铁芯上。
（2）铁芯 铁芯由磁钢片冲槽叠压而成，槽内嵌装两套互隔90°电角度的主绕组（运行绕组）和副绕组（启动绕组）。
铁芯包括定子铁芯和转子铁芯，作用与三相异步电动机一样，用来构成电动机的磁路。
（3）端盖 相应于不同的机座材料，端盖也有铸铁件、铸铝件和钢板冲压件。
（4）轴承 轴承是支撑转子的重量，传递转矩，输出机械功率的主要部件。轴承有滚珠轴承和含油轴承。
2.2.2 单相异步电动机的工作原理
单相异步电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。当电流正半周时磁场方向垂直向上［如图2-15（a）所示］，当电流负半周时磁场方向垂直向下［如图2-15（b）所示］。这个交变脉动磁场可分解为两个大小一样、转速相同、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。
图2-15 电流产生的磁场
通过上述分析可知：单相异步电动机转动的关键是产生一个启动转矩，各种单相异步电动机产生启动转矩的方法也不同。
要使单相电动机能自动旋转起来，可在定子中加上一个副绕组，副绕组与主绕组在空间上相差90°，副绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90°的空间角，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90°的电流通入两个在空间上相差90°的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，如图2-16所示。
图2-16 旋转磁场
在这个旋转磁场作用下，转子就能自动启动，启动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将启动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，启动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，启动绕组并不断开，我们称这种电动机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。
在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在1/4-1/4全极面处开有小槽，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好像把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90°的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的启动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。