CN101630871A - 电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电机，包括壳体、可旋转地装设于壳体内的电枢，所述电枢包括若干沿径向延伸的凸极，所述电机还包括n个永久磁铁固定于壳体内侧，所述壳体包括n个内凸部分别位于相邻永久磁铁之间，所述永久磁铁与内凸部通过壳体与凸极共同形成2n个磁回路，n为大于1的整数，所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)中至少有一部分气隙大于所述内凸部与电枢之间的气隙(II)中的部分气隙。该电机每个磁回路中只有一个永久磁铁，可充分利用磁铁，不易产生磁饱和，大大降低磁铁材料成本和组装成本；永久磁铁与电枢之间的至少一部分气隙的厚度大于内凸部与电枢之间的部分气隙的厚度，从而可降低电机绕组的反电势的不对称程度，从而降低电机的噪声和振动。

Description

电机
【技术领域】
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种微型永磁直流电机。
【背景技术】
随着电力电子技术的发展，各种各样的电机在各行各业得到了广泛的应用，其中永磁直流电机由于结构简单，电磁性能可靠，维护简单，被广泛应用于办公自动化、家电和汽车电器等领域。
如图5所示，传统的永磁直流电机通常使用四个永久磁铁101~104对称安装于电机定子铁壳内侧以产生四个励磁极，也即：永久磁铁的个数等于转子的磁极数，从定子外面看，相邻磁铁的磁极方向相反并共同形成磁回路。然而，此种结构的电机具有以下缺点：
不适用于采用稀土磁铁的小功率应用场合。采用稀土磁铁的小功率应用场合，为了充分利用磁铁，通常较薄的磁铁如1mm左右的厚度就能够满足磁性能的要求，但是较薄的磁铁在加工和组装过程中存在容易损坏的危险。如果为了克服容易损坏的危险而将磁铁加厚，则又将导致磁铁利用不充分，浪费磁铁。
在每个磁回路中，存在两个串联的永久磁铁，容易产生磁饱和，从而导致磁铁利用不充分。
磁铁数量较多且相邻磁铁的磁极方向相反，将使组装过程变得复杂。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明提供一种电机，包括壳体、可旋转地装设于壳体内的电枢，所述电枢包括若干沿径向延伸的凸极，所述电机还包括n个永久磁铁固定于壳体内侧，所述壳体包括n个内凸部分别位于相邻永久磁铁之间，所述永久磁铁与内凸部通过壳体与凸极共同形成2n个磁回路，n为大于1的整数，所述永久磁铁与凸极之间的气隙中至少有一部分气隙的厚度大于所述内凸部与凸极之间的气隙中的部分气隙的厚度。
本发明所举实施例具有的有益效果是：由于每个磁回路中只有一个永久磁铁，因此，本发明的磁铁可相对厚于现有技术中的磁铁，从而可降低磁铁加工和组装过程中易损坏的危险；由于每个磁回路中只有一个永久磁铁，因而可充分利用磁铁，不易产生磁饱和，大大降低磁铁材料成本和组装成本；由于每个磁铁的磁极方向相同，从而可简化组装过程和充磁过程；由于永久磁铁与电枢之间的至少一部分气隙的厚度大于内凸部与电枢之间的部分气隙的厚度，从而可降低电机绕组的反电势的不对称程度，从而降低电机的噪声和振动。
【附图说明】
图1是本发明实施例提供的电机的转子与定子垂直于轴向的截面图；
图2是本发明实施例提供的电机的磁力线分布示意图；
图3是气隙I和气隙II厚度相等的电机、本发明的电机某个线圈在某一转速下的反电势与转子位置关系比对图；
图4是气隙I和气隙II厚度相等的电机、本发明的电机某个线圈在某一转速下的反电势的傅里叶分解比对图；
图5是现有技术的电机垂直于轴向的截面图。
【具体实施方式】
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，依本发明一实施例的电机包括壳体20、可旋转地装设于壳体20内侧的电枢40、装设于壳体20内侧并位于壳体20与电枢40之间的永久磁铁60，及固定于壳体20一端的端盖(图中未示出)。
所述壳体20通常由导磁材料制成，大致为圆柱状，其远离端盖80部分的两侧朝内凸出，从而形成两内凸部22，所述内凸部22可通过将壳体20的对应部分向内冲压或拉伸而成。
所述电枢40通过转轴可旋转地装设于壳体20的内侧，所述电枢40包括若干沿电机轴向叠压的叠片铁芯，所述叠片铁芯沿径向开槽从而形成若干凸极42，以便流过电流的漆包线可穿过开槽并缠绕于凸极42上。
所述两永久磁铁60可通过业界常用的方式分别固定于所述壳体20内侧的两内凸部22之间。沿转子径向，磁铁60与电枢40间的气隙为气隙I，所述壳体20的两内凸部22与电枢40间的气隙为气隙II。
请参阅图2，在本发明的实施例中，两磁铁60可产生四个磁极，即：两磁铁60本身各自形成励磁极(exciting field pole)，如图1中的两N极，在壳体20的两内凸部22处分别产生感应磁极(induced field pole)，如图1中的两S极，每一个励磁极与两相邻感应磁极通过电枢40的凸极42形成磁回路，这样，在每个磁回路中，只有一个永久磁铁，从而可充分利用磁铁。
为了改善或者消除上述每个磁回路只有一个永久磁铁的方案导致的反电动势不对称的问题，部分气隙I的尺寸应当大于部分气隙II的尺寸，更具体地，气隙I中至少有一部分气隙的厚度要大于气隙II中的部分气隙的厚度。本领域的技术人员应当意识到，气隙的厚度应当理解为气隙的径向厚度，具体地，气隙I的厚度是指磁铁60内表面与电枢40外表面的径向距离，气隙II的厚度是指壳体20的两内凸部22的内表面与电枢40外表面径向距离。
更具体地，对于气隙I为均匀厚度、气隙II也为均匀厚度的情况，气隙I的厚度应当大于气隙II的厚度。
对于气隙I为均匀厚度、气隙II为非均匀厚度的情况，气隙I的厚度至少要大于气隙II的最小厚度，更优选地，气隙I的厚度最好大于或等于气隙II的最大厚度。
对于气隙I厚度不均匀、气隙II厚度均匀的情况，气隙I的最大厚度至少要大于气隙II的厚度。
再有，对于气隙I和气隙II都是非均匀厚度的情况，气隙I的最大厚度至少要大于气隙II的最小厚度。更优选地，气隙I的最大厚度大于或等于气隙II的最大厚度。例如，气隙I的厚度范围是0.4毫米(mm)至0.8毫米，气隙II的厚度范围是0.4毫米至0.6毫米。在一个实施例中，气隙I的最小厚度是0.4毫米，最大厚度是0.7毫米，气隙II的最小厚度是0.4毫米，最大厚度是0.46毫米，即，气隙I的最大厚度大于气隙II的最大厚度，且气隙I的最小厚度等于气隙II的最小厚度。
优选地，所述永久磁铁60的内表面朝向凸极42，外表面固定至壳体20，对于气隙I厚度不均匀的情况，永久磁铁60的内表面和外表面为非同心的弧形，永久磁铁60的中间部分的厚度大于两端部分的厚度，从而使得气隙I中，永久磁铁60的中间部分与电枢凸极之间的气隙厚度小于永久磁铁60的两端部分与电枢凸极之间的气隙厚度。更优选地，永久磁铁60从中间部分到两端部分厚度递减，从而使得气隙I中，对应于永久磁铁60中间部分的气隙厚度最小，对应于永久磁铁磁铁60两端部分气隙宽度最大。
此外，为了进一步改善或者消除上述磁场分布不对称的问题，可选地，永久磁铁60部分的极弧角度α大于内凸部分22的极弧角度β。
图3是气隙I和气隙II厚度均匀且厚度相等的电机、本发明的电机某一个线圈在某一转速下的反电势与转子位置关系比对图；图4是图3所述两种电机的某一个线圈在某一转速下的反电势的傅里叶分解比对图。
请参阅图3与图4，图3中的虚线代表气隙I和气隙II厚度均匀且厚度相等的电机的某一个线圈在某一转速下的反电势波形，实线代表本发明的电机的某一个线圈在该转速下的反电势波形；图4中，黑白格子相间的柱状代表气隙I和气隙II相等的电机，斜条纹的柱状代表本发明的电机。可以看出，对于气隙I和气隙II厚度均匀且厚度相等的电机，反电势波形的不对称情况较严重，表现在其傅里叶分解中偶次谐波的含量更高；而本发明的电机可以降低反电势的不对称，从而减少偶次谐波含量。
在本发明的实施例中，由于每个磁回路中只有一个永久磁铁，因此，本发明的磁铁可相对厚于现有技术中的磁铁，从而可降低磁铁加工和组装过程中易损坏的危险；由于每个磁回路中只有一个永久磁铁，因而可充分利用磁铁，不易产生磁饱和，大大降低磁铁材料成本和组装成本；由于每个磁铁的磁极方向相同，从而可简化组装过程和充磁过程；由于永久磁铁与电枢之间的气隙大于或者小于内凸部与电枢之间的气隙，因而可减小产生于电机绕线上的反电势的不对称程度，永久磁铁部分的极弧角度大于内凸部分的极弧角度亦有助于减小反电势的不对称程度，反电势不对称程度的减小有利于降低电机的噪声和震动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1、一种电机，包括壳体(20)、可旋转地装设于壳体内的电枢(40)，所述电枢(40)包括若干沿径向延伸的凸极(42)，其特征在于：所述电机还包括n个永久磁铁(60)固定于壳体内侧，所述壳体包括n个内凸部(22)分别位于相邻永久磁铁之间，所述永久磁铁与内凸部通过壳体与凸极共同形成2n个磁回路，所述n为大于1的整数，所述永久磁铁(60)与电枢(40)之间的气隙(I)中至少有一部分气隙的厚度大于所述内凸部(22)与电枢(40)之间的气隙(II)中的部分气隙的厚度。
2、如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)为均匀厚度，所述内凸部与电枢之间的气隙(II)为均匀厚度，所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)的厚度大于所述内凸部与电枢之间的气隙(II)的厚度。
3、如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)为均匀厚度，所述内凸部与电枢之间的气隙(II)为非均匀厚度，所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)的厚度大于所述内凸部与电枢之间的气隙(II)的最小厚度。
4、如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)为非均匀厚度，所述内凸部与电枢之间的气隙(II)为均匀厚度，所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)的最大厚度大于所述内凸部与电枢之间的气隙(II)的厚度。
5、如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)为非均匀厚度，所述内凸部与电枢之间的气隙(II)也为非均匀厚度，所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)的最大厚度大于所述内凸部与电枢之间的气隙(II)的最大厚度。
6、如权利要求4或5所述的电机，其特征在于，所述永久磁铁从中间部分到两端部分厚度递减，从而使得所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)中，对应于所述永久磁铁中间部分的气隙厚度最小，对应于所述永久磁铁两端部分的气隙宽度最大。
7、如权利权力要求1或5所述的电机，其特征在于，所述永久磁铁与电枢之间的气隙(I)的厚度范围是0.4毫米至0.8毫米，所述内凸部与电枢之间的气隙(II)的厚度范围是0.4毫米至0.6毫米。
8、如权利要求1至5中任意一项所述的电机，其特征在于：所述电机为永磁直流电机。
9、如权利要求8所述的电机，其特征在于：所述永磁直流电机由两永久磁铁与两内凸部共同形成四个磁极。
10、如权利要求8任一项所述的电机，其特征在于：所述永久磁铁部分的极弧角度(α)大于内凸部分的极弧角度(β)。
11、如权利要求8所述的电机，其特征在于：所述永久磁铁的内表面朝向凸极，外表面固定至壳体，所述内表面与外表面为非同心的弧形。
12、如权利要求8所述的电机，其特征在于：所述壳体为均匀厚度，所述内凸部通过将壳体的对应部分向内冲压或拉伸而成。
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