CN102342003A - 电机 - Google Patents

Abstract

一种电机(10)，其包括永磁体转子(11)以及定子(12)。定子(12)包括多个磁极(18、19)，每个磁极包括相对于转子(11)的旋转方向的前沿(27)以及后沿(28)。每一个磁极(18、19)的前沿(27)沿垂直于转子(11)的旋转轴的方向较后沿(28)要厚。

Description

电机

技术领域

本发明涉及电机。

背景技术

图1示出了包括定子2以及永磁体转子3的电机1。定子2包括缠绕有绕组5的定子芯部4。定子芯部4包括布置在转子3的相对侧面上的两个磁极6、7。当转子3处在最大扭矩位置时，磁饱和发生在磁极6、7的边沿处。为了避免磁饱和的出现，每一个磁极6、7的边沿可被增厚。但是，增加边沿的厚度增加了定子绕组5的电感。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种包括永磁体转子以及定子的电机，所述定子包括多个磁极，每一个磁极都包括相对于转子的旋转方向的前沿以及后沿，前沿在和转子旋转轴垂直的方向上较后沿要厚。

通过引入前沿以及后沿，电机意图是单向的。通过提供较厚的前沿，前沿处的饱和可被避免，或至少，饱和点被增大。因此，为流经定子的磁通提供了较不受限的路径。此外，由于前沿在垂直于转子的旋转轴的方向上较厚，沿转子的方向为流经定子的磁通提供了较不受限的路径。较薄的后沿这一设置减少了绕在定子上的绕组的电感。相应地，可实现功率更大且更有效率的电机。

每个磁极的前沿都有利地被倒角。通过对每个前沿进行倒角，绕在定子上的绕组的电感被进一步地降低。由于仅前沿的角部被倒角，仍然避免了前沿处的饱和，且因此没有损失磁性能。

每一个磁极优选地包括极弧，其在前沿和后沿之间延伸。于是每一个前沿以及后沿可在极弧和磁极侧面之间延伸。每一个磁极因此都在极弧的一侧上较厚。

有利地，每一个磁极对着至少130度的电角度。相应地，磁极围绕转子的一大部分，并由此提供对转子磁通的良好的捕获能力。

定子可包括至少一对的相对磁极。隔开相对磁极的前沿的距离因此优选地至少为隔开后沿的距离。隔开前沿的距离可和隔开后沿的距离相同，以在磁极和转子之间产生对称的空气间隙。通过引入对称的空气间隙，磁极对转子磁通的捕获能力因此可被增加，并由此提供增加了的反电势，以及由此产生的更有效率的电机。但是，更优选地，隔开前沿的距离较隔开后沿的距离要大。因此，转子和每一个相对磁极的前沿之间的空气间隙较转子和后沿之间的空气间隙要大。这可保证转子在特定的位置停靠，在所述位置上转子需要在启动时覆盖更大的机械角度。通过覆盖更大的机械角度，转子在换向点产生了更大的动量，并由此使启动变得更简单。

有利地，每一个磁极具有磁极面，延伸远离磁极面的第一侧面以及第二侧面，以及形成在磁极面内的极弧。于是每一个磁极的前沿都从极弧延伸至第一侧面，而后沿都从极弧延伸至第二侧面。于是至少在和磁极面相邻的区域内，将每一个磁极的极弧分隔成两部分的中线和第一侧面之间的距离理想地较中线和第二侧面之间的距离要大。

定子优选地为C形，且包括被槽状开口隔开的一对相对磁极。其因此具有的优势是将绕组经由槽状开口缠绕在定子上较容易。此外，可实现绕组的高填充系数，这可随后降低铜损失，并由此提高效率。此外，由于定子的总体方形或长方形形状，可通过冲压板材制成定子的叠片，而几乎不产生废料。

此处对C形定子芯部的引用应该被理解为包括U形定子芯部。

附图说明

为了使得本发明被更方便地靠理解，将参照附图对本发明的实施例进行描述，其中：

图1示出了现有的电机；而

图2示出了如发明所述的电机；

图3示出了流经位于最大扭矩位置的电机的磁极的磁通；且

图4示出了如本发明所述的替代电机。

具体实施方式

图2中的电机10包括转子11以及定子12。转子11包括支撑在杆14上的两极永磁体13，且定子12包括定子芯部15，其上缠绕有单相绕组16。

定子芯部15为C形，且包括背部17，被槽状开口20隔开的一对磁极18、19，以及在背部17和磁极18、19之间延伸的一对颈部21、22。绕组16被缠绕在定子芯部15的颈部21、22的每一个上，但也可相同地被缠绕在定子芯部15的背部17上。

每一个磁极18、19都具有和转子11相邻的磁极面23，从磁极面23延伸远离的第一侧面24以及第二相对侧面25。每一个磁极面23都包括弧形凹陷部或极弧(pole arc)26，相对于转子11的旋转方向的前沿27以及后沿28。前沿27在每一个磁极18、19的极弧26和第一侧面24之间延伸，而后沿28在每一个磁极18、19的极弧26和第二侧面25之间延伸。极弧26因此在前沿27和后沿28之间延伸。

每一个磁极18、19的前沿27都较后沿28至少在垂直于转子11的旋转轴的方向上要厚。此外，每一个磁极17、18的前沿27都被倒角，即，由磁极面23以及每一个磁极18、19的第一侧面25限定的角部被倒角。

两个磁极18、19的极弧26被略微错开，以使得两个磁极16、17的前沿27之间的距离较后沿26之间的距离要大。

转子11被支撑在定子芯部15的两个磁极18、19之间。由于极弧26的错开，转子11和两个磁极18、19中的每一个之间的空气间隙是非对称的。特别地，转子11和每一个磁极18、19的前沿27之间的空气间隙较转子11和后沿26之间的空气间隙要大。

在电机10运行时，绕组16被顺序地激励，以使得转子11发生转动；在图2和3中示出的特定实施例中，转子11被以顺时针方向转动。在如图3中示出的最大扭矩位置，流经磁极18、19的磁通在前沿27处集中(即，磁通密度在每一个磁极18、19的前沿27处最大)。通过具有较厚的前沿27，定子芯部15在前沿27处的饱和被避免，或至少，饱和点被增大。因此，为流经定子12的磁通提供了较不受限的路径，并由此获得了更有效率的电机10。

较薄的后沿28这一设置降低了定子绕组16的电感。在最大扭矩位置，流经每一个后沿28的磁通相对较小，且因此不发生在后沿28处的饱和。由于极弧26所对的角度不发生变化，每一个磁极18、19继续从转子11捕获相同数量的磁通。因此，较薄的后沿28这一设置降低了电感，而没有造成任何磁性能的损失。

通过对每一个磁极18、19的前沿27倒角，定子绕组16的电感被进一步地降低。由于仅前沿27的角部被倒角，前沿27处的饱和继续被避免。因此，没有磁性能的损失。

转子11和磁极18、19中的每一个之间的不对称空气间隙确保了转子11停在其可被轻易地启动的位置。由于在后沿28处的空气间隙最小，转子11需要在启动时，在换向之前覆盖较大的机械角度。因此转子在换向时具有较大的动量，且因此使得启动更为容易。

本发明因此提供了具有较低电感的定子12，其具有改进了的磁性能。特别地，电感被减低，而没有负面地影响磁饱和，或者捕获转子磁通的能力。这是通过为定子芯部15的磁极设定形状，以使得每一个磁极18、19都具有较厚的前沿27以及较薄的后沿28。较薄的后沿28降低了定子绕组16的电感，而较厚的前沿27确保了定子芯部15在磁极18、19处的饱和被避免，或者至少饱和点被增大。通过提供具有较低电感的定子12，电流可更迅速地被驱动进入定子绕组16，并由此实现功率更大且更有效率的电机10。

本发明中的电机10的缺点是上述的优势仅在以单一的方向驱动转子11时才能实现。对图2和3中示出的实施例而言，每一个磁极18、19的前沿和后沿27、28被布置为用于转子11的顺时针方向旋转。如果尝试以逆时针方向驱动转子11，则在最大扭矩位置，磁通密度在磁极18、19的后沿28处最大。由于后沿28较薄，定子芯部15的饱和很可能在边沿28处发生。本发明中的电机10因此仅旨在被以单一的方向驱动。

尽管图2和3中示出的实施例中的前沿和后沿27、28被布置为适用于顺时针旋转，边沿27、28可被相同地布置(即，切换)为适用于逆时针旋转。

在上述的实施例中，转子11和每一个磁极18、19之间的不对称空气间隙是通过错开两个极弧26来实现的。不对称空气间隙可替代地通过引入具有变化的曲率的极弧，或是通过引入台阶状极弧而形成。替代地，不对称空气间隙可完全地被忽略，此时转子11的停靠可通过诸如小型永磁体的替代装置来实现。

上述的电机10是单相、两极式电机；此外，定子芯部15为C形。但是，电机10可包括任意数量的磁极。此外，定子芯部10不必须为C形。通过示例的方式，图4示出了两个替代电机30、40，其中引入了如上所述的磁极构造。

电机30、40两者都包括被定形为和以上所述的形状不同的定子芯部31、41。每一个电机30、40的定子芯部31、41都包括环状背部32、42，多个磁极33、43，以及多个在背部32、42和磁极33、43之间径向延伸的颈部34、44。两个电机30、40都为单相的，其中绕组35、45缠绕在定子芯部31、41的颈部34、44的每一个上。第一电机30包括两极转子36，且定子芯部31包括一对相对磁极33。而另一方面，第二电机40包括四极转子46，且定子芯部41包括两对相对磁极43。尽管电机1、30、40之间存在不同，定子芯部31、41仍然具有和以上参照图2和3时所描述的相同的磁极构造。特别地，每一个磁极具有前沿37、47，后沿38、48以及在前沿37、47和后沿38、48之间延伸的极弧39、49。此外，每一个33、43的前沿37、47都较后沿38、48至少在垂直于转子36、46的旋转轴的方向上要厚。

尽管定子芯部不必须为C形，C形的定子芯部15仍然是具有优势的。特别地，通过位于磁极18、19之间的槽状开口20将绕组16缠绕在定子芯部15上总体地较容易。此外，可实现绕组16的高填充因子，这可降低铜损失，并改进电机效率。此外，由于定子芯部15的总体方形形状，可通过冲压板材(例如，钢材)来制成定子芯部叠片，而基本不产生废料。

为了避免定子芯部15在前沿27处的饱和，仅需要每一个磁极18、19的第一侧面24在和磁极面23邻近的区域内较厚。材料可因此从远离磁极面23的磁极19的第一侧面24(如图2中虚线29所示)处被移除。这可因此具有减小定子芯部15的外部轮廓的优势，从而使得定子芯部15更小更便宜。

在上述的每一个实施例中，每一个磁极18、19都对有至少130度电角度。相应地，磁极18、19包围转子11的一大部分，并由此捕获转子流量的一大部分。

本发明提供了具有较低电感的定子，其具有改进了磁性能。特别低，电感被降低，而没有影响磁饱和性能，或者捕获转子磁通的能力。因此，可实现功率更大且更有效率的电机。

尽管此处已参照电动机对本发明进行了描述，将被理解的是定子芯部可相同地构成发电机或其他电机的一部分，以实现改进了的性能。

Claims (12)

1.一种电机，其包括永磁体转子和定子，所述定子包括多个磁极，每一个磁极都包括相对于所述转子的旋转方向的前沿和后沿，所述前沿在和所述转子的旋转轴垂直的方向上较所述后沿要厚。

2.如权利要求1所述的电机，其中所述每一个磁极的前沿都被倒角。

3.如权利要求1或2所述的电机，其中所述每一个磁极都具有在所述前沿和所述后沿之间延伸的极弧。

4.如权利要求3所述的电机，其中所述每一个磁极的前沿和后沿都在所述磁极的极弧和侧面之间延伸。

5.如前述权利要求中任意一项所述的电机，其中所述定子包括一对相对的磁极，且将所述相对的磁极的所述前沿隔开的距离至少为将所述后沿隔开的距离。

6.如权利要求5所述的电机，其中所述将所述前沿隔开的距离大于所述将所述后沿隔开的距离。

7.如前述权利要求中任意一项所述的电机，其中所述定子包括一对相对的磁极，且位于所述转子和所述相对的磁极的每一个的所述前沿之间的空气间隙大于位于所述转子和所述后沿之间的空气间隙。

8.如前述权利要求中任意一项所述的电机，其中所述每一个磁极都具有和所述转子邻近的磁极面，从所述磁极面延伸远离的第一侧面和第二相对侧面，以及形成于所述磁极面内的极弧，且其中所述每一个磁极的前沿从所述极弧延伸至所述第一侧面，而所述后沿从所述极弧延伸至所述第二侧面。

9.如权利要求8所述的电机，其中在和所述磁极面相邻的区域内，将所述极弧二等分的中线和所述第一侧面之间的距离较所述中线和第二侧面之间的距离要大。

10.如前述权利要求中任意一项所述的电机，其中所述每一个磁极对着至少130度电角度。

11.如前述权利要求中任意一项所述的电机，其中所述定子为C形，且包括一对被槽状开口隔开的相对磁极。

12.如前述权利要求中任意一项所述的电机，其中所述电机包括单相绕组。

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