CN106487114A - 单相永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单相永磁电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于所述定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯由若干形状相同的磁芯组件沿定子周向拼接而成，每个所述磁芯组件具有一段弧形轭部、从所述弧形轭部的其中一个端部伸出的绕线部、从所述绕线部的径向末端向周向两侧伸出的极靴；所述转子收容于所有所述磁芯组件的绕线部的极靴围成的空间内，所述极靴和转子之间形成气隙。本发明中定子磁芯采用分体式结构，且将绕线部设置在磁芯组件弧形轭部的端部，从而使得在绕线部与外环部组装之前可以采用双飞叉绕线机进行绕线，绕线生产效率高。

Description

单相永磁电机

技术领域

本发明涉及一种单相永磁电机，尤其涉及一种具有分体结构的定子磁芯的单相永磁电机。

背景技术

现有技术的单相永磁电机的电机定子铁芯通常采用整体式结构，即定子铁芯的外环部和齿部同时成型为一体式结构，相邻齿部的极靴之间设置大槽口，以方便将绕组绕设在齿部，此种结构的单相永磁电机，绕组的绕设很难快速进行，且由于大槽口的存在会导致电机产生较大的定位力矩，从而产生较大的震动和噪声。而且，受槽口的制约，电机的定位启动角度小，启动可靠性差。

有鉴于此，本发明旨在提供一种新型的方便绕线且可提高启动可靠性的单相永磁电机。

发明内容

本发明提供一种单相永磁电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于所述定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯由若干磁芯组件沿定子周向拼接而成，每个所述磁芯组件具有一段弧形轭部、从所述弧形轭部的其中一个端部伸出的绕线部、从所述绕线部的径向末端向周向两侧伸出的极靴；所述转子收容于所有所述磁芯组件的绕线部的极靴围成的空间内，所述极靴和转子之间形成气隙以便于转子相对于定子转动。

作为本发明的一种改进方案，相邻两个所述弧形轭部的接合处设有凹凸结构。

作为本发明的一种改进方案，相邻两个所述弧形轭部的接合处为平面。

作为本发明的一种改进方案，所述定子磁芯相邻的所述极靴之间形成槽开口，所述槽开口的宽度大于0，且小于或等于所述气隙最小厚度的4倍。

作为本发明的一种改进方案，所述极靴的径向厚度从所述绕线部到所述槽开口的方向逐渐减小。

作为本发明的一种改进方案，相邻所述绕线部之间的极靴设有定位孔槽，所述定位孔槽沿着电机的轴向连续形成或间隔形成，且每个所述定位孔槽到相邻两个所述绕线部的距离不相同。

作为本发明的一种改进方案，所述定位孔槽的数量与所述永磁极的极数相等。

作为本发明的一种改进方案，所述定位孔槽位于所述极靴的外周表面与内周表面之间。

作为本发明的一种改进方案，所述定位孔槽暴露在所述极靴的内周表面。

作为本发明的一种改进方案，所述转子包括转子磁芯和沿所述转子磁芯周向设置的若干永磁极，所述若干永磁极的外周表面与所述极靴的内周表面分别位于两同心圆柱面上。

作为本发明的一种改进方案，所述若干永磁极由一块环形永磁体形成或每一永磁极由一块或多块弧形永磁体形成。

作为本发明的一种改进方案，所述转子包括转子磁芯和沿所述转子磁芯周向设置的若干永磁极，每一永磁极的外周表面到转子中心的距离从其周向中心往两端逐渐减小。

本发明的单相永磁电机，采用若干形状相同的磁芯组件拼接成定子磁芯，从而使绕线部能相互分离，更快地完成绕组的绕设；定子磁芯相邻的极靴之间形成较小的槽开口，可降低槽开口导致的磁阻突变，从而平滑电机的定位转矩，提高定位准确度，使电机的启动与转动更为可靠平滑。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1是本发明第一实施例的单相永磁电机的示意图；

图2是图1所示单相永磁电机去掉外壳后的示意图；

图3是图1所示单相永磁电机去掉外壳、定子绕组、转子转轴等之后的简化示意图。

图4是图1所示的单相永磁电机的定子磁芯的示意图。

图5是图1所示的单相永磁电机的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图6是本发明第二实施例的单相永磁电机的定子磁芯的示意图。

图7是本发明第二实施例的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图8是本发明第三实施例的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图9是本发明第四实施例的转子磁芯及其永磁体的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。

第一实施例

请参阅图1至图5，本发明一较佳实施方式的单相永磁电机10包括定子20和相对定子旋转的转子50。

该定子20包括一端开口的筒状外壳21、安装到外壳21开口端的端盖23、安装到外壳21内的定子磁芯30、安装到定子磁芯30的绝缘线架40和绕设于定子磁芯30上并被绝缘线架40支撑的绕组39。其中，该定子磁芯30由若干形状相同的磁芯组件300(见图4)沿定子周向拼接而成，每个磁芯组件300具有一段弧形轭部301、从弧形轭部301的其中一个端部(包括末端和近末端)伸出的绕线部33、从绕线部33的径向末端向周向两侧伸出的极靴35；所有磁芯组件的弧形轭部301首尾拼接形成所述定子磁芯的外环部31。本实施例中，相邻两个磁芯组件的接合面为平面。所述磁芯组件的弧形轭部301和绕线部33共同形成L形结构。

在本实施例中，每个磁芯组件300仅具有一个绕线部33，因此，磁芯组件的个数与绕组的个数相同，例如是4个。每个磁芯组件的绕组完成之后，将该若干磁芯组件300的弧形轭部301首尾拼接起来，从而得到具有定子绕组的定子磁芯30，可以理解地，每个磁芯组件300也可具有多个绕线部33。

在本实施例中，磁芯组件300的弧形轭部301之间还可以直接焊接或通过其他方式组配在一起，此时，如图4所示，为了更好地使相邻弧形轭部的首尾相接触，可以在相邻磁芯组件的弧形轭部的端部设有相互配合的平面，具体来说，可以在每个磁芯组件300的弧形轭部301的两端分别设置第一平面32以及第二平面34，相邻弧形轭部301的第一平面32与第二平面34可以紧密贴合。

转子50收容于若干绕线部的极靴35围成的空间内，如图5所示，转子50包括沿该转子周向设置的若干个永磁极55，每个永磁极的外侧表面为弧面，每个永磁极的周向中间比其两端更靠近极靴35，使该永磁极55与极靴的内周表面形成对称非均匀气隙41。优选地，对称非均匀气隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。

在本实施例中，每个永磁极55由一块永磁体56如铁氧体、稀土永磁材料等形成，转子50还包括转子磁芯53，该永磁体56安装到转子磁芯53的外周表面；转子磁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽54，每个凹槽54位于两个永磁极55的分界处，以减少磁泄漏。为使该永磁体56的外周表面与极靴的内周表面之间形成对称非均匀气隙，所述永磁体56的外周表面到转子中心的距离从周向中心往两端逐渐减小。具体地，转子磁芯73的外周表面与第一内环部的内周表面是同心圆，而永磁体56的厚度从周向中心向两端逐渐减小；或者，永磁体56的厚度为均匀厚度，转子磁芯53的外周表面从周向中心向两端逐渐减小从而最终导致永磁体的外周表面到转子中心的距离从周向中心往两端逐渐减小。可以理解地，每个永磁极55也可以由多块永磁体56形成，或所有永磁极55由一块环形永磁体形成。

转子50还包括转轴51，转轴51穿过转子磁芯53并与其固定在一起。转轴51的一端通过轴承24安装到定子的端盖，另一端通过另一个轴承安装到定子的筒状外壳21的底部，从而实现转子可相对于定子转动。本发明所称的环部是指沿周向连续延伸而成的封闭结构，包括圆环形、方形、多边形等。

该定子磁芯30由具有导磁性能的软磁性材料制成，例如由导磁芯片(业界常用硅钢片)沿电机轴向层叠而成，优选地，该定子磁芯30中绕线部33沿电机周向均匀间隔分布，每一绕线部33基本沿电机径向从弧形轭部301朝向转子伸出，极靴35从每个绕线部33的径向内端向定子的两周侧伸出。

优选地，极靴35的径向厚度从绕线部33到槽开口37的方向逐渐减小，使极靴35的磁阻从绕线部向槽开口37的方向逐渐增加，形成磁阻逐渐增大的磁桥，从而平滑电机的定位转矩，提高定位准确度，使电机的启动与转动更为可靠平滑。

在本实施例中，相邻所述绕线部之间的极靴35设有定位孔槽38，定位孔槽38的个数与定子的极数、环形永磁极的极数相等或为转子极数的整数倍，在本实施例中为4个。本实施例中，定子绕组采用集中式绕组，因此，绕线部数量等于定子的极数。在替换方案中，定子绕组的每个元件跨绕两个或多个绕线部，每个元件形成一个定子极，此时，绕线部数量是定子极数的整数倍，例如2倍、3倍等。

本实施例中，定位孔槽38沿电机轴向连续设置，且位于由若干绕线部的极靴连接而成的内环部的内周表面上。在一替换方案中，所述定位孔槽38也可以沿电机轴向间隔设置。优选地，每个定位孔槽38到相邻两个绕线部的距离不相同，也即定位孔槽38的中心偏离相应的两相邻绕线部的对称中心。

当电机处于未通电状态即初始状态时，转子磁极的中心线L1偏离相应定子绕线部的中心线L2一定角度，上述L1和L2所形成的角度Q称为启动角。当电机定子绕组通以一方向的电流时，转子50可以从一方向启动；当电机定子绕组通以相反方向的电流时，转子50可以从相反方向进行启动。可以理解地，在启动角等于90度电角度(也即转子磁极的中心与相邻绕线部33的对称中心重合)时，转子50朝两个方向启动都比较容易，也即最容易实现双方向启动。当启动角偏离90度电角度时，转子朝其中一方向启动会比朝另一方向启动较容易。本申请发明人经多次实验发现，当启动角处于45度电角度至135度电角度范围时，转子朝两个方向启动的可靠性都比较好。

第二实施例

请参照图6，在本实施例中，相邻两个弧形轭部的接合处不是严格的平面，而是设有凹凸结构。具体来说，当设置凹凸结构时，可以在每个磁芯组件300的弧形轭部301的两端分别设置凹槽卡位44以及与该凹槽卡位44相配合的凸起卡扣42；该凹槽卡位44与该凸起卡扣42即为凹凸结构；在组装时，每个磁芯组件的凸起卡扣42与相邻的磁芯组件的凹槽卡位44相配合，每个磁芯组件的凹槽卡位44与相邻的磁芯组件的凸起卡扣42相配合。因为定子磁芯30由若干磁芯组件300拼接而成，因此，相邻极靴35之间的槽开口37的宽度可以非常小。优选地，定子磁芯相邻的极靴之间形成槽开口，所述槽开口的宽度大于0，且小于或等于所述气隙最小厚度的4倍，例如是2倍，该配置下，可降低槽口导致的磁阻突变，从而平滑电机的定位转矩，提高定位准确度，使电机的启动与转动更为可靠平滑。本发明中，槽开口37的宽度是指相邻两个极靴35之间的距离。

在本实施例中，相邻所述绕线部之间的极靴35设有定位孔槽38，定位孔槽38的个数与绕线部的个数、永磁极的极数相等或为转子永磁极数的整数倍，在本实施例中为4个；且定位孔槽38沿电机轴向连续设置，且位于极靴的外周表面与内周表面之间，也称之为隐形定位孔槽38，优选地，定位孔槽38到极靴内周表面的距离小于到极靴外周表面的距离。在一替换方案中，所述定位孔槽38沿电机轴向间隔设置。优选地，每个定位孔槽38到相邻两个绕线部的距离不相同，也即定位孔槽38的中心偏离相邻绕线部的对称中心。

如图7所示，转子60包括沿该转子周向设置的若干个永磁极65，每个永磁极的外侧表面为弧面，其中每个永磁极65由一块或多块永磁体形成，该永磁体安装到转子磁芯63的外周表面。转子磁芯63的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽64，每个凹槽64位于两个永磁极65的分界处，以减少磁泄漏。本实施例中，永磁体的厚度是均匀的，转子磁芯53的外周表面从周向中心向两端逐渐减小，而转子磁芯63的外周表面与该永磁体的形状匹配，从而最终导致永磁体的外周表面到转子中心的距离从周向中心往两端逐渐减小。在一替换方案中，所有永磁极65也可以由一整块永磁体形成。

第三实施例

本实施例所采用的转子与上述两个实施例不同，请参照图8，本实施例中的永磁极75由若干块永磁体76形成，例如是4块。该转子磁芯73的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽74，每个凹槽74位于两个永磁体76的分界处，以减少磁泄漏。该若干块永磁体76安装到转子磁芯73的外周表面，所有永磁体76的外侧表面位于同一圆柱面上，当定子极靴35的内表面位于以转子70中心为圆心的同心圆时，定转子之间可形成均匀气隙。

第四实施例

请参照图9，本实施例中，转子80包括转子磁芯83以及沿转子周向设置的环形永磁极85，该环形永磁极85的外周表面与由极靴围成的内环部的内周表面同心，从而在两者之间的气隙为均匀气隙。具体地，该极靴的内表面位于以转子80中心为圆心的同心圆上，环形永磁极85的外侧表面呈圆柱状，且位于以转子80中心为圆心的同心圆上，即，极靴内周表面与永磁极85的外周表面同心，从而在极靴内周表面、永磁极外周表面之间形成均匀气隙。

环形永磁极85可以由一块环形永磁体86形成，环形永磁体86安装到转子磁芯83的外周表面；该转子磁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽84，每个凹槽84位于两个永磁极的分界处，以减少磁泄漏。

本发明实施例所举的单相永磁电机，定子磁芯采用分体式结构，且将绕线部设置在每个磁芯组件弧形轭部的端部，从而使得在绕线部与外环部组装之前可以采用高速绕线机进行绕线，绕线生产效率高；启动时所需启动角度和定位力矩可按需要方便地进行设计调整，从而提高启动运行性能，如可以通过调整极靴定位孔槽的位置方便地调整电机启动角度，通过调整极靴定位槽的形状、大小、数量、深度可调整电机启动前的定位力矩的大小，当启动角大于45度电角度且小于135度电角度时，该电机转子可实现双方向启动。

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 (14)

1.一种单相永磁电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于所述定子磁芯上的绕组，其特征在于：所述定子磁芯由若干磁芯组件沿定子周向拼接而成，每个所述磁芯组件具有一段弧形轭部、从所述弧形轭部的其中一个端部伸出的绕线部、从所述绕线部的径向末端向周向两侧伸出的极靴；所述转子收容于所有所述磁芯组件的绕线部的极靴围成的空间内，所述极靴和转子之间形成气隙以便于转子相对于定子转动。

2.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述若干磁芯组件的形状相同。

3.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，相邻两个所述弧形轭部的接合处设有凹凸结构。

4.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，相邻两个所述弧形轭部的接合处为平面。

5.如权利要求1至4任一项所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定子磁芯相邻的所述极靴之间形成槽开口，所述槽开口的宽度大于0且小于或等于所述气隙最小厚度的4倍。

6.如权利要求5所述的单相永磁电机，其特征在于，所述极靴的径向厚度从所述绕线部到所述槽开口的方向逐渐减小。

7.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，相邻所述绕线部之间的极靴设有定位孔槽，所述定位孔槽沿着电机的轴向连续设置或间隔设置，且每个所述定位孔槽到相邻两个所述绕线部的距离不相同。

8.如权利要求7所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定位孔槽的数量与所述永磁极的极数相等或为所述永磁极的极数的整数倍。

9.如权利要求7所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定位孔槽为隐形定位孔槽。

10.如权利要求7所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定位孔槽暴露在所述极靴的内周表面。

11.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述磁芯组件的弧形轭部和绕线部共同形成L形结构。

12.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子磁芯和沿所述转子磁芯周向设置的若干永磁极，所述若干永磁极的外周表面与所述极靴的内周表面分别位于两个与转子中心同心的圆柱面上。

13.如权利要求12所述的单相永磁电机，其特征在于，所述若干永磁极由一块环形永磁体形成或每一永磁极由一块或多块弧形永磁体形成。

14.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子磁芯和沿所述转子磁芯周向设置的若干永磁极，每一永磁极的外周表面到转子中心的距离从其周向中心往两端逐渐减小。