CN106487182A - 单相永磁电机及其制造方法 - Google Patents

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李勇
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Abstract

本发明提供一种单相永磁电机及其制造方法。该制造方法包括：S1、构造定子磁芯，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；两个相邻极靴之间形成开槽，所述两个相邻极靴中的至少一个极靴包括沿定子周向顺次连接的主体部、连接部以及易弯折末端，所述主体部连接到所述绕线部，所述主体部、连接部和易弯折末端在所述连接部处形成弯折部；S2、将定子绕组绕设在所述绕线部；S3、将所述易弯折末端关于所述连接部弯折，以减小所述开槽。本发明能改变定子开槽的大小，从而更快地完成绕组的绕制，提供电机生产效率。

Description

单相永磁电机及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种单相永磁电机，尤其涉及一种定子磁芯极靴具有易弯折末端的单相永磁电机及其制造方法。
背景技术
现有技术的单相永磁电机的电机定子铁芯采用整体式结构，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较大的槽口以便于绕线。此种结构的单相永磁电机，由于槽口的存在会导致电机产生较大的定位力矩，从而产生震动和噪声。而且，受槽口的制约，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便于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，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；两个相邻极靴之间形成开槽，所述两个相邻极靴中的至少一个极靴包括沿定子周向顺次连接的主体部、连接部以及易弯折末端，所述主体部连接到所述绕线部，所述易弯折末端可关于所述连接部弯折，用于改变相邻的两个所述极靴之间的距离。
本申请中，相邻极靴之间的开槽的大小可以相等也可以不相等，开槽
作为本发明的一种改进方案，所述连接部具有形成于极靴内周表面的凹槽，从而形成定位槽。
作为本发明的一种改进方案，所述易弯折末端的内表面、所述主体部的内表面位于以所述转子的转动中心为中心轴的圆周面上。
作为本发明的一种改进方案，所述开槽的最小宽度大于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，所述主体部的径向厚度从所述绕线部到所述开槽的方向逐渐减小。
作为本发明的一种改进方案，所述定位槽沿着电机的轴向连续形成或间隔形成，且每个所述定位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，所述极靴设有定位槽，所述定位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，所述定位槽的中心偏离其中一相邻绕线部的对称中心。
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永磁极；所述转子铁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽，每个凹槽位于两个永磁极的分界处。
作为本发明的一种改进方案，每个所述永磁极由一块永磁体形成。
作为本发明的一种改进方案，所述永磁体的厚度是均匀的；所述转子磁芯的外周表面与所述永磁体的形状匹配。
作为本发明的一种改进方案，所述永磁体的厚度从周向中心向两端逐渐减小。
本发明还提供单相永磁电机的制造方法，包括以下步骤：S1、构造定子磁芯，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；两个相邻极靴之间形成开槽，所述两个相邻极靴中的至少一个极靴包括沿定子周向顺次连接的主体部、连接部以及易弯折末端，所述主体部连接到所述绕线部，所述主体部、连接部和易弯折末端在所述连接部处形成弯折部；S2、将定子绕组绕设在所述绕线部；S3、将所述易弯折末端关于所述连接部弯折，以减小所述开槽。
作为本发明的一种改进方案，还包括装配转子，所述转子具有沿转子周向分布的永磁极，所述永磁极与所述极靴之间形成气隙；所述开槽的最小宽度大于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，所述开槽的最小宽度大于0，且小于或等于所述气隙最小厚度的2倍。
作为本发明的一种改进方案，所述极靴在所述连接部处具有减小的径向尺寸以便于将所述易弯折末端关于所述连接部弯折。
作为本发明的一种改进方案，所述极靴在所述连接部处具有沿电机轴向延伸的凹槽。
本发明的单相永磁电机，通过相邻的两个极靴中的至少一个极靴设置易弯折末端，且易弯折末端能朝向所述转子弯折，用于改变相邻的两个所述极靴之间的距离，从而更快地完成绕组的绕设。
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定子磁芯中易弯折末端朝向转子弯折后的的示意图。
图6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7是第二实施例的单相永磁电机的定子磁芯、转子磁芯及其永磁体的示意图。
图8是第三实施例的的转子磁芯及其永磁体的示意图。
图9是第四实施例的的转子磁芯及其永磁体的示意图。
图10是第五实施例的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6，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包括外环部31、从外环部31向内伸出的若干绕线部33、从每个绕线部33末端向两周侧伸出来的极靴35，绕组39绕设于相应的绕线部33上。相邻的两个极靴35之间形成开槽37，所述开槽37可以位于两绕线部的中间位置或朝远离定位槽38的方向偏离中间位置。每个极靴35包括沿着电机周向顺序排列的主体部35a、连接部35b和易弯折末端35c，连接部35b具有减少的径向尺寸以便于该易弯折末端35c能关于连接部35b弯折，用于改变开槽的大小。具体地，在绕组39未绕设于相应的绕线部33上时，如图5所示，易弯折末端35c朝向转子50弯折，即，主体部35a、连接部35b和易弯折部35c形成一个弯折部，用于增大开槽的宽度，从而方便绕组39绕设在绕线部33上；在绕组39绕设于相应的绕线部上后，易弯折末端35c关于连接部35b弯折成如图4所示的状态(初始位置)，以此缩小相邻的两个极靴之间的距离。
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基本沿电机径向从外环部31向内伸出。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的主体部35a的径向厚度沿从绕线部33到开槽37的方向逐渐减小，使极靴35主体部35a的磁阻从绕线部向开槽37的方向逐渐增加。该设计能使电机的运行更加平稳、启动可靠。
本实施例中，极靴35在连接部35b的内表面处开设定位槽38，从而减小了连接部35b的径向尺寸，以便于易弯折部35c弯折。并且，定位槽38起到定位作用，避免转子停止在死点位置。
转子50收容于若干绕线部的极靴35围成的空间内，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，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。优选地，电机成品中，极靴35的主体部35a、易弯折部35c的内表面是位于以转子的中心为圆心的同心圆上。开槽37的最小宽度大于0，且小于或等于气隙最小厚度的4倍，优选地，该开槽37的最小宽度大于0，且小于或等于该对称非均匀气隙41最小厚度的2倍。该配置下，电机的启动与转动更为平顺，能增强电机的启动可靠性，减少启动死点。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、方形或多边形等；对称非均匀气隙41的厚度是指气隙的径向厚度。
在本实施例中，如图6所示，每个永磁极55由一块永磁体56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。为使该永磁极55与极靴的内周表面形成对称非均匀气隙41，具体地，转子磁芯53的外周表面与极靴35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。在一替换方案中，永磁极55也可以由一整块永磁体形成。
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。
本实施例中，定位槽38的个数与定子的极数、环形永磁极的极数相等，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，每个元件对应一个定子极，此时，绕线部数量可以是定子极数的整数倍，例如2倍、3倍等。
本实施例中，定位槽38沿电机轴向连续设置，且位于极靴的内周表面上。在一替换方案中，所述定位槽38沿电机轴向间隔设置。优选地，每个定位槽38到相邻两个绕线部的距离不相同，定位槽38偏向其中一个相邻的绕线部。
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也称为启动角。在本实施例中，该启动角大于45度电角度且小于135度电角度，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。
优选地，定位槽38设置在易弯折末端35c与其所在的极靴35之间，易弯折末端35c沿定位槽38的轴向对称线向转子50弯折。由于定位槽38的设置，因此该处的极靴厚度较薄，比较容易弯折，如此就不必另设弯折线了。
第二实施例
请参照图7，与第一实施例的一个主要区别是，定位槽38以通孔或盲孔的形式设置在极靴的外周表明与内周表面之间。优选地，定位槽38设置在极靴35的连接部(即，参考图5，极靴35的主体部35a与易弯折末端35c之间)。由于定位槽38的设置，因此该连接部35b处的极靴厚度较薄，比较容易弯折。
此外，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。与第一实施例不同的是，本实施例中的永磁体的厚度是均匀的，而转子磁芯63的外周表面与该永磁体的形状匹配，即转子磁芯63的外周表面与极靴35的内周表面不再是同心圆。在一替换方案中，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；此时，极靴35的内表面位于以转子70中心为圆心的同心圆上；所有永磁体76的外侧表面围成圆柱状，从而使气隙成为均匀气隙。
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58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88形成，环形永磁体88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。
第五实施例
请参照图10，本实施例与第二实施例基本相似，不同之处在于永磁极的外周表面与由极靴围成的内环部的内周表面同心，从而在两者之间形成基本均匀的气隙。具体地，该极靴的内表面位于以转子60中心为圆心的同心圆上，环形永磁极65的外侧表面呈圆柱状，且位于以转子60中心为圆心的同心圆上，即，极靴内周表面与永磁极65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基本均匀的气隙。可以理解地，本实施例的整体式环形磁铁也可以用前述实施例的分片式磁铁替换。本申请所称的基本均匀气隙是指永磁极外周表面与极靴内周表面之间的气隙除对应定位槽38、开槽37及分片式永磁铁末端倒角部分以外的部分为均匀气隙。
本发明还提供一种上述单相永磁电机的制造方法，包括步骤：
S1、构造定子磁芯，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；两个相邻极靴之间形成开槽，所述两个相邻极靴中的至少一个极靴包括沿定子周向顺次连接的主体部、连接部以及易弯折末端，所述主体部连接到所述绕线部，所述主体部、连接部和易弯折末端在所述连接部处形成向内弯的弯折部；
S2、将定子绕组绕设在所述绕线部；
S3、将所述易弯折末端关于所述连接部弯折以减小所述开槽；
S4、装配转子，所述转子具有沿转子周向分布的永磁极，所述永磁极与所述极靴之间形成气隙；所述开槽的最小宽度大于0，且小于或等于所述气隙最小厚度的4倍。
上述步骤S1包括在形成定子磁芯时同时形成向内弯的弯折部，也包括先成形定子磁芯然后再向内弯曲易弯折末端以形成所述弯折部。
优选地，所述开槽的最小宽度大于0，且小于或等于所述气隙最小厚度的2倍。
上述实施例中，开槽37具有均匀的周向宽度。可以理解的，作为替代，每个开槽37的宽度也可不均匀，如内小外大的喇叭形亦可，此时，前述所称开槽37的宽度指其最小宽度。上述实施例中，开槽37沿电机径向设置，作为替代，开槽37也可以沿偏离电机径向的方向设置。相邻绕线部之间的开槽37的大小可以相等也可以不相等，形状可以相同也可以不相同。
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 (15)

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，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上，所述转子包括转子磁芯和沿所述转子磁芯周向设置的永磁极；其特征在于：两个相邻极靴之间形成开槽，所述两个相邻极靴中的至少一个极靴包括沿定子周向顺次连接的主体部、连接部以及易弯折末端，所述主体部连接到所述绕线部，所述易弯折末端可关于所述连接部弯折，用于改变相邻的两个所述极靴之间开槽的距离。
2.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述连接部的横截面积小于与之连接的主体部末端的横截面积。
3.如权利要求2所述的单相永磁电机，其特征在于，所述连接部具有形成于极靴内周表面的定位凹槽，所述易弯折末端的内表面、所述主体部的内表面位于以所述转子的转动中心为中心轴的圆周面上。
4.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述开槽的最小宽度大于0且小于或等于所述气隙最小厚度的4倍。
5.如权利要求2所述的单相永磁电机，其特征在于，所述主体部的径向厚度从所述绕线部到所述开槽的方向逐渐减小。
6.如权利要求2所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定位槽沿着电机的轴向连续设置或间隔设置，且每个所述定位槽到相邻两个所述绕线部的距离不相同。
7.如权利要求6所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定位槽的数量与所述永磁极的极数相等。
8.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述极靴设有定位槽，所述定位槽为位于所述极靴的外周表面与内周表面之间的隐形定位槽。
9.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子铁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽，每个凹槽位于两个永磁极的分界处。
10.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述开槽位于相邻绕线部的中间位置或朝远离定位槽的方向偏离中间位置。
11.一种单相永磁电机的制造方法，其特征在于，包括步骤：
S1、构造定子磁芯，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；两个相邻极靴之间形成开槽，所述两个相邻极靴中的至少一个极靴包括沿定子周向顺次连接的主体部、连接部以及易弯折末端，所述主体部连接到所述绕线部，所述主体部、连接部和易弯折末端在所述连接部处形成弯折部；
S2、将定子绕组绕设在所述绕线部上；
S3、将所述易弯折末端关于所述连接部弯折以减小所述开槽。
12.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，还包括装配转子，所述转子具有沿转子周向分布的永磁极，所述永磁极与所述极靴之间形成气隙；所述开槽的最小宽度大于0且小于或等于所述气隙最小厚度的4倍。
13.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述开槽的最小宽度大于0且小于或等于所述气隙最小厚度的2倍。
14.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述极靴在所述连接部处具有减小的径向尺寸以便于将所述易弯折末端关于所述连接部弯折。
15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述极靴在所述连接部处具有沿电机轴向延伸的凹槽。
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