CN106487183A - 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，所述定子磁芯包括外轭部、从外轭部向内伸出的若干绕线部、从绕线部径向内端向周向两侧伸出的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述若干绕线部的极靴围成的空间内，所述转子包括沿转子周向设置的永磁极，永磁极外周表面与极靴内周表面同心，从而在两者之间所述气隙的厚度均一，形成均匀气隙。本发明的单相永磁电机，定转子之间采用均匀气隙，减少了现有技术中由于槽口的存在而产生震动和噪声，定子极靴设置了隐形定位槽，避免了定位槽对定转子之间的气隙厚度的影响，同时减少或避免了可能的启动死点。

Description

单相永磁电机

技术领域

本发明涉及一种单相永磁电机，尤其涉及一种具有均匀气隙的单相永磁电机。

背景技术

现有技术的单相永磁电机的电机定子磁芯采用整体式结构，即，定子磁芯包括轭部以及从轭部向内伸出的齿部，该轭部和齿部同时成型为一体式结构，相邻齿部的极靴之间设槽口。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定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括外轭部、从所述外轭部向内伸出的若干绕线部、从所述绕线部径向内端向周向两侧伸出的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述若干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转子可相对定子旋转；所述转子包括沿所述转子周向设置的环形永磁极，所述环形永磁极外周表面与极靴内周表面同心，从而在两者之间形成均匀气隙，所述极靴设隐形定位槽以使得转子的初始位置偏离死点位置。

作为本发明的一种改进方案，所述定位槽为沿着电机轴向设置于所述极靴的盲孔或通孔。

作为本发明的一种改进方案，所述转子包括转子磁芯；所述转子的永磁极由安装到所述转子磁芯的若干块永磁体或环形永磁体形成。

作为本发明的一种改进方案，所述定位槽是沿着电机轴向设置于所述极靴的盲孔或通孔。

作为本发明的一种改进方案，所述转子包括转子磁芯，所述环形永磁体安装到转子磁芯的外周表面；所述转子磁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，所述若干绕线部的极靴连接成一个闭合的内环部，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥。

作为本发明的一种改进方案，每个磁桥位于对应的两相邻绕线部的中间位置或朝远离定位槽的方向偏离两相邻绕线部的中间位置。

作为本发明的一种改进方案，所述内环部在对应磁桥处沿电机轴向设通孔或者在外表面设凹槽。

作为本发明的一种改进方案，所述磁桥在两相邻绕线部的中间位置的磁阻最大。

作为本发明的一种改进方案，所述绕线部与内环部和轭部其中之一或全部分离成型。

作为本发明的一种改进方案，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设有定位槽，所述定位槽沿着电机的轴向连续形成或间隔形成，且每个定位槽到相邻两个所述绕线部的距离不相同。本申请中，位于相邻绕线部之间的部分包括正对绕线部的部分。

作为本发明的一种改进方案，所述定位槽的数量与绕线部的个数相同。

作为本发明的一种改进方案，所述定位槽的数量与所述环形永磁极的极数相等。

作为本发明的一种改进方案，所述定位槽位于内环部的外周表面与内周表面之间。

作为本发明的一种改进方案，所述定位槽暴露在内环部的内周表面。

作为本发明的一种改进方案，所述若干绕线部的极靴连接成一个闭合的内环部，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥；所述内环部在所述磁桥处的磁阻大于所述定位槽处的磁阻。

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45度至135度电角度。

作为本发明的一种改进方案，所述内环部的内周表面位于一个圆周面上。

作为本发明的一种改进方案，所述转子包括转子磁芯和安装到转子磁芯外周的环形永磁体，所述环形永磁体的外周表面与所述内环部的内周表面为同心圆周面，从而在两者之间形成厚度均匀的气隙。

本发明的单相永磁电机，定子极靴隐形设置了定位槽，避免了定位槽对定转子之间的气隙厚度的影响，并提高了启动可靠性，降低了启动死点。

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分体式定子磁芯的示意图。

图7是本发明第三实施例的定子磁芯的示意图。

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分体式定子磁芯的示意图。

图10是本发明第五实施例的定子磁芯的示意图。

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，本发明提供的单相永磁电机10包括定子20和可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和绕设于定子磁芯上并被绝缘线架40支撑的绕组39。该定子磁芯30包括外轭部31、从外轭部31向内伸出的若干绕线部33、从绕线部33径向内端向周向两侧伸出的极靴35，在本实施例中，所述外轭部31为闭合的环形，所以称为定子的外环部；极靴35也连接成闭合的环形，所以称为定子的内环部。绕组39绕设于相应的绕线部33上，绕组39与定子磁芯30之间被绝缘线架40隔离。

转子50收容于若干绕线部的极靴35围成的空间内，极靴35和转子50之间形成气隙41；该转子50包括沿转子周向设置的环形永磁极55，该环形永磁极55的外周表面与极靴35的内周表面同心，从而在两者之间的气隙41为均匀气隙。具体地，该极靴的内表面位于以转子50中心为圆心的同心圆上。环形永磁极55的外侧表面56呈圆柱状，且位于以转子50中心为圆心的同心圆上，即，内环部内周表面与永磁极55的外周表面同心，从而在内环部内周表面、永磁极外周表面之间形成均匀气隙。

其中，如图5所示，环形永磁极55可以由一块环形永磁体形成。此外，转子50还包括穿过环形永磁极55的转轴51，转轴51一端通过轴承24安装到定子的端盖23，另一端通过另一个轴承安装到定子的筒状外壳21的底部，从而实现转子能够相对于定子转动。

在本实施例中，转子50还包括转子磁芯53，其中心被转轴51穿过并固定在一起；环形永磁体安装到转子磁芯53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54，每个凹槽54位于两个永磁极的分界处，以减少磁泄漏。本发明所称的环部是指沿周向连续延伸而成的封闭结构。

定子磁芯30由导磁材料制成，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，绕线部33沿电机周向均匀间隔分布；若干绕线部33的极靴35的径向内端表面位于以转子50的中心为圆心的同心圆上，且该些若干绕线部的极靴35连接成一个闭合的内环部。该内环部位于相邻绕线部33之间的部分设磁桥36，磁桥36具有较大的磁阻。优选地，磁桥36位于对应的两个相邻绕线部的中间位置。

本实施例中，内环部在磁桥36处的径向厚度小于内环部其他部位的径向厚度，从而增加了磁桥36的磁阻。具体地，在内环部的外周表面对应磁桥36的区域形成凹槽37，凹槽37的个数为1个。凹槽37的形状可以是圆弧形、方形等其他任何形状。

在本实施例中，相邻所述绕线部之间的极靴35设有定位槽38，定位槽38的个数与定子的极数、转子永磁极的极数相等，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，一个定子绕组可以跨越多个绕线部，该多个绕线部称为一个定子极数，这样，定子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沿电机轴向间隔设置，且位于由若干绕线部的极靴连接而成的内环部的外周表面与内周表面之间，称之为隐形定位槽，即定位槽38未暴露于外周表面或内周表面之外，优选地，定位槽38更靠近内周表面。在一替换方案中，所述定位槽38沿电机轴向连续设置。优选地，每个定位槽38的中心偏离相应的两相邻绕线部的对称中心，也即定位槽38相邻两个绕线部的距离不相同，从而使得定子绕组不通电时，转子能停在偏离死点的位置，所谓死点位置是指，定子绕组通电时转子所受力矩为零的位置。定位槽38的中心偏离其中一相邻绕线部的对称中心45度至135度电角度。即：通过定位槽38中心与转子中心的直线L1与相邻绕线部33的对称中心L2之间存在夹角Q。

当电机处于未通电状态时，转子相邻磁极间的中性区分别正对极靴上的定位槽38，而不是正对相邻两个绕线部33的对称中心。因此，上述L1和L2所形成的夹角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50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50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(也即定位槽38位于绕线部，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，与上一实施例不同的是，为了提高绕组39的绕设效率，定子磁芯采用分体式结构，具体地，该绕线部33与内环部一体成型成一整体，绕线部33与外轭部31之间为分体式结构，即外轭部31与绕线部33分离成形，然后再组装在一起。可以理解地，每一绕线部33可通过焊接或各种机械连接方式(如设燕尾槽的卡扣方式)固定连接至外轭部31。在一替换方案中，该绕线部33还可以与轭部31及内环部皆分离成型，在绕组50绕完后再将绕线部33与轭部31及内环部固定连接。

第三实施例

请参照图7和图8，与第一实施例的其中一个区别是，在本实施例中，在内环部的外周表面对应磁桥36的区域形成凹槽37，凹槽37的个数大于1个，例如是3个。磁桥在两相邻绕线部中间位置处具有最大的磁阻，例如，当每个磁桥具有3个凹槽时，越远离绕线部33的凹槽具有更大的尺寸；也就是说，凹槽离绕线部33越近，其尺寸(尤其是径向深度)越小，凹槽离绕线部33越远，其尺寸(尤其是径向深度)越大；由于磁桥36设在内环部的位于两相邻绕线部33之间，因此，位于相邻绕线部中间的凹槽的尺寸最大。

本实施例中，相邻所述绕线部之间的极靴35同样设有定位槽38，该定位槽38是沿着电机轴向设置在内环部外周表面与内轴表面之间的盲孔或通孔。

此外，本实施例中的环形永磁极55是由若干块环形永磁体57形成，例如是4块。该若干块环形永磁体57安装到转子磁芯53的外周表面；同样该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位于两个永磁体57的分界处，以减少磁泄漏。本发明所称的环部是指沿周向连续延伸而成的封闭结构。

第四实施例

图9是本发明第四实施例的分体式定子磁芯的示意图。

与第三实施例不同的是，在本实施例中，为了提高绕组39的绕设效率，定子磁芯采用分体式结构，具体地，该绕线部33与轭部31一体成型成一整体，绕线部33与内环部之间为分体式结构，即内环部与绕线部33分离成形，然后再组装在一起。可以理解地，每一绕线部33可通过焊接或各种机械连接方式(如设燕尾槽的卡扣方式)固定连接至内环部。在一替换方案中，该绕线部33还可以与轭部31及内环部皆分离成型，在绕组50绕完后再将绕线部33与轭部31及内环部固定连接。

第五实施例

图10是本发明第五实施例的定子磁芯的示意图。

与第三实施例不同的是，在本实施例中，在内环部的外周表面对应磁桥36的区域形成通孔32，通孔32的个数可以是1个或多个。磁桥在两相邻绕线部中间位置处具有最大的磁阻，例如，当每个磁桥具有3个通孔，越远离绕线部33的通孔具有更大的尺寸；也就是说，通孔离绕线部33越近，其尺寸(尤其是通孔的直径)越小，通孔离绕线部33越远，其尺寸(尤其是通孔的直径)越大，从而使得越远离绕线部磁阻越大；由于磁桥36设在内环部的位于相邻绕线部33之间，因此，位于相邻绕线部中间的通孔的直径最大。

需要说明的是，上述所有实施例中，由若干绕线部的极靴35连接而成的内环部在磁桥36处的径向尺寸小于定位槽38处的径向尺寸，即使设置了定位槽38，但内环部在磁桥36处的磁阻还是最大的。

本发明实施例所举的单相永磁电机，采用环形永磁极，并使定子磁芯的极靴的内表面位于以所述转子的中心为圆心的同心圆上，从而更好地形成均匀气隙，减少了现有技术中由于槽口的存在而产生震动和噪声；此外，启动时所需启动角度和定位力矩可按设计需要方便调整，从而减少或避免了启动死点，提高了电机启动的可靠性，如通过调整内环部定位槽的位置可方便调整电机启动角度，当启动角Q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，通过调整内环部定位槽的形状、大小、深度可调整电机启动前的定位力矩的大小；定子磁芯的内环部采用连续结构，内环部位于相邻绕线部之间的部分采用磁桥连接，避免了现有技术中相邻定子齿极部之间设置槽口而引起磁阻突变，从而可降低电机的定位转矩；定子磁芯采用分体式结构，从而使得在绕线部与轭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。

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 (13)

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轭部、从所述外轭部向内伸出的若干绕线部、从所述绕线部径向内端向周向两侧伸出的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述若干绕线部的极靴围成的空间内，所述极靴与转子之间形成气隙以便转子可相对定子旋转；其特征在于：所述转子包括沿所述转子周向设置的永磁极，所述永磁极外周表面与极靴内周表面同心，从而在两者之间形成均匀气隙，所述极靴设隐形定位槽以使得转子的初始位置偏离死点位置。

2.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定位槽为沿着电机轴向设置于所述极靴的盲孔或通孔。

3.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；所述转子的永磁极由安装到所述转子磁芯的若干块永磁体或环形永磁体形成。

4.如权利要求3所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子磁芯，所述永磁体安装到所述转子磁芯的外周表面；所述转子磁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。

5.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述若干绕线部的极靴连接成一个闭合的内环部，所述内环部的内周表面位于一个圆周面上，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥。

6.如权利要求5所述的单相永磁电机，其特征在于，每个磁桥位于对应的两相邻绕线部的中间位置或朝远离定位槽的方向偏离两相邻绕线部的中间位置。

7.如权利要求5所述的单相永磁电机，其特征在于，所述内环部在对应磁桥处沿电机轴向设开孔或者在外表面设凹槽。

8.如权利要求7所述的单相永磁电机，其特征在于，所述磁桥在两相邻绕线部的中间位置的磁阻最大。

9.如权利要求5所述的单相永磁电机，其特征在于，所述绕线部与内环部和轭部其中之一或全部分离成型。

10.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，每一对相邻绕线部之间的极靴设有定位槽，所述定位槽沿着电机的轴向连续延伸或间隔延伸，且每个所述定位槽到相邻两个所述绕线部的距离不相等。

11.如权利要求10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。

12.如权利要求10所述的单相永磁电机，其特征在于，所述若干绕线部的极靴连接成一个闭合的内环部，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥；所述内环部在所述磁桥处的磁阻大于所述定位槽处的磁阻。

13.如权利要求10所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定位槽的中心偏离其中一对相邻绕线部的对称中心45度至135度电角度。