CN106921272A - 单相永磁电机 - Google Patents

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Abstract

一种单相永磁电机，包括定子以及可转动地设置于所述定子内的转子，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括轭以及由轭延伸的若干极爪，每一极爪形成有极弧面，所有极爪的极弧面共同围成一用于容纳转子的柱状空间，其特征在于：所述每一极爪的极弧面为渐开的曲面，极弧面与所述转子的中心之间的径向距离沿极弧面的周向由极弧面的一侧端向另一侧端逐渐变化从而在定子的极弧面与转子的磁极面之间形成逐渐变化的非均匀气隙，使得电机在断电停止运转时，转子的极轴偏离极爪的中心轴一定角度，避免转子停留在死点位置，方便电机的再次启动。

Description

单相永磁电机
技术领域
本发明涉及单相永磁电机，特别是涉及单相永磁内转子电机。
背景技术
单相永磁电机通常由定子磁芯、定子绕组、以及永磁转子构成。其中，定子磁芯形成有极爪，定子绕组缠绕于极爪上，绕组通电时极爪极化，每一极爪作为定子磁芯的一个磁极，与永磁转子的永磁极作用推动转子持续转动，进而带动负载转动或平动，如应用于汽车中驱动车窗开启与关闭等。
通常情况下，单相永磁电机的定子磁芯的磁极数与永磁转子的磁极数相同，因此电机在断电停止运转时，永磁转子的永磁极会在径向上与定子磁芯的磁极正对，形成死点，造成电机再次通电时转子无法启动。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种单相永磁电机，在电机断电时能有效避免形成死点，以便电机再次通电时能顺利启动。
一种单相永磁电机，包括定子以及可转动地设置于所述定子内的转子，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括轭以及由轭延伸的若干极爪，每一极爪形成有极弧面，所有极爪的极弧面共同围成一用于容纳转子的柱状空间，其特征在于：所述每一极爪的极弧面为渐开的曲面，极弧面与所述转子的中心之间的径向距离沿极弧面的周向由极弧面的一侧端向另一侧端逐渐变化从而在极弧面与转子之间形成逐渐变化的气隙。
相较于现有技术，本发明单相永磁电机的磁芯形成渐开的极弧面，定转子之间形成逐渐变化的气隙，使得电机在断电停止运转时，转子的极轴偏离极爪的中心轴一定角度，避免转子停留在死点位置，方便电机的再次启动。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的单相永磁电机的结构示意图。
图2为图1所示电机的正视图。
图3为图1所示电机的定子磁芯的结构示意图。
图4为根据本发明另一实施例的电机的结构示意图。
图5为图4所示电机的正视图。
图6为图4所示电机的磁芯的结构示意图。
图7为根据本发明再一实施例的电机的结构示意图。
图8为图7所示电机的正视图。
图9为图7中虚线框的放大图。
图10为图7所示电机的定子的结构示意图。
图11为图10所示定子的正视图。
图12为图11所示定子的部分爆炸图。
图13为图11所示定子的磁芯的结构示意图。
图14为图7所示电机的转子的结构示意图。
图15为根据本发明又一实施例的电机的结构示意图。
图16为图15所示电机的正视图。
图17为图15所示电机的定子的结构示意图。
图18为图17所示定子的正视图。
图19为图17所示定子的磁芯的结构示意图。
图20为图15所示电机的转子的结构示意图。
图21为图20所示转子的正视图。
具体实施方式
本发明单相永磁电机可用于直接或间接(通过传动机构，如齿轮、涡轮、蜗杆等)地驱动外部设备，如车窗、玩具的车轮、叶片等，平动或转动。下面结合附图，对本发明单相永磁电机的具体实施例进行详细描述，使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。可以理解，实施例及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便于清晰描述，而并不限定比例关系。
图1所示为根据本发明一实施例的单相永磁电机。优选地，所述电机为内转子电机，包括由具有导磁性能的软磁性材料制成的定子磁芯10及可转动地设置于定子磁芯10内的永磁转子12。请同时参照图2及图3，本实施例中，所述定子磁芯10为U型磁芯，包括块状的轭14、以及由轭14的两侧端分别垂直向外伸出的两个臂16。所述臂16用于缠绕绕组，每一臂16的末端形成一极爪18。电机启动时，缠绕于臂16上的绕组通电形成感生磁场，使极爪18极化。极化的极爪18作为磁芯10的磁极，在任意时间两极爪18具有相反的极性。图示中，电机定子的部分元件，如绕组、控制绕组电流的电路、电机的外壳等并未示出，其可以是现有单相永磁电机中的相应结构。
较佳地，所述磁芯10的轭14与两个臂16分别由大量薄片堆叠而成，之后通过机械连接的方式相连构成磁芯10。如此，可以在每一臂16上先进行绕组的缠绕，之后将绕设有绕组的臂16与轭14连接，使得绕组的缠绕更为方便、快捷，不受磁芯10的结构、尺寸的限制。较佳地，所述轭14在靠近其两侧端的位置分别内凹形成有卡槽20，所述每一臂16在其朝向轭14的一端向外突出形成有卡块22。组装时，每一臂16上的卡块22对应地卡入至轭14的一卡槽20内，将臂16与轭14相连构成磁芯10。较佳地，所述卡槽20与卡块22形成燕尾型卡扣连接，避免连接后自行脱开。在其它实施例中，所述卡槽20也可以形成于臂16上，相应地卡块22形成于轭14上。
所述两个臂16均呈长条状，相互平行且间隔设置。所述极爪18形成于臂16远离轭14的一端，两极爪18之间形成空间24，用于容纳转子12。每一极爪18面向空间24的内壁面作为极爪18的极弧面26，为内凹的光滑弧面。本实施例中，所述极爪18大致呈C形，每一极爪18的极弧面26为渐开的曲面，以图3所示方向为例，所述极弧面26沿逆时针方向逐渐向外旋开。也就是说，极弧面26的直径沿逆时针方向逐渐增大。两极爪18的极弧面26之间围成的空间24不规则，大致呈圆柱状。每一极弧面26与所述空间24的中心轴线也即转子中心之间的距离沿极弧面26旋开的方向，即逆时针方向逐渐增大。
本实施例中，如图2所示，所述转子12整体外形呈腰形，内部可固定穿设一转轴(图未示)，用于与负载连接进而带动负载运转。所述转子12包括有永磁极28，其数量与定子磁芯10的极爪18的数量相同。每一永磁极28的外壁面作为其磁极面30，正对极爪18的极弧面26。较佳地，所述永磁极28的磁极面30位于一与转子12的中心轴同轴的圆柱面上，所述圆柱面的外径尺寸较佳地小于定子磁芯10的极爪18的极弧面26的最小直径尺寸。在装配时，转子12的中心轴与极爪18之间的空间24的中心轴保持一致，转子12的永磁极28的磁极面30与磁芯10的极爪18的极弧面26在径向上相对应并相间隔，两者之间形成气隙32，避免转子12在转动中与磁芯10干涉，保证转子12的平稳转动。
由于磁芯10的极爪18的极弧面26为渐开的曲面，其与转子12的磁极面30之间的气隙32的径向宽度沿极弧面26旋开的方向，即逆时针方向逐渐增大。如此在定转子之间形成逐渐变化的非均匀气隙32，使得电机在断电停止运转时，转子12的极轴偏离极爪18的中心轴一定角度，即避开死点位置，确保电机再次通电时能够顺利起动。可以理解地，在其它实施例中，根据电机的运转方向等，也可将极爪18的极弧面26设计为沿顺时针放开旋开的渐开曲面，同样与转子12的永磁极28的磁极面30形成非均匀的气隙32，保证电机停止时转子12避开死点位置。
较佳地，每一臂16的极爪18的周向的两端朝向另一臂16向外伸出形成有极尖34，使得每一极爪18具有更大的弧度，接近半圆。如此，两极爪18对应的极尖34之间形成窄小的间隔36，使得两极爪18的极弧面26在周向上断开有小的间隙而并非连续的圆周面，以减小漏磁在的同时降低齿槽转矩，使得电机的运转高效而平稳。更佳地，所述极弧面26在周向上断开的宽度，即极爪18之间的间隔36的宽度，大致为定转子之间的气隙32的最小的宽度的两倍。
图4-6所示为根据本发明另一实施例的单相永磁电机，其不同之处主要在于：本实施例电机的定子磁芯10为E形磁芯，包括两平行间隔设置的两长条状的轭14、分别连接两个轭14的两侧端的两个臂16、以及由每一个轭14的中央垂直延伸的极爪18。所述两极爪18相向间隔设置，每一极爪18面向另一极爪18的内壁面凹陷形成极弧面26，两极爪18的极弧面26之间界定出收容转子12的空间24。类似地，如图5及图6所示，所述每一极爪18的极弧面26为渐开的曲面，与转子12的极弧面26形成非均匀的气隙32，保证电机在断电停止运转时，转子12的极轴偏离极爪18的中心轴，避开死点。同时，两极爪18间隔设置，极弧面26在对应极爪18之间的间隔36处断开，在周向上不连续，有效避免漏磁。
图7-14所示为根据本发明第三实施例的单相永磁电机，其不同之处主要在于：本实施例电机的定子磁芯10为环形磁芯，如图13所示，包括环形的轭14、以及由轭14的内侧沿径向向内延伸形成有多个臂16(图示为四个)。所述绕组38缠绕于磁芯10的两个臂16上，共同构成电机的定子40，如图10-11所示。每一臂16的径向内端形成弧形的极爪18，相邻的极爪18的末端之间形成有间隔36。每一极爪18的径向内壁面内凹，作为极爪18的极弧面26。较佳地，如图13所示，所述极弧面26为渐开的曲面，图式方向极弧面26沿顺时针方向旋开。所述极弧面26共同界定出大致呈圆柱状的空间24，用于容纳转子12。
较佳地，如图12所示，所述磁芯10由若干模块42拼接而成，每一模块42包括圆弧形的轭部44、以及由轭部44的径向内壁面的中央延伸的一个臂16与形成于臂16的末端的一个极爪18。所述轭部44的周向的一侧端向外凸出形成一凸耳46，另一侧端内凹形成一凹槽48。组装时，如图12所示，每一轭部44的凸耳46卡入至相邻的轭部44的凹槽48内，轭部44首尾相连形成环形的轭14，进而构成磁芯10。由于轭14由多个模块42拼接而成，在拼接模块42之前可以先将绕组38绕设于每一模块42的臂16上，如此绕组38的绕设不受磁芯10的结构、尺寸的限制。为避免绕组38短路，可在每一模块42上套设绝缘的绕线架50，隔开模块42与绕组38。
如图14所示，本实施例中转子12还包括有转子铁芯52。所述铁芯52呈圆柱状，固定套接于转轴54上并与转轴54同轴设置。所述永磁极28贴设于铁芯52的外壁面上，数量与定子磁芯10的极爪18的数量相同，本实施例中为四个。每一个永磁极28作为转子12的一个磁极，相邻的永磁极28的极性相反。各永磁极28的外壁面作为其磁极面30，正对定子40的极爪18的极弧面26。较佳地，各永磁极28的磁极面30共同位于一与转轴54共轴的圆柱面上。所述转轴54的两端向外伸出与负载连接，较佳地，转轴54上套装有轴承56支撑其转动。
在将转子12与定子40装配构成电机时，如图7-9所示，由于定子40的极爪18的极弧面26为渐开的曲面，与转子12的永磁极28的磁极面30之间形成非均匀的气隙32，气隙32的径向宽度沿极爪18的极弧面26的旋开方向(图9所示为沿顺时针方向)逐渐增大，保证电机在断电停止运转时，转子12的极轴偏离极爪18的中心轴，避开死点。另外，定子40的极爪18之间形成有间隔36，极爪18的极弧面26在对应极爪18之间的间隔36位置处断开，从而在周向上不连续，有效避免漏磁，保证电机的效率。
图15-21所示为根据本发明第四实施例的单相永磁电机，其不同之处在于：本实施例电机的定子磁芯10为方形磁芯，如图19所示，包括方环状的轭14、由轭14的一对侧边延伸的两个臂16与形成于每一臂16的末端的极爪18、以及设置于轭14的另一对侧边上的两辅极爪58。本实施例中，轭14为长方形，所述两个臂16由轭14的较短的一对侧边的内侧相向地一体延伸而成。所述极爪18形成于每一臂16的径向内端，呈弧形。绕组38仅缠绕于所述臂16上并位于极爪18外侧。所述两个辅极爪58单独成型并分别连接于轭14的较长的一对侧边的内侧，用于导磁并辅助所述极爪18形成磁通回路。所述两极爪18与两辅极爪58在周向上呈间隔交替设置，相邻的极爪18与辅极爪58之间形成有窄小的间隔36。所述极爪18与辅极爪58的径向内壁面均内凹形成极弧面26，所述极弧面26为渐开的曲面，图19中极弧面26沿顺时针方向旋开。本实施例中，绕组通电后可在相邻的极爪18与辅极爪58之间形成磁回路，从而形成磁回路的数目为极爪18数的2倍。
如图20-21所示，所述转子12可转动地收容于所述极爪18与辅极爪58的极弧面26所界定的空间24内，包括转轴54、铁芯52、永磁极28、以及转子壳60。所述铁芯52固定套设于转轴54上，永磁极28固定于铁芯52的外壁面上，转子壳60环套并固定永磁极28。优选地，永磁极28的数量与极爪18、辅极爪58的总量相同，每个永磁极28背离铁芯52的外壁面作为永磁极28的磁极面30，位于与转子12同轴的圆柱面上。在定转子装配后，由于定子40的极弧面26为渐开的曲面，定转子之间形成非均匀的气隙32，气隙32的径向宽度沿定子40的极弧面26的旋开方向(图19所示为沿顺时针方向)逐渐增大，有效避免电机断电时转子12停止在死点位置，保证电机再次启动时转子12能顺利启动。进一步地，所述转子壳60可以是导磁材料制成，此时转子壳60的外圆周面作为转子12的磁极面，有效减小定转子之间的气隙32，提升电机的效率。
上述各实施例中，虽然电机的定子40、转子12在具体结构、形态上存在一定差异，但其做动原理相同，在电机通电时，绕组38中通过周期性变化的电流，形成感生磁场，使定子磁芯10的极爪18极化，与转子12的永磁极28作用，驱动转子12进而带动负载运转。本发明各实施例中，定子的磁芯10均形成渐开的极弧面26，且在周向上不连续，定转子之间形成不均匀的气隙32，有效避免电机断电时转子12停留在死点位置，方便电机的再次启动；同时还能减少漏磁，保证电机的效率。以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种单相永磁电机，包括定子以及可转动地设置于所述定子内的转子，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括轭以及由轭延伸的若干极爪，每一极爪形成有极弧面，所有极爪的极弧面共同围成一用于容纳转子的柱状空间，所述转子包括若干永久磁极，每一永久磁极包括与所述定子的极弧面相对的磁极面，其特征在于：所述每一极爪的极弧面为渐开的曲面，极弧面与所述转子的中心之间的径向距离沿极弧面的周向由极弧面的一侧端向另一侧端逐渐变化从而在极弧面与磁极面之间形成逐渐变化的气隙。
2.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于：所述各极爪相互间隔设置，相邻的极爪的末端之间形成有间隔，所述各极弧面在周向上不连续，在对应极爪之间的间隔处断开。
3.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于：相邻极爪之间的间隔是最大气隙的0～6倍。
4.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于：相邻极爪之间的间隔大于最大气隙的2倍小于最大气隙的4倍。
5.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于：所述磁芯为U型磁芯，所述轭的两侧端延伸两个臂，所述两个臂平行间隔设置，每一臂的末端形成一所述极爪，每一极爪朝向另一极爪的内壁面内凹形成所述极弧面。
6.如权利要求5所述的单相永磁电机，其特征在于：所述每一极爪呈C形，其两端朝向另一极爪向外伸出形成有极尖。
7.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于：所述磁芯为E形磁芯，包括两平行间隔设置的轭，所述两个轭的两侧端分别连接有两个臂，所述极爪由两个轭的中央垂直相向延伸，每一极爪面向另一极爪的内壁面凹陷形成所述极弧面。
8.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于：所述轭为环形，轭的内侧沿径向向内延伸形成有多个臂，所述极爪形成于每一臂的径向内端，所述极爪为弧形，极爪的径向内壁面作为其极弧面。
9.如权利要求8所述的单相永磁电机，其特征在于：所述磁芯由若干模块拼接而成，每一模块包括圆弧形的轭部、以及由轭部的径向内壁面的中央延伸的一个臂与形成于臂的末端的一个极爪，所述轭部的周向的一侧端向外凸出形成一凸耳，另一侧端内凹形成一凹槽，每一轭部的凸耳卡入至相邻的轭部的凹槽内形成环形的轭。
10.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于：所述轭为方环状，轭的一对侧边的内侧相向延伸形成两个臂，所述极爪形成于每一臂的末端，轭的另一对侧边的内侧连接有两辅极爪，所述两极爪与两辅极爪在周向上间隔交替设置，辅极爪的径向尺寸小于极爪的径向尺寸，每一极爪与辅极爪的内壁面内凹形成所述极弧面。
11.如权利要求10所述的单相永磁电机，其特征在于：所述轭为长方形，所述两个臂由轭的较短的一对侧边一体延伸而成，所述两个辅极爪单独成型并分别连接于轭的较长的一对侧边上。
12.如权利要求10所述的单相永磁电机，其特征在于：所述绕组仅绕设于与极爪相连的臂上。
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