CN107026523A - 单相电机及其转子 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种单相电机，包括定子和转子，所述定子包括定子磁芯和绕组，所述定子磁芯包括外轭部和若干定子齿，每一定子齿包括绕线部和连接于所述绕线部一端的极靴，所述绕组绕设于对应的绕线部上，所述转子包括转子磁芯和若干嵌设于所述转子磁芯内部的永磁体，所述永磁体沿所述转子磁芯的圆周方向均匀分布，所述永磁体为条形非对称结构，其横截面两端部的面积不相等，从而使得所述转子的初始位置能避开死点位置，所述电机的启动稳定。本发明还提供一种单相电机的转子。

Description

单相电机及其转子

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种单相电机的转子及应用所述转子的电机。

背景技术

近些年单相无刷直流电机得到较快发展，其结构一般为在定子铁芯上缠绕定子绕组，将定子绕组通电后，产生变化的磁场，从而驱动镶嵌有永磁体的转子转动。由于定子铁芯需要绕设定子绕组，因此，通常会在定子铁芯上开设槽口以便进行自动绕线的工序。

然而，槽口的存在使得所述定子铁芯设置槽口的部位与转子永磁体之间的磁阻增大，所述定子铁芯存在起动死点。即当电机处于未通电状态或者没有显著转动阻滞时，所述转子的磁极轴线会向磁阻小的方向自动偏转，即所述转子的磁极轴线会偏离所述槽口的轴线方向。此时，转子所受力矩为零，造成电机的起动不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种新型的可提高起动可靠性的单相电机转子及使用该转子的电机。

一种单相电机转子，包括转子磁芯和若干嵌设于所述转子磁芯内部的永磁体，所述永磁体沿所述转子磁芯的圆周方向均匀分布，所述永磁体为条形非对称结构，其横截面两端部的面积不相等。

作为一种优选方案，所述永磁体的横截面的外形为将矩形的一角切掉的形状，所述永磁体在切掉部分形成缺口。

作为一种优选方案，每一永磁体上的所述缺口均位于所述永磁体磁极轴线的同一侧。

作为一种优选方案，所述缺口为矩形、三角形、直角梯形或扇形。

作为一种优选方案，所述永磁体的横截面面积为M1，所述缺口的面积为M2，其中，2*M2<M1<5*M2。

一种电机，包括定子和转子，所述定子包括定子磁芯和绕组，所述定子磁芯包括外轭部和若干定子齿，每一定子齿包括绕线部和连接于所述绕线部一端的极靴，所述绕组绕设于对应的绕线部上，所述电机还包括上述任意一项所述的转子。

作为一种优选方案，所述转子磁芯的周壁与所述极靴之间形成一气隙，所述转子的轴心与所述定子的轴心重合，所述气隙为均匀气隙。

作为一种优选方案，相邻两个极靴之间形成槽口，所述槽口的周向最短距离为a，所述气隙的宽度为b，其中，b<a<3b。

作为一种优选方案，所述转子极弧系数为c，其中100°<c<150°。

作为一种优选方案，所述电机的起动角为60°到90°电角度之间。

作为一种优选方案，所述定子齿与外轭部一体成型或所述定子齿可拆分地连接于所述外轭部。

作为一种优选方案，所述定子还包括位于所述定子磁芯两端的端盖和套设于所述定子磁芯外周的外壳。

本发明的电机，通过在所述永磁体的一端开设缺口使得永磁体呈现非对称结构，永磁体两端与定子极之间的磁阻不相等，以使得所述转子的初始位置能避开所述电机的启动死点，使得所述电机的启动更加稳定，启动电流小，启动可靠性好。

附图说明

图1是本发明第一实施例的定子和转子的立体示意图。

图2是图1所示定子和转子的俯视图。

图3是本发明另一实施例的定子和转子的俯视图。

图4是为现有定子和转子在未通电的条件下，转子产生的磁力线分布图。

图5是为本发明实施例和转子在未通电的条件下，转子产生的磁力线分布图。

图6是图4所述定子和转子的齿槽转矩曲线图。

图7是本发明实施例定子和转子的齿槽转矩曲线图。

主要元件符号说明

电机	100
		定子	20
定子磁芯	21
		外轭部	211
定子齿	213
		绕线部	2131
极靴	2133
		极弧面	21331
槽口	215
		转子	30
转子磁芯	31
		永磁体	33
缺口	332
		气隙	50

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

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。

请参阅图1，本发明一实施方式提供的电机100，包括定子20和可相对所述定子20旋转的转子30。所述定子20包括定子磁芯21、位于定子磁芯21两端的端盖及筒状外壳(图未示)，所述定子磁芯21安装于所述外壳的内壁上。所述两端盖安装于所述外壳两端。所述转子30转动地容置于所述定子20内，所述转子30的转轴(图未示)两端通过轴承(图未示)安装至所述端盖。优选地，所述电机100为单相直流无刷电机。

所述定子20还包括绝缘线架和定子绕组(图未示)，所述绝缘线架安装于所述定子磁芯21上，所述定子绕组绕设于所述对应的绝缘线架，所述定子磁芯21与所述定子绕组之间通过所述绝缘线架隔离，以使所述定子磁芯21与所述对应的定子绕组绝缘。

请参阅图2，所述定子磁芯21包括外轭部211和定子齿213。本实施方式中，所述定子磁芯为4极4槽结构，即所述外轭部211的内侧安装4个定子齿213，所述4个定子齿213之间形成4个绕线槽。所述外轭部211为闭合的环形，所以称为定子20的外环部。

所述每一定子齿213包括一体成型的绕线部2131和极靴2133。本实施方式中，每一定子齿213可为从外轭部211沿径向向内延伸形成。所述绕线部2131沿定子磁芯21轴线方向的投影大体呈方形。在本发明其他实施方式中，如图3所示，所述电机100的定子磁芯21可以采用分体式芯片，即定子齿213与外轭部211为可拆分式连接，采用可拆分式连接有利于定子绕组的绕设。所述绕线部2131背离所述对应极靴2133的一端通过例如燕尾槽嵌合的形式连接于所述外轭部211内侧。

请再次参阅图2，所述极靴2133设置于所述绕线部2131一端，所述每一极靴2133为从绕线部2131一端沿转子周向延伸的圆弧形结构，每一绕线部2131背离所述外轭部211的一端连接于对应的极靴2133的外圆弧中心。本实施方式中，4个所述定子齿213均匀间隔的安装于所述外轭部211内侧，所述4个极靴2133大致围成一个与所述外轭部211同心的圆。其中，相邻两个极靴2133之间形成槽口215，所述槽口215用于容许形成定子绕组的导线穿过，以便进行定子绕组的绕制。所述槽口215的宽度大于所述导线的宽度。

本实施方式中，所述极靴2133包括极弧面21331，所述极弧面21331为所述极靴2133的内圆弧。所述极弧面21331的弧长接近所述极弧面21331所在圆周的四分之一。所述若干极弧面21331围成一转动地容置所述转子30的容置空间。

所述转子30为嵌入式永磁转子，其包括转子磁芯31和若干由永磁体制成的永磁极33。本实施方式中，所述转子磁芯31大体为中空圆柱体，其中心被一转轴(图未示)穿过并与所述转轴固定在一起。所述永磁体33为条形永磁体，其沿所述转子磁芯31的轴向嵌设于所述转子磁芯31内部。本实施方式中，所述永磁极33的数量与所述定子齿213的数量相同，亦即所述定子20的磁极数与所述转子30的磁极数相同。本实施方式中，所述永磁极33沿转子径向极化，永磁极的数量为四个，所述四个永磁极33沿所述转子磁芯31的圆周方向均匀分布于所述转子磁芯31内，每一永磁极33由一块永磁体形成，当然每一永磁极33也可以由多块永磁体形成。

所述转子30转动地容置于所述定子20的容置空间内，所述转子磁芯31的周壁与所述极靴2133之间形成一气隙50，以便所述转子30可相对所述定子20旋转。本实施方式中，所述转子30的轴心与所述定子20的轴心重合，所述气隙50为均匀气隙，即，所有极弧面21331位于同一圆柱面上，所述圆柱面与转子同心，所述任意极靴2133的极弧面21331到所述转子磁芯31外周壁的距离均相等。

每一永磁极33的一端沿所述转子磁芯31的轴向开设缺口332(图中虚线部分)。本实施方式中，所述缺口332开设于所述对应永磁体33靠近所述转子磁芯31外周壁的一侧。从所述转子30的轴线方向看，所述永磁体33的横截面与所述缺口332的横截面组成矩形形状。所述永磁体33的横截面的外形为将该矩形的一角切掉后的形状，所述缺口332形成于所述切掉的部分的位置。所述永磁体33的投影面积为M1，所述缺口332的面积为M2，在本实施方式中，所述永磁体33的投影面积大于两倍的所述缺口332的面积，小于五倍的所述缺口332的面积。即，2*M2<M1<5*M2。

本实施方式中，从所述转子轴线方向看，所述缺口332为矩形，在本发明其它实施方式中，所述缺口332的形状还可以为三角形、直角梯形和扇形等形状，使所述永磁体为条形非对称结构，其横截面两端部的面积不相等。

本实施方式中，每一缺口332位于所述对应永磁体33磁极轴线(图中虚线B)的同一侧。每一缺口332所在的位置未设置转子磁芯，即缺口332所在的位置为空气或其他非导磁介质。

在电机领域，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。请参阅图4，图4为现有技术中永磁体33沿所述转子30轴线方向的投影为长方形时，电机在未通电情况下的磁力线分布图。当电机处于未通电状态时，相邻两个所述永磁体33的中性区的中心线(图中虚线A)与其中一槽口215的中心线重合，即为所述电机100位于起动死点位置。

由于槽口215的存在，导致所述槽口215与所述永磁体33周壁之间的磁阻增大，而定子20的极弧面21331的中部与所述永磁体33之间的磁阻最小，因此，所述每一永磁体33会自动转动到其磁极轴线(图中虚线B)与所述其中一极弧面21331的中心线重合的位置。即相邻两个所述永磁体33的中性区中心线与所述其中一槽口215的中心线重合，所述电机100的转子30位于起动死点位置。

请参阅图5，图5为本发明实施方式的电机100在未通电情况下的磁力线分布图。由于缺口332(缺口处为空气或其他非导磁介质)的存在，使得永磁体33的磁极缺口位置与定子极靴之间的磁阻增加。因此，转子会自动转动到使得每一永磁体33其磁极轴线与所述其中一槽口215的中心线重合的位置，即所述永磁体33的磁极轴线偏离所述临近的绕线部2131的中心线一定的角度，所述电机100的转子30避开启动死点位置。所述永磁体33的磁极轴线偏离与之相邻的绕线部2131的中心线角度称为起动角。

可以理解，根据设置所述缺口332的尺寸大小，所述起动角的大小会随之变化，即所述永磁体33的磁极轴线偏离与之相邻的绕线部2131的中心线的角度随之变化。请再次参阅图2，为方便说明，定义所述槽口215的周向最短距离为a，所述气隙50的宽度为b。其中，b<a<3b，即，槽口215的宽度a大于所述转子磁芯31的周壁到所述极弧面21331的最短距离b，小于三倍的所述转子磁芯31的周壁到所述极弧面21331的最短距离b。

本实施方式中，所述转子极弧系数为c，其中100°<c<150°，所述起动角为60°到90°电角度之间。

请一并参阅图6及图7，图6为所述永磁体33没有开设所述若干缺口332时即图4所示的电机，所述电机100的齿槽转矩曲线图。图6中纵坐标为转子30所受转矩，横坐标为所述相邻两永磁体33的中性区偏离所述邻近的槽口215的角度。可以看出，当所述永磁体33没有开设缺口332时，所述相邻两永磁体33的中性区的中心线与所述邻近的槽口215的中心线重合时为稳定点。

图7为所述永磁体33开设所述若干缺口332时即图5所示的电机，所述电机100的齿槽转矩曲线图。图7中纵坐标为转子30所受转矩，横坐标为所述相邻两永磁体33的中性区偏离所述邻近的绕线部2131轴线的角度。可以得知，当所述永磁体33开设缺口332时，所述相邻两永磁体33的中性区的中心线与所述邻近的绕线部2131的中心线重合时为稳定点。

本实施方式中，所述定子磁芯21由多个导磁芯片(未标号)沿所述电机100的轴向层叠而成，所述导磁芯片由具导磁性能的软磁性材料制成(业界常用硅钢片)，其可以为硅钢片、矽钢片等。

本发明的电机100，通过在所述永磁体33上开设缺口332，并使得每一缺口332在所述转子磁芯31轴线方向的投影面积M2与所述永磁体横截面面积M1存在2*M2<M1<5*M2的关系，使得所述转子30避开了所述电机100的启动死点，使得所述电机100的启动更加稳定，启动电流小，启动可靠性好。

以上所述，仅为本发明的较佳实施方式，并非是对本发明作任何形式上的限定。如定子磁芯除了采用前面描述的叠片形式，还可以采用粉末冶金的方式一体成型定子轭部和定子齿部，另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种单相电机转子，包括转子磁芯和若干嵌设于所述转子磁芯内部的永磁体，所述永磁体沿所述转子磁芯的圆周方向均匀分布，其特征在于：所述永磁体为条形非对称结构，其横截面两端部的面积不相等。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于：所述永磁体的横截面的外形为将矩形的一角切掉的形状，所述永磁体在切掉部分形成缺口。

3.如权利要求2所述的转子，其特征在于：每一永磁体上的所述缺口均位于所述永磁体磁极轴线的同一侧。

4.如权利要求3所述的转子，其特征在于：所述缺口为矩形、三角形、直角梯形或扇形。

5.如权利要求2所述的转子，其特征在于：所述永磁体的横截面面积为M1，所述缺口的面积为M2，其中，2*M2<M1<5*M2。

6.一种单相电机，包括定子和转子，所述定子包括定子磁芯和绕组，所述定子磁芯包括外轭部和若干定子齿，每一定子齿包括绕线部和连接于所述绕线部一端的极靴，所述绕组绕设于对应的绕线部上，其特征在于：所述电机还包括如权利要求1-5任意一项所述的转子。

7.如权利要求6所述的单相电机，其特征在于：所述转子磁芯的周壁与所述极靴内表面之间形成均匀气隙，所述转子的轴心与所述定子的轴心重合。

8.如权利要求7所述的单相电机，其特征在于：相邻两个极靴之间形成槽口，所述槽口的周向最短距离为a，所述气隙的宽度为b，其中，b<a<3b。

9.如权利要求6所述的单相电机，其特征在于：所述转子的极弧系数为c，其中100°<c<150°。

10.如权利要求6所述的单相电机，其特征在于：所述电机的起动角为60°到90°电角度之间。

11.如权利要求6所述的单相电机，其特征在于：所述定子齿与外轭部一体成型或所述定子齿可拆分地连接于所述外轭部。

12.如权利要求6所述的单相电机，其特征在于：所述转子磁芯的周壁位于连续的圆柱面上，所述永磁体沿径向极化。