CN108988599B - U形铁芯单相永磁同步电动机 - Google Patents

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Abstract

U形铁芯单相永磁同步电动机，包括：永磁转子，为径向两极充磁的圆柱形，直径为10～70mm；定子，包括“U”字形的叠片铁芯和该铁芯所穿越的定子绕组；所述“U”字形二臂上部成形为靠往所述永磁转子圆柱面左、右侧的左、右极靴，所述极靴与转子间气隙的宽度于每一极下沿设定的旋转方向收窄，因而在自由状态下，转子磁极的轴线以定子的轴线为参照，沿设定的旋转方向偏转一锐角角度；所述永磁转子所述“U”字形外沿的宽度与永磁转子直径之比不小于1.7。该设计使电动机电磁材料综合成本明显降低，因而有更佳的性价比。

Description

U形铁芯单相永磁同步电动机
技术领域
本发明涉及U形铁芯单相永磁同步电动机的电磁结构，IPC分类可属于H02K 1/06。
背景技术
U形铁芯单相自起动永磁同步电动机(简称“U形电机”)，是上世纪八十年代末才完整提出的新结构微型永磁同步电动机。其具有永磁电机显著节能的优点，但结构非常简单和“U”字形冲片套材率很高，面世后即得到广泛注意和产业化应用，并首先在微型泵中取代传统感应电动机，取得显著的节能节材效果。
电动机电磁设计是涉及数十个相互存在约束的输入变量的复杂计算，U形电机由于结构特殊和过于微型，至今仍欠缺完整、深入、系统的研究，未建立电磁计算公式程序和专用电磁设计计算机软件，其电磁结构一直以仿造和实验调整为主，难以达到高效最优化，改进缓慢。
U形电机更详细的情况可见机械工业出版社2009年版《小功率永磁电机原理、设计及应用》。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种U形电机，可比传统设计有更佳的性价比，但设计简化。
本发明的技术方案是：U形铁芯单相永磁同步电动机，包括：
——永磁转子，为径向两极充磁的圆柱形，直径为10～70mm；
——定子，包括“U”字形的叠片铁芯和该铁芯所穿越的定子绕组；
——所述“U”字形二臂上部成形为靠往所述永磁转子圆柱面左、右侧的左、右极靴，所述极靴与转子间气隙的宽度于每一极下沿设定的旋转方向收窄，因而在自由状态下，转子磁极的轴线以定子的轴线为参照，沿设定的旋转方向偏转一锐角角度；
其特征在于：所述定子绕组以铜包铝漆包线或铝漆包线绕制，所述“U”字形外沿的宽度(A)与永磁转子直径(C)之比(A/C)不小于1.7。
对于所述“U”字形外沿的宽度与永磁转子直径之比A/C，传统设计小于1.7，如下表。
表1现有技术U形电机主要尺寸示例(尺寸单位：mm)
Figure GDA0002051997940000021
本技术方案A/C设计不小于1.7。分析和实验表明，与传统设计相比，相同性能的该技术方案定子铁芯材料有所增加，但绕组成本可减少更多，使电磁材料综合成本降低，有更佳的性价比。尤其当绕组使用电阻率较高而单价低的电磁线时，性价比的提高更为突出。该特征的提出，显著减少该电机的优化设计工作量。
本技术方案宜进一步设计所述“U”字形的高度为外沿宽度的1.8倍以内(传统设计大于1.8，见表1)，以充分利用“U”字形二臂之间的空间放置绕组，因而缩减电机的高度，有利于电机安装使用；且该高度方向减少的材料可抵偿外沿宽度增加的材料，有利于成本下降。
本技术方案最好设计所述“U”字形外沿的宽度与永磁转子直径之比为2.0以内，以避免“U”字形二臂之间过宽的开口使极弧长度过份减少而导致效率的下降。
附图说明
图1是本发明实施例U形电机电磁基本结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例U形电机是在一著名品牌家用电器用排水泵驱动电机的基础上改进而成。图1显示了该电机的电磁基本结构，包括：
——永磁转子1，为径向两极充磁的圆柱形；
——定子，由“U”字形的叠片铁芯3及其左、右臂穿越的绕组2组成。
叠片铁芯3穿越绕组2后露出的上部形成极面靠往永磁转子1圆柱面左侧和右侧的左极靴和右极靴；极靴与永磁转子1圆柱面间气隙的宽度于每一极下沿顺时针方向收窄，因而在自由状态下，转子磁极的轴线以定子的轴线为参照，沿顺时针方向偏转一锐角角度，构成启动角。当然，上述偏转也可以改为逆时针方向，只需气隙的宽度改为于每一极下沿逆时针方向收窄即可。
上述定子结构以图示“U”字形垂直的二臂为极身和底部的水平段为磁轭，但也有以图示“U”字形底部的水平段为极身和垂直的二臂为磁轭的结构，后者的绕组缠绕于极身仅1个线圈架上。
该排水泵驱动电机具有如下电磁结构(尺寸单位：mm)：
——叠片铁芯3“U”字形的尺寸：外沿宽度A＝31，高度B＝62.5，叠片磁路宽度D＝8，B/A＝2.02；
——永磁转子1的外径C＝21；A/C＝1.48；
——绕组使用铜漆包线。
本发明实施例U形电机维持原排水泵驱动电机性能的电磁结构为：
——维持原有铁芯叠厚；
——叠片铁芯3“U”字形的尺寸改为：外沿宽度A＝37，高度B＝58.5，叠片磁路宽度D＝11，B/A＝1.58；
——仍使用排水泵驱动电机的永磁转子，即永磁转子1的外径C＝21；A/C＝1.76；
——绕组改用铜包铝漆包线，并维持原匝数和线径。
该电机的外形由瘦高变为矮胖，铁芯套材增加约12％，绕组周长增加约11％(基于叠厚16)，但铁磁路截面积增大38％，以至磁饱和程度显著下降而磁阻显著减少，使相同输入电压和负载条件下电流大幅减少，为使用单位长度电阻增大约40％但单价降低超过50％的铜包铝漆包线创造了条件，并且效率和启动性能可得到提高。
当然，也可以因电流减小而使用线径减小的铜漆包线以降低成本，但“U”字形二臂之间的空间不如使用维持原有线径的铜包铝漆包线利用更充分。采有适当工艺，也可以使用纯铝漆包线，达到更佳的性价比。
以上是维持原排水泵驱动电机性能的设计。如维持成本不变，则可通过增加叠厚或继续使用原有线径的铜漆包线，因而提高效率和启动性能，同样提高性价比。也可以适中地选择上述叠厚或漆包线使性能与成本均有所改善，同样可获得较佳的性价比。
对本实施例电机使A/C自1.7～2.0改变多个点的实验表明，其性价比首先随A/C的增大而提高，至A/C约等于1.8时达到最大值，之后随A/C的增大而下降。这是由于叠片形状是在条料中以“U”字形交叉相扣套料冲裁的结果，叠片铁芯随A/C的增大而磁路截面积增大的同时，极弧长度4在减少而导致性能下降，当前者的有利效应大于后者的不利效应时，性价比增大，反之则下降。A/C在1.7～2.0范围内，效率和起动性能优于原排水泵驱动电机，且在该范围内，“U”字形的高度与外沿的宽度之比B/A宜为1.8以内。

Claims (2)

1.U形铁芯单相永磁同步电动机，包括：
——永磁转子，为径向两极充磁的圆柱形，直径为10～70mm；
——定子，包括“U”字形的叠片铁芯和该铁芯所穿越的定子绕组；
——所述“U”字形二臂上部成形为靠往所述永磁转子圆柱面左、右侧的左、右极靴，所述极靴与转子间气隙的宽度于每一极下沿设定的旋转方向收窄，因而在自由状态下，转子磁极的轴线以定子的轴线为参照，沿设定的旋转方向偏转一锐角角度；
其特征在于：所述定子绕组以铜包铝漆包线或铝漆包线绕制，所述“U”字形外沿的宽度(A)与永磁转子直径(C)之比(A/C)不小于1.7，所述“U”字形的高度(B)为外沿的宽度(A)的1.8倍以内。
2.按照权利要求1所述电动机，其特征在于，所述“U”字形外沿的宽度(A)与永磁转子直径(C)之比(A/C)不大于2.0。
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