CN110912291A - 单相永磁同步电机及具有其的吸尘器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单相永磁同步电机及具有其的吸尘器。单相永磁同步电机包括定子齿，定子齿为多个，多个定子齿围设成用于容纳转子部的工作腔；其中，多个定子齿中的至少一个定子齿具有多个分齿，多个分齿中的至少一个设置有第一绕组，多个分齿中至少相邻的两个分齿上设置有第二绕组。通过将单个定子齿设置成具有分齿的方式，并结合绕组的设置为单相永磁同步电机提供起动转矩。有效地提高了单相永磁同步电机的起动能力，减小电机的起动电流。解决了现有技术中电机起动存在死点问题，使单相电机能够可靠的起动。该单相电机具有体积小、重量轻，结构简单、便于大规模制造且制造成本低。

Description

单相永磁同步电机及具有其的吸尘器

技术领域

本发明涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种单相永磁同步电机及具有其的吸尘器。

背景技术

单相永磁同步电机为单相绕组，驱动主电路所需的开关器件较少，控制系统硬件成本低。但是单相永磁同步电机存在起动死点的问题，单相永磁同步电机定子铁芯产生的电枢磁场为脉振磁场，产生的电磁转矩存在0点，而电机在不采用特殊的结构时，电机停靠位置(齿槽转矩为0的点)与电磁转矩为0的点是重合的。此时无论电枢绕组通入任何电流，电机都只能产生转子直径方向的作用力，切向力为0，此时电机无法启动，存在起动死点的问题。

通常单相永磁同步电机会采用不等气隙(即同一个定子齿下气隙厚度变化)解决起动死点的问题。但是不等气隙结构会增大齿槽转矩，进而导致电机输出转矩脉动增大，同时由于不等气隙结构会使电机的平均气隙长度增加，使电机的输出转矩密度下降，造成电机效率低的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单相永磁同步电机及具有其的吸尘器，以解决现有技术中电机起动存在死点的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种单相永磁同步电机，包括：定子齿，定子齿为多个，多个定子齿围设成用于容纳转子部的工作腔；其中，多个定子齿中的至少一个定子齿具有多个分齿，多个分齿中的至少一个设置有第一绕组，多个分齿中至少相邻的两个分齿上设置有第二绕组。

进一步地，沿转子部的转动方向，第一绕组设置于靠近定子齿的后端的分齿上。

进一步地，多个分齿均包括第一分齿和第二分齿，第一分齿位于定子齿的前端，第二分齿位于定子齿的后端，第一绕组设置于第二分齿上，第二绕组设置于第一分齿和第二分齿上。

进一步地，各定子齿的绕组的匝数为n，n＝a+b，其中，a为第二绕组的线圈匝数，b为第一绕组的线圈匝数。

进一步地，0.1b≤a≤0.5b。

进一步地，各分齿与转子部之间形成的气隙厚度不相同。

进一步地，第二分齿与转子部之间形成的气隙厚度g1均匀地设置，第一分齿与转子部之间形成的气隙厚度g2均匀地设置，其中，g1＞g2。

进一步地，在同一个定子齿中，多个分齿中的至少一个分齿与转子部之间形成均匀的气隙厚度，其余的分齿中的至少一个分齿与转子部之间形成渐变的气隙厚度。

进一步地，第一分齿与转子部之间形成的气隙厚度沿转子部的转动方向逐渐减小地设置，和/或，第二分齿与转子部之间形成均匀的气息厚度。

进一步地，第一分齿与转子部之间形成的最大气隙厚度为g3，第二分齿与转子部之间形成的气隙厚度为g5，其中，g3≤g5。

进一步地，位于定子齿的后端上的分齿的端面上开设有齿槽。

进一步地，位于定子齿的后端上的分齿的齿靴部的朝向转子部一侧的表面上设置有斜切面，斜切面为平面或弧面。

进一步地，第一绕组与第二绕组串联地设置，或者，第一绕组与第二绕组并联地设置。

进一步地，第一分齿的朝向第二分齿的一侧的表面，与第二分齿的朝向第一分齿的一侧的表面相平行地设置。

根据本发明的另一方面，提供了一种吸尘器，包括单相永磁同步电机，单相永磁同步电机为上述的单相永磁同步电机。

应用本发明的技术方案，通过将单个定子齿设置成具有分齿的方式，并结合绕组的设置为单相永磁同步电机提供起动转矩。有效地提高了单相永磁同步电机的起动能力，减小电机的起动电流。解决了现有技术中电机起动存在死点问题，使单相电机能够可靠的起动。该单相电机具有体积小、重量轻，结构简单、便于大规模制造且制造成本低。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的单相永磁同步电机的第一实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的单相永磁同步电机的第二实施例的结构示意图；

图3示出了根据本发明的单相永磁同步电机的第三实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的单相永磁同步电机的第四实施例的结构示意图；

图5示出了图4中A处放大结构示意图；

图6示出了根据本发明的单相永磁同步电机的第五实施例的结构示意图；

图7示出了图6中B处放大结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、定子齿；11、分齿；111、第一分齿；112、第二分齿；13、齿槽；14、齿靴部；15、斜切面；

20、转子部；

30、第一绕组；

40、第二绕组。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图7所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种单相永磁同步电机。

具体地，如图1所示，该单相永磁同步电机包括定子齿10。定子齿10为多个，多个定子齿10围设成用于容纳转子部20的工作腔。其中，多个定子齿10中的至少一个定子齿10具有多个分齿11，多个分齿11中的至少一个设置有第一绕组30，多个分齿11中至少相邻的两个分齿11上设置有第二绕组40。

在本实施例中，通过将单个定子齿设置成具有分齿的方式，并结合绕组的设置为单相永磁同步电机提供起动转矩。有效地提高了单相永磁同步电机的起动能力，减小电机的起动电流。解决了现有技术中电机起动存在死点问题，使单相电机能够可靠的起动。

其中，沿转子部20的转动方向F所示，第一绕组30设置于靠近定子齿10的后端的分齿11上。本申请中的定子齿的前端和后端指的是在沿转子部20的转动方向，定子齿上线转入预设点的那一端为前端，后转入的一端为后端。采用本实施例中的技术方案能够有效地提高该电机的起动能力。该单相电机具有体积小、重量轻，结构简单、便于大规模制造且制造成本低。

具体地，多个分齿11均包括第一分齿111和第二分齿112。第一分齿111位于定子齿10的前端，第二分齿112位于定子齿10的后端，第一绕组30设置于第二分齿112上，第二绕组40设置于第一分齿111和第二分齿112上。这样设置能够进一步地有效地提高该电机的起动能力。

其中，各定子齿10的绕组的匝数为n，n＝a+b，其中，a为第二绕组40的线圈匝数，b为第一绕组30的线圈匝数。优选地，0.1b≤a≤0.5b。

为了进一步地提高电机的起动能力，可以将各分齿11与转子部20之间形成的气隙厚度不相同。第二分齿112与转子部20之间形成的气隙厚度g1均匀地设置，第一分齿111与转子部20之间形成的气隙厚度g2均匀地设置，其中，g1＞g2。

进一步地，在同一个定子齿10中，多个分齿11中的至少一个分齿11与转子部20之间形成均匀的气隙厚度，其余的分齿11中的至少一个分齿11与转子部20之间形成渐变的气隙厚度。具体地，第一分齿111与转子部20之间形成的气隙厚度沿转子部20的转动方向逐渐减小地设置，第二分齿112与转子部20之间形成均匀的气息厚度。如图3所示，第一分齿111与转子部20之间形成的最大气隙厚度为g3，第二分齿112与转子部20之间形成的气隙厚度为g5，其中，g3≤g5。第一分齿111与转子部20之间形成的最小气隙厚度为g4。

如图6和图7所示，位于定子齿10的后端上的分齿11的端面上开设有齿槽13。这样设置能够有效地提高电机的输出力矩，防止电机存在起动死点的问题。

如图1、图4和图5所示，位于定子齿10的后端上的分齿11的齿靴部14的朝向转子部20一侧的表面上设置有斜切面15，斜切面15为平面或弧面。这样设置同样能够起到增加电机输出力矩的作用，有效地防止电机存在起动死点的问题。

在本实施例中，第一绕组30与第二绕组40串联地设置。或者，第一绕组30与第二绕组40并联地设置。第一分齿111的朝向第二分齿112的一侧的表面，与第二分齿112的朝向第一分齿111的一侧的表面相平行地设置。这样设置能够降低分齿的绕线难度，提高了电机的生产效率。

上述实施例中的单相永磁同步电机还可以用于吸尘器设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种吸尘器，包括单相永磁同步电机，单相永磁同步电机为上述实施例中的单相永磁同步电机。

具体地，采用分齿结构以及电机气隙均匀能提升输出转矩。而且能够减小转矩脉动电机通过特殊的绕组布线方式解决单相电机起动问题。与常规电机不同，涉及的电机每个定子齿沿中心线平均分裂为2部分，同时调整电机的绕线方式。电机绕组的缠绕方式与常规电机不同，电机的一部分匝数缠绕在两个定子齿上，另外一部分匝只缠绕在其中一部分定子齿上，即电机匝数为n，n＝a+b，其中a匝缠绕在该定子齿的两个分齿上，b匝缠绕在其中一个铁芯上。其中b匝缠绕的分齿应该是该定子齿沿电机旋转方向上的第一个齿部上。为了保证电机定子齿上的磁密尽量均匀，且能够有效消除起动死点，且a、b有以下关系：0.1b≤a≤0.5b。

为了获得更好的起动能力，还可以将两部分定子齿设置为不同的气隙结构。定子齿的两部分都为均匀气隙结构，沿电机旋转方向上第一部分气隙厚度大于第二部分的气隙厚度，或者，定子齿的两部分，其中一部分为均匀气隙结构，另外一部分为渐变型气隙结构。其中渐变型气隙结构为该定子齿沿电机旋转方向上的第二部分。且渐变型气隙的厚度沿电机旋转方向逐渐减小地设置。

由于单相永磁同步电机产生的是脉振磁场，因此存在起动问题。电机的停止位置通常是齿槽转矩为0的点，如果此时电机电磁转矩也恰好为0，那么此时电机无论通入何种电流，电机转子产生的都是径向的力，无法产生切向的起动转矩，此时电机无法启动。本申请通过结合定子齿分裂结构和绕组排布，实现电机起动死点消除，减小起动电流。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，电机包括4个定子齿，而且每个定子齿沿齿中心线分裂为两个部分。定子铁芯的4个定子齿结构完全相同，且单个齿下的两部分的气隙都是均匀气隙结构，且完全对称设置。与渐变型气隙相比，采用均匀气隙，能够小幅度提升电机的输出转矩。且电机定子设置为分裂齿结构，能够减小电机的齿槽转矩，降低电机转矩脉动。其中a匝缠绕在该定子齿的两个分齿上，b匝缠绕在其中一个分齿上。由于电机分齿对电机的齿槽转矩的相位角度没有影响，而电机绕组的分布，会使电机的电磁转矩产生偏移，进而使两种转矩产生相位差，因此能够消除电机的起动死点。

进一步，由于电机正常起动必须保证起动转矩与电机旋转方向相同，为了获得正向起动转矩，电机绕组偏移的方向需要与电机旋转方向相反，因此b匝绕组缠绕在电机旋转方向的后端的分齿上。

为了使两分裂齿上的磁场分布相对均匀，因此匝数a不能太大。a过大会造成其中一个定子齿上磁密大，使电机铁损增大。a过小，会使电机起动能力不足。最优的，两种绕组匝数a、b有以下关系：0.1b≤a≤0.5b。

如图2所示，分裂齿两部分气隙均采用均匀气隙结构，但是分裂齿的两部分气隙厚度不相同。其中沿电机旋转方向后端的分齿的气隙厚度大，前端分齿的气隙厚度小，即g1＞g2。两部分气隙厚度不同，可以使转子位置向电机旋转方向偏移，进而扩大起动绕组的作用，提升电机起动转矩。

如图3所示，两个分齿形成的两部分气隙厚度结构不相同，其中一部为均匀气隙结构，另外一部分为渐变气隙结构。渐变型气隙的定子齿部分为该定子齿沿电机旋转方向上的第二部分。渐变型气隙厚度沿电机旋转方向逐渐减小。渐变型气隙能够进一步增加电机的起动能力。

同一个定子齿下，两个分齿中，渐变型气隙最大气隙厚度小于等于均匀气隙的气隙厚度，即g3≤g5。这样设置可以使转子沿电机旋转方向偏移一个角度，进一步提升电机的起动能力。

如图4和图5所示，将后端分齿的右侧单边齿靴形状进行线切割以形成斜切面，以将分齿修改为外翘形状。对于电机旋转方向为逆时针时，齿靴外翘部位设置在后端分齿的右侧时，可以使电机停止时的永磁体中心线逆时针继续偏移一定距离，进而增加了绕组磁极中心线与永磁体中心线的夹角，增加了电机的起动角，而设置在分齿的左侧时会减小起动角。单边齿靴外翘结构也能够消除单相电机的起动死点，将单边齿靴外翘与齿分裂结合一起，能够提升起动转矩，进而减小电机起动电流。

对齿靴线切割的操作特征为：如图5所示，线切割以齿靴上边顶角M为定位点作水平基准线，实际切割线以水平基准线向下平移，平移距离为d，同时为减小电机运行过程中的转矩纹波和噪声，对线切割产生的钝角和尖角进一步采用了圆弧过渡方式，圆弧段半径根据定子齿靴尺寸优选为相同数量级的尺寸，如图4所示。

如图6所示，将分齿的后端设置矩形槽。对于电机旋转方向为逆时针时，矩形槽设置在后端的分齿时，可以使电机停止时的永磁体中心线逆时针继续偏移一定距离，进而增加了绕组磁极中心线与永磁体中心线的夹角，增加了电机的起动角。

定子齿单边开槽的结构也能够消除单相电机的起动死点，能减少电机的齿槽转矩和输出转矩脉动，将矩形开槽与齿分裂结构结合一起，可以叠加获得减小的转矩脉动和增大的起动转矩。矩形槽的形状特征为：矩形槽中心线与分裂齿中心线的距离为L，矩形槽高为H，槽宽为D。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种单相永磁同步电机，其特征在于，包括：

定子齿(10)，所述定子齿(10)为多个，多个所述定子齿(10)围设成用于容纳转子部(20)的工作腔；

其中，多个所述定子齿(10)中的至少一个所述定子齿(10)具有多个分齿(11)，多个所述分齿(11)中的至少一个设置有第一绕组(30)，多个所述分齿(11)中至少相邻的两个所述分齿(11)上设置有第二绕组(40)。

2.根据权利要求1所述的单相永磁同步电机，其特征在于，沿所述转子部(20)的转动方向，所述第一绕组(30)设置于靠近所述定子齿(10)的后端的所述分齿(11)上。

3.根据权利要求1或2所述的单相永磁同步电机，其特征在于，多个所述分齿(11)均包括第一分齿(111)和第二分齿(112)，所述第一分齿(111)位于所述定子齿(10)的前端，所述第二分齿(112)位于所述定子齿(10)的后端，所述第一绕组(30)设置于所述第二分齿(112)上，所述第二绕组(40)设置于所述第一分齿(111)和所述第二分齿(112)上。

4.根据权利要求3所述的单相永磁同步电机，其特征在于，各所述定子齿(10)的绕组的匝数为n，n＝a+b，其中，a为所述第二绕组(40)的线圈匝数，b为所述第一绕组(30)的线圈匝数。

5.根据权利要求4所述的单相永磁同步电机，其特征在于，0.1b≤a≤0.5b。

6.根据权利要求3所述的单相永磁同步电机，其特征在于，各所述分齿(11)与所述转子部(20)之间形成的气隙厚度不相同。

7.根据权利要求3所述的单相永磁同步电机，其特征在于，所述第二分齿(112)与所述转子部(20)之间形成的气隙厚度g1均匀地设置，所述第一分齿(111)与所述转子部(20)之间形成的气隙厚度g2均匀地设置，其中，g1＞g2。

8.根据权利要求1所述的单相永磁同步电机，其特征在于，在同一个所述定子齿(10)中，多个所述分齿(11)中的至少一个所述分齿(11)与所述转子部(20)之间形成均匀的气隙厚度，其余的所述分齿(11)中的至少一个所述分齿(11)与所述转子部(20)之间形成渐变的气隙厚度。

9.根据权利要求3所述的单相永磁同步电机，其特征在于，所述第一分齿(111)与所述转子部(20)之间形成的气隙厚度沿所述转子部(20)的转动方向逐渐减小地设置，和/或，所述第二分齿(112)与所述转子部(20)之间形成均匀的气息厚度。

10.根据权利要求9所述的单相永磁同步电机，其特征在于，所述第一分齿(111)与所述转子部(20)之间形成的最大气隙厚度为g3，所述第二分齿(112)与所述转子部(20)之间形成的气隙厚度为g5，其中，g3≤g5。

11.根据权利要求1所述的单相永磁同步电机，其特征在于，位于所述定子齿(10)的后端上的所述分齿(11)的端面上开设有齿槽(13)。

12.根据权利要求1所述的单相永磁同步电机，其特征在于，位于所述定子齿(10)的后端上的所述分齿(11)的齿靴部(14)的朝向所述转子部(20)一侧的表面上设置有斜切面(15)，所述斜切面(15)为平面或弧面。

13.根据权利要求1所述的单相永磁同步电机，其特征在于，所述第一绕组(30)与所述第二绕组(40)串联地设置，或者，所述第一绕组(30)与所述第二绕组(40)并联地设置。

14.根据权利要求3所述的单相永磁同步电机，其特征在于，所述第一分齿(111)的朝向所述第二分齿(112)的一侧的表面，与所述第二分齿(112)的朝向所述第一分齿(111)的一侧的表面相平行地设置。

15.一种吸尘器，包括单相永磁同步电机，其特征在于，所述单相永磁同步电机为权利要求1至14中任一项所述的单相永磁同步电机。

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