CN111279594A - 单相电子换向电机 - Google Patents

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Abstract

一种单相电子换向电机(10)，其具有电机转子(15)和层叠定子主体(21)，所述层叠定子主体包括至少一组(231‑236)铁磁叠片(28)，所述铁磁叠片通过轴向冲压突起(37、38)彼此牢固连接，其中，叠片组(231‑236)限定了带有极靴(30)的多个极齿(241‑246)，所述极齿(241‑246)设置有多个定子线圈(22)，其中，面向转子的极靴边缘(33)相对于径向极齿中心线(M)不对称地成形，使得面向转子的极靴边缘(33)在定子极靴(30)和电机转子(15)之间限定不恒定的气隙(36)，其中，每个定子极齿(241‑246)包括轴向冲压突起(38)，所述冲压突起径向布置成靠近面向转子的极靴边缘(33)，使得冲压突起边缘和面向转子的极靴边缘之间的距离(D1)小于冲压突起边缘和任何其他叠片边缘之间的距离(D2)。

Description

单相电子换向电机
技术领域
本发明涉及一种具有转子和层叠定子主体的单相电子换向电机。
背景技术
这些电机设置有定子主体，该定子主体包括至少一组铁磁叠片。层叠定子主体可以避免或至少抑制降低电机效率的涡流。层叠定子主体的叠片在电机轴向方向上堆叠，并通过轴向冲压突起彼此可靠地连接，这意味着一组叠片设置有相同且啮合的冲压突起，以确保叠片彼此的精确的径向对准。冲压过程的结果是叠片的机械变形，特别是金属微结构的机械变形，使得叠片的磁导率在冲压突出区域内改变。
单相电机设置有串联电连接的多个定子线圈。定子线圈通过交流电压同时通电，以驱动永磁电机转子。由于所有定子线圈同时通电，因此要在规定的旋转方向上可靠地起动电机转子需要采取特殊的硬件措施。一些单相电机设置有不对称形状的定子极，例如设置有带有不对称形状的面向转子的极靴边缘的极齿，以实现电机转子的优选旋转起动方向。然而，面对转子的极靴边缘的不对称形状导致不相等的气隙，并且因此导致在电机定子和电机转子之间的较大的平均气隙。大的平均气隙直接降低了电机的效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种单相电子换向电机，其允许在不显着降低电机效率的情况下限定电机转子的旋转起动方向。
该目的通过具有权利要求1的特征的单相电子换向电机来实现。
根据本发明的单相电子换向电机设置有转子和层叠定子主体，该层叠定子主体包括通过轴向冲压突起彼此牢固连接的至少一组铁磁叠片。层叠定子主体允许避免或至少显着地抑制定子内的涡流。叠片组内的铁磁叠片在轴向方向上牢固连接，以避免叠片偏移，从而以确保叠片组的叠片的确定的切向和径向对准。
根据本发明，叠片组限定了多个极齿，在每个极齿处具有极靴。每个极齿均设有定子线圈，其中，相邻的极齿沿相反方向被盘绕，以实现通电的定子线圈的相反极化。面向转子的极靴边缘的形状相对于极齿的径向中心线不对称。结果，面对转子的极靴边缘在电机定子和电机转子之间限定了非恒定的气隙，从而产生了不均匀的磁场，特别是在电机的高能量起动期间。不对称的面向转子的极靴边缘确保了初始转矩，并限定了电机转子的优选旋转起动方向。
根据本发明，每个定子极齿包括轴向冲压突起，该轴向冲压突起布置成径向地靠近面向转子的极靴边缘，使得冲压突起边缘和极靴边缘之间的距离小于冲压突起边缘和任何其他叠片边缘之间的距离。冲压过程使叠片机械变形，使得叠片的微观结构和因此的导磁率在冲压突起内及其直接附近发生变化。根据本发明，冲压突起径向地布置成靠近极齿的极靴的面向转子的边缘。冲压突起的相对较高的磁阻增强了由不对称的极靴几何形状引起的定子磁场的不对称性。这允许使用不对称程度较小的极靴几何形状来限定和确保旋转电机转子的优选起动方向。结果，可以减小电机定子和电机转子之间的平均气隙，并且可以提高电机效率。
优选地，极齿冲压突起布置在径向极齿中心线处，以避免在冲压过程期间极齿的意外的、尤其是不对称的机械变形。
在优选实施例中，冲压突起边缘和面对转子的极靴边缘之间的距离与冲压突起边缘和最靠近的另一叠片边缘之间的距离之比在0.3至0.8的范围内，优选地，在0.5至0.65的范围内。这允许有效地增强定子磁场的不对称性，而不必冒由于冲压而导致的面向转子的极靴边缘的意外机械变形的风险。
在优选的实施例中，两个极靴臂的极靴背边缘具有近似相同的半径，以提高极靴的机械稳定性，并因此提高整个极齿的机械稳定性。
优选地，冲压突起边缘与面对转子的极靴边缘之间的距离小于极靴背边缘与面对转子的极靴边缘之间的距离。对于该冲压突起位置，增强定子磁场不对称性非常有效。
在优选的实施方式中，层叠定子主体设置有形成磁性背铁环的叠片组，其中，每个磁性背铁环叠片与至少一个极齿叠片的转子远端牢固连接。磁性背铁环提高了电机效率。
在另一优选实施例中，至少两个铁磁极齿叠片组通过非磁性连接体在切线方向上牢固连接。非磁性连接体，优选地由塑料制成，例如通过注射成型，该非磁性连接体将定子主体的极齿叠片组保持在限定的径向和切向位置，而不会显着影响定子磁场。
优选地，层叠定子主体围绕电机转子，使得电机转子在层叠定子主体内部旋转。这允许特别紧凑的电机设计。
附图说明
参考附图描述本发明的实施例，其中
图1示出了根据本发明的单相电子换向电机的示意性纵向截面，
图2示出了图1的电机的层叠定子主体的径向截面，并且
图3示出了图1的电机的具有极靴的极齿和背铁环的一部分。
具体实施方式
图1示出了单相电子换向电机10，该单相电子换向电机10设置有可旋转地附接到电机轴16的永磁电机转子15。电机10还设置有电机定子20，该电机定子20包括层叠的定子主体21和定子线圈22。电机10包括电机控制单元50，该电机控制单元50电连接到定子线圈22，以使定子线圈22通电。电机10还包括电机壳体55和电机罐56。
电机10被提供为所谓的罐装电机，其中电机罐56将电机转子15与电机定子20流体地分开。电机转子15布置在电机罐56内，并且周围的电机定子20布置在电机罐56的外部。电机转子15可绕旋转轴线A旋转并且不可旋转地附接到电机轴16。
图2示出了层叠定子主体21的径向截面。定子主体21包括六个极齿叠片组231-236，其限定了六个极齿241-246，该六个极齿241-246围绕旋转轴线A等距地布置成圆形。每个极齿241-246都设有定子线圈22。六个极齿叠片组231-236由非磁性叠片保持单元25保持，以限定定子主体21的极齿241-246的精确的径向和切向对准。叠片保持单元25优选地由塑料制成，例如通过注射成型。由于叠片保持单元25是非磁性的，因此定子磁场不受叠片保持单元25的显着影响，特别是叠片保持单元25在极齿241-246之间不提供磁通路径。箭头P表示电机转子15并且因此表示电机轴16的优选旋转方向。
图3示出了极齿叠片组23的铁磁极齿叠片28，并且示出了磁性背铁环26的铁磁性背铁环片29的一部分。背铁环26设置有连接凹部40，并且磁性地连接定子主体21的所有极齿24的转子远端。背铁环26可以在电机轴向方向上在极齿24之上移位，尤其是平行于旋转轴线A移位，使得极齿叠片28的背铁连接鼻27与背铁环片29的相应的极齿连接凹部40啮合。
由极齿叠片组23限定的极齿24设置有极靴30，其包括具有极靴背边缘34、35的两个切向的极靴臂31、32。极靴30设置有不对称形状的面向转子的近侧极靴边缘33。面向转子的极靴边缘33设置为具有半径R1和圆心C的圆的部段。极靴背边缘34、35设置为具有半径R2和圆心C的圆的部段。圆心C位于距径向极齿中心线M一定距离处，优选至少十分之几毫米。结果，面向转子的极靴边缘33相对于径向中心线M不对称地成形，从而在电机定子20的极靴30与围绕电机转子15的电机罐56之间形成不等距的定子间隙36。不对称形状的极靴30在电机定子20和电机转子15之间限定不对称的“气隙”，以确保以优选的旋转方向P起动和驱动永磁电机转子15。
每个极齿叠片28都设置有位于极齿中心线M处的两个轴向冲压突起37、38。优选地，冲压突起是圆形的并且具有大约1mm的公称直径。第一冲压突起37布置在极齿叠片28的转子远端，并且第二冲压突起38布置在极齿叠片28的面向转子的近端。冲压突起38被布置成到面对转子的极靴边缘33距离D1，该距离D1小于到最靠近的另一极齿叠片边缘39的距离D2，并且也小于面对转子的极靴边缘33和极靴背边缘34、35之间的距离D3。优选地，距离D1在电机转子直径的2.5％至3.5％的范围内，对于电机10，该直径对应于大约0.7mm至0.8mm的范围。
在冲压过程期间极齿叠片28的机械变形导致冲压突起38区域中的磁阻增加。冲压突起磁阻影响极齿叠片28内、特别是极靴30内的磁通量。结果，由不对称的面向转子的极靴边缘33引起的定子磁场的不对称性显着增强。这允许使用极靴边缘33的不对称程度较小的设计，使得圆心C可以位于靠近极齿中心线M的位置。结果，可以减小定子间隙36的平均厚度以改善电机效率。
在电机定子20的制造过程中，首先，将极齿叠片组23的所有极齿叠片28以及背铁环26的所有背铁环片29放在一起并轴向固定。随后，通过注射成型将定子主体21的六个极齿叠片组231-236定位在叠片保持单元25中，从而限定极齿241-246的径向和切向位置。由极齿叠片组231-236限定的每个极齿241-246从径向向外被盘绕以限定六个定子线圈22，其中相邻的极齿241-246沿相反的方向盘绕。定子线圈221-226串联电连接。
最后，背铁环26在轴向上移动到极齿叠片组231-236上，使得背铁环26的极齿连接凹部40与极齿叠片组231-236的背铁连接鼻271-276啮合。
附图标记列表
10 单相电子换向电机
15 电机转子
16 电机轴
20 电机定子
21 定子主体
22 定子线圈
231-236 极齿叠片组
241-246 极齿
25 叠片保持单元
26 背铁环
271-276 背铁连接鼻
28 极齿叠片
29 背铁环片
30 极靴
31 极靴臂
32 极靴臂
33 面向转子的极靴边缘
34 极靴背边缘
35 极靴背边缘
36 定子间隙
37 冲压突起
38 冲压突起
39 极齿叠片边缘
40 极齿连接凹部
50 电机控制单元
55 电机壳体
56 电机罐
A 旋转轴线
C 圆心
D1 冲压突起与面向转子的极靴边缘之间的距离
D2 冲压突起与最靠近的另一极齿叠片边缘之间的距离
D3 面向转子的极靴边缘与极齿背边缘之间的距离
M 极齿中心线
P 优选旋转方向

Claims (8)

1.一种单相电子换向电机(10)，其具有电机转子(15)和层叠定子主体(21)，所述层叠定子主体包括至少一组(231-236)铁磁叠片(28)，所述铁磁叠片通过轴向冲压突起(37、38)彼此牢固连接，
其中，叠片组(231-236)限定了带有极靴(30)的多个极齿(241-246)，所述极齿(241-246)设置有多个定子线圈(22)，
其中，面向转子的极靴边缘(33)相对于径向极齿中心线(M)不对称地成形，使得面向转子的极靴边缘(33)在定子极靴(30)和电机转子(15)之间限定不恒定的气隙(36)，
其中，每个定子极齿(241-246)包括轴向冲压突起(38)，所述冲压突起径向布置成靠近面向转子的极靴边缘(33)，使得冲压突起边缘和面向转子的极靴边缘之间的距离(D1)小于冲压突起边缘和任何其他叠片边缘之间的距离(D2)。
2.根据权利要求1所述的单相电子换向电机(10)，其中，所述极齿冲压突起(38)布置在径向极齿中心线(M)处。
3.根据前述权利要求中任一项所述的单相电子换向电机(10)，其中，冲压突起边缘和面对转子的极靴边缘之间的距离(D1)与冲压突起边缘和最靠近的另一叠片边缘之间的距离(D2)之比在0.3至0.8的范围内，优选地，在0.5至0.65的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的单相电子换向电机(10)，其中，两个极靴臂(31、32)的极靴背边缘(34、35)具有近似相同的半径(R2)。
5.根据权利要求4所述的单相电子换向电机(10)，其中，冲压突起边缘与面对转子的极靴边缘之间的距离(D1)小于极靴背边缘与面对转子的极靴边缘之间的距离(D3)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的单相电子换向电机(10)，其中，所述层叠定子主体(21)设置有形成磁性背铁环(26)的叠片组，其中，每个磁性背铁环叠片(29)与至少一个极齿叠片(28)的转子远端牢固连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的单相电子换向电机(10)，其中，至少两个铁磁极齿叠片组(231-236)通过非磁性连接体(25)在切线方向上牢固连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的单相电子换向电机(10)，其中，所述层叠定子主体(21)围绕所述电机转子(15)。
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