CN111725924B - 单相永磁自起动电机及具有其的电动设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单相永磁自起动电机及具有其的电动设备。一种单相永磁自起动电机包括定子部；转子部，转子部设置于定子部内，转子部的每一个磁极上均设置有第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体位于第二永磁体的外侧，第一永磁体的周面与定子部的内圆之间的距离逐渐变化地设置，以使转子部的磁极的几何中心线与定子部的径向方向的几何中心线具有夹角地设置。采用该结构的电机结构，有效地解决了电机存在起动死点的问题。采用该结构的单相电机具有体积小、重量轻，结构简单、便于大规模制造、制造成本低的特点。

Description

单相永磁自起动电机及具有其的电动设备

技术领域

本发明涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种单相永磁自起动电机及具有其的电动设备。

背景技术

随着永磁电动机开始迅猛发展，单相电动机在家用电器领域需求量也不断增加，人们开始考虑把永磁材料应用到单相异步电动机中来提高家用电器产品的综合性能。

单相电机为单相绕组，驱动主电路所需的开关器件较少，控制系统硬件成本低。但是单相电机内磁场为脉振磁场，电机的电磁转矩存在0点位置。如果不采用特定的结构，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，此时无论通入任何电流，电机都无法启动，因此存在起动死点的问题。如果电机已经起动运转，依靠电机的惯性转矩，死点将被克服，电机仍可连续运行。通常解决单相电机启动问题多将定子做成左右不对称结构，使磁路中心线偏离死点位置，采用该结构的电机稳定性低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单相永磁自起动电机及具有其的电动设备，以解决现有技术中电机存在死点的问题。

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自起动电机，包括：定子部；转子部，转子部设置于定子部内，转子部的每一个磁极上均设置有第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体位于第二永磁体的外侧，第一永磁体的周面与定子部的内圆之间的距离逐渐变化地设置，以使转子部的磁极的几何中心线与定子部的径向方向的几何中心线具有夹角地设置。

进一步地，第一永磁体和第二永磁体由不同的材料制成。

进一步地，第一永磁体和第二永磁体的材料相同，第一永磁体和第二永磁体的充磁工艺不同。

进一步地，第一永磁体和第二永磁体中的至少一个为非对称结构。

进一步地，各磁极上的第一永磁体的横截面的面积沿顺时针或逆时针方向逐渐减小地设置。

进一步地，各磁极上的第一永磁体的横截面的外沿型线为非对称的多边形结构。

进一步地，转子部呈环形结构，各磁极上的第二永磁体的外圆型线的连线与转子部的外圆型线重合，各第二永磁体的内圆型线的连线与转子部的内圆型线重合，转子部的内圆与转子部的外圆的圆心重合地设置。

进一步地，在每一个磁极中，第二永磁体的外周面均被第一永磁体的内壁面覆盖。

进一步地，第一永磁体与第二永磁体一体成型。

进一步地，第一永磁体的总个数与第二永磁体的总个数相同。

进一步地，定子部的径向方向的几何中心线过两个相对设置的定子齿。

进一步地，转子部的磁极的几何中心线为两个相对设置的磁极的几何中心线。

进一步地，转子部具有多个磁极，相邻的磁极的连接处的外周面具有高度差地设置。

进一步地，各磁极上的第一永磁体和第二永磁体的横截面的总面积之和均相等。

进一步地，各磁极上的第一永磁体的沿转子部的轴向方向的高度与第二永磁体沿转子部的轴向方向的高度相同地设置。

进一步地，转子部为具有多个磁极，各磁极上均设置有一个第一永磁体和一个第二永磁体，各第一永磁体沿转子部的周向均匀地设置，各第一永磁体的几何中心至第一永磁体的外圆的圆心处的距离均相等。

进一步地，各磁极上的第二永磁体相互连接以形成一体式磁环结构，第一永磁体为磁瓦结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种电动设备，包括单相永磁自起动电机，单相永磁自起动电机为上述的单相永磁自起动电机。

应用本发明的技术方案，通过将转子部的永磁体设置成具有第一永磁体和第二永磁体的组成方式，且将第一永磁体的周面与定子部的内圆之间的距离逐渐变化地设置，使得电机绕组处于无电状态下，转子部上的磁极的几何中心线与定子部的几何中心线存在一个偏角，使得转子部偏移了电机的死点位置，使得电机绕组通电时，由于转子偏移死点位置的设置，电机将产生电磁起动转矩并成为主力矩，转子部在电磁力矩的作用下，将连续旋转。采用该结构的电机结构，有效地解决了电机存在起动死点的问题。采用该结构的单相电机具有体积小、重量轻，结构简单、便于大规模制造、制造成本低的特点。

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自起动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自起动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转子部的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、定子部；11、定子齿；

20、转子部；21、第一永磁体；22、第二永磁体。

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3所示，根据本申请的具体实施例提供了一种单相永磁自起动电机。

具体地，如图1所示，该单相永磁自起动电机包括定子部10和转子部20。转子部20设置于定子部10内，转子部20的每一个磁极上均设置有第一永磁体21和第二永磁体22，第一永磁体21位于第二永磁体22的外侧，第一永磁体21的周面与定子部10的内圆之间的距离逐渐变化地设置，以使转子部20的磁极的几何中心线(如图1中B所示)与定子部10的径向方向的几何中心线(如图1中A所示)具有夹角(如图1中a所示)地设置。

在本实施例中，通过将转子部的永磁体设置成具有第一永磁体和第二永磁体的组成方式，且将第一永磁体的周面与定子部的内圆之间的距离逐渐变化地设置，使得电机绕组处于无电状态下，转子部上的磁极的几何中心线与定子部的几何中心线存在一个偏角，使得转子部偏移了电机的死点位置，使得电机绕组通电时，由于转子偏移死点位置的设置，电机将产生电磁起动转矩并成为主力矩，转子部在电磁力矩的作用下，将连续旋转。采用该结构的电机结构，有效地解决了电机存在起动死点的问题。采用该结构的单相电机具有体积小、重量轻，结构简单、便于大规模制造、制造成本低的特点。

其中，第一永磁体21和第二永磁体22由不同的材料制成。或者，可以将第一永磁体21和第二永磁体22的材料设置成相同的方式，第一永磁体21和第二永磁体22的充磁工艺采用不同的充磁方式。

优选地，第一永磁体21和第二永磁体22中的至少一个为非对称结构。这样设置使得第一永磁体21和第二永磁体22形成的磁极中心能够与定子几何中心线存在偏角，如图2所示，第一永磁体21为非对称结构。

各磁极上的第一永磁体21的横截面的面积沿顺时针或逆时针方向逐渐减小地设置。如图2所示，第一永磁体21的横截面沿顺时针方向逐渐减小地设置。

进一步地，各磁极上的第一永磁体21的横截面的外沿型线为非对称的多边形结构。即第一永磁体21的横截面的型线可以是三角形、四边形等异形结构。

转子部20呈环形结构，各磁极上的第二永磁体22的外圆型线的连线与转子部20的外圆型线重合，各第二永磁体22的内圆型线的连线与转子部20的内圆型线重合，转子部20的内圆与转子部20的外圆的圆心重合地设置。在每一个磁极中，第二永磁体22的外周面均被第一永磁体21的内壁面覆盖。这样设置能够提高电机的效率，降低电机的噪音。

如图3所示，在本实施例中，第一永磁体21与第二永磁体22一体成型。这样设置能够提高转子部的稳定性。

为了进一步地提高电机效率，第一永磁体21的总个数与第二永磁体22的总个数相同。定子部10的径向方向的几何中心线过两个相对设置的定子齿11。转子部20的磁极的几何中心线为两个相对设置的磁极的几何中心线。

转子部20具有多个磁极，相邻的磁极的连接处的外周面具有高度差地设置。如图3所示，转子部具有四个磁极，如图3中A处所示，相邻的磁极的连接处的外周面具有高度差地设置。这样设置同样起到避免电机存在起动死点的问题。

其中，各磁极上的第一永磁体21和第二永磁体22的横截面的总面积之和均相等。各磁极上的第一永磁体21的沿转子部20的轴向方向的高度与第二永磁体22沿转子部20的轴向方向的高度相同地设置。

为了进一步地提高电机的效率，转子部20为具有多个磁极，各磁极上均设置有一个第一永磁体21和一个第二永磁体22，各第一永磁体21沿转子部20的周向均匀地设置，各第一永磁体21的几何中心至第一永磁体21的外圆的圆心处的距离均相等。

上述实施例中的单相永磁自起动电机还可以用于小家电设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种电动设备，包括单相永磁自起动电机，单相永磁自起动电机为上述实施例中的单相永磁自起动电机。

具体地，单相电机内磁场为脉振磁场，电机的电磁转矩存在0点位置。如果不采用特定的结构，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，此时无论通入任何电流，电机都无法启动，因此存在起动死点的问题。

本申请提供了一种转子的永磁体结构，该结构由两种磁性能即剩余磁化强度不同的永磁体组成，以一种永磁体作为基底，另一种永磁体表贴在该永磁体表面，形成偏心弧结构。

通过采用本申请的永磁体结构，可以在不改变定子铁芯极靴形状的前提下，使得齿槽转矩为0的点与电磁转矩为0的点产生偏移，通电后可以实现自起动。

单相电机根据转子位置给绕组顺序通电，永磁转子会在电磁力矩作用下，连续旋转。若改变通电顺序，永磁转子将反向电磁力矩作用下，反方向连续旋转。α记为定子中心线及转子中心的偏角，当α＝0、α＝π/2，α＝3π/2，α＝π时，不管绕组如何通电，电磁转矩均为0，即形成运行中的死点。如果电机已经起动运转，依靠电机的惯性转矩，死点将被克服，电机仍可连续运行。现有技术中，当定子绕组处于无电状态时，由于凸极磁阻转矩的存在，转子磁极中心线将被定位在α＝0、α＝π/2，α＝3π/2，α＝π的位置。此时无论如何通电，电机将因无电磁转矩而无法起动。

采用本申请的电机结构，解决了单相无刷直流电机的死点问题，使电机定子绕组在无电状态下，永磁转子磁极中心线偏离α＝0、α＝π/2,α＝3π/2,α＝π的死点位置。

由于本申请对转子结构进行了改进，使得由于转子凸极左右不对称、气隙不均匀，凸极中心线α＝0、α＝π/2，α＝3π/2，α＝π两侧气隙磁阻不等，气隙小的一侧磁阻小，使无电状态下，磁路对称中心线偏离了α＝0、α＝π/2，α＝3π/2，α＝π的位置，在磁阻力矩作用下，并向磁阻小的一侧偏离一个角度α。在无电状态下，永磁转子的磁极中心线将停在α附近，一旦绕组通电，由于转子偏移死点位置，将产生电磁起动转矩，并成为主力矩，转子在电磁力矩的作用下，将连续旋转。

其中，第一永磁体可以为磁瓦结构，通过表贴方式与第二永磁体连接。当第一永磁体与第二永磁体一体成型且为一种材料制成时，此时的永磁体外圆采用偏心弧结构设置。进一步地，第一永磁体的外周面型线形成永磁体外圆的其中一段弧线，也可以在同一磁极下设置具有多段弧线型线的永磁体外圆结构。

在上述最优实施方式中，定子铁芯极靴形状也可以同时采用不均匀气隙、齿偏移等常用单相无刷直流电机自起动问题的解决方案，来进一步提升电机的自起动能力。

在本申请中，永磁体每个磁极区域外圆偏心弧形不关于磁极区域中心线对称，否则无法起到自起动效果，永磁体每个磁极区域外圆上的每段弧线所对应的圆心均位于永磁体内圆的同心圆上，即第一永磁体的外周面的型线所对应的圆心均位于永磁体内圆的同心圆上。

磁环形永磁体每个磁极充磁区域外圆形状一致，磁瓦形永磁体每个磁瓦形状一致，便于生产制造，整个永磁体外圆形状关于永磁体内圆圆心中心对称，相比不规则外圆可以降低转矩波动。其中，第二永磁体优选为一体式成形的磁环结构。

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 (16)

1.一种单相永磁自起动电机，其特征在于，包括：

定子部(10)；

转子部(20)，所述转子部(20)设置于所述定子部(10)内，所述转子部(20)的每一个磁极上均设置有第一永磁体(21)和第二永磁体(22)，所述第一永磁体(21)位于所述第二永磁体(22)的外侧，所述第一永磁体(21)的周面与所述定子部(10)的内圆之间的距离逐渐变化地设置，以使所述转子部(20)的磁极的几何中心线与所述定子部(10)的径向方向的几何中心线具有夹角地设置；

所述转子部(20)为具有多个磁极，各所述磁极上均设置有一个所述第一永磁体(21)和一个所述第二永磁体(22)，各所述第一永磁体(21)沿所述转子部(20)的周向均匀地设置，各所述第一永磁体(21)的几何中心至所述第一永磁体(21)的外圆的圆心处的距离均相等；

所述转子部(20)呈环形结构，各磁极上的所述第二永磁体(22)的外圆型线的连线与所述转子部(20)的外圆型线重合，各所述第二永磁体(22)的内圆型线的连线与所述转子部(20)的内圆型线重合，所述转子部(20)的内圆与所述转子部(20)的外圆的圆心重合地设置。

2.根据权利要求1所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述第一永磁体(21)和所述第二永磁体(22)由不同的材料制成。

3.根据权利要求1所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述第一永磁体(21)和所述第二永磁体(22)的材料相同，所述第一永磁体(21)和所述第二永磁体(22)的充磁工艺不同。

4.根据权利要求1所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述第一永磁体(21)和所述第二永磁体(22)中的至少一个为非对称结构。

5.根据权利要求4所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，各磁极上的所述第一永磁体(21)的横截面的面积沿顺时针或逆时针方向逐渐减小地设置。

6.根据权利要求4或5所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，各磁极上的所述第一永磁体(21)的横截面的外沿型线为非对称的多边形结构。

7.根据权利要求1所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，在每一个磁极中，所述第二永磁体(22)的外周面均被所述第一永磁体(21)的内壁面覆盖。

8.根据权利要求7所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述第一永磁体(21)与所述第二永磁体(22)一体成型。

9.根据权利要求1所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述第一永磁体(21)的总个数与所述第二永磁体(22)的总个数相同。

10.根据权利要求1所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述定子部(10)的径向方向的几何中心线过两个相对设置的定子齿(11)。

11.根据权利要求1所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述转子部(20)的磁极的几何中心线为两个相对设置的磁极的几何中心线。

12.根据权利要求1所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述转子部(20)具有多个磁极，相邻的磁极的连接处的外周面具有高度差地设置。

13.根据权利要求12所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，各磁极上的所述第一永磁体(21)和所述第二永磁体(22)的横截面的总面积之和均相等。

14.根据权利要求1所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，各磁极上的所述第一永磁体(21)的沿所述转子部(20)的轴向方向的高度与所述第二永磁体(22)沿所述转子部(20)的轴向方向的高度相同地设置。

15.根据权利要求1所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，各磁极上的所述第二永磁体(22)相互连接以形成一体式磁环结构，所述第一永磁体(21)为磁瓦结构。

16.一种电动设备，包括单相永磁自起动电机，其特征在于，所述单相永磁自起动电机为权利要求1至15中任一项所述的单相永磁自起动电机。

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