CN202818042U - 单相感应电动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单相感应电动机，其转子侧的磁路的宽度之和小于定子侧的磁路的宽度之和。在此，所谓磁路的宽度之和是将各齿的截面面积为最小的部分的截面面积按照转子的齿的个数或者定子的齿的个数累加而得到的宽度。这样的感应电动机，在选择了加长定子侧的齿来增加卷线的量的结构时，将发挥特别优异的性能。

Description

单相感应电动机

技术领域

本实用新型涉及一种内转子型单相感应电动机。

背景技术

以往，如专利文献1所记载，在单相感应电动机的绕线方法中采用环形绕线或分布绕线。由于具有如这些卷线的单相感应电动机发挥比较高的效率，因此被常年使用。

在采用这些卷线的情况下，由于卷线重量增大难以降低材料成本，加上绕线作业也需要时间，所以制造成本降低有局限性。

实用新型内容

本实用新型在单相感应电动机中提供降低了制造成本的同时效率高的电动机。

本申请所例示的第一方面的单相感应电动机具有旋转部、静止部、以及轴承部。旋转部具有轴和转子铁芯。静止部具有定子。轴承部将旋转部支撑为相对于静止部能够以中心轴线为中心旋转。定子具有铁制的环状铁芯背、铁制的多个定子齿、以及多个线圈。多个定子齿从铁芯背向径向内侧延伸。多个线圈以集中卷绕的形式分别安装于多个定子齿。转子铁芯具有背轭和多个转子齿。多个转子齿从背轭朝向径向外侧延伸，且在周向等间隔排列。在轴向，在所述转子齿的存在范围与所述定子齿的存在范围相重叠的范围，所述多个定子齿中各定子齿的截面面积最小的部分处的、所有所述多个定子齿的所述截面面积之和，比所述多个转子齿中各转子齿的截面面积最小的部分处的、所有所述多个转子齿的所述截面面积之和大。

在本申请所例示的单相感应电动机中，基于第一方面所述的单相感应电动机，在第二方面，由所述铁芯背的外周面规定的所述铁芯背的外径、以及由所述定子齿末端的内周面规定的所述定子的内径满足以下的关系式：

铁芯背外径×44%≤定子内径＜铁芯背外径×50%。

在本申请所例示的单相感应电动机中，基于第一方面所述的单相感应电动机，在第三方面，所述多个线圈由被绝缘包覆的铝或者铝合金制的导线构成。

在本申请所例示的单相感应电动机中，基于第二方面所述的单相感应电动机，在第四方面，所述多个线圈由被绝缘包覆的铝或者铝合金制的导线构成。

在本申请所例示的单相感应电动机中，基于第一方面所述的单相感应电动机，在第五方面，所述定子齿宽度用所述定子内径以及所述定子齿数由以下的关系式规定：

定子齿宽度=（定子内径×π／2)×A／定子齿数，

其中，0.88≤A＜1.00。

在本申请所例示的单相感应电动机中，基于第二方面所述的单相感应电动机，在第六方面，所述定子齿宽度用所述定子内径以及所述定子齿数由以下的关系式规定：

定子齿宽度=（定子内径×π／2)×A／定子齿数，

其中，0.88≤A＜1.00。

在本申请所例示的单相感应电动机中，基于第三方面所述的单相感应电动机，在第七方面，所述定子齿宽度用所述定子内径以及所述定子齿数由以下的关系式规定：

定子齿宽度=（定子内径×π／2）×A／定子齿数，

其中，0.88≤A＜1.00。

在本申请所例示的单相感应电动机中，基于第四方面所述的单相感应电动机，在第八方面，所述定子齿宽度用所述定子内径以及所述定子齿数由以下的关系式规定：

定子齿宽度=（定子内径×π／2)×（0.88～0.99）／定子齿数。

在本申请所例示的单相感应电动机中，基于第一至第八方面中任一方面所述的单相感应电动机，在第九方面，所述转子齿的轴向高度比所述定子齿的轴向高度高。

本实用新型涉及的单相感应电动机在降低制造成本的同时提高了效率。

附图说明

图1是一实施方式所涉及的单相感应电动机的纵向剖视图。

图2是旋转部的立体图。

图3是转子铁芯的侧视图。

图4是展开状态下的定子的俯视图。

图5是定子的俯视图。

图6是铁芯背、定子齿、以及转子铁芯的俯视图。

图7是简化表示8个定子齿212的绕线的状态的图。

具体实施方式

在本说明书中，将图1所示的电动机1的中心轴线J1方向的上侧简称为“上侧”，将下侧简称为“下侧”。另外，上下方向不表示组装到实际设备时的位置关系和方向。并且，将平行于中心轴线J1的方向称为“轴向”，将以中心轴线为中心的径向简称为“径向”，将以中心轴线为中心的周向简称为“周向”。

图1是表示本实用新型所例示的一实施方式所涉及的单相感应电动机1（以下，称为“电动机1”）的纵向剖视图。电动机1优选用于风扇、空调装置、空气净化器、抽油烟机、热水器、加湿器或者吹风机。电动机1为内转子型电动机。通过输入单相交流电，电动机1的旋转部3旋转。电动机1具有静止部2、旋转部3、以及轴承部4。轴承部4将旋转部3支撑为相对于静止部2能够以中心轴线J1为中心旋转。轴承部4由第一球轴承41和第二球轴承42构成。第二球轴承42配置在旋转部3的轴向上侧，第一球轴承41配置在旋转部3的轴向下侧。

静止部2具有定子21和机壳22。定子21配置在后述的转子铁芯32的径向的外侧。定子21具有铁制的环状的铁芯背211、铁制的多个定子齿212、以及多个线圈213。多个定子齿212从铁芯背211的内周面朝向中心轴线J1即径向内侧延伸。线圈213以集中卷绕的形式安装于多个定子齿212中的每一个定子齿212。绕线的形式被大致分为集中绕线和分布绕线。相对于跨多个定子齿地缠绕导线的分布绕线，集中绕线是在一个定子齿集中地缠绕导线而形成线圈213。图7是简化表示8个定子齿212的绕线的状态的图。多个线圈213具有多个主线圈214和多个辅助线圈215。由连续的导线每隔一个定子齿212交替地正转卷绕和反转卷绕于定子齿212而构成的线圈为主线圈214。由连续的导线交替正转卷绕和反转卷绕于位于卷绕有主线圈214的定子齿212之间的、每隔一个的定子齿212而构成的线圈为辅助线圈215。开始正转卷绕主线圈214时，缠绕于相邻的定子齿212的辅助线圈215的绕线开始为反转卷绕。主线圈214和辅助线圈215采用不同的导线。

与通常的单相感应电动机一样，电动机1具有电容器。借助电容器流经主线圈214的交流电流的位相相对于流经辅助卷线的交流电流偏移90度。由此，在定子21的内侧产生旋转磁场，旋转部3旋转。

机壳22具有上机壳221和下机壳222。上机壳221与下机壳222在轴向对置，并通过嵌合被固定。机壳22覆盖定子21的全周。上机壳221具有第一轴承保持部2211。第一轴承保持部2211与中心轴线J1同轴配置，第一轴承保持部2211为从上机壳221的盖部沿轴向延伸的圆筒状的部位。第一球轴承41被第一轴承保持部2211保持。下机壳222具有第二轴承保持部2212。第二轴承保持部2212与中心轴线J1同轴配置，第二轴承保持部2212为从下机壳222的底部沿轴向延伸的圆筒状的部位。第二球轴承42被第二轴承保持部2212保持。

图2为旋转部3的立体图。旋转部3具有轴31、转子铁芯32、以及导体环33。轴31被第一球轴承41和第二球轴承42支撑为能够以中心轴线J1为中心旋转。轴31的输出端从第二轴承保持部2212的开口向下方突出。转子铁芯32是通过将为磁性板的铁芯片（lamination）层压而形成的层压体。转子铁芯32配置在定子21的径向内侧。导体环33呈环状设置在转子铁芯32的上下的面。构成转子铁芯32的各个铁芯片具有多个转子齿322。多个转子齿322从圆环状的背轭321向径向外侧延伸，并在周向等间隔配置。多个转子齿322在径向外端具有沿周向延伸的转子伞状部323。如图6所示，相邻转子齿322的伞状部在周向对置，之间具有转子开槽324。在多个转子齿322之间，从转子开槽324到背轭321存在多个间隙325。

图3是转子铁芯的侧视图。如图3所示，多个铁芯片以转子开槽的相位在周向错开预定角度的状态被层压，从而构成转子铁芯32。也就是说，转子铁芯32通过将铁芯片在配置成螺旋状的状态下层压而构成。

转子铁芯32具有为非铁金属性的导体的、多个导体棒34以及两个导体环33。这些导体棒34以及导体环33是由铸造制成的一个连续的部件。具体地说，在具有相当于导体环33的空洞部分和堵塞开槽的周面的模具内配置转子铁芯32，向模具内注入熔融状态的铝或者铝合金进行铸造。多个导体棒34在多个转子齿322间的槽内紧贴槽的两面从轴向上端连续到轴向下端。两个导体环33分别紧贴转子铁芯32的轴向的两端面且为环状形状。由于多个导体棒34以及两个导体环33连续而构成鼠笼式转子，因此刚性高，并且因为没有连接部而电阻低。

图4为展开状态的定子21的俯视图。图4的左方向为径向外侧，上方为周向。定子21为多个铁芯60的集合群。多个铁芯60分别具有一个齿部61和铁芯背部621。铁芯背部621为铁芯背211的1/8的部位。多个铁芯背部621大致直线状排列。齿部61从各个铁芯背部621向相对于铁芯背部621垂直的方向延伸。而且，齿部61在末端具有向垂直于齿部61的方向延伸的定子伞状部622。定子伞状部622随着远离齿部61而向远离铁芯背部621的方向弯曲。也就是说，伞状部622的末端为圆弧状。

相互邻接的铁芯背部621由微小的连接部623连接。通过将如图4所示的定子21在连接部623弯折而形成环状的定子21。图4的两端的铁芯背部621通过焊接而接合。

使定子21形成为环状而得到定子21。图5是定子21的俯视图。连接部623位于铁芯背部621的大致径向外侧且位于周向两侧（但是，位于最端处的铁芯60的铁芯背部621只在一侧）。定子伞状部622与相邻定子伞状部622之间具有间隙。该间隙作为定子开槽624。由多个定子伞状部622和定子开槽624形成假想圆。该假想圆的直径为定子内径70。也就是说，定子内径70为包括齿部61（定子齿212）的末端的内周面的包络面的直径。并且，环状的铁芯背211的外径为铁芯背外径80。定子内径70优选为小于铁芯背外径80的一半的值。在以往的具有包括环形卷绕线圈和分布卷绕线圈的定子的单相感应电动机中，定子的内径比铁芯背外径的一半大。这是因为：由于没有重视要在定子齿间充分确保收纳卷线的空间而造成定子齿设计短了。与此相对，本实用新型的单相感应电动机1采用了这样的技术思想：具有集中卷绕线圈213的定子21，在定子齿212间确保了收纳卷线的空间，从而增加在定子21产生的磁通量。基于该方针，将定子齿212变长，将铁芯背内径70变小。具体为，优选定子内径70为铁芯背外径80的0.44倍以上且小于0.50倍。

将定子内径70减小到不足铁芯背外径80的一半的话，由于转子铁芯32的直径也减小到不足铁芯背外径80的一半，因此通常难以确保导体棒34的截面面积，从而二次电阻增大，电动机的性能降低。在本实用新型中，根据后述的方法成功地克服了这个问题。但是，即使那样，如果将定子内径70设为不足铁芯背外径80的0.44倍的话，则很难回避性能的降低，因此0.44倍为定子内径的下限。

通过如上所述选定定子内径70的值与铁芯背外径80的值的比，无需增大电动机1的外径就能够改善电动机1的性能。

然而，优选多个线圈213由被绝缘包覆的铝或者铝合金制的导线构成。因为与选择铜作为导线的材料相比能够降低导线的价格。

但是，铝制的导线的截面面积比铜制的导线的截面面积大。也就是说，由铝制的导线形成线圈时，需要更大的卷绕空间。在本实用新型中，如上所述，由于采用通过将定子齿212延伸至转子铁芯32侧来优先确保收纳卷线的空间的结构，因此即使采用铝制的导线也能够卷绕足够量的导线。

在以往的单相感应电动机中，采用这样的结构：在转子齿和定子齿在径向对置的范围，（定子齿最小宽度）×（定子齿数）=（转子齿最小宽度）×（转子齿数）。但是，如果如本实用新型将定子内径变小的话，由于转子外径也变小，因此相对地转子齿的宽度变宽，从而导体棒的宽度变窄。因此，包括导体棒的转子侧的电路的电阻变大，电动机的效率降低。

因此，本实用新型的发明人在减小了转子径的情况下，研究出增大导体棒的宽度、减小齿的宽度的结构。也就是说，在轴向在与转子齿322的存在范围重叠的范围内、多个定子齿212中所有定子齿212的截面面积最小的部分处的截面面积之和，比在轴向在与定子齿212的存在范围重合的范围内、多个转子齿322中所有转子齿322的截面面积最小的部分处的截面面积之和大。这种情况下，本实用新型的发明人发现电动机的效率提高了。

以下，用图6具体表示与转子齿322的两种宽度对应的电动机的效率的值。图6是具有铁芯背211、12根定子齿212以及21根转子齿322的转子铁芯32的俯视图。铁芯背211、定子齿212的大小一定。并且，转子铁芯32的轴向高度尺寸也一定。以下记录的是铁芯背外径80为95mm、定子内径70为44mm、铁芯背211以及定子齿212的轴向高度为26mm、定子齿的最小宽度为5.6mm、转子铁芯32的轴向高度为29mm、定子齿212与转子铁芯32之间的间隙宽度为0.16mm时的测定值。在这个结构中，转子齿322的轴向高度比定子齿212的轴向高度高。而且，转子齿322的轴向的两端从定子齿212的上端和下端露出。因此，定子齿212在轴向全体26mm与转子齿322的存在范围重叠。另一方面，转子齿322的轴向高度29mm中只有26mm与定子齿212的轴向存在范围重叠。在具有这样的尺寸的单相感应电动机中，转子齿322的宽度中的最小宽度为3.2mm时，在轴向在与所述定子齿的存在范围重叠的范围，所述多个转子齿中所有所述多个转子齿的截面面积最小的部分处的截面面积之和为3.2×26×21=1747.2mm²。另一方面，在轴向在与转子齿的存在范围重叠的范围，所述多个定子齿中所有所述多个定子齿的截面面积最小的部分处的截面面积之和为5.6×26×12＝1747.2mm²，两者的和相等。将这样的单相感应电动机以50Hz的电源频率驱动时的最高效率为27.4%。

另一方面，将其他的尺寸保持相同只将转子齿322的最小宽度变更为3.0mm的话，在轴向的与所述定子齿的存在范围重叠的范围，所述多个转子齿中所有所述多个转子齿的截面面积最小的部分处的截面面积之和为3.0×26×21＝1638.0mm²。因为定子齿的尺寸相同，这个值比，在轴向的与转子齿的存在范围重叠的范围的、多个定子齿中所有所述多个定子齿的截面面积最小的部分处的截面面积之和小。将这样的单相感应电动机以50Hz的电源频率驱动时的最大效率为29.8%，效率提高了。并且，在电源频率为60Hz时，在转子齿322的宽度中的最小宽度为3.2mm时，最大效率为32.3%。而转子齿322的最小宽度为3.0mm时，最大效率为35.2%，也提高了效率。

另外，在本实施方式中，转子齿322从定子齿212的上下露出，关于这部分转子齿322的宽度也可以不同。并且，也考虑了定子齿的轴向高度高而在转子齿的上下露出的结构，此时，在露出的部分，定子齿的宽度也可以不同。之前的截面面积的和的大小关系，只要在转子齿322与定子齿212在径向对置的范围满足，不对置的部分即使不同，也是利用了本实用新型的技术思想。

另外，本实施方式的转子齿322除转子伞状部323以及转子齿的基部以外宽度一定。也就是说，上述转子齿322的最小宽度为除转子伞状部232以外的转子齿322平行部的宽度。

定子齿宽度由定子内径70以及定子齿数规定。在遵从定子齿宽度=（定子内径×π／2）×A／定子齿数、其中0.88≤A＜1.00这样的关系式的情况下，在定子齿212能够确保磁通泄漏少的磁路，能够提高定子齿212和转子铁芯32间的间隙磁通密度。在本实施方式中，定子齿212的最小宽度为5.6mm、定子内径70为44mm、定子齿数为12。这种情况下A=0.97。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明，但本实用新型不限于上述的实施方式。

例如，在上述的实施方式中，铁芯背211也可为圆环状。并且，铜或铜合金形成的导体环33也可利用压铸中的插入成型而一体成型。也就是，导体环33能够用各种良导体的材料做成。

轴承部4不限于球轴承41、42。例如，也可使用套筒状的轴承部。

上述实施方式以及各变形例的结构只要不互相矛盾就可以适当地组合。

本实用新型能够作为各种用途的电动机使用，特别适用于风扇、空调装置、空气净化器、抽油烟机、热水器、加湿器或者吹风机的电动机。

Claims (9)

1.一种单相感应电动机，其特征在于，所述单相感应电动机包括：

旋转部，其具有轴和转子铁芯；

静止部，其具有定子；以及

轴承部，其将所述旋转部支撑为相对于所述静止部能够以中心轴线为中心旋转，

所述定子具有：

铁制的环状的铁芯背；

从所述铁芯背向径向内侧延伸的铁制的多个定子齿；以及

多个线圈，所述多个线圈以集中卷绕的形式分别安装在所述多个定子齿，

所述转子铁芯具有背轭和多个转子齿，

所述多个转子齿从所述背轭朝向径向外侧延伸且在周向等间隔排列，

在所述转子铁芯的多个齿间的槽内配置导体棒，该导体棒是与所述槽的两面紧贴且从轴向的一端连续到另一端的非铁金属制的导体，

在所述转子铁芯的轴向的两端面分别配置导体环，该导体环是与所述端面紧贴且为环状的非铁金属制的导体，

所述多个导体棒和导体环为连续的铸造体，

在轴向，在所述转子齿的存在范围与所述定子齿的存在范围相重叠的范围，所述多个定子齿中各定子齿的截面面积最小的部分处的、所有所述多个定子齿的所述截面面积之和，比所述多个转子齿中各转子齿的截面面积最小的部分处的、所有所述多个转子齿的所述截面面积之和大。

2.根据权利要求1所述的单相感应电动机，其中，

由所述铁芯背的外周面规定的所述铁芯背的外径、以及由所述定子齿末端的内周面规定的所述定子的内径满足以下的关系式：

铁芯背外径×44%≤定子内径＜铁芯背外径×50%。

3.根据权利要求1所述的单相感应电动机，其中，

所述多个线圈由被绝缘包覆的铝或者铝合金制的导线构成。

4.根据权利要求2所述的单相感应电动机，其中，

所述多个线圈由被绝缘包覆的铝或者铝合金制的导线构成。

5.根据权利要求1所述的单相感应电动机，其中，

所述定子齿宽度用所述定子内径以及所述定子齿数由以下的关系式规定：

定子齿宽度=（定子内径×π／2)×A／定子齿数，

其中，0.88≤A＜1.00。

6.根据权利要求2所述的单相感应电动机，其中，

所述定子齿宽度用所述定子内径以及所述定子齿数由以下的关系式规定：

定子齿宽度=（定子内径×π／2)×A／定子齿数，

其中，0.88≤A＜1.00。

7.根据权利要求3所述的单相感应电动机，其中，

所述定子齿宽度用所述定子内径以及所述定子齿数由以下的关系式规定：

定子齿宽度=（定子内径×π／2）×A／定子齿数，

其中，0.88≤A＜1.00。

8.根据权利要求4所述的单相感应电动机，其中，

所述定子齿宽度用所述定子内径以及所述定子齿数由以下的关系式规定：

定子齿宽度=（定子内径×π／2)×（0.88～0.99）／定子齿数。

9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的单相感应电动机，其中，

所述转子齿的轴向高度比所述定子齿的轴向高度高。

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