CN205195449U - 单相永磁电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单相永磁电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于定子磁芯上的绕组，定子磁芯包括外环部、从外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于极靴围成的空间内：转子包括沿转子周向设置的若干个永磁极，每个永磁极的外侧表面为弧面，使永磁极与极靴的内周表面形成对称非均匀气隙；相邻的极靴之间形成开槽，开槽的宽度大于0，且小于或等于对称非均匀气隙的最小厚度的4倍，如此设置，电机的启动与转动更为平顺，能增强电机的启动可靠性，减少可能的启动死点。

Description

单相永磁电机

技术领域

本实用新型涉及一种单相永磁电机，尤其涉及一种具有开槽的单相永磁电机。

背景技术

现有技术的单相永磁电机的电机定子铁芯采用整体式结构，即定子铁芯的外环部和齿部同时成型为一体式结构，相邻齿部的极靴之间设槽口以便于绕线。此种结构的单相永磁电机，由于槽口的存在会导致电机产生较大的定位力矩，从而产生震动和噪声。而且，受槽口的制约，定位启动角度小，启动可靠性差。

有鉴于此，本实用新型旨在提供一种新型的可提高启动可靠性的单相永磁电机。

实用新型内容

本实用新型提供一种单相永磁电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述极靴围成的空间内；所述转子包括沿所述转子周向设置的若干个永磁极，每个所述永磁极的外侧表面为弧面，每个永磁极的外侧表面至转子轴心的距离从其周向中心往周向两侧逐渐减小，从而使得所述永磁极的外侧表面与所述极靴的内周表面之间形成关于所述永磁极的中线对称的非均匀气隙。

作为一种改进方案，相邻的所述极靴之间形成开槽，所述开槽的宽度大于0，且小于或等于所述对称非均匀气隙的最小厚度的4倍。

作为一种改进方案，每个所述永磁极由一块或多块永磁体形成。

作为一种改进方案，所述转子包括转子磁芯，所述永磁体安装到所述转子磁芯的外周表面；所述转子磁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽，每个凹槽位于两个永磁极的分界处。

作为一种改进方案，所述永磁体的厚度是均匀的；所述转子磁芯的外周表面与所述永磁体的形状匹配。

作为一种改进方案，所述转子磁芯的外周表面与所述极靴的内周表面是同心圆；所述永磁体的厚度从周向中心向两端逐渐减小。

作为一种改进方案，所述对称非均匀气隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。

作为一种改进方案，所述开槽的宽度大于0，且小于或等于所述对称非均匀气隙的最小厚度的2倍。

作为一种改进方案，所述极靴的径向厚度沿从所述绕线部至远离绕线部的方向逐渐减小。

作为一种改进方案，相邻所述绕线部之间的极靴设有定位槽，所述定位槽沿着电机的轴向连续形成或间隔形成，且每个所述定位槽到相邻两个所述绕线部的距离不相同。

作为一种改进方案，所述定位槽的数量与所述永磁极的极数相等。

作为一种改进方案，所述定位槽位于所述极靴的外周表面与内周表面之间。

作为一种改进方案，所述定位槽暴露在所述极靴的内周表面。

作为一种改进方案，所述定子磁芯由若干磁芯组件沿定子周向拼接而成，每个所述磁芯组件包括一段弧形轭部、从所述弧形轭部伸出所述绕线部、从所述绕线部的径向末端向周向两侧伸出所述极靴。

作为一种改进方案，相邻所述磁芯组件的弧形轭部的接合处设有凹凸结构。

作为一种改进方案，相邻所述磁芯组件的弧形轭部的接合处为平面。

作为一种改进方案，所述开槽位于相邻绕线部的中间位置。

另一方面，本实用新型提供一种单相永磁电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述极靴围成的空间内，所述转子包括沿所述转子周向设置的若干个永磁极，所述永磁极的外侧表面与极靴内表面相对，永磁极的外侧表面与极靴内表面之间形成气隙，相邻的所述极靴之间形成开槽，所述开槽的宽度大于0小于或等于所述气隙的最小厚度的4倍。

本实用新型的单相永磁电机，永磁极的外侧表面与极靴的内周表面之间形成对称非均匀气隙，相邻定子极靴之间的开槽小于或等于气隙最小厚度的4倍，如此设置，电机的启动与转动更为平顺，能增强电机的启动可靠性，减少可能的启动死点。

为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的单相永磁电机的示意图；

图2是图1所示单相永磁电机去掉外壳后的示意图；

图3是图1所示单相永磁电机去掉外壳、绕组、转子转轴等之后的简化示意图。

图4是图1所示的单相永磁电机的定子磁芯的示意图。

图5是图1所示的单相永磁电机的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图6是图1的单相永磁电机在转动过程中的齿槽转矩变化曲线图。

图7是本实用新型第二实施例的单相永磁电机的定子磁芯的示意图。

图8是本实用新型第三实施例的单相永磁电机的定子磁芯的示意图。

图9是本实用新型第四实施例的单相永磁电机的定子磁芯的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其他有益效果显而易见。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。

第一实施例

请参阅图1至图5，本实用新型一较佳实施方式的单相永磁电机10包括定子20和相对定子旋转的转子50。该定子20包括一端开口的筒状外壳21、安装到外壳21开口端的端盖23、安装到外壳21内的定子磁芯30、安装到定子磁芯30的绝缘线架40和绕设于定子磁芯30上并被绝缘线架40支撑的绕组39。其中，该定子磁芯30包括外环部31、从外环部31向内伸出的若干绕线部33、从每个绕线部33径向末端向两周侧伸出来的极靴35，绕组39绕设于相应的绕线部33上，绕组39与定子磁芯30之间被绝缘线架40隔离。

转子50收容于若干绕线部的极靴35围成的空间内，转子50包括沿该转子周向设置的若干个永磁极55，每个永磁极的外侧表面为弧面，每个永磁极55的外侧表面至转子轴心的距离从其周向中心往周向两侧逐渐减小，该永磁极55的外侧表面与极靴的内周表面之间形成关于该永磁极55的中线对称的非均匀气隙41。优选地，对称非均匀气隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。

在本实施例中，如图5所示，每个永磁极55由一块永磁体56形成，转子50还包括转子磁芯53，该永磁体56安装到转子磁芯53的外周表面；转子磁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽54，每个凹槽54位于两个永磁极55的分界处，以减少磁泄漏。为使该永磁极55外侧表面与极靴的内周表面形成对称非均匀气隙41，具体地，转子磁芯53的外周表面与极靴35的内周表面是同心圆；而永磁体56的厚度从周向中心向两端逐渐减小。

转子50还包括转轴51，转轴51穿过转子磁芯53并与其固定在一起。转轴51的一端通过轴承24安装到定子的端盖，另一端通过另一个轴承安装到定子的筒状外壳21的底部，从而实现转子可相对于定子转动。

该定子磁芯30由具有导磁性能的软磁性材料制成，例如由导磁芯片(业界常用硅钢片)沿电机轴向层叠而成。在定子磁芯30中，相邻的极靴35之间形成开槽37，优选地，每个开槽37位于相邻的两个绕线部33的中间位置。可以理解地，开槽37也可以位于朝远离定位槽38的方向偏离两相邻绕线部的中间位置处，如此设计可以降低电机的电感电势，从而提高电机的输出转矩。该开槽37的宽度大于0，且小于或等于该对称非均匀气隙41最小厚度的4倍，优选地，该开槽37的宽度大于0，且小于或等于该对称非均匀气隙41最小厚度的2倍。该配置下，电机的启动与转动更为平顺，能增强电机的启动可靠性，减少可能的启动死点。本实用新型所称的环部是指沿周向连续延伸而成的封闭结构，包括圆环形、方形、多边形等；对称非均匀气隙41的厚度是指气隙的径向厚度。

优选地，极靴35的径向厚度从绕线部33到开槽37的方向逐渐减小，使极靴35的磁阻从绕线部向开槽37的方向逐渐增加，形成磁阻逐渐增大的磁桥。该设计能使电机的运行更加平稳、启动可靠。

在本实施例中，相邻所述绕线部之间的极靴35设有定位槽38，定位槽38的个数与定子的极数、环形永磁极的极数相等，在本实施例中为4个。本实施例中，定子绕组采用集中式绕组，因此，绕线部数量等于定子的极数。在替换方案中，绕线部数量可以是定子极数的整数倍，例如2倍、3倍等。

本实施例中，定位槽38沿电机轴向间隔设置，且位于极靴的内周表面上。在一替换方案中，所述定位槽38沿电机轴向连续设置。优选地，每个定位槽38到相邻两个绕线部的距离不相同，定位槽38偏向其中一个相邻的绕线部，定位槽38的中心偏离其中一相邻绕线部的对称中心。

当电机处于未通电状态即初始状态时，转子磁极的中心线L1偏离相应定子绕线部的中心线L2一定角度，上述L1和L2所形成的角度Q称为启动角。在本实施例中，该启动角大于45度电角度且小于135度电角度，当电机定子绕组通以一方向的电流时，转子50可以从一方向启动；当电机定子绕组通以相反方向的电流时，转子50可以从相反方向进行启动。可以理解地，在启动角等于90度电角度(也即转子磁极的中心与相邻绕线部33的对称中心重合)时，转子50朝两个方向启动都比较容易，也即最容易实现双方向启动。当启动角偏离90度电角度时，转子朝其中一方向启动会比朝另一方向启动较容易。本申请实用新型人经多次实验发现，当启动角处于45度电角度至135度电角度范围时，转子朝两个方向启动的可靠性都比较好。

图6是上述实施例的无刷电机在转动过程中的转矩变化曲线图，横坐标表示转动角度，单位是度；纵坐标表示转矩，单位是牛顿米。可以看到，电机在转动过程中，电机转矩的变化曲线是比较平滑的，减少或避免了启动死点，电机启动的可靠性高。

第二实施例

请参照图7，与上一实施例不同的是，为了提高绕组39的绕设效率，定子磁芯30由若干磁芯组件300沿定子周向拼接而成，每个磁芯组件300包括一段弧形轭部300b、从弧形轭部300b伸出绕线部33、从绕线部33的径向末端向周向两侧伸出极靴35。在本实施例中，每个磁芯组件300具有一个绕线部33以及相应的极靴35。可以理解地，每个磁芯组件也可以具有多于1个的绕线部33以及相应的极靴35。每个磁芯组件的绕组完成之后，将该若干磁芯组件300拼接起来，从而得到具有定子绕组的定子铁芯30。

相邻磁芯组件的弧形轭部的接合处设有凹凸结构。具体来说，当设置凹凸卡扣结构时，可以每个磁芯组件用于拼接成外环部的弧形轭部的两端分别设置凹槽卡位34，以及与该凹槽卡位34相配合的凸起卡扣32；该凹槽卡位34与该凸起卡扣32即为凹凸卡口结构；在组装时，每个磁芯组件的凸起卡扣32与相邻的磁芯组件的凹槽卡位34相配合，每个磁芯组件的凹槽卡位34与相邻的磁芯组件的凸起卡扣32相配合。

因为定子磁芯30由若干磁芯组件300拼接而成，因此，相邻极靴35之间的开槽37的宽度可以非常小。本实用新型中，开槽37的宽度是指相邻两个极靴35之间的距离。

第三实施例

请参照图8，与第二实施例不同的是，在本实施例中，相邻磁芯组件的弧形轭部的接合处为平面，此时可以通过焊接的方式将弧形轭部的接合处焊接在一起。

第四实施例

请参照图9，本实施例中，相邻所述绕线部之间的极靴35同样设有定位槽38，不同的是，本实施例中的定位槽38位于极靴35的外周表面与内周表面之间，优选地，靠近极靴的内周表面。

本实施例中，转子60包括沿该转子周向设置的若干个永磁极65，每个永磁极的外侧表面为弧面，使该永磁极65与极靴的内周表面形成对称非均匀气隙41。优选地，对称非均匀气隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。其中每个永磁极65由一块永磁体形成，该永磁体安装到转子磁芯63的外周表面。转子磁芯63的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽64，每个凹槽64位于两个永磁极65的分界处，以减少磁泄漏。与第一实施例不同的是，本实施例中的永磁体的厚度是均匀的，而转子磁芯63的外周表面与该永磁体的形状匹配，即转子磁芯63的外周表面与极靴35的内周表面不再是同心圆，如此，由于该永磁极55的外侧表面还是弧面，因此其与极靴的内周表面还是可以形成对称非均匀气隙41。在一替换方案中，永磁极65也可以由一整块永磁体形成。

上述实施例中，开槽37具有均匀的周向宽度。可以理解的，作为替代，每个开槽37的宽度也可不均匀，如可以为内小外大的喇叭形等，此时，前述所称开槽37的宽度指其最小宽度。上述实施例中，开槽37沿电机径向设置，作为替代，开槽37也可以沿偏离电机径向的方向设置，如此设置可降低电机的电感电势。

本实用新型提供的单相永磁电机在相邻的极靴间形成开槽，并使该开槽的宽度大于0，且小于或等于该气隙最小厚度的4倍，可减少槽口导致的磁阻突变，从而降低电机的定位转矩；本实用新型还通过将永磁极的外侧表面设为弧面，从而使气隙的厚度从永磁极的中间向永磁极两周侧的方向逐渐增大，形成对称非均匀气隙，减少了现有技术中由于大槽口的存在而产生震动和噪声，同时减少或避免了可能的启动死点，提高了电机启动的可靠性。本实用新型实施例所举的单相永磁电机启动时所需启动角度和定位力矩可按设计需要方便调整，从而启动可靠，如通过调整极靴定位槽的位置可方便调整电机启动角度，当启动角大于45度电角度且小于135度电角度时，该电机转子可实现双方向启动，通过调整极靴定位槽的形状、大小、深度可调整电机启动前的定位力矩的大小。定子磁芯采用分体式结构，从而使得在绕线部与外环部组装之前可以采用双飞叉绕线机进行绕线，绕线生产效率高。以上该仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种单相永磁电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述极靴围成的空间内；其特征在于：所述转子包括沿所述转子周向设置的若干个永磁极，每个永磁极的外侧表面至转子轴心的距离从其周向中心往周向两侧逐渐减小，从而使得所述永磁极的外侧表面与所述极靴的内周表面之间形成关于所述永磁极的中线对称的非均匀气隙。

2.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，每个所述永磁极由一块或多块永磁体形成或所有永磁体由一块环形磁体形成。

3.如权利要求2所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子磁芯，所述永磁体安装到所述转子磁芯的外周表面；所述转子磁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽，每个凹槽位于两个永磁极的分界处。

4.如权利要求3所述的单相永磁电机，其特征在于，所述永磁体的厚度是均匀的；所述转子磁芯的外周表面与所述永磁体的形状匹配。

5.如权利要求3所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子磁芯的外周表面与所述极靴的内周表面位于同一圆柱面上；所述永磁体的厚度从周向中心向两端逐渐减小。

6.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述对称非均匀气隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。

7.如权利要求1至6任一项所述的单相永磁电机，其特征在于，相邻的所述极靴之间形成开槽，所述开槽的宽度大于0小于或等于所述对称非均匀气隙的最小厚度的4倍。

8.如权利要求7所述的单相永磁电机，其特征在于，所述开槽的宽度小于等于所述对称非均匀气隙的最小厚度的2倍。

9.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述极靴的径向厚度沿从所述绕线部至远离绕线部的方向逐渐减小。

10.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，相邻所述绕线部之间的极靴设有定位槽，所述定位槽沿着电机的轴向连续设置或间隔设置，且每个所述定位槽到相邻两个所述绕线部的距离不相同。

11.如权利要求10所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定位槽的数量与所述永磁极的极数相等。

12.如权利要求10所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定位槽为隐形定位槽。

13.如权利要求10所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定位槽暴露在所述极靴的内周表面。

14.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述定子磁芯由若干磁芯组件沿定子周向拼接而成，每个所述磁芯组件包括一段弧形轭部、从所述弧形轭部伸出所述绕线部、从所述绕线部的径向末端向周向两侧伸出所述极靴。

15.如权利要求14所述的单相永磁电机，其特征在于，相邻所述磁芯组件的弧形轭部的接合处设有凹凸结构或接合处为平面。

16.如权利要求7所述的单相永磁电机，其特征在于，每一极靴设有至少一定位槽，所述开槽位于相邻绕线部的中间位置或朝远离定位槽的方向偏离所述相邻绕线部中间位置。

17.一种单相永磁电机，包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括外环部、从所述外环部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部末端向两周侧伸出来的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述极靴围成的空间内，所述转子包括沿所述转子周向设置的若干个永磁极，所述永磁极的外侧表面与极靴内表面相对，永磁极的外侧表面与极靴内表面之间形成气隙，其特征在于：相邻的所述极靴之间形成开槽，所述开槽的宽度大于0小于或等于所述气隙的最小厚度的4倍。