CN208508755U - 一种单相无刷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单相无刷电机，属于电机技术领域。本实用新型的单相无刷电机，定子包括定子磁芯和定子绕组，定子磁芯具有一环形轭部，环形轭部向内侧延伸设有磁芯柱，定子绕组绕设于磁芯柱上，转子包括转子磁芯和设于转子磁芯上的永磁极，转子的永磁极在转子磁芯上偶数成对设置，且相邻两个永磁极的极性相反，定子的磁芯柱数量为转子的永磁极数量的正整数倍，且相邻磁芯柱上的定子绕组的绕线方向相反，磁芯柱远离环形轭部的末端设有斜齿顶，且各个磁芯柱上的斜齿顶均沿同一圆周方向斜向设置。本实用新型的电机转子停止的位置总是固定的，无需像传统单相无刷电机那样使用霍尔元件来感应转子每次停止的位置，有效地简化了电机的控制电路。

Description

一种单相无刷电机

技术领域

本实用新型涉及一种无刷电机，更具体地说，涉及一种单相无刷电机。

背景技术

直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域的得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D.Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进入了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机的到了长足的发展。

无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特征，而且结构简单、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电和工业自动化领域迅速发展。

在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同，直流无刷电动机可分为方波直流电动机(BLDCM)和正弦波直流电动机(PMSM)，BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷；而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同条件下，驱动电器要获得方波比较容易，且控制简单，因而BLDCM的应用要比PMSM广泛。

无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成，工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子的位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机，这样的方法存在转子旋转方向的不确定性的缺点。其次，现有的单相无刷电机的定子的磁芯都设有不对称的齿冠结构，而这种设计，转子每次停止的位置也存在不确定性，需要采用霍尔元件检测电机转子的位置，通过霍尔元件检测的转子位置信号来控制电机的驱动。如中国专利号ZL201520426013.5，授权公告日为2016年1月20 日，发明创造名称为：单相无刷电机，该申请案涉及一种单相无刷电机，包括定子和转子，定子包括定子磁芯和绕设于定子磁芯上的绕组，定子磁芯包括环形矩部和若干从轭部向内延伸的齿，齿远离轭部的末端形成沿周向延伸的齿冠，相邻齿的齿冠相互连接成环形部，绕组绕设于相应的齿，所述转子收容于所述定子磁心的环形部内，转子包括转子磁芯和永磁极，转子磁芯设若干容置槽，每一永磁极甚至于相应的容置槽内，转子磁芯外周对应容置槽的位置分别设狭槽。该申请案的单向无刷电机，具有运行效率高、齿槽转矩小等优点。但是该申请案中的单相无刷电机在启动时的旋转方向存在不确定性，转子停止的位置也是随机的，因此其需要霍尔感应来确定转子停止位置来作为电机驱动的参考，导致电机控制电路较为复杂。

发明内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服单相无刷电机在启动时的旋转方向存在的不确定性以及转子停止的位置的随机性的问题，提供了一种单相无刷电机，采用本实用新型的技术方案，在磁芯柱远离环形轭部的末端设置斜齿顶，且各个磁芯柱上的斜齿顶均沿同一圆周方向斜向设置，以使斜齿顶一端距转子侧壁的距离大于另一端距转子侧壁的距离，通过上述结构设计，在斜齿顶距离转子侧壁较近的位置形成更强的磁场，且磁性更为集中，在电机停机时转子停止的位置总是固定的，因此无需像传统单相无刷电机那样使用霍尔元件来感应转子每次停止的位置，有效地简化了电机的控制电路；并且该单相无刷电机的定子磁芯结构更加简单，便于制作。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种单相无刷电机，包括定子和设于定子内侧相对于定子旋转的转子，所述的定子包括定子磁芯和定子绕组，所述的定子磁芯具有一环形轭部，所述的环形轭部向内侧延伸设有磁芯柱，所述的定子绕组绕设于磁芯柱上，所述的转子包括转子磁芯和设于转子磁芯上的永磁极，所述的转子的永磁极在转子磁芯上偶数成对设置，且相邻两个永磁极的极性相反，所述的定子的磁芯柱数量为转子的永磁极数量的正整数倍，且相邻磁芯柱上的定子绕组的绕线方向相反，所述的磁芯柱远离环形轭部的末端设有斜齿顶，且各个磁芯柱上的斜齿顶均沿同一圆周方向斜向设置，以使斜齿顶一端距转子侧壁的距离大于另一端距转子侧壁的距离。

更进一步地，所述的转子的永磁极在转子磁芯上沿周向横向设置。

更进一步地，所述的斜齿顶为斜置的弧形结构或阶梯结构。

更进一步地，所述的环形轭部的外侧还设有与磁芯柱位置相对应的凹槽，且该凹槽偏向于对应磁芯柱的斜齿顶距离转子侧壁距离较近的一侧。

更进一步地，所述的定子上的磁芯柱和转子上的永磁极的数量均为四组，且均沿圆周方向均匀设置。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种单相无刷电机，其在磁芯柱远离环形轭部的末端设置斜齿顶，且各个磁芯柱上的斜齿顶均沿同一圆周方向斜向设置，以使斜齿顶一端距转子侧壁的距离大于另一端距转子侧壁的距离，通过上述结构设计，在斜齿顶距离转子侧壁较近的位置形成更强的磁场，且磁性更为集中，在电机停机时转子停止的位置总是固定的，因此无需像传统单相无刷电机那样使用霍尔元件来感应转子每次停止的位置，有效地简化了电机的控制电路；并且该单相无刷电机的定子磁芯结构更加简单，便于制作；

(2)本实用新型的一种单相无刷电机，其转子的永磁极在转子磁芯上沿周向横向设置，转子产生的磁场能够与定子产生更加稳定的转矩作用，使得无刷电机运行效率更高，同时使得转子每次停止的位置更加准确稳定；

(3)本实用新型的一种单相无刷电机，其斜齿顶为斜置的弧形结构或阶梯结构，结构简单，制作方便。

附图说明

图1为本实用新型的一种单相无刷电机的定子与转子横截面示意图；

图2为图1中K处的局部放大示意图。

示意图中的标号说明：

1、定子；1-1、定子磁芯；1-1-1、环形轭部；1-1-2、磁芯柱；1-1-3、斜齿顶；1-2、定子绕组；2、转子；2-1、转子磁芯；2-2、永磁极。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例

结合图1至图2所示，本实用新型的一种单相无刷电机，包括定子1和设于定子1内侧相对于定子1旋转的转子2，定子1包括定子磁芯1-1和定子绕组1-2，定子磁芯1-1具有一环形轭部1-1-1，环形轭部1-1-1向内侧延伸设有磁芯柱1-1-2，环形轭部1-1-1与磁芯柱1-1-2 为一体结构，定子绕组1-2绕设于磁芯柱1-1-2上，各个定子绕组1-2通电后通过磁芯柱1-1-2 和环形轭部1-1-1产生磁通路；转子2包括转子磁芯2-1和设于转子磁芯2-1上的永磁极2-2，转子2的永磁极2-2在转子磁芯2-1上偶数成对设置，且相邻两个永磁极2-2的极性相反，即转子2的永磁极2-2极性为“N-S-N-S...”交替分布，定子1的磁芯柱1-1-2数量为转子2的永磁极2-2数量的正整数倍，且相邻磁芯柱1-1-2上的定子绕组1-2的绕线方向相反，即各个定子绕组1-2的导线为同一根，电流方向相同，相邻两个定子绕组1-2的绕向相反，这样，通电后，相邻两个磁芯柱1-1-2即可产生不同极性的磁场，同样为“N-S-N-S...”交替分布；与现有技术不同地是，磁芯柱1-1-2远离环形轭部1-1-1的末端设有斜齿顶1-1-3，且各个磁芯柱1-1-2上的斜齿顶1-1-3均沿同一圆周方向斜向设置，以使斜齿顶1-1-3一端距转子2侧壁的距离大于另一端距转子2侧壁的距离，这样的磁芯柱1-1-2远离环形轭部1-1-1的末端形成沿周向延伸的斜齿顶1-1-3的长端磁力强化结构，从而驱动转子2转动，并且通过斜齿顶 1-1-3的独特结构设计，在斜齿顶1-1-3距离转子2侧壁较近的位置形成更强的磁场，且磁性更为集中，在电机停机时转子2停止的位置总是固定的，因此无需像传统单相无刷电机那样使用霍尔元件来感应转子每次停止的位置，有效地简化了电机的控制电路。

另外，如图1所示，为了提高单相无刷电机的运行效率，转子2的永磁极2-2在转子磁芯2-1上沿周向横向设置，转子2产生的磁场能够与定子1产生更加稳定的转矩作用，使得无刷电机运行效率更高，同时使得转子2每次停止的位置更加准确稳定。进一步地，斜齿顶1-1-3为斜置的弧形结构或阶梯结构(如图2所示)，简化了传统单相无刷电机的定子齿冠结构，结构简单，制作方便。环形轭部1-1-1的外侧还设有与磁芯柱1-1-2位置相对应的凹槽，且该凹槽偏向于对应磁芯柱1-1-2的斜齿顶1-1-3距离转子2侧壁距离较近的一侧。

如图1所示，作为一个较佳实施方式，定子1上的磁芯柱1-1-2和转子2上的永磁极2-2 的数量均为四组，且均沿圆周方向均匀设置。在电机停止时，每个永磁极2-2总是转动到与相应的磁芯柱1-1-2相对处停止，从而无需霍尔元件对转子位置进行感应，提高了电机启动的反应速度。值得说明的是，转子2的永磁极2-2数量为两组时，定子1的磁芯柱1-1-2优选设计为四组或四组以上。

本实用新型的一种单相无刷电机，其在磁芯柱远离环形轭部的末端设置斜齿顶，且各个磁芯柱上的斜齿顶均沿同一圆周方向斜向设置，以使斜齿顶一端距转子侧壁的距离大于另一端距转子侧壁的距离，通过上述结构设计，在斜齿顶距离转子侧壁较近的位置形成更强的磁场，且磁性更为集中，在电机停机时转子停止的位置总是固定的，因此无需像传统单相无刷电机那样使用霍尔元件来感应转子每次停止的位置，有效地简化了电机的控制电路；并且该单相无刷电机的定子磁芯结构更加简单，便于制作，电机启动速度更加灵敏快速。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种单相无刷电机，包括定子(1)和设于定子(1)内侧相对于定子(1)旋转的转子(2)，所述的定子(1)包括定子磁芯(1-1)和定子绕组(1-2)，所述的定子磁芯(1-1)具有一环形轭部(1-1-1)，所述的环形轭部(1-1-1)向内侧延伸设有磁芯柱(1-1-2)，所述的定子绕组(1-2)绕设于磁芯柱(1-1-2)上，所述的转子(2)包括转子磁芯(2-1)和设于转子磁芯(2-1)上的永磁极(2-2)，所述的转子(2)的永磁极(2-2)在转子磁芯(2-1)上偶数成对设置，且相邻两个永磁极(2-2)的极性相反，所述的定子(1)的磁芯柱(1-1-2)数量为转子(2)的永磁极(2-2)数量的正整数倍，且相邻磁芯柱(1-1-2)上的定子绕组(1-2)的绕线方向相反，其特征在于：所述的磁芯柱(1-1-2)远离环形轭部(1-1-1)的末端设有斜齿顶(1-1-3)，且各个磁芯柱(1-1-2)上的斜齿顶(1-1-3)均沿同一圆周方向斜向设置，以使斜齿顶(1-1-3)一端距转子(2)侧壁的距离大于另一端距转子(2)侧壁的距离。

2.根据权利要求1所述的一种单相无刷电机，其特征在于：所述的转子(2)的永磁极(2-2)在转子磁芯(2-1)上沿周向横向设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种单相无刷电机，其特征在于：所述的斜齿顶(1-1-3)为斜置的弧形结构或阶梯结构。

4.根据权利要求3所述的一种单相无刷电机，其特征在于：所述的环形轭部(1-1-1)的外侧还设有与磁芯柱(1-1-2)位置相对应的凹槽，且该凹槽偏向于对应磁芯柱(1-1-2)的斜齿顶(1-1-3)距离转子(2)侧壁距离较近的一侧。

5.根据权利要求4所述的一种单相无刷电机，其特征在于：所述的定子(1)上的磁芯柱(1-1-2)和转子(2)上的永磁极(2-2)的数量均为四组，且均沿圆周方向均匀设置。