CN106487118A - 单相永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明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、从每个所述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永磁极，所述永磁极外周表面与极靴内周表面同心，从而在两者之间形成均匀气隙；相邻的所述极靴之间形成槽开口，所述槽开口的宽度大于0，且小于或等于所述均匀气隙厚度的4倍。本发明的单相永磁电机启动与运行更加平稳，增强了启动的稳定性。

Description

单相永磁电机

技术领域

本发明涉及一种单相永磁电机，尤其涉及一种具有槽开口的单相永磁电机。

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，本发明旨在提供一种新型的可提高启动可靠性的单相永磁电机。

发明内容

本发明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、从每个所述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永磁极，每个永磁极外周表面与极靴内周表面同心，从而在两者之间形成均匀气隙；相邻的所述极靴之间形成槽开口，所述槽开口的宽度大于0，且小于或等于所述均匀气隙厚度的4倍。

作为一种改进方案，所述若干永磁极由环形永磁体形成；所述转子磁芯的外周；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，所述转子包括转子磁芯；所述转子的若干永磁极由嵌入到所述转子磁芯的若干永磁体形成。

作为一种改进方案，所述转子包括转子磁芯，所述若干永磁极由安装到所述转子磁芯的外周表面的若干永磁体形成；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，所述槽开口的宽度大于0，且小于或等于所述均匀气隙的厚度的4倍。作为一种改进方案，所述槽开口位于相邻绕线部的中间位置。

作为一种改进方案，所述极靴的径向厚度从所述绕线部到所述槽开口的方向逐渐减小。

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或成整倍数。

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。

作为一种替换方案，所述定位槽暴露在所述极靴的外周表面。

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，所述槽开口位于相邻绕线部的中间位置。

本发明的单相永磁电机具有均匀气隙，并且的相邻定子极靴之间的槽开口小于或等于均匀气隙厚度的4倍，使电机的启动与运转更加平稳，增强了电机的启动稳定性，减少或消除可能的启动死点。

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

附图说明

图1是本发明一较佳实施方式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是本发明第二实施例的单相永磁电机的定子磁芯的示意图。

图8是本发明第三实施例的单相永磁电机的定子磁芯的示意图。

图9是本发明第四实施例的单相永磁电机的定子磁芯、转子磁芯及其永磁体的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明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，并非用来对本发明加以限制。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，本发明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包括沿所述转子周向设置的若干永磁极，每个环形永磁极外周表面与极靴内周表面同心，从而在两者之间形成基本均匀气隙41，本申请所称基本均匀气隙是指永磁极外周表面与极靴内周表面之间的气隙除对应定位槽38、开槽37及永磁极末端倒角部分以外的部分为均匀气隙。具体地，该极靴的内表面位于以转子50中心为圆心的同心圆上。永磁极55的外侧表面56呈圆柱状，且位于以转子50中心为圆心的同心圆上，即，极靴内周表面与永磁极55的外周表面同心，从而在极靴内周表面、永磁极外周表面之间形成均匀气隙。

如图5所示，本实施例中的每个永磁极55是由对应的一块永磁体56形成，当然也可以由多块永磁体56形成。该若干块环形永磁体56安装到转子磁芯53的外周表面或嵌入到转子磁芯；该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56的分界处，以减少磁泄漏。本发明所称的环部是指沿周向连续延伸而成的封闭结构。

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(见图1)安装到定子的端盖23，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之间形成槽开口37，优选地，每个槽开口37位于相邻的两个绕线部33的中间位置。该槽开口37的宽度大于0，且小于或等于该均匀气隙41厚度的4倍。该配置下，可降低槽口导致的磁阻突变，从而平滑电机的定位转矩，提高定位准确度，使电机的启动与转动更为可靠平滑。本发明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；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到槽开口37的方向逐渐减小，使极靴35的磁阻从绕线部向槽开口37的方向逐渐增加，形成磁阻逐渐增大的磁桥，从而平滑电机的定位转矩，提高定位准确度，使电机的启动与转动更为可靠平滑。

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或成整数倍，例如2倍、3倍等，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沿电机轴向连续设置，且位于极靴的内周表面上。在一替换方案中，所述定位槽38沿电机轴向间隔设置。优选地，每个定位槽38到相邻两个绕线部的距离不相等。

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30度电角度且小于150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。

图6是上述实施例的电机在未通电转动过程中的定位转矩变化曲线图，横坐标表示转动角度；纵坐标表示转矩。可以看到，电机在未通电转动过程中，电机的定位转矩变化曲线比较平滑，因而定位点准确,避开了启动死点，提高了电机启动的可靠性。

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的内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之间的槽开口37的宽度可以非常小。本发明中，槽开口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位于由若干绕线部的极靴连接而成的内环部的外周表面与内周表面之间即隐形定位槽，优选地，靠近内环部的内周表面。

本实施例中，转子60包括转子磁芯63与环形永磁极65,其中环形永磁极65由环形永磁体形成，例如是一块环形永磁体，环形永磁体安装到转子铁芯53的外周表面；同样该转子铁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽64，每个凹槽64位于两个永磁极的分界处，以减少磁泄漏。

本发明提供的单相永磁电机在相邻的极靴间形成槽开口，并使该槽开口的宽度大于0，且小于或等于该气隙厚度的4倍，可降低槽口导致的磁阻突变，从而平滑电机的定位转矩；本发明还使永磁极的外侧表面位于同一圆柱面上，从而使气隙的厚度均一，形成基本均匀气隙，提高了气隙磁密，提高了电机功率密度及启动和运行的稳定性。本发明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需要方便的进行设计调整，从而提高启动运行性能，如通过调整极靴凹陷的位置可方便调整电机启动角度，通过调整极靴定位槽的形状、大小、数量、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高速绕线机进行绕线，绕线生产效率高。

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，如内小外大的喇叭形亦可，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。

以上该仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

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、从每个所述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永磁极，每个永磁极外周表面与极靴内周表面同心，从而在两者之间形成基本均匀的气隙；相邻的所述极靴之间形成槽开口，所述槽开口的宽度大于0，且小于或等于所述均匀气隙厚度的4倍。

2.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子磁芯，所述若干永磁极由固定至转子磁芯外周表面的环形永磁体形成。

3.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子磁芯，所述转子的若干永磁极由嵌入到所述转子磁芯的若干永磁体形成。

4.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述转子包括转子磁芯，所述若干永磁极由安装到所述转子磁芯的外周表面的若干永磁体形成；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。

5.如权利要求1所述的单相永磁电机，其特征在于，所述槽开口的宽度大于0且小于或等于所述均匀气隙厚度的2倍。

6.如权利要求1所述的单向无刷电机，其特征在于，所述槽开口位于相邻绕线部的中间位置或朝远离定位槽的方向偏离中间位置。

7.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从所述绕线部到所述槽开口的方向逐渐减小。

8.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。

9.如权利要求8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或成整倍数。

10.如权利要求8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。

11.如权利要求8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。

12.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。

13.如权利要求12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。

14.如权利要求12所述的单向无刷电机，其特征在于，相邻所述磁芯组件的弧形轭部的接合处为平面。