CN111884376A - 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。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的永磁体的外边缘型线包括至少两个长度不相等的弧线段组成，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；其中，长度不相等的弧线段对应的圆心不同。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的永磁体的外边缘型线包括至少两个长度不相等的弧线段组成，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；其中，长度不相等的弧线段对应的圆心不同。

进一步地，转子部的磁极为多个，各磁极的永磁体由剩余磁化强度相同的材料制成。

进一步地，转子部的每一个磁极的永磁体的外边缘型线包括第一型线和第二型线，第一型线的长度小于第二型线的长度，各磁极的永磁体包括第一永磁体组成段和第二永磁体组成段，第一永磁体组成段的外周面的型线为第一型线，第二永磁体组成段的外周面的型线为第二型线。

进一步地，转子部的永磁体为一体注塑成型。

进一步地，第一型线和第二型线关于转子部的磁极中心线非对称地设置。

进一步地，各磁极上的第二永磁体组成段的外周面的型线均相同地设置，第一永磁体组成段为磁瓦形状结构，第一永磁体组成段贴设于第二永磁体组成段的外周面上并遮挡部分的第二永磁体组成段的外表面设置，第一永磁体组成段的外周面的型线形成第一型线，没有被第一永磁体组成段遮挡的另一部分的第二永磁体组成段的外周面型线形成第二型线。

进一步地，各第一永磁体组成段的外周面的型线均相同地设置。

进一步地，多个磁极上的永磁体沿定子部的周向围设成环形结构，相对设置的磁极的永磁体的外边缘型线关于环形结构的内圆的圆心中心对称地设置。

进一步地，第一型线的沿转子部的径向方向的几何中心线的延长线过转子部的永磁体的内圆的圆心，和/或，第二型线的几何中心线的延长线过转子部的永磁体的内圆的圆心。

进一步地，第一型线的圆心在转子部的永磁体的内圆的型线上，和/或，第二型线的圆心与转子部的圆心重合。

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。

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，通过将转子部每一个磁极的外边缘型线包括至少两个不等长度的弧线段，且将不等长度的弧线段的圆心位置设置在不同的位置上，这样设置能够保证电机绕组在无电的状态下，使得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、第一型线；22、第二型线；23、第一永磁体组成段；24、第二永磁体组成段。

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。

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的每一个磁极的永磁体的外边缘型线包括至少两个长度不相等的弧线段组成，以使转子部20的磁极的几何中心线(如图1中的B所示)与定子部10的径向方向的几何中心线(如图1中的A所示)具有夹角(如图1中的a所示)地设置。其中，长度不相等的弧线段对应的圆心不同。

在本实施例中，通过将转子部每一个磁极的外边缘型线包括至少两个不等长度的弧线段，且将不等长度的弧线段的圆心位置设置在不同的位置上，这样设置能够保证电机绕组在无电的状态下，使得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。

在本实施例中，转子部20的磁极为多个，各磁极的永磁体由剩余磁化强度相同的材料制成。这样设置能够降低转子部的加工难度。

如图3所示，转子部20的每一个磁极的永磁体的外边缘型线包括第一型线21和第二型线22。第一型线21的长度小于第二型线22的长度，各磁极的永磁体包括第一永磁体组成段23和第二永磁体组成段24，第一永磁体组成段23的外周面的型线为第一型线21，第二永磁体组成段24的外周面的型线为第二型线22。转子部20的永磁体为一体注塑成型。第一型线21和第二型线22关于转子部20的磁极中心线非对称地设置。这样设置能够保证磁极中心线与定子部的几何中心线不共线，保证了该电机不存在死点的问题。

在本申请的另一个实施例中，各磁极上的第二永磁体组成段24的外周面的型线均相同地设置，第一永磁体组成段23为磁瓦形状结构，第一永磁体组成段23贴设于第二永磁体组成段24的外周面上并遮挡部分的第二永磁体组成段24的外表面设置，第一永磁体组成段23的外周面的型线形成第一型线21，没有被第一永磁体组成段23遮挡的另一部分的第二永磁体组成段24的外周面型线形成第二型线22。这样设置同样能够使得该电机能够起到自起动的作用，使得该电机不存在死点的问题。在本实施例中，可以将各第一永磁体组成段23的外周面的型线均相同地设置。

进一步地，多个磁极上的永磁体沿定子部10的周向围设成环形结构，相对设置的磁极的永磁体的外边缘型线关于环形结构的内圆的圆心中心对称地设置。第一型线21的沿转子部20的径向方向的几何中心线的延长线过转子部20的永磁体的内圆的圆心，第二型线22的几何中心线的延长线过转子部20的永磁体的内圆的圆心。这样设置能够提高电机的效率。

具体地，如图3所示，第一型线21的圆心在转子部20的永磁体的内圆的型线上，第二型线22的圆心与转子部20的圆心重合。

如图1所示，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。这样设置能够提高该电机的性能。

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。

本申请提供的一种转子的永磁体结构，该结构由单种永磁体组成，该永磁体外圆采用多段弧结构。通过采用该结构的永磁体，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。其中，永磁体的结构可以为一体成型的磁环结构，也可以为分块表贴式磁瓦结构。

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。其中，α记为定子部的几何中心线与转子部的磁极中心线的偏角，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。现有技术中的电机，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。而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。

在本申请中，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，磁极中心线偏离了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。

转子采用多段弧结构，每段弧对应不同的圆心及半径，每段弧所产生的反电动势均有所差异，通过多段弧产生的反电动势进行叠加，得到最终的转子反电动势。通过调节每段弧的圆心及半径，调整最终反电动势波形，降低反电动势奇次谐波，使反电动势波形更加正弦化，提高电机效率及降低了电机的噪声。

其中，如图2所示，该实施例为绕组带电时转子部的磁极中心线与定子部的几何中心线重合的实施例的示意图。

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。

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 (13)

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)的每一个磁极的永磁体的外边缘型线包括至少两个长度不相等的弧线段组成，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；

其中，长度不相等的弧线段对应的圆心不同。

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，所述转子部(20)的磁极为多个，各所述磁极的永磁体由剩余磁化强度相同的材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述转子部(20)的每一个磁极的永磁体的外边缘型线包括第一型线(21)和第二型线(22)，所述第一型线(21)的长度小于所述第二型线(22)的长度，各磁极的永磁体包括第一永磁体组成段(23)和第二永磁体组成段(24)，所述第一永磁体组成段(23)的外周面的型线为所述第一型线(21)，所述第二永磁体组成段(24)的外周面的型线为所述第二型线(22)。

4.根据权利要求3所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述转子部(20)的永磁体为一体注塑成型。

5.根据权利要求3所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述第一型线(21)和所述第二型线(22)关于所述转子部(20)的磁极中心线非对称地设置。

6.根据权利要求3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组成段(24)的外周面的型线均相同地设置，所述第一永磁体组成段(23)为磁瓦形状结构，所述第一永磁体组成段(23)贴设于所述第二永磁体组成段(24)的外周面上并遮挡部分的所述第二永磁体组成段(24)的外表面设置，所述第一永磁体组成段(23)的外周面的型线形成所述第一型线(21)，没有被所述第一永磁体组成段(23)遮挡的另一部分的所述第二永磁体组成段(24)的外周面型线形成所述第二型线(22)。

7.根据权利要求6所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，各所述第一永磁体组成段(23)的外周面的型线均相同地设置。

8.根据权利要求1、2、4至7中任一项所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，多个磁极上的永磁体沿所述定子部(10)的周向围设成环形结构，相对设置的磁极的永磁体的外边缘型线关于所述环形结构的内圆的圆心中心对称地设置。

9.根据权利要求3所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述第一型线(21)的沿所述转子部(20)的径向方向的几何中心线的延长线过所述转子部(20)的永磁体的内圆的圆心，和/或，所述第二型线(22)的几何中心线的延长线过所述转子部(20)的永磁体的内圆的圆心。

10.根据权利要求3所述的单相永磁自起动电机，其特征在于，所述第一型线(21)的圆心在所述转子部(20)的永磁体的内圆的型线上，和/或，所述第二型线(22)的圆心与所述转子部(20)的圆心重合。

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)。

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)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。

13.一种电动设备，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12中任一项所述的单相永磁自起动电机。

Images