CN205195528U - 单相无刷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单相无刷电机，包括定子和可相对定子旋转的转子。定子包括定子磁芯和绕设于所述定子磁芯上的绕组，定子磁芯包括外轭部、从外轭部向内伸出的绕线部、从每个绕线部的径向内端向周向两侧伸出的极靴。绕组绕设于相应的绕线部上。转子收容于所述若干绕线部的极靴围成的空间内，转子包括转子磁芯和沿所述转子磁芯周向设置的若干个永磁极，所述永磁极与定子磁芯的极靴之间形成气隙。每个永磁极的外侧表面为弧面，且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，并使得所述永磁极的外侧表面与极靴的内周表面形成对称非均匀气隙。本实用新型的单相无刷电机，提高了电机的启动可靠性，减少了可能的启动死点。

Description

单相无刷电机

技术领域

本实用新型涉及一种单相无刷电机，尤其涉及一种具有对称非均匀气隙的单相无刷电机。

背景技术

现有技术的单相无刷电机的电机定子铁芯采用整体式结构，即定子铁芯的外轭部和齿部同时成型为一体式结构，相邻齿部的极靴之间设较大尺寸的槽口。此种结构的单相无刷电机，由于较大尺寸槽口的存在会导致电机产生较大的齿槽转矩，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无刷电机。

实用新型内容

本实用新型提供一种单相无刷电机，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所述定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括外轭部、从外轭部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部的径向内端向周向两侧伸出的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述若干绕线部的极靴围成的空间内；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，使所述永磁极与极靴的内周表面形成对称非均匀气隙。

作为本实用新型的一种改进方案，每个所述永磁极由一块或多块永磁体形成。

作为本实用新型的一种改进方案，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。

作为本实用新型的一种改进方案，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。

作为本实用新型的一种改进方案，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。

作为本实用新型的一种改进方案，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。

作为本实用新型的一种改进方案，所述若干绕线部的极靴连接成一个闭合的内环部，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥。

作为本实用新型的一种改进方案，每个磁桥位于对应的两相邻绕线部的中间位置或偏离中间位置。

作为本实用新型的一种改进方案，所述内环部在对应磁桥处沿电机轴向设通孔或者在外表面设凹槽。

作为本实用新型的一种改进方案，所述磁桥在两相邻绕线部的中间位置的磁阻最大。

作为本实用新型的一种改进方案，所述绕线部与内环部和外轭部其中之一或全部分离成型。

作为本实用新型的一种改进方案，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。

作为本实用新型的一种改进方案，所述定位槽的数量与所述永磁极的极数相等。

作为本实用新型的一种改进方案，所述定位槽为隐形定位槽。

作为本实用新型的一种改进方案，所述定位槽暴露在所述极靴的内周表面。

作为本实用新型的一种改进方案，所述若干绕线部的极靴连接成一个闭合的内环部，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥；所述内环部在所述磁桥处的的磁阻大于所述定位槽处的磁阻。

作为本实用新型的一种改进方案，所述定位槽的中心偏离其中一相邻绕线部的对称中心45度至135度电角度。

本实用新型的单相无刷电机，定转子之间采用对称非均匀气隙，启动时所需启动角度和定位力矩可按设计需要方便调整，提高了启动可靠性，降低了启动死点。

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无刷电机的示意图；

图2是图1所示单相无刷电机去掉外壳后的示意图；

图3是图1所示单相无刷电机去掉外壳、定子绕组、转子转轴等之后的简化示意图。

图4是图1所示的单相无刷电机的定子磁芯的示意图。

图5是图1所示的单相无刷电机的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图6是另一实施方式的单相无刷电机的横截面示意图。

图7是图1的单项无刷电机在转动过程中的齿槽转矩变化曲线图。

图8是本实用新型第二实施例的单相无刷电机的简化示意图。

图9是本实用新型第三实施例的单相无刷电机的简化示意图。

图10是本实用新型第四实施例的单相无刷电机的简化示意图。

图11是本实用新型第五实施例的单相无刷电机的简化示意图。

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，本实用新型提供的单相无刷电机10包括定子20和可相对定子旋转的转子50。

该定子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和绕设于定子磁芯上并被绝缘线架40支撑的绕组39。该定子磁芯30包括外轭部31、从外轭部31向内伸出的若干绕线部33、从绕线部33径向内端向周向两侧伸出的极靴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，且每个永磁极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，从而使得形成于该永磁极55外侧表面与极靴内周表面之间的气隙从永磁极中心往周向两侧逐渐增加并关于永磁极中心线对称，从而形成对称非均匀气隙41。优选地，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。

在本实施例中，如图5所示，每个永磁极55由一块永磁体55形成，转子50还包括转子磁芯53，该永磁体55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的内周表面分别位于两同心圆上；而永磁体55的厚度从周向中心向两端逐渐减小。在一些替换方案中，每一永磁极55也可以由多块永磁体形成，或所有永磁极55由一整块环形永磁体形成。

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。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。

其中，该定子磁芯30由导磁材料制成，例如由导磁芯片(业界常用硅钢片)沿电机轴向层叠而成。优选地，绕线部33沿电机周向均匀间隔分布；若干绕线部33的极靴35的径向内端表面位于以转子50的中心为圆心的同心圆上，且该些若干绕线部的极靴35连接成一个闭合的内环部。该内环部位于相邻绕线部33之间的部分设磁桥36，磁桥36具有较大的磁阻。优选地，磁桥36位于对应的两个相邻绕线部的中间位置。可以理解地，磁桥36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，如图6所示，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。

本实施例中，内环部在磁桥36处的径向厚度小于内环部其他部位的径向厚度，从而增加了磁桥36的磁阻。具体地，在内环部的外周表面对应磁桥36的区域形成凹槽37，凹槽37的形状可以是圆弧形、方形等其他任何形状。凹槽37的个数大于等于1个，例如是3个。磁桥在两相邻绕线部中间位置处具有最大的磁阻，例如，当每个磁桥具有3个凹槽时，越远离绕线部33的凹槽具有更大的尺寸；也就是说，凹槽离绕线部33越近，其尺寸(尤其是径向深度)越小，凹槽离绕线部33越远，其尺寸(尤其是径向深度)越大，从而磁桥的磁阻越大；由于磁桥36设在内环部的位于相邻绕线部33之间，因此，位于相邻绕线部中间的凹槽的尺寸最大。

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，且位于由若干绕线部的极靴连接而成的内环部的内周表面上。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45度至135度电角度。即：通过定位槽38中心与转子中心的直线L1与相邻绕线部33的对称中心L2之间存在夹角Q。

当电机处于未通电状态时，转子相邻磁极间的中性区分别正对内环部35的凹陷38，而不是正对相邻两个绕线部33的对称中心。因此，上述L1和L2所形成的夹角也称为启动角。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50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50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7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，电机的转矩在转动过程中，电机转矩的变化曲线比较平滑，减少或避免了可能出现的启动死点，电机启动的可靠性高。

第二实施例

请参照图8，与上一实施例不同的是，为了提高绕组39的绕设效率，定子磁芯采用分体式结构，具体地，该绕线部33与外轭部一体成型成一整体，绕线部33与由若干绕线部的极靴连接而成的内环部之间为分体式结构，即内环部与绕线部33分离成形，然后再组装在一起。可以理解地，每一绕线部33可通过焊接或各种机械连接方式(如设燕尾槽的卡扣方式)固定连接至内环部。在一替换方案中，该绕线部33还可以与外轭部31及内环部皆分离成型，在绕组50绕完后再将绕线部33与外轭部31及内环部固定连接。

第三实施例

请参照图9，与第一实施例不同的是，在本实施例中，在内环部的外周表面对应磁桥的区域形成凹槽37，凹槽37的个数仅为1个，其形状例如是方形，当然也可以是圆弧形或其他任何形状。

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55也可以由一整块永磁体形成。

第四实施例

请参照图10，与第三实施例不同的是，为了提高绕组39的绕设效率，定子磁芯采用分体式结构，具体地，该绕线部33与内环部一体成型成一整体，绕线部33与外轭部31之间为分体式结构，即外轭部31与绕线部33分离成形，然后再组装在一起。可以理解地，每一绕线部33可通过焊接或各种机械连接方式(如设燕尾槽的卡扣方式)固定连接至外轭部31。在一替换方案中，该绕线部33还可以与外轭部31及内环部皆分离成型，在绕组50绕完后再将绕线部33与外轭部31及内环部固定连接。

第五实施例

请参照图11，与第一实施例不同的是，在本实施例中，在内环部的外周表面对应磁桥36的区域形成通孔32，通孔32的个数可以是1个或多个。磁桥在两相邻绕线部中间位置处具有最大的磁阻，例如，当每个磁桥具有3个通孔，越远离绕线部33的通孔具有更大的尺寸；也就是说，通孔离绕线部33越近，其尺寸(尤其是通孔的直径)越小，通孔离绕线部33越远，其尺寸(尤其是通孔的直径)越大；由于磁桥36设在内环部的位于相邻绕线部33之间，因此，位于相邻绕线部中间的通孔的直径最大。

需要说明的是，上述所有实施例中，由若干绕线部的极靴35连接而成的内环部在磁桥36处的径向尺寸小于定位槽38处的径向尺寸，即使设置了定位槽38，但内环部在磁桥36处的磁阻还是最大的。

本实用新型提供的单刷无相电机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槽口的存在而产生震动和噪声，同时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，如通过调整内环部凹陷的位置可方便调整电机启动角度，当启动角Q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，通过调整内环部凹陷的形状、大小、深度可调整电机启动前的定位力矩的大小；定子磁芯内环部采用连续结构，内环部位于相邻绕线部之间的部分采用磁桥连接，避免了现有技术中相邻定子齿极部之间设置槽口而引起磁阻突变，从而可降低电机的定位转矩；气隙41的厚度在永磁极52处为对称非均匀，且厚度平滑变化的，进一步的降低了电机的定位转矩，避免了可能发生的死点。定子磁芯采用分体式结构，从而使得在绕线部与外轭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。

以上所述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 (16)

1.一种单相无刷电机，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所述定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括外轭部、从外轭部向内伸出的若干绕线部、从每个绕线部的径向内端向周向两侧伸出的极靴，所述绕组绕设于相应的绕线部上；所述转子收容于所述若干绕线部的极靴围成的空间内；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，每个所述永磁极的外侧表面为弧面，且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，并使得所述永磁极的外侧表面与极靴的内周表面形成对称非均匀气隙。

2.如权利要求1所述的单相无刷电机，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极由一个环形磁体形成。

3.如权利要求2所述的单相无刷电机，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所述的单相无刷电机，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所述的单相无刷电机，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所述的单相无刷电机，其特征在于，所述对称非均匀气隙的最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。

7.如权利要求1所述的单相无刷电机，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等。

8.如权利要求7所述的单相无刷电机，其特征在于，所述定位槽的数量与所述永磁极的极数相等。

9.如权利要求7所述的单相无刷电机，其特征在于，所述定位槽为隐形定位槽。

10.如权利要求7所述的单相无刷电机，其特征在于，所述定位槽暴露在所述极靴的内周表面。

11.如权利要求7所述的单相无刷电机，其特征在于，所述若干绕线部的极靴连接成一个闭合的内环部，所述内环部位于相邻绕线部之间的部分设磁桥，所述内环部在所述磁桥处的磁阻大于所述定位槽处的磁阻。

12.如权利要求11所述的单相无刷电机，其特征在于，每个磁桥位于对应的两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。

13.如权利要求11所述的单相无刷电机，其特征在于，所述内环部在对应磁桥处沿电机轴向设开孔或者在外表面设凹槽。

14.如权利要求11所述的单相无刷电机，其特征在于，所述磁桥在两相邻绕线部的中间位置的磁阻最大。

15.如权利要求11所述的单相无刷电机，其特征在于，所述绕线部与内环部和外轭部其中之一或全部分离成型。

16.如权利要求12所述的单相无刷电机，其特征在于，所述定位槽的中心偏离其中一相邻绕线部的对称中心45度至135度电角度。