本發(fā)明涉及一種單相永磁電機，尤其涉及一種具有槽開口的單相永磁電機。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)的單相永磁電機的電機定子鐵芯采用整體式結(jié)構(gòu)，即定子鐵芯的外環(huán)部和齒部同時成型為一體式結(jié)構(gòu)，相鄰齒部的極靴之間設(shè)槽口以便于繞線。此種結(jié)構(gòu)的單相永磁電機，由于槽口的存在會導(dǎo)致電機產(chǎn)生較大的定位力矩，從而產(chǎn)生震動和噪聲。而且，受槽口的制約，定位啟動角度小，啟動可靠性差。

有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種新型的可提高啟動可靠性的單相永磁電機。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種單相永磁電機，包括定子和可相對定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子；所述定子包括定子磁芯和繞設(shè)于定子磁芯上的繞組，所述定子磁芯包括外環(huán)部、從所述外環(huán)部向內(nèi)伸出的若干繞線部、從每個所述繞線部末端向兩周側(cè)伸出來的極靴，所述繞組繞設(shè)于相應(yīng)的繞線部上；所述轉(zhuǎn)子收容于所述極靴圍成的空間內(nèi)；其特征在于：所述轉(zhuǎn)子包括沿所述轉(zhuǎn)子周向設(shè)置的若干永磁極，每個永磁 極外周表面與極靴內(nèi)周表面同心，從而在兩者之間形成均勻氣隙；相鄰的所述極靴之間形成槽開口，所述槽開口的寬度大于0，且小于或等于所述均勻氣隙厚度的4倍。

作為一種改進方案，所述若干永磁極由環(huán)形永磁體形成；所述轉(zhuǎn)子磁芯的外周；所述轉(zhuǎn)子磁芯的外周表面設(shè)有若干軸向延伸的凹槽，每個凹槽位于兩個永磁極的分界處。

作為一種改進方案，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子磁芯；所述轉(zhuǎn)子的若干永磁極由嵌入到所述轉(zhuǎn)子磁芯的若干永磁體形成。

作為一種改進方案，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子磁芯，所述若干永磁極由安裝到所述轉(zhuǎn)子磁芯的外周表面的若干永磁體形成；所述轉(zhuǎn)子磁芯的外周表面設(shè)有若干軸向延伸的凹槽，每個凹槽位于兩個永磁極的分界處。

作為一種改進方案，所述槽開口的寬度大于0，且小于或等于所述均勻氣隙的厚度的4倍。作為一種改進方案，所述槽開口位于相鄰繞線部的中間位置。

作為一種改進方案，所述極靴的徑向厚度從所述繞線部到所述槽開口的方向逐漸減小。

作為一種改進方案，相鄰所述繞線部之間的極靴設(shè)有定位槽，所述定位槽沿著電機的軸向連續(xù)形成或間隔形成，且每個所述定位槽到相鄰兩個所述繞線部的距離不相同。

作為一種改進方案，所述定位槽的數(shù)量與所述永磁極的極數(shù)相等或成整倍 數(shù)。

作為一種改進方案，所述定位槽位于所述極靴的外周表面與內(nèi)周表面之間。

作為一種改進方案，所述定位槽暴露在所述極靴的內(nèi)周表面。

作為一種替換方案，所述定位槽暴露在所述極靴的外周表面。

作為一種改進方案，所述定子磁芯由若干磁芯組件沿定子周向拼接而成，每個所述磁芯組件包括一段弧形軛部、從所述弧形軛部伸出所述繞線部、從所述繞線部的徑向末端向周向兩側(cè)伸出所述極靴。

作為一種改進方案，相鄰所述磁芯組件的弧形軛部的接合處設(shè)有凹凸結(jié)構(gòu)。

作為一種改進方案，相鄰所述磁芯組件的弧形軛部的接合處為平面。

作為一種改進方案，所述槽開口位于相鄰繞線部的中間位置。

本發(fā)明的單相永磁電機具有均勻氣隙，并且的相鄰定子極靴之間的槽開口小于或等于均勻氣隙厚度的4倍，使電機的啟動與運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，增強了電機的啟動穩(wěn)定性，減少或消除可能的啟動死點。

為了能更進一步了解本發(fā)明的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖，然而所附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一較佳實施方式的單相永磁電機的示意圖；

圖2是圖1所示單相永磁電機去掉外殼后的示意圖；

圖3是圖1所示單相永磁電機去掉外殼、繞組、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸等之后的簡化示意圖。

圖4是圖1所示的單相永磁電機的定子磁芯的示意圖。

圖5是圖1所示的單相永磁電機的轉(zhuǎn)子磁芯及其永磁體的示意圖。

圖6是圖1的單相永磁電機在轉(zhuǎn)動過程中的齒槽轉(zhuǎn)矩變化曲線圖。

圖7是本發(fā)明第二實施例的單相永磁電機的定子磁芯的示意圖。

圖8是本發(fā)明第三實施例的單相永磁電機的定子磁芯的示意圖。

圖9是本發(fā)明第四實施例的單相永磁電機的定子磁芯、轉(zhuǎn)子磁芯及其永磁體的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的具體實施方式詳細描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見。附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。附圖中顯示的尺寸僅僅是為了便于清晰描述，而并不限定比例關(guān)系。

第一實施例

請參閱圖1至圖5，本發(fā)明一較佳實施方式的單相永磁電機10包括定子20和相對定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子50。

該定子20包括一端開口的筒狀外殼21、安裝到外殼21開口端的端蓋23、安裝到外殼21內(nèi)的定子磁芯30、安裝到定子磁芯30的絕緣線架40和繞設(shè)于定子磁 芯30上并被絕緣線架40支撐的繞組39。其中，該定子磁芯30包括外環(huán)部31、從外環(huán)部31向內(nèi)伸出的若干繞線部33、從每個繞線部33末端向兩周側(cè)伸出來的極靴35，繞組39繞設(shè)于相應(yīng)的繞線部33上，繞組39與定子磁芯30之間被絕緣線架40隔離。

轉(zhuǎn)子50收容于若干繞線部的極靴35圍成的空間內(nèi)，轉(zhuǎn)子50包括沿所述轉(zhuǎn)子周向設(shè)置的若干永磁極，每個環(huán)形永磁極外周表面與極靴內(nèi)周表面同心，從而在兩者之間形成基本均勻氣隙41，本申請所稱基本均勻氣隙是指永磁極外周表面與極靴內(nèi)周表面之間的氣隙除對應(yīng)定位槽38、開槽37及永磁極末端倒角部分以外的部分為均勻氣隙。具體地，該極靴的內(nèi)表面位于以轉(zhuǎn)子50中心為圓心的同心圓上。永磁極55的外側(cè)表面56呈圓柱狀，且位于以轉(zhuǎn)子50中心為圓心的同心圓上，即，極靴內(nèi)周表面與永磁極55的外周表面同心，從而在極靴內(nèi)周表面、永磁極外周表面之間形成均勻氣隙。

如圖5所示，本實施例中的每個永磁極55是由對應(yīng)的一塊永磁體56形成，當然也可以由多塊永磁體56形成。該若干塊環(huán)形永磁體56安裝到轉(zhuǎn)子磁芯53的外周表面或嵌入到轉(zhuǎn)子磁芯；該轉(zhuǎn)子磁芯的外周表面設(shè)有若干軸向延伸的凹槽54，每個凹槽54位于兩個永磁極56的分界處，以減少磁泄漏。本發(fā)明所稱的環(huán)部是指沿周向連續(xù)延伸而成的封閉結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)子50還包括轉(zhuǎn)軸51，轉(zhuǎn)軸51穿過轉(zhuǎn)子磁芯53并與其固定在一起。轉(zhuǎn)軸51的一端通過軸承24(見圖1)安裝到定子的端蓋23，另一端通過另一個軸承安裝到定子的筒狀外殼21的底部，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)子可相對于定子轉(zhuǎn)動。

該定子磁芯30由具有導(dǎo)磁性能的軟磁性材料制成，例如由導(dǎo)磁芯片(業(yè)界常用硅鋼片)沿電機軸向?qū)盈B而成。在定子磁芯30中，相鄰的極靴35之間形成槽開口37，優(yōu)選地，每個槽開口37位于相鄰的兩個繞線部33的中間位置。該槽開口37的寬度大于0，且小于或等于該均勻氣隙41厚度的4倍。該配置下，可降低槽口導(dǎo)致的磁阻突變，從而平滑電機的定位轉(zhuǎn)矩，提高定位準確度，使電機的啟動與轉(zhuǎn)動更為可靠平滑。本發(fā)明所稱的環(huán)部是指沿周向連續(xù)延伸而成的封閉結(jié)構(gòu)，包括圓環(huán)形、方形、多邊形等；氣隙41的厚度是指氣隙的徑向厚度。

優(yōu)選地，極靴35的徑向厚度從繞線部33到槽開口37的方向逐漸減小，使極靴35的磁阻從繞線部向槽開口37的方向逐漸增加，形成磁阻逐漸增大的磁橋，從而平滑電機的定位轉(zhuǎn)矩，提高定位準確度，使電機的啟動與轉(zhuǎn)動更為可靠平滑。

在本實施例中，相鄰所述繞線部之間的極靴35設(shè)有定位槽38，定位槽38的個數(shù)與定子的極數(shù)、環(huán)形永磁極的極數(shù)相等或成整數(shù)倍，例如2倍、3倍等，在本實施例中為4個。本實施例中，定子繞組采用集中式繞組，因此，繞線部數(shù)量等于定子的極數(shù)。在替換方案中，繞線部數(shù)量可以是定子極數(shù)的整數(shù)倍，例如2倍、3倍等。

本實施例中，定位槽38沿電機軸向連續(xù)設(shè)置，且位于極靴的內(nèi)周表面上。在一替換方案中，所述定位槽38沿電機軸向間隔設(shè)置。優(yōu)選地，每個定位槽38到相鄰兩個繞線部的距離不相等。

當電機處于未通電狀態(tài)即初始狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子磁極的中心線L1偏離相應(yīng)定子繞線部的中心線L2一定角度，上述L1和L2所形成的角度Q稱為啟動角。在本實施例中，該啟動角大于30度電角度且小于150度電角度，當電機定子繞組通以一方向的電流時，轉(zhuǎn)子50可以從一方向啟動；當電機定子繞組通以相反方向的電流時，轉(zhuǎn)子50可以從相反方向進行啟動?？梢岳斫獾?，在啟動角等于90度電角度(也即轉(zhuǎn)子磁極的中心與相鄰繞線部33的對稱中心重合)時，轉(zhuǎn)子50朝兩個方向啟動都比較容易，也即最容易實現(xiàn)雙方向啟動。當啟動角偏離90度電角度時，轉(zhuǎn)子朝其中一方向啟動會比朝另一方向啟動較容易。

圖6是上述實施例的電機在未通電轉(zhuǎn)動過程中的定位轉(zhuǎn)矩變化曲線圖，橫坐標表示轉(zhuǎn)動角度；縱坐標表示轉(zhuǎn)矩?？梢钥吹?，電機在未通電轉(zhuǎn)動過程中，電機的定位轉(zhuǎn)矩變化曲線比較平滑，因而定位點準確,避開了啟動死點，提高了電機啟動的可靠性。

第二實施例

請參照圖7，與上一實施例不同的是，為了提高繞組39的繞設(shè)效率，定子磁芯30由若干磁芯組件300沿定子周向拼接而成，每個磁芯組件300包括一段弧形軛部300b、從弧形軛部300b伸出繞線部33、從繞線部33的內(nèi)徑向末端向周向兩側(cè)伸出極靴35。在本實施例中，每個磁芯組件300具有一個繞線部33以及相應(yīng)的極靴35?？梢岳斫獾?，每個磁芯組件也可以具有多于1個的繞線部33以及相應(yīng)的極靴35。每個磁芯組件的繞組完成之后，將該若干磁芯組件300拼接起來，從而得到具有定子繞組的定子鐵芯30。

相鄰磁芯組件的弧形軛部的接合處設(shè)有凹凸結(jié)構(gòu)。具體來說，當設(shè)置凹凸卡扣結(jié)構(gòu)時，可以每個磁芯組件用于拼接成外環(huán)部的弧形軛部的兩端分別設(shè)置凹槽卡位34，以及與該凹槽卡位34相配合的凸起卡扣32；該凹槽卡位34與該凸起卡扣32即為凹凸卡口結(jié)構(gòu)；在組裝時，每個磁芯組件的凸起卡扣32與相鄰的磁芯組件的凹槽卡位34相配合，每個磁芯組件的凹槽卡位34與相鄰的磁芯組件的凸起卡扣32相配合。

因為定子磁芯30由若干磁芯組件300拼接而成，因此，相鄰極靴35之間的槽開口37的寬度可以非常小。本發(fā)明中，槽開口37的寬度是指相鄰兩個極靴35之間的距離。

第三實施例

請參照圖8，與第二實施例不同的是，在本實施例中，相鄰磁芯組件的弧形軛部的接合處為平面，此時可以通過焊接的方式將弧形軛部的接合處焊接在一起。

第四實施例

請參照圖9，本實施例中，相鄰所述繞線部之間的極靴35同樣設(shè)有定位槽38，不同的是，本實施例中的定位槽38位于由若干繞線部的極靴連接而成的內(nèi)環(huán)部的外周表面與內(nèi)周表面之間即隱形定位槽，優(yōu)選地，靠近內(nèi)環(huán)部的內(nèi)周表面。

本實施例中，轉(zhuǎn)子60包括轉(zhuǎn)子磁芯63與環(huán)形永磁極65,其中環(huán)形永磁極65由環(huán)形永磁體形成，例如是一塊環(huán)形永磁體，環(huán)形永磁體安裝到轉(zhuǎn)子鐵芯53的 外周表面；同樣該轉(zhuǎn)子鐵芯的外周表面設(shè)有若干軸向延伸的凹槽64，每個凹槽64位于兩個永磁極的分界處，以減少磁泄漏。

本發(fā)明提供的單相永磁電機在相鄰的極靴間形成槽開口，并使該槽開口的寬度大于0，且小于或等于該氣隙厚度的4倍，可降低槽口導(dǎo)致的磁阻突變，從而平滑電機的定位轉(zhuǎn)矩；本發(fā)明還使永磁極的外側(cè)表面位于同一圓柱面上，從而使氣隙的厚度均一，形成基本均勻氣隙，提高了氣隙磁密，提高了電機功率密度及啟動和運行的穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例所舉的單相永磁電機，啟動時所需啟動角度和定位力矩可按需要方便的進行設(shè)計調(diào)整，從而提高啟動運行性能，如通過調(diào)整極靴凹陷的位置可方便調(diào)整電機啟動角度，通過調(diào)整極靴定位槽的形狀、大小、數(shù)量、深度可調(diào)整電機啟動前的定位力矩的大小；定子磁芯采用分體式結(jié)構(gòu)，從而使得在繞線部與外環(huán)部組裝之前可以采用高速繞線機進行繞線，繞線生產(chǎn)效率高。

上述實施例中，開槽37具有均勻的周向?qū)挾?。可以理解的，作為替代，每個開槽37的寬度也可不均勻，如內(nèi)小外大的喇叭形亦可，此時，前述所稱開槽37的寬度指其最小寬度。上述實施例中，開槽37沿電機徑向設(shè)置，作為替代，開槽37也可以沿偏離電機徑向的方向設(shè)置。

以上該僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。