本發(fā)明涉及單相永磁電機(jī)，特別是涉及單相永磁內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。

背景技術(shù)：

單相永磁電機(jī)通常由定子磁芯、定子繞組、以及永磁轉(zhuǎn)子構(gòu)成。其中，定子磁芯形成有極爪，定子繞組纏繞于極爪上，繞組通電時(shí)極爪極化，每一極爪作為定子磁芯的一個(gè)磁極，與永磁轉(zhuǎn)子的永磁極作用推動(dòng)轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)或平動(dòng)，如應(yīng)用于汽車(chē)中驅(qū)動(dòng)車(chē)窗開(kāi)啟與關(guān)閉等。

通常情況下，單相永磁電機(jī)的定子磁芯的磁極數(shù)與永磁轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)相同，因此電機(jī)在斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子的永磁極會(huì)在徑向上與定子磁芯的磁極正對(duì)，形成死點(diǎn)，造成電機(jī)再次通電時(shí)轉(zhuǎn)子無(wú)法啟動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述狀況，有必要提供一種單相永磁電機(jī)，在電機(jī)斷電時(shí)能有效避免形成死點(diǎn)，以便電機(jī)再次通電時(shí)能順利啟動(dòng)。

一種單相永磁電機(jī)，包括定子以及可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于所述定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子磁芯及繞設(shè)于定子磁芯上的繞組，所述定子磁芯包括軛以及由軛延伸的若干極爪，每一極爪形成有極弧面，所有極爪的極弧面共同圍成一用于容納轉(zhuǎn)子的柱狀空間，其特征在于：所述每一極爪的極弧面為漸開(kāi)的曲面，極弧面與所述轉(zhuǎn)子的中心之間的徑向距離沿極弧面的周向由極弧面的一側(cè)端向另一 側(cè)端逐漸變化從而在極弧面與轉(zhuǎn)子之間形成逐漸變化的氣隙。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明單相永磁電機(jī)的磁芯形成漸開(kāi)的極弧面，定轉(zhuǎn)子之間形成逐漸變化的氣隙，使得電機(jī)在斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的極軸偏離極爪的中心軸一定角度，避免轉(zhuǎn)子停留在死點(diǎn)位置，方便電機(jī)的再次啟動(dòng)。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的單相永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1所示電機(jī)的正視圖。

圖3為圖1所示電機(jī)的定子磁芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖4所示電機(jī)的正視圖。

圖6為圖4所示電機(jī)的磁芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為圖7所示電機(jī)的正視圖。

圖9為圖7中虛線框的放大圖。

圖10為圖7所示電機(jī)的定子的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為圖10所示定子的正視圖。

圖12為圖11所示定子的部分爆炸圖。

圖13為圖11所示定子的磁芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14為圖7所示電機(jī)的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖15為根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖16為圖15所示電機(jī)的正視圖。

圖17為圖15所示電機(jī)的定子的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖18為圖17所示定子的正視圖。

圖19為圖17所示定子的磁芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖20為圖15所示電機(jī)的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖21為圖20所示轉(zhuǎn)子的正視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明單相永磁電機(jī)可用于直接或間接(通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如齒輪、渦輪、蝸桿等)地驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，如車(chē)窗、玩具的車(chē)輪、葉片等，平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明單相永磁電機(jī)的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，使本發(fā)明的技術(shù)方案及其有益效果顯而易見(jiàn)。可以理解，實(shí)施例及附圖僅提供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。附圖中顯示的尺寸僅僅是為便于清晰描述，而并不限定比例關(guān)系。

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的單相永磁電機(jī)。優(yōu)選地，所述電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括由具有導(dǎo)磁性能的軟磁性材料制成的定子磁芯10及可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于定子磁芯10內(nèi)的永磁轉(zhuǎn)子12。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2及圖3，本實(shí)施例中，所述定子磁芯10為u型磁芯，包括塊狀的軛14、以及由軛14的兩側(cè)端分別垂直向外伸出的兩個(gè)臂16。所述臂16用于纏繞繞組，每一臂16的末端形成一極爪18。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，纏繞于臂16上的繞組通電形成感生磁場(chǎng)，使極爪18極化。極化的極爪18作為磁芯10的磁極，在任意時(shí)間兩極爪18具有相反的極性。圖示中，電機(jī)定子的部分元件，如繞組、控制繞組電流的電路、電機(jī)的外殼等并未示出，其可以是現(xiàn)有單相永磁電機(jī)中的相應(yīng)結(jié)構(gòu)。

較佳地，所述磁芯10的軛14與兩個(gè)臂16分別由大量薄片堆疊而成，之后通過(guò)機(jī)械連接的方式相連構(gòu)成磁芯10。如此，可以在每一臂16上先進(jìn)行繞組的纏繞，之后將繞設(shè)有繞組的臂16與軛14連接，使得繞組的纏繞更為方便、快捷，不受磁芯10的結(jié)構(gòu)、 尺寸的限制。較佳地，所述軛14在靠近其兩側(cè)端的位置分別內(nèi)凹形成有卡槽20，所述每一臂16在其朝向軛14的一端向外突出形成有卡塊22。組裝時(shí)，每一臂16上的卡塊22對(duì)應(yīng)地卡入至軛14的一卡槽20內(nèi)，將臂16與軛14相連構(gòu)成磁芯10。較佳地，所述卡槽20與卡塊22形成燕尾型卡扣連接，避免連接后自行脫開(kāi)。在其它實(shí)施例中，所述卡槽20也可以形成于臂16上，相應(yīng)地卡塊22形成于軛14上。

所述兩個(gè)臂16均呈長(zhǎng)條狀，相互平行且間隔設(shè)置。所述極爪18形成于臂16遠(yuǎn)離軛14的一端，兩極爪18之間形成空間24，用于容納轉(zhuǎn)子12。每一極爪18面向空間24的內(nèi)壁面作為極爪18的極弧面26，為內(nèi)凹的光滑弧面。本實(shí)施例中，所述極爪18大致呈c形，每一極爪18的極弧面26為漸開(kāi)的曲面，以圖3所示方向?yàn)槔?，所述極弧面26沿逆時(shí)針?lè)较蛑饾u向外旋開(kāi)。也就是說(shuō)，極弧面26的直徑沿逆時(shí)針?lè)较蛑饾u增大。兩極爪18的極弧面26之間圍成的空間24不規(guī)則，大致呈圓柱狀。每一極弧面26與所述空間24的中心軸線也即轉(zhuǎn)子中心之間的距離沿極弧面26旋開(kāi)的方向，即逆時(shí)針?lè)较蛑饾u增大。

本實(shí)施例中，如圖2所示，所述轉(zhuǎn)子12整體外形呈腰形，內(nèi)部可固定穿設(shè)一轉(zhuǎn)軸(圖未示)，用于與負(fù)載連接進(jìn)而帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)。所述轉(zhuǎn)子12包括有永磁極28，其數(shù)量與定子磁芯10的極爪18的數(shù)量相同。每一永磁極28的外壁面作為其磁極面30，正對(duì)極爪18的極弧面26。較佳地，所述永磁極28的磁極面30位于一與轉(zhuǎn)子12的中心軸同軸的圓柱面上，所述圓柱面的外徑尺寸較佳地小于定子磁芯10的極爪18的極弧面26的最小直徑尺寸。在裝配時(shí)，轉(zhuǎn)子12的中心軸與極爪18之間的空間24的中心軸保持一致，轉(zhuǎn)子12的永磁極28的磁極面30與磁芯10的極爪18的極弧面26 在徑向上相對(duì)應(yīng)并相間隔，兩者之間形成氣隙32，避免轉(zhuǎn)子12在轉(zhuǎn)動(dòng)中與磁芯10干涉，保證轉(zhuǎn)子12的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

由于磁芯10的極爪18的極弧面26為漸開(kāi)的曲面，其與轉(zhuǎn)子12的磁極面30之間的氣隙32的徑向?qū)挾妊貥O弧面26旋開(kāi)的方向，即逆時(shí)針?lè)较蛑饾u增大。如此在定轉(zhuǎn)子之間形成逐漸變化的非均勻氣隙32，使得電機(jī)在斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子12的極軸偏離極爪18的中心軸一定角度，即避開(kāi)死點(diǎn)位置，確保電機(jī)再次通電時(shí)能夠順利起動(dòng)?？梢岳斫獾?，在其它實(shí)施例中，根據(jù)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向等，也可將極爪18的極弧面26設(shè)計(jì)為沿順時(shí)針?lè)砰_(kāi)旋開(kāi)的漸開(kāi)曲面，同樣與轉(zhuǎn)子12的永磁極28的磁極面30形成非均勻的氣隙32，保證電機(jī)停止時(shí)轉(zhuǎn)子12避開(kāi)死點(diǎn)位置。

較佳地，每一臂16的極爪18的周向的兩端朝向另一臂16向外伸出形成有極尖34，使得每一極爪18具有更大的弧度，接近半圓。如此，兩極爪18對(duì)應(yīng)的極尖34之間形成窄小的間隔36，使得兩極爪18的極弧面26在周向上斷開(kāi)有小的間隙而并非連續(xù)的圓周面，以減小漏磁在的同時(shí)降低齒槽轉(zhuǎn)矩，使得電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)高效而平穩(wěn)。更佳地，所述極弧面26在周向上斷開(kāi)的寬度，即極爪18之間的間隔36的寬度，大致為定轉(zhuǎn)子之間的氣隙32的最小的寬度的兩倍。

圖4-6所示為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的單相永磁電機(jī)，其不同之處主要在于：本實(shí)施例電機(jī)的定子磁芯10為e形磁芯，包括兩平行間隔設(shè)置的兩長(zhǎng)條狀的軛14、分別連接兩個(gè)軛14的兩側(cè)端的兩個(gè)臂16、以及由每一個(gè)軛14的中央垂直延伸的極爪18。所述兩極爪18相向間隔設(shè)置，每一極爪18面向另一極爪18的內(nèi)壁面凹陷形成極弧面26，兩極爪18的極弧面26之間界定出收容轉(zhuǎn)子12的空間24。類似地，如圖5及圖6所示，所述每一極爪18的極弧 面26為漸開(kāi)的曲面，與轉(zhuǎn)子12的極弧面26形成非均勻的氣隙32，保證電機(jī)在斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子12的極軸偏離極爪18的中心軸，避開(kāi)死點(diǎn)。同時(shí)，兩極爪18間隔設(shè)置，極弧面26在對(duì)應(yīng)極爪18之間的間隔36處斷開(kāi)，在周向上不連續(xù)，有效避免漏磁。

圖7-14所示為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的單相永磁電機(jī)，其不同之處主要在于：本實(shí)施例電機(jī)的定子磁芯10為環(huán)形磁芯，如圖13所示，包括環(huán)形的軛14、以及由軛14的內(nèi)側(cè)沿徑向向內(nèi)延伸形成有多個(gè)臂16(圖示為四個(gè))。所述繞組38纏繞于磁芯10的兩個(gè)臂16上，共同構(gòu)成電機(jī)的定子40，如圖10-11所示。每一臂16的徑向內(nèi)端形成弧形的極爪18，相鄰的極爪18的末端之間形成有間隔36。每一極爪18的徑向內(nèi)壁面內(nèi)凹，作為極爪18的極弧面26。較佳地，如圖13所示，所述極弧面26為漸開(kāi)的曲面，圖式方向極弧面26沿順時(shí)針?lè)较蛐_(kāi)。所述極弧面26共同界定出大致呈圓柱狀的空間24，用于容納轉(zhuǎn)子12。

較佳地，如圖12所示，所述磁芯10由若干模塊42拼接而成，每一模塊42包括圓弧形的軛部44、以及由軛部44的徑向內(nèi)壁面的中央延伸的一個(gè)臂16與形成于臂16的末端的一個(gè)極爪18。所述軛部44的周向的一側(cè)端向外凸出形成一凸耳46，另一側(cè)端內(nèi)凹形成一凹槽48。組裝時(shí)，如圖12所示，每一軛部44的凸耳46卡入至相鄰的軛部44的凹槽48內(nèi)，軛部44首尾相連形成環(huán)形的軛14，進(jìn)而構(gòu)成磁芯10。由于軛14由多個(gè)模塊42拼接而成，在拼接模塊42之前可以先將繞組38繞設(shè)于每一模塊42的臂16上，如此繞組38的繞設(shè)不受磁芯10的結(jié)構(gòu)、尺寸的限制。為避免繞組38短路，可在每一模塊42上套設(shè)絕緣的繞線架50，隔開(kāi)模塊42與繞組38。

如圖14所示，本實(shí)施例中轉(zhuǎn)子12還包括有轉(zhuǎn)子鐵芯52。所 述鐵芯52呈圓柱狀，固定套接于轉(zhuǎn)軸54上并與轉(zhuǎn)軸54同軸設(shè)置。所述永磁極28貼設(shè)于鐵芯52的外壁面上，數(shù)量與定子磁芯10的極爪18的數(shù)量相同，本實(shí)施例中為四個(gè)。每一個(gè)永磁極28作為轉(zhuǎn)子12的一個(gè)磁極，相鄰的永磁極28的極性相反。各永磁極28的外壁面作為其磁極面30，正對(duì)定子40的極爪18的極弧面26。較佳地，各永磁極28的磁極面30共同位于一與轉(zhuǎn)軸54共軸的圓柱面上。所述轉(zhuǎn)軸54的兩端向外伸出與負(fù)載連接，較佳地，轉(zhuǎn)軸54上套裝有軸承56支撐其轉(zhuǎn)動(dòng)。

在將轉(zhuǎn)子12與定子40裝配構(gòu)成電機(jī)時(shí)，如圖7-9所示，由于定子40的極爪18的極弧面26為漸開(kāi)的曲面，與轉(zhuǎn)子12的永磁極28的磁極面30之間形成非均勻的氣隙32，氣隙32的徑向?qū)挾妊貥O爪18的極弧面26的旋開(kāi)方向(圖9所示為沿順時(shí)針?lè)较?逐漸增大，保證電機(jī)在斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子12的極軸偏離極爪18的中心軸，避開(kāi)死點(diǎn)。另外，定子40的極爪18之間形成有間隔36，極爪18的極弧面26在對(duì)應(yīng)極爪18之間的間隔36位置處斷開(kāi)，從而在周向上不連續(xù)，有效避免漏磁，保證電機(jī)的效率。

圖15-21所示為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的單相永磁電機(jī)，其不同之處在于：本實(shí)施例電機(jī)的定子磁芯10為方形磁芯，如圖19所示，包括方環(huán)狀的軛14、由軛14的一對(duì)側(cè)邊延伸的兩個(gè)臂16與形成于每一臂16的末端的極爪18、以及設(shè)置于軛14的另一對(duì)側(cè)邊上的兩輔極爪58。本實(shí)施例中，軛14為長(zhǎng)方形，所述兩個(gè)臂16由軛14的較短的一對(duì)側(cè)邊的內(nèi)側(cè)相向地一體延伸而成。所述極爪18形成于每一臂16的徑向內(nèi)端，呈弧形。繞組38僅纏繞于所述臂16上并位于極爪18外側(cè)。所述兩個(gè)輔極爪58單獨(dú)成型并分別連接于軛14的較長(zhǎng)的一對(duì)側(cè)邊的內(nèi)側(cè)，用于導(dǎo)磁并輔助所述極爪18形成磁通回路。所述兩極爪18與兩輔極爪58在周向上呈間隔 交替設(shè)置，相鄰的極爪18與輔極爪58之間形成有窄小的間隔36。所述極爪18與輔極爪58的徑向內(nèi)壁面均內(nèi)凹形成極弧面26，所述極弧面26為漸開(kāi)的曲面，圖19中極弧面26沿順時(shí)針?lè)较蛐_(kāi)。本實(shí)施例中，繞組通電后可在相鄰的極爪18與輔極爪58之間形成磁回路，從而形成磁回路的數(shù)目為極爪18數(shù)的2倍。

如圖20-21所示，所述轉(zhuǎn)子12可轉(zhuǎn)動(dòng)地收容于所述極爪18與輔極爪58的極弧面26所界定的空間24內(nèi)，包括轉(zhuǎn)軸54、鐵芯52、永磁極28、以及轉(zhuǎn)子殼60。所述鐵芯52固定套設(shè)于轉(zhuǎn)軸54上，永磁極28固定于鐵芯52的外壁面上，轉(zhuǎn)子殼60環(huán)套并固定永磁極28。優(yōu)選地，永磁極28的數(shù)量與極爪18、輔極爪58的總量相同，每個(gè)永磁極28背離鐵芯52的外壁面作為永磁極28的磁極面30，位于與轉(zhuǎn)子12同軸的圓柱面上。在定轉(zhuǎn)子裝配后，由于定子40的極弧面26為漸開(kāi)的曲面，定轉(zhuǎn)子之間形成非均勻的氣隙32，氣隙32的徑向?qū)挾妊囟ㄗ?0的極弧面26的旋開(kāi)方向(圖19所示為沿順時(shí)針?lè)较?逐漸增大，有效避免電機(jī)斷電時(shí)轉(zhuǎn)子12停止在死點(diǎn)位置，保證電機(jī)再次啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子12能順利啟動(dòng)。進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子殼60可以是導(dǎo)磁材料制成，此時(shí)轉(zhuǎn)子殼60的外圓周面作為轉(zhuǎn)子12的磁極面，有效減小定轉(zhuǎn)子之間的氣隙32，提升電機(jī)的效率。

上述各實(shí)施例中，雖然電機(jī)的定子40、轉(zhuǎn)子12在具體結(jié)構(gòu)、形態(tài)上存在一定差異，但其做動(dòng)原理相同，在電機(jī)通電時(shí)，繞組38中通過(guò)周期性變化的電流，形成感生磁場(chǎng)，使定子磁芯10的極爪18極化，與轉(zhuǎn)子12的永磁極28作用，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子12進(jìn)而帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明各實(shí)施例中，定子的磁芯10均形成漸開(kāi)的極弧面26，且在周向上不連續(xù)，定轉(zhuǎn)子之間形成不均勻的氣隙32，有效避免電機(jī)斷電時(shí)轉(zhuǎn)子12停留在死點(diǎn)位置，方便電機(jī)的再次啟動(dòng)； 同時(shí)還能減少漏磁，保證電機(jī)的效率。以上實(shí)施方式僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照以上較佳實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或等同替換都不應(yīng)脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。