本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種單相電機(jī)及其轉(zhuǎn)子。

背景技術(shù)：

近些年單相無(wú)刷直流電機(jī)得到較快發(fā)展，其結(jié)構(gòu)一般為在定子鐵芯上纏繞定子繞組，將定子繞組通電后，產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，從而驅(qū)動(dòng)鑲嵌有永磁體的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。由于定子鐵芯需要繞設(shè)定子繞組，因此，通常會(huì)在定子鐵芯上開(kāi)設(shè)槽口以便進(jìn)行自動(dòng)繞線的工序。

然而，槽口的存在使得所述定子鐵芯設(shè)置槽口的部位與轉(zhuǎn)子永磁體之間的磁阻增大，所述定子鐵芯存在起動(dòng)死點(diǎn)。即當(dāng)電機(jī)處于未通電狀態(tài)或者沒(méi)有顯著轉(zhuǎn)動(dòng)阻滯時(shí)，所述轉(zhuǎn)子的磁極軸線會(huì)向磁阻小的方向自動(dòng)偏轉(zhuǎn)，即所述轉(zhuǎn)子的磁極軸線會(huì)偏離所述槽口的軸線方向。此時(shí)，轉(zhuǎn)子所受力矩為零，造成電機(jī)的起動(dòng)不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種新型的可提高起動(dòng)可靠性的單相電機(jī)轉(zhuǎn)子及使用該轉(zhuǎn)子的單相電機(jī)。

一種單相電機(jī)轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子磁芯和若干永磁體，所述若干永磁體均勻間隔嵌設(shè)于所述轉(zhuǎn)子磁芯內(nèi)部，所述轉(zhuǎn)子磁芯的外周壁為不規(guī)則圓形，所述轉(zhuǎn)子磁芯的外周壁包括若干間隔設(shè)置的圓弧面及過(guò)渡面。

作為一種優(yōu)選方案，相鄰兩個(gè)永磁體的中性區(qū)與所述過(guò)渡面的中心線重合。

作為一種優(yōu)選方案，每一永磁體的磁極軸線與所述其中一圓弧面的中心線重合。

作為一種優(yōu)選方案，所述若干圓弧面位于同一圓柱的周壁上。

作為一種優(yōu)選方案，所述過(guò)渡面為短平面，或所述過(guò)渡面為由若干短平面連接形成。

作為一種優(yōu)選方案，所述過(guò)渡面的曲率小于所述圓弧面的曲率，且與所述圓弧面轉(zhuǎn)向相同。

一種單相電機(jī)，包括定子，所述定子包括定子磁芯和繞組，所述定子磁芯包括外軛部和若干定子齒，所述每一定子齒包括繞線部和連接于所述繞線部一端的極靴，所述繞組繞設(shè)于對(duì)應(yīng)的繞線部上，所述電機(jī)還包括上述任意一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子。

作為一種優(yōu)選方案，相鄰所述兩個(gè)極靴之間形成槽口，所述定子極靴與轉(zhuǎn)子之間形成間距不等的不均勻氣隙。

作為一種優(yōu)選方案，所述過(guò)渡面與所述極靴的距離大于所述圓弧面與所述極靴的距離。

作為一種優(yōu)選方案，相鄰兩個(gè)永磁體的中性區(qū)與所述過(guò)渡面的中心線重合，每一永磁體的磁極軸線與所述其中一圓弧面的中心線重合。

作為一種優(yōu)選方案，所述槽口的周向最短距離為a，所述過(guò)渡面沿所述轉(zhuǎn)子磁芯的徑向到所述極靴的最長(zhǎng)距離為b1，所述轉(zhuǎn)子磁芯的圓弧面到所述極靴的最短距離為b2，其中，b2<a<b1。

作為一種優(yōu)選方案，所述過(guò)渡面沿所述轉(zhuǎn)子磁芯的徑向到所述極靴的最長(zhǎng)距離大于一倍的所述轉(zhuǎn)子磁芯的圓弧面到所述極靴的最短距離，小于三倍的所述轉(zhuǎn)子磁芯的圓弧面到所述極靴的最短距離。

作為一種優(yōu)選方案，所述轉(zhuǎn)子的極弧系數(shù)為c，其中100° <c<150°電角度。

作為一種優(yōu)選方案，所述電機(jī)的起動(dòng)角為70°到110°電角度之間。

作為一種優(yōu)選方案，所述極靴包括一朝向轉(zhuǎn)子的極弧面，所述極弧面位于同一圓柱面上并共同圍成容置空間，所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)地容置于所述容置空間中。

本發(fā)明的電機(jī)，通過(guò)在所述轉(zhuǎn)子磁芯的周壁上開(kāi)設(shè)若干圓弧面和過(guò)渡面，使得所述轉(zhuǎn)子起動(dòng)位置避開(kāi)了所述電機(jī)的起動(dòng)死點(diǎn)，使得所述電機(jī)的起動(dòng)更加穩(wěn)定，起動(dòng)電流小，起動(dòng)可靠性好。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的定子和轉(zhuǎn)子的立體示意圖。

圖2是圖1所示定子和轉(zhuǎn)子的俯視圖。

圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的定子和轉(zhuǎn)子的俯視圖。

圖4是為現(xiàn)有定子和轉(zhuǎn)子在未通電的條件下，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁力線分布圖。

圖5是為本發(fā)明實(shí)施例和轉(zhuǎn)子在未通電的條件下，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁力線分布圖。

圖6是圖4所述定子和轉(zhuǎn)子的齒槽轉(zhuǎn)矩曲線圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例定子和轉(zhuǎn)子的齒槽轉(zhuǎn)矩曲線圖。

主要元件符號(hào)說(shuō)明

如下具體實(shí)施方式將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)組件被稱為“固定于”另一個(gè)組件，它可以直接在另一個(gè)組件上或者也可以存在居中的組件。當(dāng)一個(gè)組件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)組件，它可以是直接連接到另一個(gè)組件或者可能同時(shí)存在居中組件。當(dāng)一個(gè)組件被認(rèn)為是“設(shè)置于”另一個(gè)組件，它可以是直接設(shè)置在另一個(gè)組件上或者可能同時(shí)存在居中組件。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖，通過(guò)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式詳細(xì)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(jiàn)。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了便于清晰描述，而并不限定比例關(guān)系。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一實(shí)施方式提供的電機(jī)100，包括定子20和可相對(duì)所述定子20旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子30。所述定子20包括定子磁芯21、位于定子磁芯21兩端的端蓋及一端開(kāi)口的筒狀外殼(圖未示)，所述定子磁芯21安裝于所述外殼的內(nèi)壁上。所述兩端蓋安裝于所述外殼兩端。所述轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)動(dòng)地容置于所述定子20內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)軸(圖未示)兩端通過(guò)軸承(圖未示)安裝至所述端蓋。優(yōu)選地，所述電機(jī)100為單相直流無(wú)刷電機(jī)。

所述定子20還包括絕緣線架和定子繞組(圖未示)，所述絕緣線架安裝于所述定子磁芯21上，所述定子繞組繞設(shè)于所述對(duì)應(yīng)的絕緣線架，所述定子磁芯21與所述定子繞組之間通過(guò)所述絕緣線架隔離，以使所述定子磁芯21與所述對(duì)應(yīng)的定子繞組絕緣。

請(qǐng)參閱圖2，所述定子磁芯21包括外軛部211和定子齒213。本實(shí)施方式中，所述定子磁芯為4極4槽結(jié)構(gòu)，即所述外軛部211的內(nèi)側(cè)設(shè)4個(gè)定子齒213，所述4個(gè)定子齒213之間形成4個(gè)繞線槽。所述外軛部211為閉合的環(huán)形，所以稱為定子20的外環(huán)部。

所述每一定子齒213包括一體成型的繞線部2131和極靴2133。本實(shí)施方式中，每一定子齒213可為從外軛部211沿徑向向內(nèi)延伸形成。所述繞線部2131大體呈方形。在本發(fā)明其他實(shí)施方式中，如圖3所示，所述電機(jī)100的定子磁芯21可以采用分體式芯片，即定子齒213與外軛部211為可拆分式連接，采用可拆分式連接有利于定子繞組的繞設(shè)。所述繞線部2131背離所述對(duì)應(yīng)極靴2133的一端通過(guò)例如燕尾槽嵌合的形式連接于所述外軛部211內(nèi)側(cè)。

所述極靴2133設(shè)置于所述繞線部2131一端，所述每一極靴2133為從繞線部2131一端沿轉(zhuǎn)子周向延伸的圓弧形結(jié)構(gòu)，每一繞線部2131背離所述外軛部211的一端連接于對(duì)應(yīng)的極靴2133的外圓弧中心。本實(shí)施方式中，4個(gè)所述定子齒213均勻間隔的安裝于所述外軛部211內(nèi)側(cè)，所述4個(gè)極靴2133大致圍成一個(gè)與所述外軛部211同心的圓。其中，相鄰兩個(gè)極靴2133之間形成槽口215，以防止在此處發(fā)生漏磁；另外當(dāng)采用整體式定子磁芯如圖2所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，所述槽口215用于容許形成定子繞組的導(dǎo)線穿過(guò)，以便進(jìn)行定子繞組的繞制，所述槽口215的寬度大于所述導(dǎo)線的寬度。

本實(shí)施方式中，所述極靴2133包括極弧面21331，所述極弧面21331為所述極靴2133的內(nèi)圓弧。所述極弧面21331的弧長(zhǎng)接近所述極弧面21331所在圓周的四分之一。所述若干極弧面21331圍成一轉(zhuǎn)動(dòng)地容置所述轉(zhuǎn)子30的容置空間。

所述轉(zhuǎn)子30為嵌入式永磁轉(zhuǎn)子，其包括轉(zhuǎn)子磁芯31和若干永磁體制成的永磁極33。本實(shí)施方式中，所述轉(zhuǎn)子磁芯31大體為中空?qǐng)A柱體，其中心被一轉(zhuǎn)軸(圖未示)穿過(guò)并與所述轉(zhuǎn)軸固定在一起。所述永磁體33為塊狀永磁體，其沿軸向嵌設(shè)于所述轉(zhuǎn)子磁芯31內(nèi)部。本實(shí)施方式中，所述永磁極33的數(shù)量與所述定子齒213的數(shù)量相同，亦即所述定子20的磁極數(shù)與所述轉(zhuǎn)子30的磁極數(shù)相同。本實(shí)施方式中，所述永磁極33的數(shù)量為4個(gè)，所述4個(gè)永磁極33沿所述轉(zhuǎn)子磁芯31的圓周方向均勻分布于所述轉(zhuǎn)子磁芯31內(nèi)。

所述轉(zhuǎn)子磁芯31的外周壁為不規(guī)則圓柱體。本實(shí)施方式中，所述轉(zhuǎn)子磁芯31的外周壁包括若干間隔設(shè)置的圓弧面312和過(guò)渡面313。所述過(guò)渡面313為短平面。

所述轉(zhuǎn)子30轉(zhuǎn)動(dòng)地容置于所述定子20的容置空間內(nèi)，本實(shí)施 方式中，所述轉(zhuǎn)子30的軸心與所述定子20的軸心重合。所述轉(zhuǎn)子磁芯31的周壁與所述極靴2133之間形成氣隙50以便轉(zhuǎn)子可相對(duì)所述定子20旋轉(zhuǎn)。所述圓弧面312沿所述轉(zhuǎn)子磁芯31的周壁到所述極弧面21331的最短距離小于所述過(guò)渡面313沿所述轉(zhuǎn)子磁芯31到所述極弧面21331的最短距離，以使所述氣隙50為不均勻氣隙，使轉(zhuǎn)子避開(kāi)起動(dòng)死點(diǎn)。

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖2，本實(shí)施方式中，從轉(zhuǎn)子磁芯31的軸線方向看，相鄰兩個(gè)所述永磁體33的中性區(qū)的中心線(圖中虛線a)與臨近該兩永磁體33的過(guò)渡面313的中心線重合。每一永磁體33的磁極軸線(圖中虛線b)與其中一圓弧面312的中心線重合。

可以理解，在其他實(shí)施方式中，從轉(zhuǎn)子磁芯31的軸線方向看，每一過(guò)渡面313也可以為由若干短平面連接形成的近似曲面或與所述圓弧段曲率不同的圓弧面等形狀，所述若干圓弧面312位于同一圓柱的周壁上。

在電機(jī)領(lǐng)域，所謂死點(diǎn)位置是指定子繞組通電時(shí)轉(zhuǎn)子所受力矩為零的位置。請(qǐng)參閱圖4，圖4為現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)子磁芯31為圓柱體時(shí)，即定子20與轉(zhuǎn)子30之間為均勻氣隙時(shí)，電機(jī)在未通電情況下的磁力線分布圖。當(dāng)電機(jī)處于未通電狀態(tài)時(shí)，相鄰兩個(gè)所述永磁體33的中性區(qū)的中心線正與其中一槽口215的中心線重合，轉(zhuǎn)子磁極33的極軸b與其中一定子極2131的極軸重合，此時(shí)轉(zhuǎn)子的位置即為死點(diǎn)位置。

由于槽口215的存在，導(dǎo)致所述槽口215與所述永磁體33周壁之間的磁阻增大，而定子20的極弧面21331的中部與所述永磁體33之間的磁阻最小，因此，所述每一永磁體33會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到其磁極軸線(圖中虛線b)與所述其中一極弧面21331的中心線重合的位置。即相鄰兩個(gè)所述永磁體33的中性區(qū)中心線與所述其中一 槽口215的中心線重合，所述電機(jī)100的轉(zhuǎn)子30位于起動(dòng)死點(diǎn)位置。

請(qǐng)參閱圖5，圖5為本發(fā)明實(shí)施方式的電機(jī)100在未通電情況下的磁力線分布圖。由于過(guò)渡面313的存在，使得所述每一永磁體33的磁極軸線位置與槽口215中心線位置正對(duì)時(shí)，轉(zhuǎn)子永磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)經(jīng)歷的磁路的磁阻最小。因此，所述每一永磁體33會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到其磁極軸線與所述其中一槽口215的中心線重合的位置，即所述相鄰兩個(gè)永磁體33的中性區(qū)的中心線與其中一繞線部2131的中心線重合，使所述電機(jī)100的轉(zhuǎn)子30避開(kāi)起動(dòng)死點(diǎn)位置。所述永磁體33的磁極軸線偏離與之相鄰的繞線部2131的中心線角度稱為起動(dòng)角。

根據(jù)設(shè)置所述若干圓弧面312和過(guò)渡面313的尺寸大小，所述起動(dòng)角的大小會(huì)隨之變化。請(qǐng)?jiān)俅螀⒄請(qǐng)D2，為方便說(shuō)明，定義所述槽口215的周向最短距離為a，所述氣隙50的最大寬度為b1，最小寬度為b2，也即，所述過(guò)渡面313沿所述轉(zhuǎn)子磁芯31的徑向到所述極弧面21331的最長(zhǎng)距離為b1，所述圓弧面312到所述極弧面21331的最短距離為b2。其中，b2<a<b1，即，槽口215的周向?qū)挾萢大于所述圓弧面312到所述極弧面21331的最短距離b2，小于所述過(guò)渡面313沿所述轉(zhuǎn)子磁芯31到所述極弧面21331的最長(zhǎng)距離b1。并且b2<b1<3*b2，即，所述過(guò)渡面313沿所述轉(zhuǎn)子磁芯31徑向到所述極弧面21331的最長(zhǎng)距離b1大于一倍的所述圓弧面312到所述極弧面21331的最短距離b2，小于三倍的所述圓弧面312到所述極弧面21331的最短距離b2。

本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子的極弧系數(shù)為c，其中100°<c<150°電角度。

所述起動(dòng)角為70°到110°電角度之間。所述電機(jī)100的起動(dòng) 角設(shè)置為90°時(shí)，當(dāng)定子20的繞組通以一方向的電流時(shí)，轉(zhuǎn)子30可以沿第一方向起動(dòng)；當(dāng)電機(jī)定子20的繞組通以相反方向的電流時(shí)，轉(zhuǎn)子30可以沿與第一方向相反的方向起動(dòng)。

請(qǐng)一并參閱圖6及圖7，圖6為所述轉(zhuǎn)子磁芯31的外壁為圓柱形如圖4所示的電機(jī)時(shí)，所述電機(jī)100的齒槽轉(zhuǎn)矩曲線圖。圖6中縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)子30所受轉(zhuǎn)矩，橫坐標(biāo)為所述相鄰兩永磁體33的中性區(qū)的中心線偏離所述鄰近的槽口215的中心線的角度。可以看出，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子磁芯31沒(méi)有開(kāi)設(shè)過(guò)渡面313時(shí)，所述相鄰兩永磁體33的中性區(qū)的中心線與所述鄰近的槽口215的中心線重合時(shí)為穩(wěn)定點(diǎn)。

圖7中縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)子30所受轉(zhuǎn)矩，橫坐標(biāo)為所述相鄰兩永磁體33的中性區(qū)的中心線偏離所述鄰近的繞線部2131的中心線的角度?？梢钥闯?，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子磁芯31設(shè)置所述若干圓弧面312和過(guò)渡面313時(shí)，所述相鄰兩永磁體33的中性區(qū)的中心線與所述鄰近的繞線部2131的中心線重合時(shí)為穩(wěn)定點(diǎn)。

本實(shí)施方式中，所述定子磁芯21由多個(gè)導(dǎo)磁芯片(未標(biāo)號(hào))沿所述電機(jī)100的軸向?qū)盈B而成，所述導(dǎo)磁芯片由具導(dǎo)磁性能的軟磁性材料制成(業(yè)界常用硅鋼片)，其可以為硅鋼片、矽鋼片等。

本發(fā)明的電機(jī)100，通過(guò)在所述轉(zhuǎn)子磁芯31的周壁上開(kāi)設(shè)若干圓弧面312和過(guò)渡面313，使得所述轉(zhuǎn)子30避開(kāi)了所述電機(jī)100的起動(dòng)死點(diǎn)，使得所述電機(jī)100的起動(dòng)更加穩(wěn)定，起動(dòng)電流小，起動(dòng)可靠性好。通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)子30沖片外緣的形狀，降低了電機(jī)100的電磁噪聲，降低了鐵損，降低了電機(jī)100的溫升，保證了電機(jī)100的高性能。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，并非是對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限定。如定子磁芯除了采用前面描述的疊片形式，還可 以采用粉末冶金的方式一體成型定子軛部和定子齒部，另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。