本發(fā)明涉及一種電機，尤其是涉及一種單相永磁無刷電機及應用其的電器設備如電動工具、車窗升降機構(gòu)等。

背景技術(shù)：

單相電機具有低成本的優(yōu)點。但是，因為單相電機無法形成旋轉(zhuǎn)的磁場，因此，如果轉(zhuǎn)子的停止位置導致轉(zhuǎn)子的磁極方向與定子極方向之間的夾角過小，就會導致啟動瞬間轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩較小，如轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩等于或小于摩擦轉(zhuǎn)矩，電機就無法啟動。該種情況，我們稱轉(zhuǎn)子啟動失敗。如何避免單相電機啟動失敗是亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，提供一種單相無刷電機。

本發(fā)明提供一種單相無刷電機，包括定子和可相對定子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子磁芯和繞設于所述定子磁芯上的繞組，所述定子磁芯包括軛部和從軛部向內(nèi)延伸的若干定子齒，所述定子齒包括從軛部向內(nèi)延伸的齒身和設于齒身末端的端部，所述端部包括位于齒身的中心線周向兩側(cè)的第一部分和第二部分，所述轉(zhuǎn)子收容在所述定子齒的端部圍合的空間內(nèi)，所述端部設定位結(jié)構(gòu)，所述定位結(jié)構(gòu)的磁阻大于端部其他部位的磁阻，所述定子齒的第一部分與第二部分關(guān)于所述定子齒的齒身的中心線非對稱，以使得所述轉(zhuǎn)子朝一個方向的啟動能力大于朝另一相反方向的啟動能力。

優(yōu)選地，所述定子齒的第一部分的周向長度與第二部分的周向長度不相等。

優(yōu)選地，所述第二部分朝向所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)周面大于所述第一部分朝向所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)周面。

優(yōu)選地，所述第一部分和第二部分的內(nèi)周面位于同一圓柱面上。

所述至少兩個齒中，其中一個齒的第二部分與另一個齒的第一部分相鄰且它們之間存在槽口或存在磁阻較大的磁橋。

優(yōu)選地，所述定位結(jié)構(gòu)為定位凹槽。

優(yōu)選地，所述第一部分、第二部分的內(nèi)周面與所述轉(zhuǎn)子之間具有氣隙；所述槽口的寬度大于所述氣隙的厚度但小于定位凹槽的寬度。

優(yōu)選地，在啟動階段，轉(zhuǎn)子朝一個方向轉(zhuǎn)動的平均輸出力矩與朝另一個相反方向轉(zhuǎn)動的平均輸出力矩之比大于11：9。

優(yōu)選地，所述定位凹槽的中心線與所述齒身的中心線重合。

優(yōu)選地，所述定位凹槽的寬度等于或大于所述齒的齒身寬度。

優(yōu)選地，所述第二部分的長度大于所述第一部分的長度且小于所述第一部分長度的2倍。

優(yōu)選地，所述第一部分和第二部分的徑向厚度沿遠離所述齒身中心線的方向逐漸減小。

優(yōu)選地，所述軛部為具有開口的半框形軛部、閉合的框形軛部或者環(huán)形軛部。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子磁芯和安裝到所述轉(zhuǎn)子磁芯表面的永磁體或嵌裝到所述轉(zhuǎn)子磁芯內(nèi)的永磁體。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子的啟動角大于40度電角度。

本發(fā)明還提供一種應用前述單相無刷電機的電器設備如電動工具、車窗升降機構(gòu)等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明上述實施例具有以下有益效果：定子齒末端設定位結(jié)構(gòu)以使得轉(zhuǎn)子能停在偏離死點位置；定子齒末端形成非對稱結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)子具有不同的雙向啟動能力，尤其適用于對雙方向啟動能力要求不同的應用場合如電動工具和車窗升降機構(gòu)等。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明一個實施例提供的單相無刷電機的簡化示意圖；

圖2為圖1所示單相無刷電機的平面示意圖；

圖3為圖1所示單相無刷電機使用的定子磁芯的俯視圖；

圖4是圖1所示單相無刷電機的磁路分布圖；

圖5為圖1所示單相無刷電機在運行過程中的反電動勢值與定位凹槽角度的曲線變化圖；

圖6為本發(fā)明單相無刷電機的轉(zhuǎn)子的一個實施例提供的平面示意圖；

圖7為本發(fā)明另一實施例的單相無刷電機的示意圖。

圖8為本發(fā)明又一實施例的單相無刷電機的示意圖。

【具體實施方式】

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

參照圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的一種單相無刷電機10，包括定子20和可相對定子20轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子30。

定子20包括定子磁芯和繞組28(圖6)，定子磁芯由導磁材料如硅鋼片制成。定子磁芯包括軛部21和至少兩個從軛部21向內(nèi)延伸的定子齒22，定子齒22沿著軛部21周向間隔分布，定子齒22的數(shù)量可根據(jù)實際情況設定。所述定 子齒22包括從軛部向內(nèi)延伸的齒身23和設于齒身末端的端部24，所述端部24包括位于齒身23的中心線周向兩側(cè)的第一部分25和第二部分26。在本實施例中，定子齒22的末端形成超出齒身23周向兩側(cè)的齒冠24，齒冠24包括沿轉(zhuǎn)子周向延伸的第一極靴25和第二極靴26，優(yōu)選地，如圖3所示，第一極靴25的長度用L1表示，第二極靴26的長度用L2表示，第二極靴26的長度L2大于第一極靴25的長度L1，因此，第二極靴26的朝向轉(zhuǎn)子30的內(nèi)周面大于第一極靴25的朝向轉(zhuǎn)子30的內(nèi)周面。優(yōu)選地，L2小于L1的兩倍。繞組28可繞設于定子齒22的齒身23上

轉(zhuǎn)子30收容在第一極靴25、第二極靴26圍合的空間內(nèi)，轉(zhuǎn)子30包括沿轉(zhuǎn)子30周向設置的若干永磁極31。優(yōu)選地，第一極靴25和第二極靴26的內(nèi)周面位于同一圓柱面上，且該圓柱面與轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)中心同心。本實施例中，第一極靴25和第二極靴26的內(nèi)周面均與永磁極31的外周面同心，具體地，第一極靴25和第二極靴26的內(nèi)周面位于以轉(zhuǎn)子中心為圓心的同一圓柱面上，永磁極31位于以轉(zhuǎn)子中心為圓心的另一圓柱面上，即第一極靴25和第二極靴26的內(nèi)周面與永磁極31的外周面同心，從而第一極靴25、第二極靴26的內(nèi)周面與轉(zhuǎn)子30之間形成均勻厚度的氣隙40，減少了振動和噪聲，可以使得電機10運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，增強了起動穩(wěn)定性。

在本實施例中，至少兩個定子齒22中，其中一個定子齒22的第二極靴26與另一個定子齒22的第一極靴25相鄰且之間存在槽口50，槽口50具有較大的磁阻以防止槽口50兩側(cè)的第二極靴26、第一極靴25之間漏磁且可增加電機的定位轉(zhuǎn)矩?？梢岳斫獾兀梢允褂么抛栎^大的磁橋代替槽口50。因為第一極靴25與第二極靴26的長度不同，因此，槽口50/磁橋的位置將偏離其中一個齒，而不是位于兩個齒22的中間位置。

優(yōu)選地，如圖3所示，第一極靴25徑向厚度W1沿遠離齒身中心線的方向逐漸減小，第二極靴26的徑向厚度W2沿遠離齒身中心線的方向逐漸減小。也就是說，第一極靴25、第二極靴26在越靠近槽口50的位置具有更大的磁阻，使第一極靴25和第二極靴26的磁阻從齒身向槽口50的方向逐漸增加，改善氣隙磁場波形，使得波形更加平滑。

在本實施例中，定子齒22在其第一極靴25和第二極靴26之間形成一個朝向轉(zhuǎn)子30的定位結(jié)構(gòu)，所述定位結(jié)構(gòu)可以為定位凹槽60，或定位凹槽60內(nèi)填充導磁能力較差的材料，從而使得定位結(jié)構(gòu)的磁阻大于定子齒22其他部位的磁阻。在本實施例中，定位結(jié)構(gòu)為定位凹槽60，其截面形狀優(yōu)選為弧形，定位凹槽60的中心線與齒身的中心線重合，即，定位凹槽60的位置偏離該齒22的齒冠24的中心位置，可以理解地，定位凹槽60的中心線也可以偏離齒身的中心線。定位凹槽60及非對稱極靴的設置用于控制轉(zhuǎn)子30的停止位置也即初始位置偏離死點位置，具體地，轉(zhuǎn)子30停止時，轉(zhuǎn)子永磁極的周向中心盡可能地靠近第二極靴26，避免轉(zhuǎn)子30停止在死點位置。較佳地，本實施例中，轉(zhuǎn)子30的停止位置偏離死點位置40度以上的電角度，死點位置是指轉(zhuǎn)子磁極中心正對定子極中心也即定子齒的末端的內(nèi)周面的中心的位置。轉(zhuǎn)子30的停止位置偏離死點位置40度以上的電角度的情況下，啟動瞬間轉(zhuǎn)子30受到的電磁轉(zhuǎn)矩較大，提高了電機10的起動可靠性。當定子20的繞組通電前，參考圖4，由于第一、二極靴25、26的電感差異性，第二極靴26的磁飽和程度大于第一極靴25的磁飽和程度，因此，在定子20繞組的通電瞬間，轉(zhuǎn)子30朝一個方向轉(zhuǎn)動將平衡第一、二極靴25、26的磁飽和程度的差異(即朝該方向啟動能力較強)，而朝另一個方向轉(zhuǎn)動將加劇第一、二極靴25、26的磁飽和程度的差異(即朝該另一個方向啟動能力較弱)，也就是說，轉(zhuǎn)子朝一個方向的啟動能力會大于朝另一個 方向的啟動能力，通過與繞組相連的控制器可控制通過定子20繞組的電流方向從而控制轉(zhuǎn)子30的起動方向。優(yōu)選地，在啟動階段，轉(zhuǎn)子30朝一個方向起動的平均輸出力矩與朝另一個方向轉(zhuǎn)動的平均輸出力矩之比大于11：9。

本實施例中，定位凹槽60的周向?qū)挾然旧系扔邶X22的周向?qū)挾取Ｔ谔鎿Q的方案中，定位凹槽60的周向?qū)挾瓤梢孕∮诨虼笥邶X22的周向?qū)挾?。?yōu)選地，槽口50的寬度小于定位凹槽60的寬度，以避免相鄰兩齒22之間因設置槽口50而引起磁阻突變，改善氣隙磁場波形，使得波形更加平滑。

在本實施例中，所述電機為單相無刷直流電機。

圖5是上述該單相無刷直流電機10在運轉(zhuǎn)過程中反電動勢值與定位力矩的曲線變化圖，a線為定位力矩的曲線變化示意線，橫坐標為轉(zhuǎn)子角度值，縱坐標為力矩值，b線為反電勢值曲線變化示意線，橫坐標為轉(zhuǎn)子角度值，縱坐標為反電勢值，由圖上可以看出，定位力矩曲線變化示意線和反電勢值曲線變化示意線都比較有規(guī)律性，可知電機10運行比較平穩(wěn)。又由于定位凹槽60及非對稱極靴的設置，反電勢過零點與轉(zhuǎn)子“死點”角度并不重合，可以避免當轉(zhuǎn)子30停在“死點”位置時無法產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩，且反電勢最大值與轉(zhuǎn)子初始位置相接近，從而使得在啟動瞬間轉(zhuǎn)子可以獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩，提高了電機的起動可靠性。

參考圖1和圖2，本發(fā)明的一個實施例中，轉(zhuǎn)子30還包括轉(zhuǎn)子磁芯32，轉(zhuǎn)子磁芯32的中心具有安裝孔33以固定安裝到轉(zhuǎn)軸(圖上未畫出)。若干永磁極31由安裝到轉(zhuǎn)子磁芯32表面的永磁體形成，優(yōu)選地，該永磁體為環(huán)形永磁體，轉(zhuǎn)子磁芯32的外周面與環(huán)形永磁體的形狀相匹配，環(huán)形永磁體環(huán)繞設置在轉(zhuǎn)子磁芯32的外周面，轉(zhuǎn)子磁芯32的外周面位于以轉(zhuǎn)子中心為圓心的一個圓上，轉(zhuǎn)子磁芯32外周面與環(huán)形永磁體外周面同心。轉(zhuǎn)軸安裝在轉(zhuǎn)子中心的安裝孔33 內(nèi)，從而可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子30可相對定子20轉(zhuǎn)動?？梢岳斫獾兀景l(fā)明不局限使用環(huán)形的永磁體，例如，可以使用若干塊安裝到轉(zhuǎn)子磁芯32的外周面的永磁體來形成轉(zhuǎn)子30的永磁極31。

參考圖6，本發(fā)明的另一個實施例中，與上述實施例不同的是，轉(zhuǎn)子30的若干永磁極31由若干塊嵌裝到轉(zhuǎn)子磁芯32內(nèi)部的永磁體形成。此外，本實施例中，定子20的齒22的第一極靴25和第二極靴26的內(nèi)周面到轉(zhuǎn)子中心的距離沿靠近齒身中心線的方向逐漸增加，所述轉(zhuǎn)子磁芯32的外半徑從每個永磁極31的周向中心向兩側(cè)逐漸減小，優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子磁芯32的外半徑關(guān)于每個永磁極31的周向中心線對稱，因此，轉(zhuǎn)子30與定子20齒22的極靴之間的氣隙40為非均勻厚度。

上面的實施例中，定子磁芯的軛部21為閉合的環(huán)形?？梢岳斫獾?，定子磁芯的軛部21可以為閉合的框形，例如正方形或長方形。

上述實施例的定子齒皆采用凸極形式即極靴從齒身兩側(cè)沿周向伸出。

參考圖7，本發(fā)明另一個實施例中，定子磁芯的軛部21為開口的框形，例如U形或C形，軛部21可供繞組繞設于其上。軛部21上延伸至少兩個齒22，齒22的末端具有齒冠24，齒冠24包括分別位于兩側(cè)的第一極靴25和第二極靴26，轉(zhuǎn)子30收容在至少兩個齒22的第一極靴25、第二極靴26圍合的空間內(nèi)。定子磁芯可以一體成型，也可以是分離成型，然后再組裝在一起，例如可以通過焊接或機械連接方式組裝固定在一起。本實施例中，定子磁芯為3件式，可通過燕尾型卡扣的連接方式組裝在一起，即在其中的一件上設置卡槽80，在另外兩件的端部設有與卡槽80相應的卡塊70，卡塊70與卡槽80相卡合形成燕尾型卡扣連接。本實施例中，定子齒22采用隱極形式即極靴未從齒身兩側(cè)沿周向伸出而是隱藏于齒身末端。本實施例中，轉(zhuǎn)子永磁極可直接固定于轉(zhuǎn)軸，從而 省略轉(zhuǎn)子磁芯。

圖8為本發(fā)明又一實施例的單相無刷電機的示意圖。請參閱圖8，定子磁芯的軛部21為封閉方形如正方形或長方形，一對定子齒22從方形軛部21的兩相對邊相向延伸，繞組28繞設于方形軛部21的另兩相對邊上。每一定子齒22包括齒身23和位于齒身23末端的端部24，端部24包括沿轉(zhuǎn)子周向分布的第一部分25和第二部分26，所述第一部分25與第二部分26之間設定位凹槽60，所述第一部分25與第二部分26關(guān)于齒身23的中心線非對稱，所述第一部分25和第二部分26朝向轉(zhuǎn)子的面形成極面，優(yōu)選地，所述極面位于以轉(zhuǎn)子30旋轉(zhuǎn)中心為中心的圓柱面上。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，起動轉(zhuǎn)矩大，定位起動角度大，可有效避免當轉(zhuǎn)子30停在“死點”位置而無法產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩，降低了起動死點，振動和噪聲都比較小，同時可實現(xiàn)雙向起動，起動可靠性得到大大的提高。非對稱結(jié)構(gòu)的大小極靴設計，使得轉(zhuǎn)子具有不同的雙向啟動能力，尤其適用于對雙方向啟動能力要求不同的應用場合如電動工具和車窗升降機構(gòu)等。

可以理解地，上述實施例中的定位結(jié)構(gòu)60除了可以設在定子齒的端部24朝向轉(zhuǎn)子的內(nèi)周面上之外，也可以設在端部24的內(nèi)部，即端部24的內(nèi)周面與外周面之間。

以上實施例僅表達了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，如對各個實施例中的不同特征進行組合等，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。