本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)，尤其是涉及一種單相永磁無(wú)刷電機(jī)及應(yīng)用其的電器設(shè)備如電動(dòng)工具、車窗升降機(jī)構(gòu)等。

背景技術(shù)：

單相電機(jī)具有低成本的優(yōu)點(diǎn)。但是，因?yàn)閱蜗嚯姍C(jī)無(wú)法形成旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，因此，如果轉(zhuǎn)子的停止位置導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的磁極方向與定子極方向之間的夾角過(guò)小，就會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，如轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于或小于摩擦轉(zhuǎn)矩，電機(jī)就無(wú)法啟動(dòng)。該種情況，我們稱轉(zhuǎn)子啟動(dòng)失敗。如何避免單相電機(jī)啟動(dòng)失敗是亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)的不足，提供一種單相無(wú)刷電機(jī)。

本實(shí)用新型提供一種單相無(wú)刷電機(jī)，包括定子和可相對(duì)定子轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，所述定子包括定子磁芯和繞設(shè)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(shè)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(shè)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(duì)稱，以使得所述轉(zhuǎn)子朝一個(gè)方向的啟動(dòng)能力大于朝另一相反方向的啟動(dòng)能力。

優(yōu)選地，所述定子齒的第一部分的周向長(zhǎng)度與第二部分的周向長(zhǎng)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(gè)齒中，其中一個(gè)齒的第二部分與另一個(gè)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(dòng)階段，轉(zhuǎn)子朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的平均輸出力矩與朝另一個(gè)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhǎng)度大于所述第一部分的長(zhǎng)度且小于所述第一部分長(zhǎng)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(yuǎn)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(dòng)角大于40度電角度。

本實(shí)用新型還提供一種應(yīng)用前述單相無(wú)刷電機(jī)的電器設(shè)備如電動(dòng)工具、車窗升降機(jī)構(gòu)等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型上述實(shí)施例具有以下有益效果：定子齒末端設(shè)定位結(jié)構(gòu)以使得轉(zhuǎn)子能停在偏離死點(diǎn)位置；定子齒末端形成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)子具有不同的雙向啟動(dòng)能力，尤其適用于對(duì)雙方向啟動(dòng)能力要求不同的應(yīng)用場(chǎng)合如電動(dòng)工具和車窗升降機(jī)構(gòu)等。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供的單相無(wú)刷電機(jī)的簡(jiǎn)化示意圖；

圖2為圖1所示單相無(wú)刷電機(jī)的平面示意圖；

圖3為圖1所示單相無(wú)刷電機(jī)使用的定子磁芯的俯視圖；

圖4是圖1所示單相無(wú)刷電機(jī)的磁路分布圖；

圖5為圖1所示單相無(wú)刷電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的反電動(dòng)勢(shì)值與定位凹槽角度的曲線變化圖；

圖6為本實(shí)用新型單相無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子的一個(gè)實(shí)施例提供的平面示意圖；

圖7為本實(shí)用新型另一實(shí)施例的單相無(wú)刷電機(jī)的示意圖。

圖8為本實(shí)用新型又一實(shí)施例的單相無(wú)刷電機(jī)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

參照?qǐng)D1和圖2所示，本實(shí)用新型提供的一種單相無(wú)刷電機(jī)10，包括定子20和可相對(duì)定子20轉(zhuǎn)動(dòng)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(dǎo)磁材料如硅鋼片制成。定子磁芯包括軛部21和至少兩個(gè)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(shí)際情況設(shè)定。所述定 子齒22包括從軛部向內(nèi)延伸的齒身23和設(shè)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(shí)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(zhǎng)度用L1表示，第二極靴26的長(zhǎng)度用L2表示，第二極靴26的長(zhǎng)度L2大于第一極靴25的長(zhǎng)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(shè)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(shè)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(shí)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(dòng)和噪聲，可以使得電機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，增強(qiáng)了起動(dòng)穩(wěn)定性。

在本實(shí)施例中，至少兩個(gè)定子齒22中，其中一個(gè)定子齒22的第二極靴26與另一個(gè)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(jī)的定位轉(zhuǎn)矩?？梢岳斫獾?，可以使用磁阻較大的磁橋代替槽口50。因?yàn)榈谝粯O靴25與第二極靴26的長(zhǎng)度不同，因此，槽口50/磁橋的位置將偏離其中一個(gè)齒，而不是位于兩個(gè)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(yuǎn)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(yuǎn)離齒身中心線的方向逐漸減小。也就是說(shuō)，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(chǎng)波形，使得波形更加平滑。

在本實(shí)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(gè)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(dǎo)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(shí)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(duì)稱極靴的設(shè)置用于控制轉(zhuǎn)子30的停止位置也即初始位置偏離死點(diǎn)位置，具體地，轉(zhuǎn)子30停止時(shí)，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(diǎn)位置。較佳地，本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子30的停止位置偏離死點(diǎn)位置40度以上的電角度，死點(diǎn)位置是指轉(zhuǎn)子磁極中心正對(duì)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(diǎn)位置40度以上的電角度的情況下，啟動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)子30受到的電磁轉(zhuǎn)矩較大，提高了電機(jī)10的起動(dòng)可靠性。當(dāng)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(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)能力較強(qiáng))，而朝另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)方向啟動(dòng)能力較弱)，也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)子朝一個(gè)方向的啟動(dòng)能力會(huì)大于朝另一個(gè) 方向的啟動(dòng)能力，通過(guò)與繞組相連的控制器可控制通過(guò)定子20繞組的電流方向從而控制轉(zhuǎn)子30的起動(dòng)方向。優(yōu)選地，在啟動(dòng)階段，轉(zhuǎn)子30朝一個(gè)方向起動(dòng)的平均輸出力矩與朝另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的平均輸出力矩之比大于11：9。

本實(shí)施例中，定位凹槽60的周向?qū)挾然旧系扔邶X22的周向?qū)挾?。在替換的方案中，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(shè)置槽口50而引起磁阻突變，改善氣隙磁場(chǎng)波形，使得波形更加平滑。

在本實(shí)施例中，所述電機(jī)為單相無(wú)刷直流電機(jī)。

圖5是上述該單相無(wú)刷直流電機(jī)10在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中反電動(dòng)勢(shì)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(biāo)為轉(zhuǎn)子角度值，縱坐標(biāo)為力矩值，b線為反電勢(shì)值曲線變化示意線，橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)子角度值，縱坐標(biāo)為反電勢(shì)值，由圖上可以看出，定位力矩曲線變化示意線和反電勢(shì)值曲線變化示意線都比較有規(guī)律性，可知電機(jī)10運(yùn)行比較平穩(wěn)。又由于定位凹槽60及非對(duì)稱極靴的設(shè)置，反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)與轉(zhuǎn)子“死點(diǎn)”角度并不重合，可以避免當(dāng)轉(zhuǎn)子30停在“死點(diǎn)”位置時(shí)無(wú)法產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且反電勢(shì)最大值與轉(zhuǎn)子初始位置相接近，從而使得在啟動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)子可以獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，提高了電機(jī)的起動(dòng)可靠性。

參考圖1和圖2，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)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(shè)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(gè)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子30可相對(duì)定子20轉(zhuǎn)動(dòng)。可以理解地，本實(shí)用新型不局限使用環(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(lái)形成轉(zhuǎn)子30的永磁極31。

參考圖6，本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例中，與上述實(shí)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(shí)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(gè)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(gè)永磁極31的周向中心線對(duì)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(shí)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(zhǎng)方形。

上述實(shí)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，本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)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(shè)于其上。軛部21上延伸至少兩個(gè)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(gè)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(guò)焊接或機(jī)械連接方式組裝固定在一起。本實(shí)施例中，定子磁芯為3件式，可通過(guò)燕尾型卡扣的連接方式組裝在一起，即在其中的一件上設(shè)置卡槽80，在另外兩件的端部設(shè)有與卡槽80相應(yīng)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(shí)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(shí)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為本實(shí)用新型又一實(shí)施例的單相無(wú)刷電機(jī)的示意圖。請(qǐng)參閱圖8，定子磁芯的軛部21為封閉方形如正方形或長(zhǎng)方形，一對(duì)定子齒22從方形軛部21的兩相對(duì)邊相向延伸，繞組28繞設(shè)于方形軛部21的另兩相對(duì)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(shè)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(duì)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。

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，定位起動(dòng)角度大，可有效避免當(dāng)轉(zhuǎn)子30停在“死點(diǎn)”位置而無(wú)法產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，降低了起動(dòng)死點(diǎn)，振動(dòng)和噪聲都比較小，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)雙向起動(dòng)，起動(dòng)可靠性得到大大的提高。非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的大小極靴設(shè)計(jì)，使得轉(zhuǎn)子具有不同的雙向啟動(dòng)能力，尤其適用于對(duì)雙方向啟動(dòng)能力要求不同的應(yīng)用場(chǎng)合如電動(dòng)工具和車窗升降機(jī)構(gòu)等。

可以理解地，上述實(shí)施例中的定位結(jié)構(gòu)60除了可以設(shè)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(shè)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(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，如對(duì)各個(gè)實(shí)施例中的不同特征進(jìn)行組合等，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。