本發(fā)明涉及一種單相永磁電機，尤其涉及一種具有開槽的單相永磁電機。

背景技術(shù)：

如圖13和14所示，現(xiàn)有技術(shù)中的單相電機在工作時，圖13上部的圖表表示現(xiàn)有的單相永磁電機10在一個電周期內(nèi)的電磁轉(zhuǎn)矩(其與反電動勢，也就是Back-EMF成正比)圖，其中，橫坐標表示時間，縱坐標表示電磁轉(zhuǎn)矩的大小。圖13下部的圖表表示現(xiàn)有的單相永磁電機10在一個電周期內(nèi)的定位轉(zhuǎn)矩(cogging torque)的變化曲線，其中，橫坐標表示時間，縱坐標表示定位轉(zhuǎn)矩。圖14所示的電機輸出轉(zhuǎn)矩波動圖是由圖13的電磁轉(zhuǎn)矩圖和定位轉(zhuǎn)矩圖合成。由于轉(zhuǎn)矩波動率＝(轉(zhuǎn)矩最大值-轉(zhuǎn)矩最小值)/轉(zhuǎn)矩平均值，由圖14可知，該單相電機的輸出轉(zhuǎn)矩的波動率＝(47-0)/20＝235％。在其他現(xiàn)有技術(shù)中，單相電機的輸出轉(zhuǎn)矩的波動率至少均大于100％。因此，現(xiàn)有單相電機驅(qū)動時會產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩波動，導致電機振動明顯，噪音較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述狀況，有必要提供一種減振降噪的單相永磁電機。

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)伸出的若干齒身、從每個齒身末端向周向兩側(cè)伸出來的極靴，所述繞組繞 設(shè)于相應的齒身上；所述轉(zhuǎn)子收容于所述極靴圍成的空間內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子包括沿所述轉(zhuǎn)子周向設(shè)置的若干個永磁極，每一極靴設(shè)有一定位槽，每一定位槽的中心偏離相鄰的一齒身的對稱中心以使得所述單相永磁電機工作時，輸出的轉(zhuǎn)矩波動小于50％。

作為一種改進方案，每一定位槽的中心偏離相鄰的一齒身的對稱中心40-50度電角度。

作為一種改進方案，每一定位槽的中心偏離相鄰的一齒身的對稱中心45度電角度，所述單相永磁電機輸出轉(zhuǎn)矩的波動率小于35％。

作為一種改進方案，每個永磁極的外側(cè)表面至轉(zhuǎn)子軸心的距離從其周向中心往周向兩側(cè)逐漸減小，從而使得所述永磁極的外側(cè)表面與所述極靴的內(nèi)周表面之間形成關(guān)于所述永磁極的中線對稱的非均勻氣隙。

作為一種改進方案，每個所述永磁極由一塊或多塊永磁體形成或所有永磁極由一塊環(huán)形磁體形成。

作為一種改進方案，所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子磁芯，所述永磁體安裝到所述轉(zhuǎn)子磁芯的外周表面；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，所述永磁體的厚度是均勻的；所述轉(zhuǎn)子磁芯的外周表面與所述永磁體的形狀匹配。

作為一種改進方案，所述轉(zhuǎn)子磁芯的外周表面與所述永磁體的內(nèi)周表面位于同一圓柱面上；所述永磁體的厚度從周向中心向兩端逐漸減小。

作為一種改進方案，所述對稱非均勻氣隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。

作為一種改進方案，相鄰的所述極靴之間形成開槽，所述開槽的寬度大于0小于或等于所述對稱非均勻氣隙的最小厚度的4倍。

作為一種改進方案，所述開槽的寬度小于等于所述對稱非均勻氣隙的最小厚度的2倍。

作為一種改進方案，所述極靴的徑向厚度沿從所述齒身至遠離所述齒身的方向逐漸減小。

作為一種改進方案，所述定位槽為隱形定位槽。

作為一種改進方案，所述定位槽設(shè)在所述極靴的內(nèi)周表面。

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)伸出的若干齒身、從每個齒身末端向兩周側(cè)伸出來的極靴，所述繞組繞設(shè)于相應的齒身上；所述轉(zhuǎn)子收容于所述極靴圍成的空間內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子包括沿所述轉(zhuǎn)子周向設(shè)置的若干個永磁極，每一極靴設(shè)有一定位槽，每一定位槽的中心偏離相鄰的一齒身的對稱中心40-45度電角度。

本發(fā)明的單相永磁電機，每一極靴設(shè)有一定位槽，每一定位槽的中心偏離相鄰的一齒身的對稱中心，使所述單相永磁電機工作時，輸出的轉(zhuǎn)矩波動小于50％，電機振動小，噪音低。

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)明第一實施例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2所示單相永磁電機的沿電機軸向的端面示意圖。

圖4是圖2所示的單相永磁電機的定子磁芯的示意圖。

圖5是圖2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與轉(zhuǎn)子沿電機軸向的端面示意圖。

圖10是本發(fā)明第五實施例的單相永磁電機的定子磁芯與轉(zhuǎn)子沿電機軸向的端面示意圖。

圖11是本發(fā)明單相永磁電機的定位轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線變化圖。

圖12是本發(fā)明單相永磁電機的輸出轉(zhuǎn)矩的曲線變化圖。

圖13是現(xiàn)有技術(shù)的單相無刷電機的定位轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線變化圖。

圖14是現(xiàn)有技術(shù)的單相無刷電機的輸出轉(zhuǎn)矩的曲線變化圖。

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)伸出的若干齒身33、從每個齒身33徑向末端向兩周側(cè)伸出來的極靴35，繞組39繞設(shè)于相應的齒身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收容于若干齒身的極靴35圍成的空間內(nèi)，轉(zhuǎn)子50包括沿該轉(zhuǎn)子周向設(shè)置的若干個永磁極55，每個永磁極的外側(cè)表面為弧面，每個永磁極55的外側(cè)表面至轉(zhuǎn)子軸心的距離從其周向中心往周向兩側(cè)逐漸減小，該永磁極55的外側(cè)表面與極靴的內(nèi)周表面之間形成關(guān)于該永磁極55的中線對稱的非均勻氣隙41。優(yōu)選地，對稱非均勻氣隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。

在本實施例中，如圖5所示，每個永磁極55由一塊永磁體56形成，轉(zhuǎn)子50還包括轉(zhuǎn)子磁芯53，該永磁體56安裝到轉(zhuǎn)子磁芯53的外周表面；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55的分界處，以減少磁泄漏。為使該永磁極55與極靴的內(nèi)周表面形成對稱非均勻氣隙41，具體地，轉(zhuǎn)子磁芯53的外周表面與極靴35的內(nèi)周表面是同心圓；而永磁體56的厚度從周向中心向兩端逐漸減小。

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安裝到定子的端蓋，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。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)。

該定子磁芯30由具有導磁性能的軟磁性材料制成，例如由導磁芯片(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之間形成開槽37，優(yōu)選地，每個開槽37位于相鄰的兩個齒身33的中間位置?？梢岳斫獾?，開槽37也可以位于朝遠離定位槽38的方向偏離兩相鄰齒身的中間位置處，如此設(shè)計可以降低電機的電感電勢，從而提高電機的輸出轉(zhuǎn)矩。該開槽37的寬度大于0，且小于或等于該對稱非均勻氣隙41最小厚度的4倍，優(yōu)選地，該開槽37的寬度大于0，且小于或等于該對稱非均勻氣隙41最小厚度的2倍。該配置下，電機的啟動與轉(zhuǎn)動更為平順，能增強電機的啟動可靠性，減少可能的啟動死點。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；對稱非均勻氣隙41的厚度是指氣隙的徑向厚度。

優(yōu)選地，極靴35的徑向厚度從齒身33到開槽37的方向逐漸減小，使極靴35的磁阻從齒身向開槽37的方向逐漸增加，形成磁阻逐漸增大的磁橋。該設(shè)計能 使電機的運行更加平穩(wěn)、啟動可靠。

在本實施例中，相鄰所述齒身之間的極靴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，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，齒身數(shù)量等于定子的極數(shù)。在替換方案中，齒身數(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沿電機軸向間隔設(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沿電機軸向連續(xù)設(shè)置。優(yōu)選地，每個定位槽38到相鄰兩個齒身的距離不相同，定位槽38偏向其中一個相鄰的齒身，定位槽38的中心線L1(即通過定位槽38的中心與轉(zhuǎn)子中心的直線)偏離相鄰的齒身33的中心線L2角度θ。當L1與L2之間的角度θ等于45度電角度時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩的波動理想，電機振動小，噪音小。本申請發(fā)明人經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，當L1與L2之間的角度θ處于40度電角度至50度電角度范圍時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩的波動均較理想，電機振動較小，噪音較小。

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L3偏離相應定子齒身的中心線L2一定角度，上述L3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45度電角度且小于135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?？梢岳斫獾兀趩咏堑扔?0度電角度(也即轉(zhuǎn)子磁極的中心與相鄰齒身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。本申請發(fā)明人經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，當啟動角處于45度電角度至135度電角度范圍時，轉(zhuǎn)子朝兩個方向啟動的可靠性都比較好。

圖6是上述實施例的單相永磁電機在轉(zhuǎn)動過程中的轉(zhuǎn)矩變化曲線圖，橫坐標表示轉(zhuǎn)動角度，單位是度；縱坐標表示轉(zhuǎn)矩，單位是牛頓米?？梢钥吹?，電機在轉(zhuǎn)動過程中，電機轉(zhuǎn)矩的變化曲線是比較平滑的，減少或避免了啟動死點，電機啟動的可靠性高。

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伸出齒身33、從齒身33的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具有一個齒身33以及相應的極靴35。可以理解地，每個磁芯組件也可以具有多于1個的齒身33以及相應的極靴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之間的開槽37的寬度可以非常小。本發(fā)明中，開槽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，相鄰所述齒身之間的極靴35同樣設(shè)有定位槽38，不同的是，本實施例中的定位槽38位于極靴35的外周表面與內(nèi)周表面之間，優(yōu)選地，靠近極靴的內(nèi)周表面。

本實施例中，轉(zhuǎn)子60包括沿該轉(zhuǎn)子周向設(shè)置的若干個永磁極65，每個永磁極的外側(cè)表面為弧面，使該永磁極65與極靴的內(nèi)周表面形成對稱非均勻氣隙41。優(yōu)選地，對稱非均勻氣隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。其中每個永磁極65由一塊永磁體形成，該永磁體安裝到轉(zhuǎn)子磁芯63的外周表面。轉(zhuǎn)子磁芯63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65的分 界處，以減少磁泄漏。與第一實施例不同的是，本實施例中的永磁體的厚度是均勻的，而轉(zhuǎn)子磁芯63的外周表面與該永磁體的形狀匹配，即轉(zhuǎn)子磁芯63的外周表面與極靴35的內(nèi)周表面不再是同心圓，如此，由于該永磁極55的外側(cè)表面還是弧面，因此其與極靴的內(nèi)周表面還是可以形成對稱非均勻氣隙41。在一替換方案中，永磁極65也可以由一整塊永磁體形成。

上述實施例中，開槽37具有均勻的周向?qū)挾??？梢岳斫獾?，作為替代，每個開槽37的寬度也可不均勻，如可以為內(nèi)小外大的喇叭形等，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，如此設(shè)置可降低電機的電感電勢。

本發(fā)明提供的單相永磁電機在相鄰的極靴間形成開槽，并使該開槽的寬度大于0，且小于或等于該氣隙最小厚度的4倍，可減少槽口導致的磁阻突變，從而降低電機的定位轉(zhuǎn)矩；本發(fā)明還通過將永磁極的外側(cè)表面設(shè)為弧面，從而使氣隙的厚度從永磁極的中間向永磁極兩周側(cè)的方向逐漸增大，形成對稱非均勻氣隙，減少了現(xiàn)有技術(shù)中由于大槽口的存在而產(chǎn)生震動和噪聲，同時減少或避免了可能的啟動死點，提高了電機啟動的可靠性。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設(shè)計需要方便調(diào)整，從而啟動可靠，如通過調(diào)整極靴定位槽的位置可方便調(diào)整電機啟動角度，當啟動角大于45度電角度且小于135度電角度時，該電機轉(zhuǎn)子可實現(xiàn)雙方向啟動，通過調(diào)整極靴定位槽的形狀、大小、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)，從而使得在齒身與外環(huán)部組裝之前可以采用雙飛叉繞線機進行繞線，繞線生產(chǎn)效率高。

第五實施例

請參照圖10，本實施例中的單相永磁電機10的定子磁芯70包括外環(huán)部71、從外環(huán)部71向內(nèi)伸出的六個齒身73、從每個齒身73徑向末端向兩周側(cè)伸出來的極靴75。繞組79繞設(shè)于相應的齒身73。相鄰的極靴75之間形成開槽77或磁橋。該單相永磁電機的轉(zhuǎn)子80收容于齒身73的極靴75圍成的空間內(nèi)。

轉(zhuǎn)子80包括轉(zhuǎn)軸81、繞設(shè)并固定于轉(zhuǎn)軸81的轉(zhuǎn)子磁芯83及沿該磁芯83周向設(shè)置的永磁極85。若干永磁極85由安裝到轉(zhuǎn)子磁芯83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83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83的外周面，轉(zhuǎn)子磁芯83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83外周面與環(huán)形永磁體外周面同心。永磁極85為環(huán)狀，與極靴75的內(nèi)周表面之間形成關(guān)于該永磁極85的中線對稱的均勻氣隙，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。

可以理解地，在其他實施方式中還可以使用若干塊安裝到轉(zhuǎn)子磁芯83的外周面的永磁體來形成轉(zhuǎn)子80的永磁極85。在其他實施方式中，永磁極85的外側(cè)表面還可以為弧面，每個永磁極85的外側(cè)表面至轉(zhuǎn)子80的軸心的距離從其周向 中心往周向兩側(cè)逐漸減小，該永磁極85的外側(cè)表面與極靴75的內(nèi)周表面之間形成關(guān)于該永磁極85的中線對稱的非均勻氣隙。

在本實施方式中，每一極靴75的內(nèi)周表面朝向轉(zhuǎn)子80設(shè)有一定位槽78，每一定位槽78到相鄰兩個齒身73的距離不相同，定位槽78偏向其中一個相鄰的齒身73，定位槽78的中心線L1(即通過定位槽78的中心與轉(zhuǎn)子中心的直線)偏離相鄰的齒身73的中心線L2角度θ。當L1與L2之間的角度θ等于45度電角度時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩的波動理想，電機振動小，噪音小。本申請發(fā)明人經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，當L1與L2之間的角度θ處于40度電角度至50度電角度范圍時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩的波動均較理想，電機振動較小，噪音較小。

具體地，如圖11所示，圖11上部的圖表表示本發(fā)明單相永磁電機10在一個電周期內(nèi)的電磁轉(zhuǎn)矩圖，其中，橫坐標表示時間，縱坐標表示電磁轉(zhuǎn)矩的大小。圖11下部的圖表表示本發(fā)明單相永磁電機10在一個電周期內(nèi)的定位轉(zhuǎn)矩的變化曲線，其中，橫坐標表示時間，縱坐標表示定位轉(zhuǎn)矩。由于本發(fā)明單相永磁電機10的定位槽38、78的中心線L1偏離相鄰的齒身73的中心線L2角度θ在45度電角度左右，讓定位轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩的相對位置關(guān)系錯開了45度電角度左右，從而由電磁轉(zhuǎn)矩和定位轉(zhuǎn)矩合成的輸出轉(zhuǎn)矩的波動大幅減小。由圖12可知，轉(zhuǎn)矩波動率＝(轉(zhuǎn)矩最大值-轉(zhuǎn)矩最小值)/轉(zhuǎn)矩平均值＝(43-16)/20＝35％。本發(fā)明單相永磁電機10，在不同的實施例下，輸出轉(zhuǎn)矩的波動率可小于35％，最多不到50％。對比圖12和圖14，本發(fā)明的單相永磁電機的輸出轉(zhuǎn)矩波動較現(xiàn)有技 術(shù)大幅下降，因此，本發(fā)明的單相永磁電機驅(qū)動時會產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動小，從而電機振動小，噪音小。

以上所述僅為本發(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，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。