單相無刷電機的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種單相無刷電機，包括定子和轉子，定子包括定子磁心(3)和繞設于定子磁芯(3)上的繞組(5)，定子磁芯(3)包括環形軛部(31)和若干從軛部(31)向內延伸的齒(32)，齒(32)遠離軛部(31)的末端形成沿周向延伸的齒冠(321)，相鄰齒(32)的齒冠(321)相互連接成環形部(33)，繞組(5)繞設于相應的齒(32)，所述轉子收容于所述定子磁心(3)的環形部(33)內，轉子包括轉子磁芯(6)和永磁極(71)，轉子磁芯(6)設若干容置槽(61)，每一永磁極(71)設置于相應的容置槽(61)內，轉子磁芯(6)外周面對應容置槽(61)的位置分別設狹槽(62)。本發明的單相無刷電機，運行效率高、齒槽轉矩小。
【專利說明】
單相無刷電機
技術領域
[0001]本發明涉及電機技術領域，尤其涉及一種單相無刷電機。
【背景技術】
[0002]電機(Motors)是一種利用電磁感應原理將電能轉換成機械能的設備，廣泛地應用在工業生產以及生活所需的各種電器設備中。
[0003]現有的電機可以分為直流電機與交流電機，其中，無刷直流電機的應用十分廣泛，如家用電器、汽車、工業工控、自動化以及航空航天等領域。
[0004]無刷直流電機是指無電刷和換向器的電機。現有的無刷直流電機是一種典型的機電一體化產品，它除了具有定子、轉子兩部分外，通常還帶有傳感器。
[0005]按照無刷直流電機定子繞組線圈的相數分，無刷直流電機分為單相無刷直流電機與多相無刷直流電機。多相無刷直流電機雖運行可靠，噪音低，效率較高，但多相無刷直流電機的生產成本較高。單相無刷直流電機的生產成本較低，被廣泛地應用在家用電器設備上。
[0006]圖1所示為本公司之前發明的用于抽油煙機中的永磁無刷直流電機，包括定子鐵芯100及轉子200，其中轉子200的永磁極210設置于轉子鐵芯230的外表面，屬于磁鋼外貼式的無刷直流電機。圖2為圖1中定子鐵芯100的局部放大示意圖，在定子鐵芯100齒的內周面上偏離齒中心設置有弧形的凹槽130，該凹槽130與轉子200之間形成的氣隙大于定子鐵芯100齒其他部位與轉子之間的氣隙，用來定位轉子的初始位置。然而，該應用于抽油煙機中的磁鋼表貼式單相無刷直流電機轉矩密度較低，運行效率較低，定子鐵芯100齒的內周面上設置凹槽，在凹槽處形成的定轉子之間的氣隙大于其它部位定子與轉子之間的氣隙，從而齒槽轉矩較大、噪音較大。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在于提供一種單相無刷電機，能夠減少磁漏，提高運行效率，同時可減小齒槽轉矩，削弱齒槽轉矩對轉子的影響，使轉子能夠停在偏離死點的位置。
[0008]為實現上述目的，本發明提供一種單相無刷電機，包括定子和可相對定子旋轉的轉子，所述定子包括定子磁心和繞設于定子磁芯上的繞組，定子磁芯包括環形軛部和若干從軛部向內延伸的齒，齒遠離軛部的末端形成沿周向延伸的齒冠，相鄰齒的齒冠相互連接成環形部，所述繞組繞設于相應的齒，所述轉子收容于所述定子磁心的環形部內，所述轉子包括轉子磁芯和若干永磁極，所述轉子磁芯設若干容置槽，每一永磁極設置于相應的容置槽內，轉子磁芯外周面對應容置槽的位置分別設狹槽，所述狹槽與所述容置槽相貫通，沿轉子周向所述狹槽的寬度小于所述容置槽的寬度。
[0009]所述定子磁芯的環形部的內表面位于以轉子中心為圓心的圓柱面上。
[0010]所述相鄰齒的齒冠的連接處的外表面設凹槽或孔洞。
[0011]所述轉子磁芯包括環形安裝部和若干從環形安裝部向外延伸的導磁部，導磁部與永磁極沿周向間隔分布。
[0012]所述環形軛部的內周面對應所述數個齒的位置設有數個凹槽，所述數個齒分別卡合于所述數個凹槽中。
[0013]所述轉子磁芯上設有數個第一通孔，所述轉子磁芯兩端分別設有平衡板，所述平衡板上對應所述數個第一通孔的位置分別設有數個第二通孔，所述第一通孔與第二通孔中設有連接銷，將所述轉子磁芯與平衡板固定在一起。
[0014]所述轉軸一端套設有環形磁鐵，所述定子于對應所述環形磁鐵的外圍位置設傳感器用于檢測轉子的位置。
[0015]優選地，所述定子磁芯的齒的個數等于轉子永磁極的個數，每個繞組僅跨越一個齒O
[0016]可選地，所述定子磁芯的齒的個數為轉子永磁極個數的η倍，每個繞組跨越η個齒，η為整數。
[0017]優選地，所述轉子磁芯包括若干導磁部，所述導磁部與永磁極沿轉子周向間隔分布，所述永磁極沿周向極化。
[0018]優選地，所述導磁部的外表面沿周向從中間往兩端逐漸內縮，從而在導磁部外表面與定子磁芯內表面之間形成關于導磁部的沿徑向延伸的中心線對稱的非均勻氣隙。
[0019]本發明的有益效果:本發明提供的一種單相無刷直流電機，轉子使用內置式永磁極，并且轉子磁芯對應永磁極外端開狹槽或設磁橋，可通過永磁極的漏磁場來定位轉子的初始位置。定子磁芯的齒冠連接成封閉的環形部，環形部的內表面位于以轉子中心為圓心的圓柱面上，環形部的內表面無需開定位凹槽，從而可降低定子和轉子之間氣隙的非均勻程度，從而降低電機的齒槽轉矩。
[0020]為了能更進一步了解本發明的特征以及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發明加以限制。
【附圖說明】
[0021]下面結合附圖，通過對本發明的【具體實施方式】詳細描述，將使本發明的技術方案及其他有益效果顯而易見。
[0022]附圖中，
[0023]圖1為一種現有的應用于抽油煙機中的磁鋼表貼式單相無刷直流電機的定子與轉子的結構示意圖；
[0024]圖2為圖1中定子的局部放大示意圖；
[0025]圖3為本發明單相無刷直流電機的立體示意圖；
[0026]圖4為本發明單相無刷直流電機定子磁芯與轉子磁芯的立體結構示意圖；
[0027]圖5為本發明單相無刷直流電機定子與轉子的橫截面示意圖；
[0028]圖6為本發明單相無刷直流電機的定子磁芯的環形軛部的立體結構示意圖；
[0029]圖7為本發明單相無刷直流電機的定子磁芯的環形部的立體結構示意圖；
[0030]圖8為本發明單相無刷直流電機的轉子的立體結構示意圖；
[0031]圖9為本發明單相無刷直流電機的轉子移除轉子磁芯和永磁極后的立體結構示意圖；
[0032]圖10為本發明單相無刷直流電機的剖視示意圖；
[0033]圖11為本發明單相無刷直流電機的反電動勢的波形圖；
[0034]圖12為現有的磁鋼表貼式單相無刷直流電機的反電動勢的波形圖；
[0035]圖13為本發明單相無刷直流電機的齒槽轉矩的波形圖；
[0036]圖14為磁鋼表貼式單相無刷直流電機的齒槽轉矩的波形圖；
[0037]圖15為本發明單相無刷直流電機的性能數據圖；
[0038]圖16為磁鋼表貼式單相無刷直流電機的性能數據圖。
【具體實施方式】
[0039]為更進一步闡述本發明所采取的技術手段及其效果，以下結合本發明的優選實施例及其附圖進行詳細描述。
[0040]請同時參閱圖3-圖7，本發明的一實施例提供一種單相無刷直流電機，包括定子和可相對定子旋轉的轉子，所述定子包括由導磁材料如鐵制成的定子磁芯3和繞設于定子磁芯3上的繞組5，定子磁芯3包括環形軛部31和若干從軛部31向內延伸的齒32，齒32遠離軛部31的末端形成沿周向延伸的齒冠321，相鄰齒32的齒冠321相互連接成環形部33，所述繞組5繞設于相應齒32的繞線部上。所述轉子收容于所述定子磁芯3的環形部33內，所述轉子包括由導磁材料如鐵制成的轉子磁芯6和若干永磁極71，所述轉子磁芯6設若干沿軸向延伸的容置槽61，每一永磁極71設置于相應的容置槽61內，轉子磁芯6外周面對應容置槽61的位置分別設狹槽62，所述狹槽62位于相應容置槽61的徑向外端并與所述相應的容置槽61相貫通，沿轉子周向所述狹槽62的寬度小于所述容置槽61的寬度。所述轉子磁芯6包括環形安裝部601和若干從環形安裝部601向外延伸的導磁部602，導磁部602與永磁極71沿周向間隔分布，優選地每一永磁極71沿徑向設置且沿周向極化，相鄰永磁極71的極性相反。優選地，轉子磁芯6由多數層整體式芯片沿軸向堆疊而成，芯片的相鄰導磁部602的徑向外端通過狹槽62相互分離，相鄰導磁部602的徑向內端連接至環形部33。可以理解地，芯片也可以采用分體式結構，即相鄰導磁部602分開成型然后再組裝在一起。優選地，導磁部602的外表面從中間沿周向向兩端逐漸向內縮，從而在導磁部602的外表面與定子磁芯內表面之間形成關于導磁部的沿徑向延伸的中心線對稱的非均勻氣隙，如此設計可改善齒槽轉矩的波形，當然，導磁部602的外表面也可以位于同一圓周面上，從而在導磁部602的外表面與定子磁芯內表面之間形成均勻氣隙。
[0041]請參閱圖4，所述定子磁芯3的齒32上設有絕緣繞線架4，所述繞組5繞設于所述絕緣繞線架4上。
[0042]請參閱圖6和圖7，所述定子磁芯采用分體式結構，即所述環形軛部31與齒分開成型。所述環形軛部31的內周面對應所述數個齒32的位置設有數個凹槽311，所述數個齒32分別卡合于所述數個凹槽311中。在定子繞組5繞設于定子磁芯3的相應齒32后，軛部31再與齒組裝在一起，如此設計，可方便定子繞線并增加定子繞組的槽滿率。
[0043]請參閱圖7，所述相鄰齒32的齒冠321的連接處的外表面設凹槽或孔洞322，從而在連接處形成磁阻較大的磁橋，以減少漏磁。
[0044]請同時參閱圖5及圖8-圖9，所述轉子磁芯6的導磁部602上設有第一通孔63，所述轉子磁芯6兩端分別設有平衡板8，所述平衡板8上對應所述數個第一通孔63的位置分別設有數個第二通孔81，所述第一通孔63與第二通孔81中設有連接銷82，將所述轉子磁芯6與平衡板8固定在一起。
[0045]所述平衡板8的中心位置設有第三通孔84，所述轉子磁芯6中穿設有轉軸9，所述轉軸9伸出平衡板8的第三通孔84的位置分別設有軸承83。
[0046]請同時參閱圖9和圖10，所述定子與轉子外部分別設有端蓋I與后蓋2，所述軸承83分別安裝于端蓋I與后蓋2的軸承安裝座Ia和2a內。靠近所述端蓋I 一側的平衡板8外側設有環形磁鐵72，所述環形磁鐵72固定至轉軸9并可隨轉軸9同步旋轉，所述環形磁鐵72外圍設感應器如霍爾傳感器11，用于感測轉子的位置。所述端蓋I與后蓋2固定至安裝座15，所述安裝座15上設安裝結構如安裝孔，用于將電機固定安裝至如油煙機等設備。
[0047]請同時參閱圖11與圖12，將本發明的單相無刷直流電機的反電動勢的波形圖與現有的單相無刷直流電機的反電動勢的波形圖進行對比，可以看出，本發明的單相無刷直流電機的反電動勢相較于如圖1所示的單相無刷直流電機的反電動勢更加接近正玄。
[0048]請同時參閱圖13與圖14，將本發明的單相無刷直流電機的齒槽轉矩的波形圖與現有的單相無刷直流電機的齒槽轉矩的波形圖進行對比，可以看出，本發明的單相無刷直流電機的齒槽轉矩小于如圖1所示的單相無刷直流電機的齒槽轉矩。
[0049]請同時參閱圖15與圖16，將本發明的單相無刷直流電機的性能數據圖與現有的單相無刷直流電機的性能數據圖進行對比，可以看出，本發明的單相無刷直流電機的運行效率高于如圖1所示的單相無刷直流電機的運行效率，如同樣在輸入700mNm的情況下，效率由53.55%提升到67.34%,提升了 14個百分點。
[0050]綜上所述，上述實施例的單相無刷直流電機，轉子使用內置式永磁極(InternalPermanent Magnet)，定子磁芯3的齒冠321連接成封閉的環形部33，環形部33的內表面位于以轉子中心為圓心的圓柱面上，環形部33的內表面無需開定位凹槽，從而可降低定子和轉子之間氣隙的非均勻程度，從而降低電機的齒槽轉矩。通過利用永磁極71的徑向末端的漏磁場與齒32之間的相互作用可以定位轉子的初始位置并使其初始位置偏離死點位置，所謂死點位置即是指定子繞組通電時定子與轉子相互吸死轉子不能被啟動的位置，具體到本實施中，轉子的死點位置為轉子導磁部602的周向中心正對或靠近定子齒32的中心的位置。通過調整相鄰齒32之間磁橋322的位置，可以調整轉子的初始位置。如將磁橋322設計成正好位于相鄰齒的中間位置時，定子繞組斷電時，轉子將停在每一導磁部602的中間位置正對或靠近一對相應齒的中間位置處，如此設計的電機，配合兩個感應器及電機的控制器(控制器根據感應器感測到的轉子位置來控制定子繞組的通電電流的方向)，轉子可以實現雙方向(逆時針或順時針)啟動。如將磁橋322設計成偏離相鄰齒的中間位置時如磁橋322沿圖5所示的逆時針方向偏離相鄰齒的中間位置一定距離時，轉子的初始位置將沿逆時針方向旋轉相應角度，如此設計的電機，配合一個感應器及電機的控制器，轉子較容易實現順時針方向的啟動。如將磁橋322設計成偏離相鄰齒的中間位置時如磁橋322沿圖5所示的順時針方向偏離相鄰齒的中間位置時，轉子的初始位置將沿順時針方向旋轉相應角度，如此設計的電機，配合一個感應器及電機的控制器，轉子較容易實現逆時針方向啟動。
[0051]設置所述狹槽62可以減少發生在永磁極71端部處的磁漏。可以理解地，所述狹槽62也可以不完全分開相鄰導磁部602的外端部，也即所述狹槽62可以用其它形狀的磁橋形式代替，如相鄰導磁部602的外端部之間通過一個連接部相連，連接部上設切口 /開孔等以減少其橫截面面積從而增大連接部的磁阻，以減少漏磁。
[0052]在前述實施例中，所述定子磁芯齒的個數等于轉子永磁極的個數，每個繞組僅跨越一個齒，如形成一個8極8槽單相無刷電機(電機形成8個轉子永磁極，8個定子齒形成8個繞線槽，8個繞組分別繞在8個齒上)。可以理解地，所述定子磁芯的齒的個數為轉子永磁極個數的η倍，每個繞組跨越η個齒，η為整數。
[0053]可以理解地，本發明的無刷電機結構不限于直流電機，也可以用在交流電機如同步電機中，如將上述實施例的8極8槽無刷電機的定子繞組連接至50赫茲的交流電源時，電機轉子的轉速為750轉/分。
[0054]以上所述，對于本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案和技術構思作出其他各種相應的改變和變形，如轉子磁芯6可以由結構相同的芯片沿軸向堆疊而成，也可以由結構不同的芯片沿軸向堆疊而成，如有些芯片層中相鄰導磁部602的外端相連而有些芯片層中相鄰導磁部602的外端相互斷開;轉子永磁極的材料可以是鐵氧體材料或稀土材料等;定子磁芯3中齒32可以與軛部31分離成型也可以一體成型，齒的繞線部分與齒冠可以一體成型也可以分離成型，而所有這些改變和變形都應屬于本發明后附的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種單相無刷電機，包括定子和可相對定子旋轉的轉子，其特征在于，所述定子包括定子磁心(3)和繞設于定子磁芯(3)上的繞組(5)，定子磁芯(3)包括環形軛部(31)和若干從軛部(31)向內延伸的齒(32)，齒(32)遠離軛部(31)的末端形成沿周向延伸的齒冠(321)，相鄰齒(32)的齒冠(321)相互連接成環形部(33)，所述繞組(5)繞設于相應的齒(32)，所述轉子收容于所述定子磁心(3)的環形部(33)內，所述轉子包括轉子磁芯(6)和若干永磁極(71)，所述轉子磁芯(6)設若干容置槽(61)，每一永磁極(71)設置于相應的容置槽(61)內。2.如權利要求1所述的單相無刷電機，其特征在于，所述轉子磁芯(6)外周面對應容置槽(61)的位置分別設狹槽(62)，所述狹槽(62)與所述容置槽(61)相貫通，沿轉子周向所述狹槽(62)的寬度小于所述容置槽(61)的寬度。3.如權利要求1或2所述的單相無刷電機，其特征在于，所述定子磁芯(3)的環形部(33)的內表面位于以轉子中心為軸心的圓柱面上。4.如權利要求1所述的單相無刷電機，其特征在于，所述相鄰齒(32)的齒冠(321)的連接處設磁橋。5.如權利要求4所述的單相無刷電機，其特征在于，所述相鄰齒(32)的齒冠(321)連接處的外表面設凹槽或孔洞(322)。6.如權利要求1或2所述的單相無刷電機，其特征在于，所述轉子磁芯(6)包括環形安裝部(601)和若干從環形安裝部(601)向外延伸的導磁部(602)，導磁部(602)與永磁極(71)沿轉子周向間隔分布。7.如權利要求1所述的單相無刷電機，其特征在于，所述環形軛部(31)的內周面對應所述數個齒(32)的位置設有數個凹槽(311)，所述數個齒(32)分別卡合于所述數個凹槽(311)中。8.如權利要求1所述的單相無刷電機，其特征在于，所述轉子磁芯(6)上設有數個第一通孔(63)，所述轉子磁芯(6)兩端分別設有平衡板(8)，所述平衡板(8)上對應所述數個第一通孔(63)的位置分別設有數個第二通孔(81)，所述第一通孔(63)與第二通孔(81)中設有連接銷(82)，將所述轉子磁芯(6)與平衡板(8)固定在一起。9.如權利要求1或2所述的單相無刷電機，其特征在于，所述轉軸(9)一端套設有環形磁鐵(72)，所述定子于對應所述環形磁鐵(72)的外圍位置設感應器(11)用于檢測轉子的位置。10.如權利要求1或2所述的單相無刷電機，其特征在于，所述定子磁芯的齒的個數等于轉子永磁極的個數，每個繞組僅跨越一個齒。11.如權利要求1或2所述的單相無刷電機，其特征在于，所述定子磁芯的齒的個數為轉子永磁極個數的η倍，每個繞組跨越η個齒，η為整數。12.如權利要求1或2所述的單相無刷電機，其特征在于，所述轉子磁芯包括若干導磁部(602)，所述導磁部(602)與永磁極(71)沿轉子周向間隔分布，所述永磁極沿周向極化。13.如權利要求11所述的單相無刷電機，其特征在于，所述導磁部(602)的外表面沿周向從中間往兩端逐漸內縮，從而在導磁部外表面與定子磁芯內表面之間形成關于導磁部的沿徑向延伸的中心線對稱的非均勻氣隙。
【文檔編號】H02K1/27GK105932849SQ201610041471
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年1月21日
【發明人】李越, 周垂有, 李剛, 王勇, 李勇
【申請人】德昌電機(深圳)有限公司