單相永磁電機及其製造方法與流程

2023-04-29 15:06:51 2

本發明涉及一種單相永磁電機，尤其涉及一種定子磁芯極靴具有易彎折末端的單相永磁電機及其製造方法。

背景技術：

現有技術的單相永磁電機的電機定子鐵芯採用整體式結構，即定子鐵芯的外環部和齒部同時成型為一體式結構，相鄰齒部的極靴之間設較大的槽口以便於繞線。此種結構的單相永磁電機，由於槽口的存在會導致電機產生較大的定位力矩，從而產生震動和噪聲。而且，受槽口的制約，定位啟動角度小，啟動可靠性差。

有鑑於此，本發明旨在提供一種新型的便於繞線且可提高啟動可靠性的單相永磁電機。

技術實現要素：

本發明提供一種單相永磁電機，包括定子和可相對定子旋轉的轉子；所述定子包括定子磁芯和繞設於所述定子磁芯上的繞組，所述定子磁芯包括外環部、從所述外環部向內伸出的若干繞線部、從每個繞線部末端向兩周側伸出來 的極靴，所述繞組繞設於相應的繞線部上；兩個相鄰極靴之間形成開槽，所述兩個相鄰極靴中的至少一個極靴包括沿定子周向順次連接的主體部、連接部以及易彎折末端，所述主體部連接到所述繞線部，所述易彎折末端可關於所述連接部彎折，用於改變相鄰的兩個所述極靴之間的距離。

本申請中，相鄰極靴之間的開槽的大小可以相等也可以不相等，開槽

作為本發明的一種改進方案，所述連接部具有形成於極靴內周表面的凹槽，從而形成定位槽。

作為本發明的一種改進方案，所述易彎折末端的內表面、所述主體部的內表面位於以所述轉子的轉動中心為中心軸的圓周面上。

作為本發明的一種改進方案，所述開槽的最小寬度大於0，且小於或等於所述氣隙最小厚度的4倍。

作為本發明的一種改進方案，所述主體部的徑向厚度從所述繞線部到所述開槽的方向逐漸減小。

作為本發明的一種改進方案，所述定位槽沿著電機的軸向連續形成或間隔形成，且每個所述定位槽到相鄰兩個所述繞線部的距離不相同。

作為本發明的一種改進方案，所述定位槽的數量與所述永磁極的極數相等。

作為本發明的一種改進方案，所述極靴設有定位槽，所述定位槽位於所述極靴的外周表面與內周表面之間。

作為本發明的一種改進方案，所述定位槽的中心偏離其中一相鄰繞線部的 對稱中心。

作為本發明的一種改進方案，所述轉子包括轉子磁芯和沿所述轉子磁芯周向設置的永磁極；所述轉子鐵芯的外周表面設有若干軸向延伸的凹槽，每個凹槽位於兩個永磁極的分界處。

作為本發明的一種改進方案，每個所述永磁極由一塊永磁體形成。

作為本發明的一種改進方案，所述永磁體的厚度是均勻的；所述轉子磁芯的外周表面與所述永磁體的形狀匹配。

作為本發明的一種改進方案，所述永磁體的厚度從周向中心向兩端逐漸減小。

本發明還提供單相永磁電機的製造方法，包括以下步驟：S1、構造定子磁芯，所述定子磁芯包括外環部、從所述外環部向內伸出的若干繞線部、從每個繞線部末端向兩周側伸出來的極靴，所述繞組繞設於相應的繞線部上；兩個相鄰極靴之間形成開槽，所述兩個相鄰極靴中的至少一個極靴包括沿定子周向順次連接的主體部、連接部以及易彎折末端，所述主體部連接到所述繞線部，所述主體部、連接部和易彎折末端在所述連接部處形成彎折部；S2、將定子繞組繞設在所述繞線部；S3、將所述易彎折末端關於所述連接部彎折，以減小所述開槽。

作為本發明的一種改進方案，還包括裝配轉子，所述轉子具有沿轉子周向分布的永磁極，所述永磁極與所述極靴之間形成氣隙；所述開槽的最小寬度大於0，且小於或等於所述氣隙最小厚度的4倍。

作為本發明的一種改進方案，所述開槽的最小寬度大於0，且小於或等於所述氣隙最小厚度的2倍。

作為本發明的一種改進方案，所述極靴在所述連接部處具有減小的徑向尺寸以便於將所述易彎折末端關於所述連接部彎折。

作為本發明的一種改進方案，所述極靴在所述連接部處具有沿電機軸向延伸的凹槽。

本發明的單相永磁電機，通過相鄰的兩個極靴中的至少一個極靴設置易彎折末端，且易彎折末端能朝向所述轉子彎折，用於改變相鄰的兩個所述極靴之間的距離，從而更快地完成繞組的繞設。

為了能更進一步了解本發明的特徵以及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。

附圖說明

圖1是本發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後的示意圖；

圖3是圖1所示單相永磁電機去掉外殼、定子繞組、轉子轉軸等之後的簡化示意圖。

圖4是圖1所示的單相永磁電機的定子磁芯的示意圖。

圖5是圖1所示的單相永磁電機的定子磁芯中易彎折末端朝向轉子彎折後的 的示意圖。

圖6是圖1所示的單相永磁電機的轉子磁芯及其永磁體的示意圖。

圖7是第二實施例的單相永磁電機的定子磁芯、轉子磁芯及其永磁體的示意圖。

圖8是第三實施例的的轉子磁芯及其永磁體的示意圖。

圖9是第四實施例的的轉子磁芯及其永磁體的示意圖。

圖10是第五實施例的的轉子磁芯及其永磁體的示意圖。

具體實施方式

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。附圖僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。附圖中顯示的尺寸僅僅是為了便於清晰描述，而並不限定比例關係。

第一實施例

請參閱圖1至圖6，本發明一較佳實施方式的單相永磁電機10包括定子20和相對定子旋轉的轉子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內的定子磁芯30、安裝到定子磁芯30的絕緣線架40和繞設於定子磁芯30上並被絕緣線架40支撐的繞組39。其中，該定子磁芯30包括外環部31、從外環部31向內伸出的若干繞線部33、從每個繞線部33末端向兩周側伸出來的極 靴35，繞組39繞設於相應的繞線部33上。相鄰的兩個極靴35之間形成開槽37，所述開槽37可以位於兩繞線部的中間位置或朝遠離定位槽38的方向偏離中間位置。每個極靴35包括沿著電機周向順序排列的主體部35a、連接部35b和易彎折末端35c，連接部35b具有減少的徑向尺寸以便於該易彎折末端35c能關於連接部35b彎折，用於改變開槽的大小。具體地，在繞組39未繞設於相應的繞線部33上時，如圖5所示，易彎折末端35c朝向轉子50彎折，即，主體部35a、連接部35b和易彎折部35c形成一個彎折部，用於增大開槽的寬度，從而方便繞組39繞設在繞線部33上；在繞組39繞設於相應的繞線部上後，易彎折末端35c關於連接部35b彎折成如圖4所示的狀態(初始位置)，以此縮小相鄰的兩個極靴之間的距離。

該定子磁芯30由具有導磁性能的軟磁性材料製成，例如由導磁晶片(業界常用矽鋼片)沿電機軸向層疊而成，優選地，該定子磁芯30中繞線部33沿電機周向均勻間隔分布，每一繞線部33基本沿電機徑向從外環部31向內伸出。極靴35從每個繞線部33的徑向內端向定子的兩周側伸出。

優選地，極靴35的主體部35a的徑向厚度沿從繞線部33到開槽37的方向逐漸減小，使極靴35主體部35a的磁阻從繞線部向開槽37的方向逐漸增加。該設計能使電機的運行更加平穩、啟動可靠。

本實施例中，極靴35在連接部35b的內表面處開設定位槽38，從而減小了連接部35b的徑向尺寸，以便於易彎折部35c彎折。並且，定位槽38起到定位作用，避免轉子停止在死點位置。

轉子50收容於若干繞線部的極靴35圍成的空間內，轉子50包括沿該轉子周向設置的若干個永磁極55，每個永磁極的外側表面為弧面，使該永磁極55與極靴的內周表面形成對稱非均勻氣隙41。優選地，對稱非均勻氣隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。優選地，電機成品中，極靴35的主體部35a、易彎折部35c的內表面是位於以轉子的中心為圓心的同心圓上。開槽37的最小寬度大於0，且小於或等於氣隙最小厚度的4倍，優選地，該開槽37的最小寬度大於0，且小於或等於該對稱非均勻氣隙41最小厚度的2倍。該配置下，電機的啟動與轉動更為平順，能增強電機的啟動可靠性，減少啟動死點。本發明所稱的環部是指沿周向連續延伸而成的封閉結構，包括圓環形、方形或多邊形等；對稱非均勻氣隙41的厚度是指氣隙的徑向厚度。

在本實施例中，如圖6所示，每個永磁極55由一塊永磁體56形成，轉子50還包括轉子磁芯53，該永磁體56安裝到轉子磁芯53的外周表面；轉子磁芯的外周表面設有若干軸向延伸的凹槽54，每個凹槽54位於兩個永磁極55的分界處，以減少磁洩漏。為使該永磁極55與極靴的內周表面形成對稱非均勻氣隙41，具體地，轉子磁芯53的外周表面與極靴35的內周表面是同心圓；而永磁體56的厚度從周向中心向兩端逐漸減小。在一替換方案中，永磁極55也可以由一整塊永磁體形成。

轉子50還包括轉軸51，轉軸51穿過轉子磁芯53並與其固定在一起。轉軸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，從而實現轉子可相對於定子轉動。本發明所稱的環部是指沿 周向連續延伸而成的封閉結構。

本實施例中，定位槽38的個數與定子的極數、環形永磁極的極數相等，在本實施例中為4個。本實施例中，定子繞組採用集中式繞組，因此，繞線部數量等於定子的極數。在替換方案中，定子繞組的每個元件跨繞兩個或多個繞線部，每個元件對應一個定子極，此時，繞線部數量可以是定子極數的整數倍，例如2倍、3倍等。

本實施例中，定位槽38沿電機軸向連續設置，且位於極靴的內周表面上。在一替換方案中，所述定位槽38沿電機軸向間隔設置。優選地，每個定位槽38到相鄰兩個繞線部的距離不相同，定位槽38偏向其中一個相鄰的繞線部。

當電機處於未通電狀態即初始狀態時，轉子磁極的中心線L1偏離相應定子繞線部的中心線L2一定角度，上述L1和L2所形成的角度Q也稱為啟動角。在本實施例中，該啟動角大於45度電角度且小於135度電角度，當電機定子繞組通以一方向的電流時，轉子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，轉子50可以從相反方向進行啟動。可以理解地，在啟動角等於90度電角度(也即轉子磁極的中心與相鄰繞線部33的對稱中心重合)時，轉子50朝兩個方向啟動都比較容易，也即最容易實現雙方向啟動。當啟動角偏離90度電角度時，轉子朝其中一方向啟動會比朝另一方向啟動較容易。本申請發明人經多次實驗發現，當啟動角處於45度電角度至135度電角度範圍時，轉子朝兩個方向啟動的可靠性都比較好。

優選地，定位槽38設置在易彎折末端35c與其所在的極靴35之間，易彎折 末端35c沿定位槽38的軸向對稱線向轉子50彎折。由於定位槽38的設置，因此該處的極靴厚度較薄，比較容易彎折，如此就不必另設彎折線了。

第二實施例

請參照圖7，與第一實施例的一個主要區別是，定位槽38以通孔或盲孔的形式設置在極靴的外周表明與內周表面之間。優選地，定位槽38設置在極靴35的連接部(即，參考圖5，極靴35的主體部35a與易彎折末端35c之間)。由於定位槽38的設置，因此該連接部35b處的極靴厚度較薄，比較容易彎折。

此外，轉子60包括沿該轉子周向設置的若干個永磁極65，每個永磁極的外側表面為弧面，其中每個永磁極65由一塊永磁體形成，該永磁體安裝到轉子磁芯63的外周表面。轉子磁芯63的外周表面設有若干軸向延伸的凹槽64，每個凹槽64位於兩個永磁極65的分界處，以減少磁洩漏。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，而轉子磁芯63的外周表面與該永磁體的形狀匹配，即轉子磁芯63的外周表面與極靴35的內周表面不再是同心圓。在一替換方案中，永磁極65也可以由一整塊永磁體形成。

第三實施例

本實施例所採用的轉子與上述兩個實施例不同，請參照圖8，本實施例中的永磁極75由若干塊永磁體76形成，例如是4塊。該轉子磁芯73的外周表面設有若干軸向延伸的凹槽74，每個凹槽74位於兩個永磁體76的分界處，以減少磁洩漏。該若干塊永磁體76安裝到轉子磁芯73的外周表面；此時，極靴35的內表 面位於以轉子70中心為圓心的同心圓上；所有永磁體76的外側表面圍成圓柱狀，從而使氣隙成為均勻氣隙。

第四實施例

請參照圖9，本實施例中，轉子80包括轉子磁芯83以及沿轉子周向設置的環形永磁極85，該環形永磁極85的外周表面與由極靴圍成的內環部的內周表面同心，從而在兩者之間的氣隙為均勻氣隙。具體地，該極靴的內表面位於以轉子80中心為圓心的同心圓上，環形永磁極85的外側表面58呈圓柱狀，且位於以轉子80中心為圓心的同心圓上，即，極靴內周表面與永磁極85的外周表面同心，從而在極靴內周表面、永磁極外周表面之間形成均勻氣隙。

環形永磁極85可以由一塊環形永磁體88形成，環形永磁體88安裝到轉子磁芯83的外周表面；該轉子磁芯的外周表面設有若干軸向延伸的凹槽84，每個凹槽84位於兩個永磁極的分界處，以減少磁洩漏。

第五實施例

請參照圖10，本實施例與第二實施例基本相似，不同之處在於永磁極的外周表面與由極靴圍成的內環部的內周表面同心，從而在兩者之間形成基本均勻的氣隙。具體地，該極靴的內表面位於以轉子60中心為圓心的同心圓上，環形永磁極65的外側表面呈圓柱狀，且位於以轉子60中心為圓心的同心圓上，即，極靴內周表面與永磁極65的外周表面同心，從而在極靴內周表面、永磁極外周表面之間形成基本均勻的氣隙。可以理解地，本實施例的整體式環形磁鐵也可以用前述實施例的分片式磁鐵替換。本申請所稱的基本均勻氣隙是指永磁極外 周表面與極靴內周表面之間的氣隙除對應定位槽38、開槽37及分片式永磁鐵末端倒角部分以外的部分為均勻氣隙。

本發明還提供一種上述單相永磁電機的製造方法，包括步驟：

S1、構造定子磁芯，所述定子磁芯包括外環部、從所述外環部向內伸出的若干繞線部、從每個繞線部末端向兩周側伸出來的極靴，所述繞組繞設於相應的繞線部上；兩個相鄰極靴之間形成開槽，所述兩個相鄰極靴中的至少一個極靴包括沿定子周向順次連接的主體部、連接部以及易彎折末端，所述主體部連接到所述繞線部，所述主體部、連接部和易彎折末端在所述連接部處形成向內彎的彎折部；

S2、將定子繞組繞設在所述繞線部；

S3、將所述易彎折末端關於所述連接部彎折以減小所述開槽；

S4、裝配轉子，所述轉子具有沿轉子周向分布的永磁極，所述永磁極與所述極靴之間形成氣隙；所述開槽的最小寬度大於0，且小於或等於所述氣隙最小厚度的4倍。

上述步驟S1包括在形成定子磁芯時同時形成向內彎的彎折部，也包括先成形定子磁芯然後再向內彎曲易彎折末端以形成所述彎折部。

優選地，所述開槽的最小寬度大於0，且小於或等於所述氣隙最小厚度的2倍。

上述實施例中，開槽37具有均勻的周向寬度。可以理解的，作為替代，每個開槽37的寬度也可不均勻，如內小外大的喇叭形亦可，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沿電機徑向設置，作為替代，開槽37也可以沿偏離電機徑向的方向設置。相鄰繞線部之間的開槽37的大小可以相等也可以不相等，形狀可以相同也可以不相同。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。