单相无刷直流电机

摘要

依据本发明的无刷直流电机，包括定子和在所述定子的内侧上能够旋转的转子，所述定子包括：带有多个内侧弯曲形成的第1铁芯片的第1定子铁芯；分别位于所述第1铁芯片之间的多个第2铁芯片内侧弯曲形成的第2定子铁芯；结合于所述第1定子铁芯及第2定子铁芯之间，并用线圈缠绕的线轴，所述转子包括：以转轴为中心旋转的转子本体；位于所述转子本体外周面的多个磁铁，所述第1铁芯片和第2铁芯片从所述转轴方向观看时带有沿轴方向重叠的重叠区域。

权利要求

1.一种单相无刷直流电机，包括定子和在所述定子的内侧上能够旋转的转子，其特征在于：所述定子包括：第1定子铁芯，其带有多个内侧弯曲形成的第1铁芯片；第2定子铁芯，其分别位于所述第1铁芯片之间，且由多个第2铁芯片向内侧弯曲形成；线轴，其结合于所述第

1定子铁芯及第2定子铁芯之间，线圈缠绕在所述线轴上，所述转子包括：转子本体，其以转轴为中心旋转；多个磁铁，其形成于所述转子本体外周面，所述第1定子铁芯的外周与所述第2定子铁芯的外周直接接触，所述第1铁芯片和第2铁芯片从所述转轴方向观看时带有沿轴方向重叠的重叠区域，在与所述重叠区域相邻的部分上设置有所述第1铁芯片与第2铁芯片未重叠的非重叠区域，所述非重叠区域与重叠区域彼此交替设置，所述重叠区域中的第1铁芯片与第2铁芯片为面积互不相同的非对称形状。

2.根据权利要求1所述的单相无刷直流电机，其特征在于：所述第1铁芯片的端线和第2铁芯片的端线彼此保持一定的间隔。

说明书

单相无刷直流电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电机。具体讲，本发明涉及一种利用单一线圈进行简单组装的，既能够节省制造费用又能够低功耗起动而且运转效率又很高的无刷DC电机。

背景技术

[0002] 一般来说，无刷直流(BLDC:Brushless Direct Current)电机都由3相绕组构成，各相的电流以矩形波或正弦波的交流电方式施加进行驱动。这种3相无刷直流电机比较具有代表性的现有技术包括大韩民国公开专利第10-2011-0048661号(以下简称“现有技术文献1”)。

[0003] 现有技术文献1中记载的BLDC电机需要在向环状定子内侧突出的多个齿部上缠绕与3相对应的线圈，并必须按各相进行结线。为了对控制与各相对应的线圈供给的电流方向及相位，必须设置控制部。依靠所述控制部的运转向定子的线圈施加交流电后，定子的磁极就会产生N极或S极的交互磁场，定子的磁场和转子的永久磁铁相互作用产生扭矩，从而使转子和转轴一起旋转。

[0004] 但是，这种3相直流电机必须向3相线圈施加具有相位差的3相电流以对转子的起动扭矩和旋转方向进行控制，因此定子的构造比较复杂，线圈的绕组比较困难，各相的线圈导电结线也很不容易，因此导致制造费用上升。

[0005] 基于这种原因，如果使用单相电机，虽然可以具有比3相BLDC电机更加简单的结构，但是为了起动单相电机，就必须使用能够获得电流相位差的其它包括起动线圈和蓄电器在内的起动电路。另外，由此还会导致消耗更多的起动电力，从而降低效率。

[0006] 美国专利第4,899,075号(以下简称“先行技术文献2”)中提出了一种将定子结构简化的2相BLDC电机。现有技术文献2记载的电机也必须施加2相电流，因此尽管比3相电机的定子结构更加简单，但是电机的控制也稍微有些复杂。同时，如果向这种电机施加单相电流，就会发生转子不旋转的死点(dead point)。

[0007] 因此，为了解决上述问题，本发明人研制了一种既能够简化电机构造又能够提高效率的新型构造无刷直流电机。

发明内容

[0008] 技术问题

[0009] 本发明的目的在于，提供一种结构简单且能够降低制造费用的无刷直流电机。

[0010] 本发明的另一个目的在于，提供一种无刷直流电机，即使没有其它的控制电路或起动电路也能够产生起动扭矩从而使控制变得容易，且低功耗、高效率。

[0011] 本发明的另一个目的在于，提供一种无刷直流电机，其能够通过结构设计决定转子旋转方向，从而无需设置用于决定旋转方向的电气控制装置。

[0012] 本发明的上述目的及其它内在目的根据以下对本发明的说明全都可以轻易实现。

[0013] 技术方案

[0014] 本发明的单相无刷直流电机，包括定子和在所述定子的内侧上能够旋转的转子，[0015] 所述定子包括：带有多个内侧弯曲形成的第1铁芯片的第1定子铁芯；分别位于所述第1铁芯片之间的多个第2铁芯片向内侧弯曲形成的第2定子铁芯；结合于所述第1定子铁芯及第2定子铁芯之间，并用线圈缠绕的线轴，

[0016] 所述转子包括：以转轴为中心旋转的转子本体；位于所述转子本体外周面的多个磁铁，所述第1铁芯片和第2铁芯片从所述转轴方向观看时带有沿轴方向重叠的重叠区域。

[0017] 优选地，在本发明中，所述第1铁芯片的端线和第2铁芯片的端线彼此保持一定的间隔。

[0018] 优选地，在本发明中，所述第1定子铁芯的外周和所述第2定子铁芯的外周至少有一处以上彼此相接触。

[0019] 优选地，在本发明中，在与所述重叠区域相邻的部分设置有所述第1铁芯片与第2铁芯片未重叠的非重叠区域，所述非重叠区域与重叠区域彼此交替设置。

[0020] 依据本发明另一实施例的单相无刷直流电机，包括定子和在所述定子的内侧上能够旋转的转子，

[0021] 所述定子包括：

[0022] 第1定子，其包括，带有多个内侧弯曲形成的第1铁芯片的第1定子铁芯；分别位于所述第1铁芯片之间的多个第2铁芯片向内侧弯曲形成的第2定子铁芯；结合于所述第1定子铁芯及第2定子铁芯之间，并由第1线圈缠绕的第1线轴；

[0023] 第2定子，其包括，带有多个内侧弯曲形成的第3铁芯片的第3定子铁芯；分别位于所述第3铁芯片之间的多个第4铁芯片向内侧弯曲形成的第4定子铁芯，结合于所述第3定子铁芯及第4定子铁芯之间，并由第2线圈缠绕的第2线轴，

[0024] 所述转子包括：以转轴为中心旋转的转子本体；位于所述转子本体外周面的多个磁铁，所述第1铁芯片和第2铁芯片、第3铁芯片及第4铁芯片从所述转轴方向观看时带有沿轴方向重叠的重叠区域。

[0025] 有益效果

[0026] 本发明不仅结构简单，而且能够降低制造费用。即使没有其它的控制电路或起动电路，也能够产生起动扭矩，因此能够实现易控制、低功耗、高效率的目标。同时，转子的旋转方向可以通过结构设计决定，因此本发明的无刷直流电机无需设置决定旋转方向的电气控制装置。

附图说明

[0027] 图1是依据本发明的单相无刷电机处于分解状态的立体图；

[0028] 图2是依据本发明的单相无刷电机的截面图；

[0029] 图3是为了对依据本发明的单相无刷电机的驱动原理进行说明而将铁芯片和磁铁展开后的开展图；

[0030] 图4是为了对依据本发明的单相无刷电机的驱动原理进行说明而将另一形状的铁芯片和磁铁开展后的开展图；

[0031] 图5是为了对依据本发明的单相无刷电机的驱动原理进行说明而将另一形状的铁芯片和磁铁开展后的开展图；

[0032] 图6是在依据本发明单相无刷电机另一实施例中显示定子铁芯由2段构成的铁芯片展开图。

[0033] 下面，将参照附图对本发明进行详细说明。

[0034] 符号说明

[0035] 1:第1定子铁芯     2:第2定子铁芯

[0036] 3:线轴            4:线圈

[0037] 5:转子            6:印刷电路板

[0038] 7:第1机箱         8:第2机箱

[0039] 10:第1线轴安装部  11:第1铁芯片

[0040] 12:中空部         13:第1侧面部

[0041] 20:第2线轴安装部  21:第2铁芯片

[0042] 22:中空部         23:第2侧面部

[0043] 30:绕组部         31:第1绝缘部

[0044] 32:第2绝缘部      33:中空部

[0045] 50:转子本体       51:磁铁

[0046] 52:转轴           61:霍尔传感器

[0047] 70:第1轴承        80:第2轴承

具体实施方式

[0048] 图1是依据本发明的单相无刷电机处于分解状态的立体图，图2是依据本发明的单相无刷电机的截面图。

[0049] 如图1及图2所示，依据本发明的单相BLDC电机包括：第1定子铁芯1、第2定子铁芯2、线轴3、线圈4、转子5、印刷电路板6。

[0050] 第1定子铁芯1与第2定子铁芯2相对地设置，分别位于上部及下部相互结合。作为参考，在本发明中，“上部”在图2中是指上方，“下部”以图2为基准是指下方。线圈4缠绕在线轴3上，由单一线圈沿水平方向缠绕n圈形成的。线圈数量可以根据电机的功率或所需规格适当确定。线圈末端与印刷电路板6进行导电连接。

[0051] 线轴3是以在该线轴3上缠绕有线圈4的状态位于第1定子铁芯1和第2定子铁芯2之间。第1及第2定子铁芯1、2采用当向线圈4施加电流时能够产生磁极的金属材料。线轴3采用对线圈4和第1及第2定子铁芯1、2之间进行绝缘的绝缘材料。

[0052] 第1定子铁芯1包括：带有线轴3的第1绝缘部31的第1线轴安装部10；从第1线轴安装部10向下部突出设置的多个第1铁芯片11；作为第1铁芯片11的内侧空间且带有转子5的中空部12；从第1线轴安装部10的四周向下部延长设置的第1侧面部13。

[0053] 第1线轴安装部10是结合线轴3的第1绝缘部31的部分，为了确保位置更加精确和结合得更加牢固，在第1绝缘部31上设置有多个第1结合突起31a，在第1线轴安装部10上设置与第1结合突起31a位置对应的第1结合槽10a，使得第1结合突起31a插入第1结合槽10a内。

[0054] 第1铁芯片11设置有多个，每个第1铁芯片11彼此保持一定的间隔，第1线轴安装部10的内周面上带有下部弯曲的形状。优选地，其与线轴3的中空部33内侧面即绕组部30内侧面相接触。第1铁芯片11与位于中空部12的转子5的磁铁51相对地设置。

[0055] 第1侧面部13从第1线轴安装部10的外周面向下部延长形成。如图1所示，第1侧面部13的形状呈圆筒类的形状，但是并非仅限定于这一种形状，它也可以像第1铁芯片11那样呈牙齿状延长。在第1侧面部13上设置有线圈4末端经过的通道即线圈通道13a。当然，线圈通道13a也可以不设置在第1侧面部13上，而设置在第2侧面部23上或者设置在第2线轴安装部20上。线圈通道13a的位置可以根据设计环境进行多种选择。

[0056] 第2线轴安装部20是结合线轴3的第2绝缘部32的部分，为了确保位置更加精确和结合得更加牢固，在第2绝缘部32上设置有多个第2结合突起32a，在第2线轴安装部20上设置与第2结合突起32a位置对应的第2结合槽20a，使得第2结合突起32a插入第2结合槽20a内。

[0057] 第2铁芯片21设置有多个，每个第2铁芯片21彼此保持一定的间隔，第2线轴安装部20的内侧带有上部弯曲的形状。优选地，其与线轴3的中空部33内侧面即绕组部30内侧面相接触。同时，在相邻的第1铁芯片11之间的空间设置有第2铁芯片21。即，第1及第2铁芯片11、
21彼此交替设置。第2铁芯片21和第1铁芯片11一样与位于中空部22的转子5的磁铁51相对地设置。

[0058] 第2侧面部23从第2线轴安装部20的外周面向上部延长而形成。如图1所示，第2侧面部23的形状呈圆筒状，但是并非仅限定于这一种形状，它也可以像第2铁芯片21那样呈牙齿状延长。当第1侧面部13和第2侧面部23与线轴3结合时，必须存在彼此相接触的部分。即，如图1所示，当第1及第2侧面部13、23呈圆筒状时，彼此的外周面应当相接触。只有这样彼此相接触，这二者中一个作为磁体才能对第1铁芯片11和第2铁芯片21进行磁化使其彼此带有互不相同的磁极。如果第1侧面部13和第2侧面部23带有牙齿的形状，各个牙齿就互相衔接。

[0059] 在线轴3的绕组部30上缠绕有线圈4，在绕组部30的内侧设置有中空部33。第1及第2铁芯片11、21沿内周方向交替设置在中空部33，在第1及第2铁芯片11、21的内侧设置有转子5。缠绕有线圈4的线轴3和包裹线轴3的第1及第2定子铁芯1、2构成一个定子，在所述定子的内侧设置有转子5，从而可以旋转。

[0060] 转子5包括：圆筒状的转子本体50；位于转子本体50外周面的多个磁铁51；与转子本体50正中部结合并随转子本体50一起旋转的转轴52。多个磁铁51与第1及第2铁芯片11、21对向设置，使转子本体50获得沿着第1及第2铁芯片11、21产生的磁场方向旋转的力量。第
1及第2铁芯片11、21的结构及其与磁铁51的相互作用将在下面再次阐述。

[0061] 印刷电路板6与线圈4进行导电连接，并与外部电源进行导电连接。印刷电路板6虽然带有控制电机的电路等结构，但是并不包含像现有单相电机那样初期使转子旋转的起动电路。霍尔传感器61与印刷电路板6进行导电连接，霍尔传感器61能够检测转子5的位置等信息。如图1及图2所示，印刷电路板6的位置既可以位于第2定子铁芯2的下部，也可以位于第1定子铁芯1的上部。这种印刷电路板6的位置可以根据设计规格等因素确定。

[0062] 依据本发明的单相无刷电机也可以配置在第1机箱7和第2机箱8之间。另外，位于转轴52的上部及下部支撑转轴旋转的第1轴承70和第2轴承80也可以分别将其设置在第1机箱7及第2机箱8上。

[0063] 图3是为了对依据本发明的单相无刷电机驱动原理进行说明而将铁芯片11、21和磁铁51展开后的展开图。

[0064] 参照图3可以看出，依据本发明的单相无刷电机包括：分别与线轴3上部及下部结合并对线轴3进行包裹的第1定子铁芯1和第2定子铁芯2。分别位于第1及第2定子铁芯1、2上的第1及第2铁芯片11、21在与转子5的磁铁51相对的位置彼此交替设置。

[0065] 第1铁芯片11和第2铁芯片21从转轴52或磁铁51方向观看时带有沿垂直方向或轴方向彼此重叠的重叠区域S1和未重叠的非重叠区域S2，这两个区域彼此交替排列。为此，第1铁芯片11带有斜线部分，与第1铁芯片11的斜线部分相对的第2铁芯片21也带有斜线部分。
如图3中的第1铁芯片11所示，斜线的一部分也可以呈凹槽(notched)状。即重叠区域S1中任何一个铁芯片的一部分都可以呈凹槽状。第1铁芯片11的下部端线与第2铁芯片21的上部端线彼此保持一定的间隔A。间隔的大小并没有特别的限定，可以根据电机的设计规格进行多种变更。

[0066] 这样，当重叠区域S1和非重叠区域S2交替排列时，其与这些铁芯片11、21相对的磁铁51的磁极面积具有一定的相关关系。即，如果将与一个磁极相对的第1及第2铁芯片11、21的各面积进行比较，第1铁芯片11或第2铁芯片21中一个的面积会比另一个的面积大。另外，这部分的第1铁芯片11和第2铁芯片21具有互不相同的极性。因此，磁铁51的一个磁极就受到方向朝面积较大铁芯片一侧的引力。然后，依次相邻的铁芯片与磁铁也反复产生同样的作用，从而产生转子的起动扭矩。在这里，与磁铁相对的第1铁芯片也可以不存在与第2铁芯片的面积不同的非重叠区域S2而只存在重叠区域S1。相反，如果设计成不带有重叠区域S1而只带有非重叠区域S2，就会存在转子无法获得旋转方向力量的死点(dead point)，因此必须存在重叠区域S1。

[0067] 图3中左侧上图是一个带有重叠区域S1和非重叠区域S2的示例。左侧下图是将第1铁芯片11及第2铁芯片21与磁铁51相对时的面积进行比较的示例图。如果将与磁铁51的一个磁极相对的第1铁芯片11及第2铁芯片21的面积进行比较，其中一个的面积始终比另一个的面积大。如右图所示，即使将第1及第2铁芯片11、21的极性改变情况也相同。如左图及右图所示，如果向线圈施加交流电使极性发生变化转子就沿着其旋转方向进行旋转。

[0068] 图4是为了对依据本发明的单相无刷电机驱动原理进行说明而将另一形状的铁芯片和磁铁开展后的开展图。

[0069] 参照图4可以看出，重叠区域S1的形状除了与图3的不同点之外几乎与前例完全相同。在图3中，第1铁芯片11和第2铁芯片21呈斜线状相互重叠，与此相比，在图4中呈直线状。即使具有这种形状，与磁铁的一个磁极相对的第1铁芯片11和第2铁芯片21的面积互不相同。另外，非重叠区域S2的铁芯片的一部分也可以呈凹槽状。

[0070] 如果分别将图3及图4中重叠区域S1的第1铁芯片11和第2铁芯片21的面积进行比较，可以发现它们呈面积互不相同的非对称形状。当然，也可以具有下面实施例那样的对称结构。

[0071] 图5是为了对依据本发明的单相无刷电机驱动原理进行说明而将另一不同形状的铁芯片和磁铁展开后的展开图。

[0072] 如图5所示，如果分别将图3及图4中重叠区域S1的第1铁芯片11和第2铁芯片21的面积进行比较，可以发现它们呈彼此面积相同的对称形状。即使具有这种形状，与磁铁的一个磁极相对的第1铁芯片11和第2铁芯片21的面积也互不相同。

[0073] 图6是在依据本发明单相无刷电机另一实施例中显示定子铁芯由2段构成的铁芯片展开图。

[0074] 参照图6可以看出，它由2段构成，即带有第1定子铁芯1和第2定子铁芯2的一个定子和带有第3定子铁芯1'及第4定子铁芯2'的另一个定子。各个定子包括线轴和线圈，从各个定子引出的线圈都与印刷电路板进行导电连接，为了确保两个线圈上的电流方向相同而将它们并列连接。磁铁51具有与两个定子的所有定子铁芯相当的面积。通过这种设计，可以使与磁铁的一个磁极相对的铁芯片同一极性的面积和不同极性的面积中的一个面积更大。如此，可以通过装载2个或者2个以上的定子提高电机的功率。

[0075] 为了有助于对本发明的理解，以上对本发明的详细说明中通过示例进行了阐述，这并不限定本发明的范围。本发明的范围应当根据下述权利要求书确定，在这一范围内简单的变形或变更均属于本发明的范围。