一种单相电机

摘要

本发明提供了一种单相电机，包括：定子总成，包括定子铁芯和绕组，所述定子铁芯包括多个齿部对，多个所述齿部对呈环形设置，每一个所述齿部对包括两个齿部，多个所述齿部对中至少一个的两个所述齿部的中线不同，其它所述齿部对的两个所述齿部的中线相同，所述绕组绕制在所述齿部上，所述齿部的齿端设有沿所述中线对称的极弧，多个所述齿部的所述极弧形成圆形的转子安装位；和转子，设于所述转子安装位且与多对所述齿部的所述极弧形成均匀气隙，所述转子具有均匀分布的至少一对磁极。本发明的单相单机采用均匀间隙同时具备自起能力，从而降低不均匀气隙导致的齿槽转矩和转矩脉动，提高电机性能，并且降低加工和装配的精度要求。

权利要求

1.一种单相电机，其特征在于，包括：

定子总成(10)，包括定子铁芯和绕组，所述定子铁芯包括多个齿部对，多个所述齿部对呈环形设置，每一个所述齿部对包括两个齿部，多个所述齿部对中至少一个所述齿部对的两个所述齿部的中线不同，其它所述齿部对的两个所述齿部的中线相同，所述绕组绕制在所述齿部上，所述齿部的齿端设有沿所述中线对称的极弧，多个所述齿部的所述极弧形成圆形的转子安装位；和转子(20)，设于所述转子安装位且与多对所述齿部的所述极弧形成均匀气隙，所述转子(20)具有均匀分布的至少一对磁极(21)；

所述齿部对的安装平面具有与所述齿部数量相同且呈环形均匀设置的齿部安装位，多个所述齿部设于所述齿部安装位，多个所述齿部中至少一个的中线与所述齿部安装位的中线不同，其它所述齿部的中线与所述齿部安装位的中线相同；

电机起动时，中线与所述齿部安装位的中线不同的所述齿部上的所述绕组和其它所述齿部上的所述绕组具有不同的电压。

2.根据权利要求1所述的单相电机，其特征在于，

所述齿部对的数量与所述磁极(21)的对数相同，所述齿部与所述磁极(21)对应设置。

3.根据权利要求2所述的单相电机，其特征在于，

所述齿部对的数量为两个，所述转子(20)具有两对所述磁极(21)。

4.根据权利要求3所述的单相电机，其特征在于，

两个所述齿部对包括依次相邻设置的第一齿部(121)、第二齿部(122)、第三齿部(123)、以及第四齿部(124)，所述第一齿部(121)的中线与其对应的所述齿部安装位的中线不同，所述第二齿部(122)、第三齿部(123)、第四齿部(124)与其对应的所述齿部安装位的中线相同。

5.根据权利要求4所述的单相电机，其特征在于，

所述绕组包括分别绕制在所述第一齿部(121)、第二齿部(122)、第三齿部(123)和第四齿部(124)上的第一绕组(131)、第二绕组(132)、第三绕组(133)和第四绕组(134)，所述第一绕组(131)、第二绕组(132)、第三绕组(133)和第四绕组(134)的绕制方向相同。

6.根据权利要求4所述的单相电机，其特征在于，

所述定子铁芯还包括第一轭部(111)和第二轭部(112)，所述第一齿部(121)和所述第二齿部(122)成型在所述第一轭部(111)，所述第三齿部(123)和所述第四齿部(124)成型在所述第二轭部(112)。

7.根据权利要求4所述的单相电机，其特征在于，

所述第一齿部(121)的中线与对应的所述齿部安装位的中线的夹角为5°～30°。

8.根据权利要求1所述的单相电机，其特征在于，

电机起动时，中线与所述安装位的中线不同的所述齿部上的所述绕组的电压，和其它所述齿部上的所述绕组的电压的比值为0～0.7。

说明书

一种单相电机

技术领域

[0001] 本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种单相电机。

背景技术

[0002] 单相永磁电机的原理是利用定子绕组产生磁场从而带动永磁转子转动，普通均匀气隙的单相永磁电机在断电后转子会停在死点位置，再次通电后定子初始磁场与转子磁场没有起动角度差，导致电机不能产生起动转矩，不具备起动能力。为使电机具备起动能力，传统单相永磁电机在定子齿部与永磁转子之间设置不均匀气隙，利用气隙较小的位置磁阻较小磁导较大的原理，使得断电后转子停在非死点位置，定子绕组再次通电后定子磁场与永磁转子磁场具有起动角度差，从而产生起动转矩。但是这种采用不均匀气隙的结构，对加工精度和装配精度要求都很高，并且不均匀气隙结构实质上是加大了一侧气隙的长度，使得平均气隙长度增加，导致齿槽转矩和转矩脉动增大，导致电机的控制性能降低。

发明内容

[0003] 为解决现有的单相永磁电机自起动采用不均匀气隙导致电机性能降低的技术问题，本发明提供了一种不降低电机性能并且实现自起动的单相永磁电机。

[0004] 本发明提供的单相电机，包括：

[0005] 定子总成，包括定子铁芯和绕组，所述定子铁芯包括多个齿部对，多个所述齿部对呈环形设置，每一个所述齿部对包括两个齿部，多个所述齿部对中至少一个的两个所述齿部的中线不同，其它所述齿部对的两个所述齿部的中线相同，所述绕组绕制在所述齿部上，所述齿部的齿端设有沿所述中线对称的极弧，多对所述齿部的所述极弧形成圆形的转子安装位；和

[0006] 转子，设于所述转子安装位且与多对所述齿部的所述极弧形成均匀气隙，所述转子具有均匀分布的至少一对磁极。

[0007] 在一些实施方式中，所述齿部对的安装平面具有与所述齿部数量相同且呈环形均匀设置的齿部安装位，多个所述齿部设于所述齿部安装位，多个所述齿部中至少一个的中线与所述齿部安装位的中线不同，其它所述齿部的中线与所述齿部安装位的中线相同。

[0008] 在一些实施方式中，电机起动时，中线与所述安装位的中线不同的所述齿部和其它所述齿部具有不同的电压。

[0009] 在一些实施方式中，所述齿部对的数量与所述磁极的对数相同，所述齿部与所述磁极对应设置。

[0010] 在一些实施方式中，所述齿部对的数量为两个，所述转子具有两对所述磁极。

[0011] 在一些实施方式中，两个所述齿部对包括依次相邻设置的第一齿部、第二齿部、第三齿部、以及第四齿部，所述第一齿部的中线与其对应的所述齿部安装位的中线不同，所述第二齿部、第三齿部、第四齿部与其对应的所述齿部安装位的中线相同。

[0012] 在一些实施方式中，所述绕组包括分别绕制在所述第一齿部、第二齿部、第三齿部和第四齿部上的第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组，所述第一绕组、第二绕组、第三绕组和第四绕组的绕制方向相同。

[0013] 在一些实施方式中，所述定子铁芯还包括第一轭部和第二轭部，所述第一齿部和所述第二齿部成型在所述第一轭部，所述第三齿部和所述第四齿部成型在所述第二轭部。

[0014] 在一些实施方式中，所述第一齿部的中线与对应的所述齿部安装位的中线的夹角为5°～30°。

[0015] 在一些实施方式中，电机起动时，中线与所述安装位的中线不同的所述齿部上的所述绕组的电压，和其它所述齿部上的所述绕组的电压的比值为0～0.7。

[0016] 本发明提供的单相电机，包括定子总成和转子，定子总成包括定子铁芯和绕组，定子铁芯包括多个齿部对，多个齿部对呈环形设置，每一个齿部对包括两个齿部，绕组绕制在齿部上，齿部的齿端设有沿齿部中线对称的极弧，多个齿部的极弧形成圆形的转子安装位，转子安装于转子安装位且与多个齿部的极弧形成均匀气隙，从而降低不均匀气隙导致的齿槽转矩和转矩脉动，提高电机性能，并且降低加工和装配的精度要求，同时在电机工作时，转子与齿部间的气隙是均匀的，气隙磁场的谐波减少，从而降低噪音。转子具有均匀分布的至少一对磁极，多个齿部对中至少一个的两个齿部的中线不同，其它齿部对的两个齿部的中线相同，以使多个齿部形成不对称的结构，从而在电机起动时，对绕组通入起动电压，定子初始磁场与转子磁场之间产生角度差，从而提供起动转矩，使得电机在不降低性能的情况下实现自起。进一步的，在电机起动时，对偏移齿部和其它齿部上通入不等电压，从而进一步增大起动转矩，实现电机的自起动。

附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1是根据本发明一些实施方式中单相电机的结构示意图。

[0019] 附图标记说明：

[0020] 10‑定子总成；111‑第一轭部；112‑第二轭部；121‑第一齿部；122‑第二齿部；123‑第三齿部；124‑第四齿部；131‑第一绕组；132‑第二绕组；133‑第三绕组；134‑第四绕组；20‑转子；21‑磁极。

具体实施方式

[0021] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施例，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0022] 本发明提供的单相电机，可用于单相永磁电机、单相线起动永磁同步电机等，其包括定子总成和永磁转子，定子总成包括定子铁芯和绕组，定子铁芯具有多个齿部对，多个齿部对可在电机壳内侧环形设置，每个齿部对包括相对设置在电机壳圆心两侧的两个齿部，绕组绕制在齿部上，从而在定子齿部的齿端形成定子磁极，定子磁极的内侧设有沿定子磁极中线(齿部中线)对称的极弧，多个齿部的极弧环形设置形成永磁转子的转子安装位。永磁转子是指具有均匀分布的至少一对磁极的转子，例如采用烧结汝铁硼磁钢制成的永磁转子，转子安装在安装位中，转子中部连接带动输出轴。转子与极弧之间形成均匀气隙，相较传统的不均匀气隙电机降低齿槽转矩和转矩脉动，提高电机性能，并且降低加工和装配的精度要求，同时在电机工作时，转子与齿部间的气隙是均匀的，气隙磁场的谐波减少，从而降低噪音。在定子多个齿部对中至少有一个的两齿部的中线不同，其它齿部对的两个齿部的中线相同，例如在设置定子结构时，其中一个齿部对中的一个齿部偏移一定角度，从而在电机起动时，对绕组通入起动电压，定子初始磁场与转子磁场之间产生角度差，从而提供转子起动转矩，使得电机在不降低性能的情况下实现自起。

[0023] 图1中示出了本发明一些实施方式中的单相电机的结构。

[0024] 如图1所示，在一些实施方式中，本发明的单相电机可为内转子电机，其包括定子总成10和转子20。定子总成10包括两定子铁芯和绕制在定子铁芯上的绕组，在图1所示的一些实施方式中，两定子铁芯包括环形设置的第一轭部111和第二轭部112，第一轭部111的两端沿径向向内成型有第一齿部121和第二齿部122，第二轭部112的两端沿径向向内成型有第三齿部123和第四齿部124。在本实施方式中，定义转子20相对两侧的两齿部为一齿部对，即第一齿部121与第三齿部123形成第一齿部对，第二齿部122与第四齿部124形成第二齿部对，第二齿部122、第三齿部123和第四齿部124呈90°夹角依次设置，从而第二齿部对中两齿部的中线共线，第一齿部对中两齿部的中线具有夹角θ。

[0025] 在本实施方式中，定子齿部远离轭部的齿端设有沿齿部中线对称的极弧，极弧沿齿部的轴线均匀向两侧延伸，从而四个齿部的极弧在定子内部形成圆形的安装位。转子20安装在安装位中，转子20包括沿径向均匀布置的两对磁极21，转子20与极弧之间形成均匀气隙，磁极21磁性可参照图1所示，四个磁极21在转子20周向呈90°均匀分布。在电机不工作时，转子20受齿槽转矩影响，停在图1所示位置，第二齿部122、第三齿部123、第四齿部124的中线与各自对应的磁极21的中线处于共线状态。

[0026] 在本实施方式中，绕组包括绕制在第一齿部121上的第一绕组131、绕制在第二齿部122上的第二绕组132、绕制在第三齿部123上的第三绕组133、以及绕制在第四齿部124上的第四绕组134。优选地，在一些实施方式中，为便于电机的加工和装配，第一绕组131、第二绕组132、第三绕组133和第四绕组134和绕制方向相同。在电机工作时，第一绕组131的电流方向与第二绕组132的电流方向相反，第三绕组133的电流方向与第四绕组134的电流方向相反，第一绕组131的电流方向与第四绕组134的电流方向相同，从而产生磁场。电机停机时，转子20受齿槽转矩，停在例如图1所示位置，电机再次起动时，定子产生磁场与转子20的磁场具有角度差，从而提供转子20的起动转矩，使得转子20起动。

[0027] 需要说明的是，第一齿部121的中线与对应的磁极21的中线的夹角θ角度太小会导致起动转矩不够，转子20起动效果不好，夹角θ角度太大会导致转矩脉动和齿槽转矩增大，电机性能不好。因此在一些实施方式中，第一齿部121的中线与对应的磁极21的中线的夹角θ优选为5°～30°。

[0028] 在一些实施方式中，在电机起动时，可在第一绕组131和第二绕组132通入电压V1，在第三绕组133和第四绕组134通入电压V2，优选地，V1和V2的比值为0～0.7，在起动时通入不同的电压，从而使转子20产生较大的起动转矩，使得电机起动更加稳定。例如在一个示例性的实施方式中，对第一绕组131和第二绕组132通入电机额定电压(24V)，其它绕组不通电压，相较传统不均匀气隙方案，起动转矩从3.47mNm提高到8.19mNm，提高236％，齿槽转矩从最大值为30.7mNm，峰峰值为58.32mNm降低到最大值9.7mNm，峰峰值19.53mNm，降低66％左右，转矩脉动从229％降低到190％。在另一些实施方式中，在电机起动时，可在第一绕组131和第二绕组132通入不同的起动电压，从而使转子20产生较大的起动转矩。例如在一个示例性的实施方式中，对第一绕组131通入电机额定电压(24V)，其它绕组不通电压，其起动转矩可达到6.68mNm，相较传统单相电机起动转矩提高193％。在电机起动后，可对各相绕组通入正常电压，采用现有控制方式维持电机稳定运行即可，在此不再赘述。

[0029] 上述对本发明一部分实施方式中的单相电机的结构及工作原理进行了说明，在上述实施方式的基础上，本发明的单相电机还可以有其它替代实施方式。

[0030] 在一些替代实施方式中，定子的齿部对数量和转子的磁极对数还可以是其他任何适于实施的数量，例如齿部对数量可以为3、4、5等，转子磁极对数可以为1、2、3等。多个齿部中偏移的齿部的数量也不局限于一个，也可以设置为多个，多个齿部的中线与各自对应的齿部的中线具有夹角，以使定子齿部形成不对称的结构，从而使得定子初始磁场与转子磁场具有起动夹角。

[0031] 在另一些替代实施方式中，本发明的单相单机不局限与上述实施方式中的定子总成与转子采用内转子电机结构，同样可以采用外转子结构，其原理与上述实施方式相同，本领域技术人员在上述公开的基础上可以进行实施，在此不再赘述。

[0032] 显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。