单相永磁电机的制作方法

本发明涉及一种单相永磁电机，尤其涉及一种层叠结构的定子磁芯的单相永磁电机。

背景技术：

现有技术的单相永磁电机的电机定子铁芯采用整体式结构，即定子铁芯的外环部和齿部同时成型为一体式结构，相邻齿部的极靴之间设大槽口以方便绕线。此种结构的单相永磁电机，由于大槽口的存在会导致电机产生较大的定位力矩，从而产生震动和噪声。而且，受大槽口的制约，定位启动角度小，启动可靠性差。

有鉴于此，本发明旨在提供一种新型的可提高启动可靠性的单相永磁电机。

技术实现要素：

本发明提供一种单相永磁电机，该单相永磁电机包括定子和可相对定子旋转的转子；所述定子包括定子磁芯和绕设于所述定子磁芯上的绕组，所述转子包括转子磁芯和沿所述转子磁芯周向设置的若干个永磁极，所述定子磁 芯包括层叠的第一定子芯片与第二定子芯片；其中所述第一定子芯片包括第一外环部、第一内环部和若干连接于所述第一内、外环部之间的若干第一绕线部；所述第二定子芯片包括第二外环部、从所述第二外环部向内伸出的若干第二绕线部、从每个所述第二绕线部末端向两周侧伸出来的第二极靴，相邻的所述第二极靴之间形成槽开口；所述第一外环部与所述第二外环部沿电机轴向叠置，所述第一绕线部与对应的所述第二绕线部沿电机轴向叠置，所述第一内环部与所述第二定子芯片的第二极靴沿电机轴向叠置。

作为本发明的一种改进方案，每个第二极靴位于对应的第二绕线部中心线两侧的部分关于所述第二绕线部中心线非对称。

作为本发明的一种改进方案，每个第二极靴位于对应的第二绕线部中心线两侧的部分长短不同，或每个第二极靴位于对应的第二绕线部中心线两侧的部分的内表面到转子中心的距离不同。

作为本发明的一种改进方案，所述永磁体的外周表面与所述第一内环部的内周表面分别位于两个同心圆柱面上。

作为本发明的一种改进方案，还包括设置在相邻所述第一绕线部之间的第一内环部的第二极靴上的定位孔槽，所述定位孔槽沿着电机的轴向连续延伸或间隔延伸，且每个所述定位孔槽到相邻两个所述第一绕线部的距离不相同。

作为本发明的一种改进方案，所述定位孔槽的数量与所述转子的永磁极的极数相等或为所述转子永磁极极数的整数倍。

作为本发明的一种改进方案，所述定位孔槽为位于所述第一内环部的外周表面与内周表面之间的隐形定位孔槽。

作为本发明的一种改进方案，所述定位孔槽暴露在所述第一内环部的内周表面。

作为本发明的一种改进方案，所述第一内环部的内周表面与所述第二极靴的内周表面位于同一个圆柱面上。

作为本发明的一种改进方案，所述永磁体的外周表面到转子中心的距离从周向中心往两端逐渐减小。

作为本发明的一种改进方案，所述第一绕线部与所述第一外环部分离成型。

作为本发明的一种改进方案，所述第一内环部位于相邻第一绕线部之间的部分设有磁桥。

作为本发明的一种改进方案，每个所述磁桥位于对应的两相邻所述第一绕线部的中间位置。

作为本发明的一种改进方案，所述第一内环部在对应所述磁桥处在外表面设凹槽或在内外表面之间设孔，所述凹槽或孔沿电机轴向延伸。

作为本发明的一种改进方案，所述第一内环部在对应所述磁桥处设多个凹槽或孔，所述磁桥在其中间位置处的磁阻最大。

作为本发明的一种改进方案，所述第一内环部位于相邻所述第一绕线部之间的部分设磁桥；所述第一内环部在所述磁桥处的磁阻大于所述定位孔槽处的磁阻。

本发明的单相永磁电机，采用不同结构的定子芯片层叠构成定子磁芯，减小了现有技术中单纯采用大槽口定子芯片而产生的震动和噪声，可降低电机的定位转矩，提高电机启动的可靠性。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1是本发明第一实施例的单相永磁电机的示意图；

图2是图1所示单相永磁电机去掉外壳后的示意图；

图3是图1所示单相永磁电机去掉外壳、定子绕组、转子转轴等之后的简化示意图。

图4是图1所示的单相永磁电机的第一定子芯片的示意图。

图5是图1所示的单相永磁电机的第二定子芯片的示意图。

图6是图1所示的单相永磁电机的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图7是本发明第二实施例提供的第一定子芯片的示意图。

图8是本发明第二实施例提供的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图9是本发明第三实施例提供的第一定子芯片的示意图。

图10是本发明第三实施例提供的第二定子芯片的示意图。

图11是本发明第三实施例提供的转子磁芯及其永磁体的示意图。

图12是本发明第四实施例提供的第一定子芯片的示意图。

图13是本发明第四实施例提供的第二定子芯片、转子磁芯及其永磁体的示意图。

图14是本发明第五实施例提供的第一定子芯片的示意图。

图15是本发明第五实施例提供的第二定子芯片的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。

第一实施例

请参阅图1至图5，本发明提供的单相永磁电机10包括定子20和可相对定子旋转的转子50。

该定子20包括一端开口的筒状外壳21、安装到外壳21开口端的端盖23、安装到外壳21内的定子磁芯30、安装到定子磁芯30的绝缘线架38和绕设于定子磁芯上并被绝缘线架38支撑的绕组39。该定子磁芯30由若干第一定子芯片 310与若干第二定子芯片320层叠而成；其中该第一定子芯片310包括第一外环部311、第一内环部315和若干连接于该第一内、外环部之间的第一绕线部313；该第二定子芯片320包括第二外环部321、从该第二外环部向内伸出的若干第二绕线部323、从每个第二绕线部323末端向两周侧伸出来的第二极靴325，相邻的第二极靴325之间形成槽开口327；其中，该第一外环部311与第二外环部321沿电机轴向叠置，第一绕线部313与对应的第二绕线部323沿电机轴向叠置，第一内环部315与第二定子芯片的对应第二极靴325沿电机轴向叠置。在具体实施时，上述第一定子芯片310与第二定子芯片320按预定设计间隔层叠。本发明并不对第一定子芯片与第二定子芯片的数量做限定，其间隔方式也可以依据要求进行预定设计，例如第一定子芯片与第二定子芯片一一间隔设置，或两个第一定子芯片间隔两个或三个第二定子芯片等。在图3所示的实施例中，采用第一定子芯片与第二定子芯片一一间隔设置的方式，需要注意的是，定子芯片的数量不局限于3层。

绕组39绕设于沿电机轴向叠置后的第一绕线部313与第二绕线部323上，绕组39与定子磁芯30之间被绝缘线架38隔离。转子50收容于沿电机轴向叠置后的第一内环部315与第二极靴325内，沿电机轴向叠置后的第一内环部315与第二极靴325和转子50的永磁极之间形成气隙41以便转子可相对定子旋转。

转子50包括转子转轴51、磁芯53、和若干个永磁极55；其中，转轴51从转子磁芯53中间穿过并与转子磁芯53固定在一起。转轴51一端通过轴承24安 装到定子的端盖23，另一端通过另一个轴承安装到定子的筒状外壳21的底部，从而实现转子能够相对于定子转动。

如图6所示，本实施例中的永磁极55是由若干块永磁体56形成，例如是4块。该转子磁芯53的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽54，每个凹槽54位于两个永磁体56的分界处，以减少磁泄漏。该若干块环形永磁体56安装到转子磁芯53的外周表面；该永磁体的外周表面与第一内环部的内周表面分别位于两个同心圆柱面上，而第一内环部的内周表面与第二极靴的内周表面是位于同一个圆柱面上，从而形成均匀气隙。本发明所称的环形是指沿周向连续延伸而成的封闭结构，包括圆环形、方形、多边形等。

本实施例中，第一内环部315位于相邻第一绕线部313之间的部分设磁桥316，磁桥316相对于第一内环部315的位于其两侧的其他部分具有较大的磁阻。优选地，磁桥316位于对应的两个相邻第一绕线部313的中间位置，作为替代，磁桥316也可位于偏离两个相邻第一绕线部313的中间位置。具体地，在第一内环部315的外周表面对应磁桥316的区域形成凹槽317，凹槽317沿电机轴向延伸；凹槽317的个数可大于等于1个，例如3个。当每个磁桥具有多个凹槽时，越远离第一绕线部313的凹槽可具有更大的尺寸从而使得磁桥的磁阻也越大；也就是说，凹槽317离第一绕线部313越近，其尺寸(尤其是径向深度)越小，磁桥的磁阻也越小，凹槽317离第一绕线部313越远，其尺寸(尤其是径向深度)越大，磁桥的磁阻也越大。优选地，磁桥316中间位置处的磁阻最大。

该第一定子芯片310与第二定子芯片320由具有导磁性能的软磁性材料制成，例如由导磁芯片(业界常用硅钢片)沿电机轴向层叠而成。优选地，在第一定子芯片中，该第一绕线部313沿电机周向均匀间隔分布，每一第一绕线部313基本沿电机径向从第一内环部315延伸至第一外环部311。

此外，如图4所示，相邻第一绕线部之间的第一内环部315(包括沿径向对应第一绕线部处)还设有定位孔槽318，每个定位孔槽318到相邻两个第一绕线部313的距离不相同，定位孔槽318偏向其中一个相邻的第一绕线部。定位孔槽318的个数与定子的极数、环形永磁极的极数相等或为转子极数的整数倍，在本实施例中为4个。本实施例中，定子绕组采用集中式绕组，因此，绕线部数量等于定子的极数。在替换方案中，绕线部数量可以是定子极数的整数倍，例如2倍、3倍等。本实施例中，定位孔槽318沿电机轴向间隔设置，且位于第一内环部315的内周表面上。在一替换方案中，所述定位孔槽318沿电机轴向连续设置。

优选地，当将定位孔槽设置在第一定子芯片的第一内环部上时，该第二定子芯片采用对称芯片，如图5所示，该第二定子芯片的第二极靴325位于第二绕线部323中心线两侧的部分关于第二绕线部323的中心线对称，第二极靴325的内表面与第一内环部的内表面位于同一圆柱面上。

当电机处于未通电状态也即初始位置时，由于受定位孔槽的影响，转子磁极的极轴偏离相应定子绕线部的中心线也即定子极轴，从而使得转子位于偏离死点位置处。转子磁极的极轴与定子极轴所形成的夹角称为启动角。在 本实施例中，该启动角大于45度电角度且小于135度电角度，当电机定子绕组通以一方向的电流时，转子50可以从一方向启动；当电机定子绕组通以相反方向的电流时，转子50可以从相反方向进行启动。可以理解地，在启动角等于90度电角度时，转子50朝两个方向启动都比较容易，也即最容易实现双方向启动。当启动角偏离90度电角度时，转子朝其中一方向启动会比朝另一方向启动较容易。本申请发明人经多次实验发现，当启动角处于45度电角度至135度电角度范围时，转子朝两个方向启动的可靠性都比较好。

第二实施例

请参照图7，与第一实施例不同的是，第一内环部313的外周表面对应磁桥316的区域形成凹槽317，凹槽317的个数仅为1个，凹槽317的形状可以是圆弧形、方形等其他任何形状。此外，定位孔槽318位于由第一内环部315的外周表面与内周表面之间，为隐形定位孔槽，优选地，定位孔槽38更靠近极靴的内周表面。定位孔槽318可沿电机轴向间隔或连续设置。

如图8所示，本实施例中，转子60包括转子磁芯63以及沿转子周向设置的环形永磁极65，该环形永磁极65的外周表面与第一内环部的内周表面同心，从而在两者之间形成均匀气隙41。具体地，该第一内环部的内表面位于以转子60中心为圆心的同心圆上。环形永磁极65的外侧表面56呈圆柱状，且位于以转子60中心为圆心的同心圆上，即，第一内环部内周表面与永磁极65的外 周表面同心，从而在第一内环部内周表面、永磁极外周表面之间形成均匀气隙。

环形永磁极65可以由一块环形永磁体66形成，环形永磁体66安装到转子磁芯63的外周表面；该转子磁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽64，每个凹槽64位于两个永磁极的分界处，以减少磁泄漏。可以理解地，环形永磁极65也可以由多块弧形永磁体66构成。可以理解地，本实施例的转子也可以配合第一实施例的定子，本实施例的定子也可以配合第一实施例的转子。

优选地，当将该隐形定位孔槽318设置在第一定子芯片的第一内环部上时，该第二定子芯片为对称芯片，更具体地，每个第二极靴位于对应的第二绕线部中心线两侧的部分关于第二绕线部中心线对称。

第三实施例

请参照图9、图10，与第一实施例或第二实施例不同的是，为了提高绕组39的绕设效率，定子磁芯采用分体式结构，具体地，第一绕线部313与第一外环部311分离成型；在本实施例中，第一绕线部313与第一内环部315为一整体，该整体与第一外环部311分离。同样，第二绕线部323也可以与第二外环321分离成型；在本实施例中，第二绕线部323与其对应的极靴325为一整体，该整体与第二外环部321分离。在具体操作时，将第一绕线部313与第二绕线部323层叠。然后安装绝缘线架，并进行绕组的绕设；同时可以将第一外环部311与第二外环部321层叠形成一个筒；将完成绕组绕设后的第一绕线部313与 第二绕线部323组合安装到由第一外环部311与第二外环部321层叠形成的筒内，得到具有绕组的定子磁芯。

此外，在本实施例中，如图11所示，转子包括沿该转子周向设置的若干个永磁极75，每个永磁极的外侧表面为弧面，永磁体的外周表面到转子中心的距离从周向中心往两端逐渐减小，从而使该永磁极75与第一内环部的内周表面形成对称非均匀气隙。优选地，对称非均匀气隙最大厚度是其最小厚度的1.5倍以上。

每个永磁极75由一块永磁体76形成，当然也可以由多块永磁体拼接而成，转子还包括转子磁芯73，该永磁体76安装到转子磁芯73的外周表面；转子磁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽74，每个凹槽74位于两个永磁极75的分界处，以减少磁泄漏。为使该永磁极75与极靴的内周表面形成对称非均匀气隙，所述永磁体的外周表面到转子中心的距离从周向中心往两端逐渐减小。具体地，转子磁芯73的外周表面与第一内环部的内周表面是同心圆，而永磁体76的厚度从周向中心向两端逐渐减小；或者，永磁体76的厚度为均匀厚度，转子磁芯73的外周表面从周向中心向两端逐渐减小从而最终导致永磁体的外周表面到转子中心的距离从周向中心往两端逐渐减小。

需要说明的是，上述所有实施例中，第一定子芯片的第一内环部311在磁桥316处的径向尺寸小于定位孔槽318处的径向尺寸，即使设置了定位孔槽318，但第一内环部在磁桥316处的磁阻还是最大的。

第四实施例

请参照图12，图13，与第一实施例不同的是，在本实施例中，第一定子芯片在第一内环部315的外周表面对应磁桥316的区域形成通孔312，通孔312的个数可以是1个或多个。磁桥316在两相邻第一绕线部313中间位置处具有最大的磁阻，例如，当每个磁桥具有3个通孔，该通孔沿电机轴向延伸，且越远离第一绕线部313的通孔具有更大的尺寸；也就是说，通孔离第一绕线部313越近，其尺寸(尤其是通孔的直径)越小，通孔离第一绕线部313越远，其尺寸(尤其是通孔的直径)越大，磁桥的磁阻越大；当磁桥316设在第一内环部的位于相邻第一绕线部313的中间位置时，位于相邻第一绕线部313中间位置处的通孔的直径最大，此处的磁阻也最大。

在本实施例中，第一定子芯片未设定位孔槽。每个第二定子芯片的极靴325位于对应的第二绕线部323中心线两侧的部分关于第二绕线部中心线非对称，如图13所示，第二极靴325的内表面到转子中心的距离是变化的，如每一第二极靴325的内表面到转子中心的距离沿电机周向从一端到另一端逐渐增加，从而使得第二极靴325的内表面与转子之间形成非均匀气隙，从而能够实现定位的效果。

本实施例中，转子80的永磁极85安装于转子磁芯83的外表面，每个转子永磁极85的外侧表面为弧面，永磁极85的外周表面位于以转子中心为圆心的圆柱面上。

第五实施例

如图14所示，在本实施例中，第一定子芯片在第一内环部315的外周表面对应磁桥的区域形成凹槽317，凹槽317的个数可以是1个或多个，磁桥在两相邻第一绕线部中间位置处具有最大的磁阻。该第一定子芯片上同样未设有定位孔槽。

如图15所示，本实施例中，第二定子芯片的第二极靴325位于绕线部中心线两侧的部分的长度不相等，此时第二极靴325的内表面也可以位于以转子中心为圆心的圆柱面上，即第二极靴325的内表面到转子中心的距离是不变的，如此设置同样可以使得转子的初始位置偏离死点位置。

可以理解地，前述实施例的转子和定子可以相互配合，即每一实施例的转子可以配合所有实施例的定子，每一实施例的定子也可以配合所有实施例的转子。

本发明实施例所举的单相永磁电机，采用不同结构的第一定子芯片与第二定子芯片层叠构成定子磁芯，减小了现有技术中单纯采用大槽口定子芯片而产生的震动和噪声，可降低电机的定位转矩，提高电机启动的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。