单相永磁电机的制作方法

本发明涉及一种单相永磁电机，尤其涉及一种具有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、从所述第一外环部向内伸出的若干第一绕线部、从每个第一绕线部末端向两周侧伸出来的第一极靴，相邻的所述第一极靴之间形成第一槽开口；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第二槽开口；所述第一外环部与所述第二外环部沿电机轴向叠置，第一绕线部与对应的第二绕线部沿电机轴向叠置，第一极靴与对应第二极靴沿电机轴向叠置。

作为一种优选方案，所述第二槽开口的宽度与所述第一槽开口的宽度不相等。

作为一种优选方案，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。

作为一种优选方案，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度不同，或者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是变化的。

作为一种优选方案，所述第一定子芯片的第一极靴的内周表面位于同一个圆周面上。

作为一种优选方案，还包括设置在第一极靴上的定位孔槽，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。

作为一种优选方案，所述定位孔槽的数量与所述转子的永磁极的极数相等。

作为一种优选方案，所述定位孔槽是暴露在所述第一极靴的内周表面的凹槽。

作为一种优选方案，所述定位孔槽是位于所述第一极靴的外周表面与内周表面之间的孔。9、如权利要求5所述的单相永磁电机，其特征在于，所述第一极靴的内周表面与所述第二极靴的内周表面在同一个圆周上。

作为一种优选方案，所述第一绕线部与所述第一外环部分离成型；所述第二绕线部与所述第二外环部分离成型。

作为一种优选方案，所述第一定子芯片由若干第一磁芯组件沿定子周向拼接而成，每个所述第一磁芯组件包括一段第一弧形轭部、从所述第一弧形轭部伸出所述第一绕线部、从所述第一绕线部的径向末端向周向两侧伸出所述第一极靴；所述第二定子芯片由若干第二磁芯组件沿定子周向拼接而成，每个所述第二磁芯组件包括一段第二弧形轭部、从所述第二弧形轭部伸出所述第二绕线部、从所述第二绕线部的径向末端向周向两侧伸出所述第二极靴。

作为一种优选方案，所述第一极靴与转子之间形成气隙；所述第一槽开口的宽度大于0且小于所述气隙最小厚度的4倍。

作为一种优选方案，所述转子包括转子磁芯和沿所述转子磁芯周向设置的永磁极；所述转子铁芯的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽，每个凹槽位于两个永磁极的分界处。

作为一种优选方案，所述转子磁芯的外周表面与所述第一极靴或第二极靴的内周表面是同心圆；所述永磁体的厚度从周向中心向两端逐渐减小。

本发明的单相永磁电机采用不同结构的多种定子芯片层叠构成定子磁芯，能获得不同定子芯片层的优点并克服或削弱了单一芯片导致的缺点。

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转子磁芯及其永磁体的示意图。

图10是本发明第三实施例提供的第一定子芯片的示意图。

图11是本发明第四实施例提供的第一定子芯片、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的示意图。

图14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、从第一外环部向内伸出的若干第一绕线部313、从每个第一绕线部313末端向两周侧延伸的第一极靴315，相邻的第一极靴315之间形成第一槽开口317；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末端向两周侧延伸的第二极靴325， 相邻的第二极靴325之间形成第二槽开口327，第二槽开口327的宽度大于第一槽开口317的宽度；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，第一极靴315与对应第二极靴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极靴315与第二极靴325共同围成的收容空间内，沿电机轴向叠置后的第一极靴315与第二极靴325和转子50之间形成径向气隙41。

转子50包括转轴51、转子磁芯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。该若干块弧形永磁体56安装到转子磁芯 53的外周表面。本实施例中，第一极靴315和第二极靴325的内表面位于以转子50中心为圆心的同心圆上；所有永磁体56的外侧表面位于以转子50中心为圆心的圆柱面上，从而在定子极靴315、325与转子永磁极之间形成均匀气隙。优选地，第一槽开口317的宽度大于0，且小于或等于气隙41厚度的4倍；本发明中气隙41的厚度是指气隙的径向厚度。

如图4所示，在第一定子芯片中，相邻第一绕线部之间的第一极靴315(包括沿径向对应第一绕线部处)还设有定位孔槽318，定位孔槽318的个数与定子的极数、转子永磁极的极数相等或为转子永磁极极数的整数倍，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。

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的中心偏离其中一相邻第一绕线部的对称中心。定位孔槽318主要用于控制转子停止时相对于定子的位置，避免转子停在死点位置。

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。

本实施例中第二定子芯片为对称芯片，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对称。优选地，如图5所示，第二定子芯片的第二极靴325的径向厚度从第二绕线部323到第二槽开口327的方向逐渐减小，使第二极靴325的磁阻从第二绕线部向第二槽开口327的方向逐渐增加。

上述第一定子芯片310与第二定子芯片320可以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。当第一定子芯片310与第二定子芯片320层叠时，该第一槽开口317的中心与第二槽开口327的中心对应重叠；在本实施例中，第一槽开口317、第二槽开口327都位于相邻的两个第一绕线部313/第二绕线部323之间的中间位置。

第二实施例

请参照图7，与上一实施例不同的是，为了提高绕组39的绕设效率，第一定子磁芯由若干第一磁芯组件300沿定子周向拼接而成，每个第一磁芯组件300包括一段第一弧形轭部311b、从第一弧形轭部310b伸出第一绕线部313、从第 一绕线部313的径向末端向周向两侧伸出第一极靴315。在本实施例中，每个第一磁芯组件300具有一个第一绕线部313以及相应的第一极靴315。可以理解地，每个第一磁芯组件也可以具有多于1个的第一绕线部313以及相应的第一极靴315。虽然图中没有显示，第二定子磁芯也是由若干个和第一磁芯组件300形状相同的第二磁芯组件沿定子周向拼接而成，每个第二磁芯组件包括一段第二弧形轭部、从第二弧形轭部伸出第二绕线部、从第二绕线部的径向末端向周向两侧伸出第二极靴。

在具体实施时，先将第一磁芯组件与第二磁芯组件层叠在一起，再安装绝缘线架，并进行绕组的绕设；在完成绕组绕设之后，将该若干个层叠在一起的第一磁芯组件与第二磁芯组件的拼接起来，从而得到具有定子绕组的定子铁芯。

本实施例中，相邻第一磁芯组件的第一弧形轭部的接合处设有凹凸结构。具体来说，当设置凹凸结构时，可以每个第一磁芯组件用于拼接成第一外环部的第一弧形轭部的两端分别设置凹槽卡位314，以及与该凹槽卡位314相配合的凸起卡扣312；该凹槽卡位314与该凸起卡扣312即为凹凸卡口结构；同样，在邻第二磁芯组件的第二弧形轭部的接合处也可以设置凹凸结构。

因为定子磁芯由若干层叠在一起的第一磁芯组件与第二磁芯组件拼接而成，因此，相邻第一极靴的第一槽开口或第二极靴的第二槽开口之间的宽度可以非常小。本发明中，第一槽开口的宽度是指相邻两个第一极靴之间的距离；第二槽开口的宽度是指相邻两个第二极靴之间的距离。

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的外周表面与第一极靴、第二极靴的内周表面同心，从而在两者之间的气隙41为均匀气隙。具体地，该第一极靴与第二极靴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，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。

第三实施例

如图9所示，本实施例中，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，所述永磁极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；定子可以是前述实施例中的定子，当第一极靴与第二极靴的内表面位于以转子中心为圆心的同心圆柱面时，永磁极75与第一极靴、第二极靴的内周表面之间将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。优选地，第一槽开口317的宽度大于0，且小于或等于非均匀气隙最小厚度的4倍。

每个永磁极75可以由一块永磁体76形成，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。

请参阅图10，在本实施例中，为了提高绕组39的绕设效率，定子磁芯与第二实施例一样可以采用分体式结构，具体地，第一绕线部313与第一外环部311分离成型。同样，第二绕线部323与第二外环321分离成型；在本实施例中，第二绕线部323与其对应的第二极靴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。

第四实施例

请参照图11，本实施例中，转子80包括沿该转子周向设置的若干个永磁极85，每个永磁极的外侧表面为弧面，其中每个永磁极85由一块永磁体形成，该永磁体安装到转子磁芯83的外周表面，所述永磁极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。转子磁芯83的外周表面设有若干轴向延伸的凹槽84，每个凹槽84位于两个永磁极85的分界处，以减少磁泄漏。本实施例中的永磁体的厚度是均匀的，而转子磁芯83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，而永磁体的内周表面与转子磁芯83的外周表面形状匹配；可以替换地，转子磁芯83的外周表面位于以转子中心为圆心的圆柱面上，永磁体的厚度非均匀，厚度从周向中心往两端逐渐减小。

如图12所示，与上述实施例不同的是，在本实施例中，第一定子芯片未设定位孔槽，第一极靴的内表面位于一个同心圆柱面上。此时，第二定子芯片的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。具体地，如图13所示，在本实施例中，极靴325在绕线部323左侧的部分325a的宽度大于极靴325在绕线部323右侧的部分325b的宽度，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，从而使得定转子之间的气隙沿电机周向从第二极靴的一端到另一端逐渐增加，从而能够实现转子定位的效果，因此，可以不再设置定位孔槽。

第五实施例

如图14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。本实施例中，第二定子芯片的第二槽开口327也可以采用小槽口，宽度等于或小于第一槽开口317的宽度。

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，减少了现有技术中由于过大的槽口的存在而产生震动和噪声，提高电机启动的可靠性。此外，启动时所需启动角度和定位力矩 可按设计需要方便调整，从而减少或避免了启动死点，提高了电机启动的可靠性，如通过调整极靴凹陷的位置可方便调整电机启动角度，当启动角Q大于45度电角度且小于135度电角度时，该电机转子可实现双方向启动；第一定子磁芯的第一槽开口宽度小于或等于气隙厚度的4倍，避免了现有技术中相邻定子齿极部之间设置大槽口而引起磁阻突变，从而可降低电机的定位转矩；当定子磁芯采用分体式结构时，使得在绕线部与外环部组装之前可以采用高效绕线机进行绕线，绕线生产效率高。

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。

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。