專利名稱：一種單相自起動永磁同步電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種單相自起動永磁同步電機，屬微電機領(lǐng)域，可用作洗衣機、洗碗 機等水泵的驅(qū)動電機、也可用作機動車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和暖風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)泵的驅(qū)動電機、計 算機等電子設(shè)備液冷系統(tǒng)循環(huán)泵的驅(qū)動電機，也可用于其它方面。
背景技術(shù)：
這種電機是1970年代提出的特殊結(jié)構(gòu)電機，采用永磁轉(zhuǎn)子和U形鐵心，并依靠特 殊的不均勻氣隙實現(xiàn)起動。這種電機的轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子，通常采用鐵氧體永磁材料制作。由于鐵氧體永磁材 料具有良好的抗銹蝕性能，可在水等液體中長期穩(wěn)定工作，所以當(dāng)用作微型泵(離心泵、軸 流泵或混流泵)的驅(qū)動電機時，通常是永磁轉(zhuǎn)子也設(shè)置在泵殼內(nèi)，通過共軸結(jié)構(gòu)直接驅(qū)動 泵的葉輪，省去了泵軸的動密封，泵和電機也因此可制成一體，外形緊湊、結(jié)構(gòu)極大簡化、性 能顯著提高。顯然這種電機的典型應(yīng)用是作為微型泵的驅(qū)動電機等。這種電機按電源的不同可分為(外同步)單相自起動永磁同步電機(singl印hase self-starting permanent magnet synchronous motor)禾口 單相無刷直流電機 (singlephase brushless DC motor或BLDC motor)兩類,在不同的應(yīng)用領(lǐng)域和不同的文獻 中這兩類電機也使用不同的名稱。直接使用交流電或使用逆變電源供電時，屬單相自起動 永磁同步電機，在此應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，不同的文獻還使用如U形鐵心單相自起動永磁同步電機 (U-shaped core single phase self-startingpermanent magnet synchronous motor)、 單才百線起動i石茲同步電豐幾(single phase linestart permanent magnet synchronous motor)、單相永磁電機(singl e phase permanentmagnet motor)等不同的名禾爾，如上述，這 類電機通常用于微型泵的驅(qū)動電機。隨著轉(zhuǎn)子位置檢測技術(shù)和電子換向技術(shù)的成熟，這種 電機也可以使用直流電，實質(zhì)上屬自同步單相自起動永磁同步電機，但通常稱為單相無刷 直流電機，但也有文獻使用與上述(外同步)單相自起動永磁同步電機相同的名稱，這類電 機可用作機動車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和暖風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)泵的驅(qū)動電機、計算機等設(shè)備液冷系統(tǒng)循 環(huán)水泵的驅(qū)動電機等(計算機冷卻風(fēng)扇電機也屬于這類，但不同的是計算機冷卻風(fēng)扇電機 采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu))。(外同步)單相自起動永磁同步電機結(jié)構(gòu)簡單，單相無刷直流電機起動 和調(diào)速等性能較好。本發(fā)明把這兩類電機統(tǒng)稱為單相自起動永磁同步電機。除上述的電源或同步方式(外同步、自同步)的差別外，單相自起動永磁同步電機 本身的結(jié)構(gòu)基本是相同的，并具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、效率較高、性能可靠及使用壽命長 的優(yōu)點。隨著電子逆變技術(shù)和電子換向技術(shù)的進步、及新型(集成)驅(qū)動芯片(器件)的 不斷出現(xiàn)，這種電機的性能得到不斷改善，應(yīng)用領(lǐng)域也更廣泛，在微電機范圍，有逐漸取代 傳統(tǒng)電容式或罩極式單相異步感應(yīng)電機及各種有刷直流電機的前景。這種電機由永磁轉(zhuǎn)子、定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，其公知結(jié)構(gòu)是，采用內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié) 構(gòu)，永磁轉(zhuǎn)子是徑向兩極充磁的圓柱形永磁轉(zhuǎn)子，沿徑向，在永磁轉(zhuǎn)子外側(cè)是由U形定子鐵 心和定子繞組構(gòu)成的定子，U形定子鐵心的端部有兩個相對的定子磁極(極靴)，定子磁極內(nèi)側(cè)是兩個相對的極弧，極弧與永磁轉(zhuǎn)子間構(gòu)成氣隙，每側(cè)極弧不是嚴(yán)格的圓弧形，以在定 子磁極中心線兩側(cè)形成氣隙長度不等的所謂不均勻氣隙(非對稱氣隙)，一般這種不均勻 氣隙或由兩段半徑不同的圓弧形或弧形極弧構(gòu)成，稱為階梯形不均勻氣隙，但兩側(cè)定子磁 極的極弧形狀及其所形成的不均勻氣隙一般是關(guān)于永磁轉(zhuǎn)子軸線對稱的，這樣的不均勻氣 隙在靜態(tài)時(加電前)可使永磁轉(zhuǎn)子的定子磁極相對于定子磁極中心線向氣隙長度小、磁 阻小的方向偏轉(zhuǎn)一定的角度，即形成稱為起動角的偏轉(zhuǎn)角，起動角越大起動轉(zhuǎn)矩就越大，這 樣的設(shè)計使這種電機能夠自起動。目前這種電機均采用這樣的不均勻氣隙實現(xiàn)起動。由于對永磁電機的分析比感應(yīng)電機復(fù)雜，而且與其它永磁電機相比這種電機的定 子磁極結(jié)構(gòu)較特殊，使對這種電機的分析研究變得困難，對其起動原理、運行原理和性能等 缺乏細致的研究和深入的認(rèn)識，例如起動角是如何影響起動的？如何牽入同步的？起動和 牽入同步及同步時的振動是如何產(chǎn)生的？現(xiàn)有技術(shù)對這些問題的認(rèn)識存在偏見，如認(rèn)為階 梯形不均勻氣隙可形成較大的起動角；如認(rèn)為起動角的存在可獲得足夠的電磁轉(zhuǎn)矩使電機 迅速牽入同步，而忽視了永磁轉(zhuǎn)子磁滯特性對牽入同步的作用；又如認(rèn)為振動是由磁阻轉(zhuǎn) 矩的不均勻性引起的，而忽視了起主要影響作用的電磁轉(zhuǎn)矩的不均勻性的影響。顯然，這種電機的性能主要受其定子結(jié)構(gòu)、定子磁極結(jié)構(gòu)和極弧形狀的影響較大， 而現(xiàn)有技術(shù)對這些也缺乏細致的研究和深入的認(rèn)識，在一些方面也存在偏見。現(xiàn)有技術(shù)在原理和結(jié)構(gòu)研究和認(rèn)識上的偏見，使現(xiàn)有技術(shù)在定子鐵心結(jié)構(gòu)、定子 磁極結(jié)構(gòu)和極弧形狀及其所形成的氣隙長度等設(shè)計上有不合理之處，使現(xiàn)有技術(shù)在起動性 能和運行性能方面還存在以下缺陷1、每側(cè)定子磁極上的極弧形狀及其對應(yīng)的氣隙長度相對定子磁極中心線具有較 大的不對稱性，雖然表面上觀察這樣的設(shè)計會加大靜態(tài)時的起動角，但加電起動時，由于不 對稱氣隙長度的影響，定子繞組在氣隙處產(chǎn)生的勵磁場的方向并不在通常認(rèn)為的定子磁極 中心線方向上，同樣也會相對于定子磁極中心線向氣隙長度小、磁阻小的方向偏轉(zhuǎn)一定的 角度，使實際的起動角減小，起動轉(zhuǎn)矩減小、起動性能較差。2、定子磁極間(與定子磁極中心線垂直方向)是兩個較大的沒有鐵心的缺口，受 此特殊結(jié)構(gòu)的限制，磁阻轉(zhuǎn)矩顯然是不均勻的。加電運行時，定子繞組產(chǎn)生的勵磁場是作 用在定子磁極間的脈振磁場，簡單地按雙旋轉(zhuǎn)理論將這個脈振磁場分解為兩個相向的、在 360°范圍內(nèi)均勻的旋轉(zhuǎn)磁場是偏見，因為在缺口處沒有鐵心，具有極大的磁阻，所以分解 后的旋轉(zhuǎn)磁場在360°范圍內(nèi)是嚴(yán)重不均勻的，使電磁轉(zhuǎn)矩也是不均勻的，磁阻轉(zhuǎn)矩和電磁 轉(zhuǎn)矩的不均勻使這種電機本身就有運行不平穩(wěn)、振動和噪聲較大的缺陷，現(xiàn)有技術(shù)對定子 磁極形狀和極弧形狀的設(shè)計加大了這種缺陷。3、同時，由于鐵氧體等永磁材料的回復(fù)磁導(dǎo)率很小(磁阻很大)，而且作為微型泵 的驅(qū)動電機時，由于永磁轉(zhuǎn)子和定子磁極之間要有隔離用的密封套(構(gòu)成水泵殼體的一部 分，永磁轉(zhuǎn)子在泵殼內(nèi)，定子在泵殼外)，使這種電機的氣隙(永磁轉(zhuǎn)子和定子磁極間的距 離)較大，所以這種電機的漏磁較大。現(xiàn)有技術(shù)沒有充分認(rèn)識到這一點，因而在定子鐵心的 結(jié)構(gòu)設(shè)計上有缺陷，主要是定子磁極沒有凸出來，使除定子磁極部分以外的定子鐵心的兩 個U形臂間的距離和磁阻相對偏小，使定子鐵心的漏磁較大，電機損耗特別是雜散損耗等 較大，電機效率等綜合性能降低。4、定子鐵心也沒必要一定是U形的，有些情況適合使用環(huán)形鐵心，而且環(huán)形鐵心在工藝等方面更合理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種單相自起動永磁同步電機，可以較好地解決現(xiàn)有技術(shù)的 上述缺陷，使這種電機的起動性能改善，運行平穩(wěn)性改善，損耗減小，電機效率等綜合性能 提尚。本發(fā)明裝置是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的這種電機由永磁轉(zhuǎn)子、定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，并采用內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，永磁轉(zhuǎn)子是 徑向兩極充磁的圓柱形永磁轉(zhuǎn)子，沿徑向，在永磁轉(zhuǎn)子外側(cè)是由定子鐵心和定子繞組構(gòu)成 的定子，其特征是，定子有兩個相對的并凸出的定子磁極(極靴)，使兩側(cè)定子磁極間的距 離相對縮短，每側(cè)極弧從一端至另一端由四段組成，第一段極弧是圓弧型，在四段極弧中其 弧長最大，構(gòu)成氣隙長度相等的均勻氣隙，且其氣隙長度是氣隙最小值，位置從一端開始、 延至接近定子磁極中心線，第二段極弧是弧型或近似弧型，構(gòu)成均勻或近似均勻的氣隙，且 相對于其它三段極弧，其氣隙長度達氣隙最大值，位置為前與第一段極弧相接、并越過定子 磁極中心線后與第三段極弧相接，第三段極弧是半徑逐漸減小的弧型或近似弧形，構(gòu)成氣 隙長度逐漸減小的氣隙，且其氣隙長度小于氣隙最大值、大于氣隙最小值，位置為前與第二 段極弧相接、后與第四段極弧相接，第四段極弧也是圓弧型，弧長小于等于第一段極弧的弧 長二分之一，也構(gòu)成氣隙長度相等的均勻氣隙，且其氣隙長度也與第一段極弧的氣隙長度 相同、也是氣隙最小值，位置為前與第三段極弧相接、后延至每側(cè)極弧的另一端。本發(fā)明電機還具有下述技術(shù)特征。兩側(cè)定子磁極的極弧形狀及其所形成的不均勻氣隙是關(guān)于永磁轉(zhuǎn)子軸線對稱 的；永磁轉(zhuǎn)子由整體永磁體制成、或由幾件永磁體制成；而永磁體采用粘結(jié)、燒結(jié)、或?qū)⒂来挪牧匣旌系綐渲蛩芰现幸宰⑸?、擠出或熱固 工藝方式制造；定子鐵心是U形的定子鐵心或環(huán)形的定子鐵心，對U形的定子鐵心，定子繞組安裝 在定子鐵心的兩臂上，長出定子繞組的定子鐵心的兩個端部是兩個相對的定子磁極，對環(huán) 形的定子鐵心，環(huán)形定子鐵芯上有兩個相對的凸出的定子磁極，定子繞組安裝在定子磁極 上；定子鐵心采用硅鋼板或低碳鋼板以疊片形式制造，或采用鐵粉等粉性軟磁材料制 造；定子繞組是集中式繞組，定子繞組由一個定子繞組構(gòu)成，或由兩個定子繞組構(gòu)成。本發(fā)明裝置的工作原理是首先說明(外同步)單相自起動永磁同步電機起動和加速牽入同步原理、及同步 運行原理。根據(jù)本發(fā)明，定子磁極(極靴)凸出于兩臂的內(nèi)側(cè)面，相對地加大了除定子磁極外 部分的距離和漏磁磁阻，相對地，降低了由定子鐵心、氣隙、永磁轉(zhuǎn)子構(gòu)成的主磁路的磁阻， 從而減小了漏磁，提高了氣隙處的磁場強度，本發(fā)明可使電機效率和扭矩等性能提高。根據(jù) 本發(fā)明，第四段極弧處氣隙和磁阻的減小、及每側(cè)的極弧形狀和氣隙形狀相對于定子磁極
5中心線具有較好的對稱性，使氣隙處的總磁阻減小、磁場強度提高，也使電機效率和扭矩等 性能提高。采用徑向充磁的圓柱型永磁轉(zhuǎn)子的充磁結(jié)構(gòu)為，其磁極中心線處(中心部分)磁 場最強、偏離定子磁極中心線磁場漸弱。根據(jù)磁學(xué)原理，靜態(tài)時，永磁轉(zhuǎn)子的磁極要轉(zhuǎn)向磁 阻最小的(定子)極弧段，所以決定起動角大小的因素是永磁轉(zhuǎn)子磁極相對處極弧段的長 度和氣隙長度，使它們形成的磁阻最小。根據(jù)本發(fā)明，第一段極弧弧長最大、氣隙長度最小， 使第一段極弧處的磁阻最小，第二段極弧氣隙長度最大，磁阻較大，使第二段極弧對起動角 的影響較小，而第三段極弧處，盡管氣隙長度漸小、磁阻漸小，但與其相對的已不是永磁轉(zhuǎn) 子磁極的中心部分，使第三段磁弧對起動角的影響也較小，所以永磁轉(zhuǎn)子的磁極會轉(zhuǎn)向第 一段極弧而形成起動角、并起動角會較大。由于第四段極弧的弧長明顯小于第一段極弧的 弧長，所以靜態(tài)時，永磁轉(zhuǎn)子的磁極不會轉(zhuǎn)向第四段定子磁極。加電起動時，定子繞組在電機主磁路及氣隙處產(chǎn)生的勵磁場是脈振磁場，根據(jù)本 發(fā)明，每側(cè)定子磁極(極靴)的極弧形狀及其氣隙形狀相對定子磁極(極靴)中心線具有 較好的對稱性，使勵磁場的中心線與定子磁極(極靴)中心線基本重合，所以本發(fā)明可使實 際起動角較大、起動轉(zhuǎn)矩較大、永磁轉(zhuǎn)子因此可獲得更大的初始速度。根據(jù)雙旋轉(zhuǎn)理論，定子繞組產(chǎn)生的脈振磁場可分解為兩個相向的旋轉(zhuǎn)磁場，又根 據(jù)磁滯特性和類似磁滯電機的啟動原理，已獲得初始速度的永磁轉(zhuǎn)子會獲得大于反方向旋 轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的磁滯轉(zhuǎn)矩的、并隨轉(zhuǎn)速增大而增大的同方向旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的磁滯轉(zhuǎn)矩的持續(xù) 加速作用而加速牽入同步。實際起動角較大、起動轉(zhuǎn)矩較大、永磁轉(zhuǎn)子因此就可獲得更大的初始速度，這對 (外同步)單相自起動永磁同步電機的起動非常重要。綜合上述分析，本發(fā)明可使實際起動 角較大、起動轉(zhuǎn)矩較大、永磁轉(zhuǎn)子因此可獲得更大的初始速度，并由此獲得更大的磁滯轉(zhuǎn)矩 而更快地加速牽入同步，使電機的起動性能獲得改善和提高。根據(jù)本發(fā)明，每側(cè)定子磁極的極弧形狀及其氣隙相對定子磁極中心線本身具有較 好的對稱性，電機同步運行時，可使定子繞組產(chǎn)生的脈振磁場所分解成的旋轉(zhuǎn)磁場的均勻 性得到改善，所以本發(fā)明可使電磁轉(zhuǎn)矩的均勻性改善。同樣本發(fā)明也可使磁阻轉(zhuǎn)矩的均勻 性改善性改善。綜合兩方面，本發(fā)明可使(外同步)單相自起動永磁同步電機的振動和噪 聲明顯降低、運行平穩(wěn)性改善。下面說明單相無刷直流電機的起動和加速原理、及運行原理。由于結(jié)構(gòu)基本相同，本發(fā)明也可使單相無刷直流電機的實際起動角較大、起動轉(zhuǎn) 矩較大、永磁轉(zhuǎn)子因此可獲得更大的初始速度，這對單相無刷直流電機的起動同樣重要。但 與(外同步)單相自起動永磁同步電機不同，由于具有轉(zhuǎn)子位置檢測技術(shù)和電子換向技術(shù)， 單相無刷直流電機在起動和獲得初始速度后即可自同步加速，直至與負載轉(zhuǎn)矩平衡而達到 其穩(wěn)定運行轉(zhuǎn)速，所以單相無刷直流電機具有更好的起動性能?；谕瑯拥脑?，本發(fā)明可使單相無刷直流電機的振動和噪聲明顯降低、運行平 穩(wěn)性改善。無論是(外同步)單相自起動永磁同步電機、還是單相無刷直流電機，當(dāng)使用直流 電源時，要采用電子逆變技術(shù)或電子換向技術(shù)產(chǎn)生脈振磁場，包括采用全控(全波)方式為 全部(一個或兩個)定子繞組同時提供交流電流，以產(chǎn)生脈振磁場，或采用半控(半波)方式為兩個定子繞組交替提供直流電流，以使兩組定子繞組在鐵心中交替產(chǎn)生方向相反的磁 場，從而在電機主磁路中(氣隙處)合成脈振磁場。對(外同步)單相自起動永磁同步電機時，可采用變頻(VF)方式控制其轉(zhuǎn)速，對 單相無刷直流電機，可采用脈寬調(diào)制(PWM)方式控制其轉(zhuǎn)速。本發(fā)明可產(chǎn)生的有益效果是1、使電機的起動性能改善。2、使電機振動和噪聲減小、運行平穩(wěn)性改善。3、使電機漏磁減小，損耗減小、特別是雜散損耗顯著減小，電機效率和扭矩等性能提尚。5、在保證電機性能不降低的情況下，通過本發(fā)明可減小定子繞組的體積和電機的 體積，減小定子繞組電磁線和定子鐵心的重量，降低制造成本。6、在用于水泵驅(qū)動電機等典型應(yīng)用中，永磁轉(zhuǎn)子和定子磁極(極靴)之間有一般 由塑料制成的筒形密封套，由于第四段極弧和第一段極弧半徑相同，可使永磁轉(zhuǎn)子和定子 磁極間的定位更準(zhǔn)確，制造裝配更簡單，制造質(zhì)量更容易保證。


圖1是本發(fā)明實施例的主視圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖中各標(biāo)號名稱為1、定子磁極(極靴)中心線，2、定子磁極(極靴)，3、永磁轉(zhuǎn) 子，4、轉(zhuǎn)子軸，5、第一段極弧，6、第二段極弧，7、第三段極弧，8、第四段極弧，9、定子繞組， 10、定子鐵心。本實施例是一種用于驅(qū)動微型水泵的、直接使用220V50HZ交流電源的、具有U形 鐵心的(外同步)單相自起動永磁同步電機電機，附圖中只畫出了與本發(fā)明有關(guān)的結(jié)構(gòu)、零 件及其位置關(guān)系，其它結(jié)構(gòu)或零件未畫出。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的具體實施方式
。由圖1、圖2可見，本發(fā)明由永磁轉(zhuǎn)子(3)、定子鐵心(10)和定子繞組(9)構(gòu)成，永 磁轉(zhuǎn)子(3)是徑向兩極充磁的圓柱形永磁轉(zhuǎn)子，在永磁轉(zhuǎn)子(3)外側(cè)是由定子鐵心(10)和 定子繞組(9)構(gòu)成的定子，定子鐵心(10)是U形的，定子繞組(9)安裝在定子鐵心(10)上， 長出定子繞組(9)的定子鐵心(10)的兩個端部是兩個相對的定子磁極(2)，定子磁極(2) 內(nèi)側(cè)是兩個相對的極弧，每側(cè)極弧不是嚴(yán)格的圓弧形，以在定子磁極中心線(1)兩側(cè)形成 氣隙長度不等的不均勻氣隙，兩側(cè)定子磁極(2)的極弧形狀及其所形成的不均勻氣隙是關(guān) 于永磁轉(zhuǎn)子軸線對稱的，其特征是，定子磁極(2)凸出于U形定子鐵心(10)兩臂的內(nèi)側(cè)面， 使兩側(cè)定子磁極(2)間的距離相對縮短，每側(cè)極弧從一端至另一端由四段組成，第一段極 弧(5)是圓弧型，在四段極弧中其弧長最大，構(gòu)成氣隙長度相等的均勻氣隙，且其氣隙長度 是氣隙最小值，位置從一端開始、延至接近定子磁極(極靴)中心線(1)，第二段極弧(6)是 弧型或近似弧型，構(gòu)成均勻或近似均勻的氣隙，且相對于其它三段極弧，其氣隙長度達氣隙 最大值，位置為前與第一段極弧(5)相接、并越過定子磁極中心線(1)后與第三段極弧(7) 相接，第三段極弧(7)是半徑逐漸減小的弧型或近似弧形，構(gòu)成氣隙長度逐漸減小的氣隙，且其氣隙長度小于氣隙最大值、大于氣隙最小值，位置為前與第二段極弧(6)相接、后與第 四段極弧(8)相接，第四段極弧(8)也是圓弧型，弧長小于等于第一段極弧(5)的弧長二分 之一(具體與電機尺寸及氣隙大小有關(guān)，本實施例中為第一段極弧(5)弧長的1/3左右)， 也構(gòu)成氣隙長度相等的均勻氣隙，且其氣隙長度也與第一段極弧(5)的氣隙長度相同、也 是氣隙最小值，位置為前與第三段極弧(7)相接、后延至每側(cè)極弧的另一端。本實施例采用 U形鐵心，也可以采用環(huán)形鐵心，環(huán)形鐵心內(nèi)側(cè)有兩個相對的定子磁極，定子磁極凸出于環(huán) 形形定子鐵心的內(nèi)側(cè)面。單相永磁同步電機由于定子繞組小更適合采用環(huán)形鐵心。永磁轉(zhuǎn)子(3)由整體永磁體制成、或由幾件永磁體制成，本實施例采用圓筒(環(huán)) 形整體永磁體，永磁轉(zhuǎn)子(3)上制造或裝配有轉(zhuǎn)子軸(4)，或制造或裝配有軸承，本實施例 采用以塑料擠出工藝固定的轉(zhuǎn)子軸。永磁體可采用粘結(jié)、燒結(jié)、或?qū)⒂来挪牧匣旌系綐渲?或塑料中以注射、擠出或熱固工藝方式制造，本實施例采用燒結(jié)工藝制造；永磁材料有很多 種，由于鐵氧體耐腐蝕性好，本實施例采用燒結(jié)工藝制造的整體鐵氧體永磁體。定子鐵心(10)采用硅鋼板或低碳鋼板以疊片形式制造，或采用鐵粉等粉性軟磁 材料制造，本實施例采用低碳鋼板以疊片形式制造。定子繞組(9)是集中式繞組；定子繞組(9)由一個或由兩個構(gòu)成，本實施例采用 由兩個定子繞組(9)構(gòu)成。兩個定子繞組(9)分別繞制完成后再安裝在定子鐵心(10)上。 兩個定子繞組(9)是串聯(lián)或并聯(lián)連接的，磁場互相加強，本實施例采用串聯(lián)連接。本實施例直接使用交流電源供電。但通過采用電子逆變技術(shù)或電子換流技術(shù)本發(fā) 明也可以使用直流電源供電。這里要特別說明的是第二段極弧(6)的形狀及氣隙長度，由于其作用只是加大此 段極弧的磁阻，導(dǎo)磁作用不重要，所以其形狀不嚴(yán)格，為弧型或近似弧型，所以其具體形狀 即可以是圓弧型的、形成均勻氣隙，也可以是非圓弧型的，如直線形的、形成近似均勻的氣 隙，或較好的半徑逐漸減小的弧形的、形成氣隙緩慢減小的近似均勻的氣隙。但無論具體采 用何種弧形，與其它三段極弧相比，總體上第二段極弧(6)的氣隙長度最大。由圖1可見， 本實施例的第二段極弧(6)是直線型的。這里還要特別說明的是各段極弧間的連接(或過渡)。雖然從發(fā)明原理上考慮，第 一段極弧(5)與第二段極弧(6)之間的連接應(yīng)采用階梯形過渡，但從定子鐵心(10)的沖壓 (或粉壓)制造工藝考慮，階梯處的連接應(yīng)采用圓滑過渡，所以，應(yīng)象現(xiàn)有技術(shù)那樣，采用近 似階梯形或弧形的圓滑過渡。如圖1所示，本實施例采用了這樣的圓滑過渡。而第二段極 弧(6)與第三段極弧(7)之間的連接、及第三段極弧(7)與第四段極弧(8)之間的連接也 應(yīng)采用圓滑過渡。本實施例的實驗結(jié)果如下。測量本實施例的起動角為15°，優(yōu)于原型。以本實施例電機與原型電機做驅(qū)動水 泵的試驗。試驗顯示，實施例的起動時間比原型明顯縮短。觀測各種不同載荷(流量及揚 程)下的振動和噪聲，本實施例的振動和噪音均明顯減小。同時實施例的供電電流和功率 明顯減小，證明本發(fā)明的各項性能明顯改善。
8
權(quán)利要求
一種單相自起動永磁同步電機，由永磁轉(zhuǎn)子、定子鐵心和定子繞組構(gòu)成，并采用內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，永磁轉(zhuǎn)子是徑向兩極充磁的圓柱形永磁轉(zhuǎn)子，沿徑向，在永磁轉(zhuǎn)子外側(cè)是由定子鐵心和定子繞組構(gòu)成的定子，其特征是，定子有兩個相對的并凸出的定子磁極(極靴)，使兩側(cè)定子磁極間的距離相對縮短，每側(cè)極弧從一端至另一端由四段組成，第一段極弧是圓弧型，在四段極弧中其弧長最大，構(gòu)成氣隙長度相等的均勻氣隙，且其氣隙長度是氣隙最小值，位置從一端開始、延至接近定子磁極中心線，第二段極弧是弧型或近似弧型，構(gòu)成均勻或近似均勻的氣隙，且相對于其它三段極弧，其氣隙長度達氣隙最大值，位置為前與第一段極弧相接、并越過定子磁極中心線后與第三段極弧相接，第三段極弧是半徑逐漸減小的弧型或近似弧形，構(gòu)成氣隙長度逐漸減小的氣隙，且其氣隙長度小于氣隙最大值、大于氣隙最小值，位置為前與第二段極弧相接、后與第四段極弧相接，第四段極弧也是圓弧型，弧長小于等于第一段極弧的弧長二分之一，也構(gòu)成氣隙長度相等的均勻氣隙，且其氣隙長度也與第一段極弧的氣隙長度相同、也是氣隙最小值，位置為前與第三段極弧相接、后延至每側(cè)極弧的另一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相自起動永磁同步電機，其特征是，兩側(cè)定子磁極的 極弧形狀及其所形成的不均勻氣隙是關(guān)于永磁轉(zhuǎn)子軸線對稱的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相自起動永磁同步電機，其特征是，永磁轉(zhuǎn)子由整體 永磁體制成、或由幾件永磁體制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種單相自起動永磁同步電機，其特征是，永磁轉(zhuǎn)子上制 造或裝配有轉(zhuǎn)子軸，或制造或裝配有軸承。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4所述的一種單相自起動永磁同步電機，其特征是，永磁體采用 粘結(jié)、燒結(jié)、或?qū)⒂来挪牧匣旌系綐渲蛩芰现幸宰⑸?、擠出或熱固工藝方式制造。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相自起動永磁同步電機，其特征是，定子鐵心是U形的 定子鐵心或環(huán)形的定子鐵心，對U形的定子鐵心，定子繞組安裝在定子鐵心的兩臂上，長出 定子繞組的定子鐵心的兩個端部是兩個相對的定子磁極，對環(huán)形的定子鐵心，環(huán)形定子鐵 芯上有兩個相對的凸出的定子磁極，定子繞組安裝在定子磁極上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種單相自起動永磁同步電機，其特征是，定子鐵心采用 硅鋼板或低碳鋼板以疊片形式制造，或采用鐵粉等粉性軟磁材料制造。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種單相自起動永磁同步電機，其特征是，定子繞組是集 中式繞組，定子繞組由一個定子繞組構(gòu)成，或由兩個定子繞組構(gòu)成。
全文摘要
一種單相自起動永磁同步電機，屬微電機領(lǐng)域，用作微型水泵的驅(qū)動電機、及機動車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和暖風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)泵的驅(qū)動電機、也可用于其它方面。發(fā)明的目的是改善其起動性能并提高運行性能。其特征是，具有兩個凸出的定子磁極，每側(cè)磁極的極弧由四段組成，第一段長度最長、氣隙長度是最小值，第二段氣隙長度是最大值、并在極靴中心線處，第三段氣隙長度逐漸減小，第四段長度小于等于第一段的二分之一、氣隙長度也是最小值。
文檔編號H02K21/12GK101854105SQ20091024713
公開日2010年10月6日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者于佳衣, 于昊昱, 衣美鳳 申請人:于佳衣