本發(fā)明涉及單相電機,特別是涉及單相外轉(zhuǎn)子電機。
背景技術(shù):
單相電機常用于洗衣機、洗碗機、冰箱、空調(diào)等小功率電器中。根據(jù)定子與轉(zhuǎn)子的位置不同,通常分為內(nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子兩種,顧名思義,單相外轉(zhuǎn)子電機即定子在內(nèi)、轉(zhuǎn)子環(huán)繞于定子之外,負載件可直接嵌在轉(zhuǎn)子上。對于單相電機,由于其轉(zhuǎn)子與定子的極數(shù)相同,若轉(zhuǎn)子停止時其磁極在徑向上與定子的磁極正對,則形成死點,造成轉(zhuǎn)子下次無法啟動。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
有鑒于此,提供一種外轉(zhuǎn)子電機及其定子,能有效避免形成死點而無法啟動。
一方面,本發(fā)明提供一種單相外轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子,包括有殼體以及貼設(shè)于殼體內(nèi)的若干永磁體,每一永磁體形成轉(zhuǎn)子的一磁極,沿轉(zhuǎn)子的周向相鄰的兩永磁體具有不同的極性,每一永磁體具有一內(nèi)壁面,所述永磁體大致呈楔形。
較佳地,所述永磁體的內(nèi)壁面與轉(zhuǎn)子的軸心之間的距離由永磁體的周向兩側(cè)向中央逐漸減小,最小距離的位置偏離永磁體的周向的中央。
較佳地,所述永磁體的內(nèi)壁面為平面。
較佳地,所有永磁體的內(nèi)壁面相對轉(zhuǎn)子的切向偏轉(zhuǎn)一定角度。
另一方面,本發(fā)明還提供一種單相外轉(zhuǎn)子電機,包括定子以及上述轉(zhuǎn)子,所述轉(zhuǎn)子的永磁體的內(nèi)壁面與定子之間形成非均勻的氣隙。
較佳地,所述定子包括磁芯以及纏繞于磁芯上的繞組,所述磁芯包括軛以及由軛的外緣沿徑向向外延伸的若干齒,每一齒包括與軛連接的繞線臂以及形成于繞線臂的末端的齒冠,相鄰的齒冠之間形成槽口,所述槽口的周向?qū)挾刃∮诨虻扔谒鰵庀兜淖钚挾鹊?倍。
較佳地,所述齒冠的寬度大于繞線臂,齒冠的周向兩側(cè)伸出至繞線臂之外分別形成兩翼部,相鄰的兩齒冠的相向的翼部之間形成一所述槽口,每一槽口的相鄰兩翼部至少其中之一在繞設(shè)繞組之前向外翹起,在繞組繞設(shè)之后翹起的翼部向內(nèi)彎曲變形而成型所述磁芯。
較佳地,所述向外翹起的翼部上形成有切縫,繞組繞設(shè)之后翹起的翼部向內(nèi)彎曲變形使所述切縫減小或消失。
再一方面,本發(fā)明還提供一種單相外轉(zhuǎn)子電機,包括定子以及環(huán)繞所述定子的轉(zhuǎn)子,所述定子包括有磁芯以及纏繞于磁芯上的繞組,所述磁芯包括軛以及由軛的外緣沿徑向向外延 伸的若干齒,每一齒的末端形成齒冠,相鄰的齒冠之間形成一槽口,每一齒冠具有一朝向轉(zhuǎn)子的外壁面,所述轉(zhuǎn)子包括有殼體以及貼設(shè)于殼體內(nèi)的若干永磁體,沿轉(zhuǎn)子的周向相鄰的兩永磁體具有不同的極性,每一永磁體具有一面向定子的內(nèi)壁面,所述永磁體為非對稱結(jié)構(gòu),永磁體的內(nèi)壁面與齒冠的外壁面在徑向上的距離沿周向變化,定子與轉(zhuǎn)子之間形成非均勻非對稱的氣隙,所述槽口的周向?qū)挾刃∮诨虻扔谒鰵庀兜淖钚挾鹊?倍。
較佳地,所有永磁體的內(nèi)壁面為平面,相對轉(zhuǎn)子的切向偏轉(zhuǎn)一定角度。
較佳地,所述槽口在周向上的寬度小于或等于所述氣隙的最小寬度的3倍。
較佳地,所述氣隙的最大寬度與最小寬度的比值大于2。
本發(fā)明電機的轉(zhuǎn)子的永磁體呈楔形,且定子的齒冠的外壁面與轉(zhuǎn)子的永磁體的內(nèi)壁面之間形成非均勻氣隙,避免轉(zhuǎn)子停在死點位置,保證電機通電時轉(zhuǎn)子順利啟動。
附圖說明
圖1為本發(fā)明外轉(zhuǎn)子電機的定子的一實施例的示意圖。
圖2為圖1的俯視圖。
圖3為圖1所示定子的磁芯的示意圖。
圖4為圖3的俯視圖。
圖5為圖3所示磁芯成型前的示意圖。
圖6為圖5的俯視圖。
圖7為定子的磁芯的第二實施例的示意圖。
圖8為圖7所示磁芯成型前的示意圖。
圖9為定子的磁芯的第三實施例的示意圖。
圖10為圖9所示磁芯成型前的示意圖。
圖11為定子的磁芯的第四實施例的示意圖。
圖12為圖11所示磁芯成型前的示意圖。
圖13為定子的磁芯的第五實施例的示意圖。
圖14為圖13所示磁芯成型前的示意圖。
圖15為定子的磁芯的第六實施例的示意圖。
圖16為定子的磁芯的第七實施例的示意圖。
圖17為本發(fā)明外轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子的一實施例的示意圖。
圖18為轉(zhuǎn)子的第二實施例的示意圖。
圖19為轉(zhuǎn)子的第三實施例的示意圖。
圖20為轉(zhuǎn)子的第四實施例的示意圖。
圖21為轉(zhuǎn)子的第五實施例的示意圖。
圖22為圖1-4所述定子搭配圖18所示轉(zhuǎn)子構(gòu)成的電機的示意圖。
圖23為圖22中方框X的放大圖。
圖24為圖22所示電機位于死點時的位置關(guān)系示意圖。
圖25為圖1-4所述定子搭配圖19所示轉(zhuǎn)子構(gòu)成的電機的示意圖。
圖26為圖9-10所示定子搭配圖20所示轉(zhuǎn)子構(gòu)成的電機的示意圖。
圖27為圖9-10所示定子搭配圖21所示轉(zhuǎn)子構(gòu)成的電機的示意圖。
圖28為圖16所示定子搭配圖17所示轉(zhuǎn)子構(gòu)成的電機的示意圖。
圖29為圖15所示定子搭配圖18所示轉(zhuǎn)子構(gòu)成的電機的示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖,通過對本發(fā)明的具體實施方式詳細描述,將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其他有益效果顯而易見。
本發(fā)明單相外轉(zhuǎn)子電機包括定子、以及環(huán)繞所述定子的轉(zhuǎn)子。所述定子、轉(zhuǎn)子可以有多種不同的結(jié)構(gòu),不同的定子、轉(zhuǎn)子可以根據(jù)需要適當(dāng)搭配,形成各種不同特性的電機。本發(fā)明附圖1-16示出了定子的多個具體實施例,附圖17-21示出了轉(zhuǎn)子的多個具體實施例,圖22-28示例性地展示了幾種上述定子與轉(zhuǎn)子搭配構(gòu)成的電機??梢岳斫?,附圖僅提供參考與說明用,本發(fā)明定子、轉(zhuǎn)子并不限于圖示的實施例,其搭配構(gòu)成的電機亦不限于圖示的實施例。
圖1-4所示為定子10的第一實施例,本實施例中,所述定子10包括磁芯12、包覆于磁芯12上的絕緣架14、以及繞設(shè)于所述絕緣架14上的繞組16。
所述磁芯12由導(dǎo)磁材料,如矽鋼片等堆疊而成。磁芯12包括環(huán)形的軛18、以及由軛18的外緣沿徑向向外一體延伸的若干齒20。所述齒20沿軛18的周向均勻間隔設(shè)置,每一齒20包括與軛18連接的繞線臂22以及形成于繞線臂22的末端的齒冠24。所述繞線臂22呈直線延伸,相鄰的繞線臂22之間形成繞線槽26。所述繞線槽26大致呈扇形,寬度由軛18沿徑向向外逐漸增大。所述齒冠24整體呈弧形,其大致沿周向延伸,并相對于繞線臂22大致呈對稱設(shè)置。優(yōu)選地,每個齒冠24關(guān)于電機的通過該齒20的繞線臂22中心的半徑對稱。在周向上,所述齒冠24的寬度大于繞線臂22,齒冠24的周向兩側(cè)伸出至繞線臂22之外,分別形成一翼部28。本實施例中,相鄰的齒冠24的對應(yīng)的翼部28之間形成窄小的槽口30。
每一齒冠24具有面向繞線臂22的內(nèi)壁面32、以及面向轉(zhuǎn)子50的外壁面34。所述外壁面34為圓弧面,所有齒冠24的外壁面34作為定子10的外表面,大致位于一共同的圓柱面上,所述圓柱面與定子10同軸設(shè)置。所述齒冠24的內(nèi)壁面32上形成有切縫36,本實施例中,所述切縫36為2個,對稱地分布于兩翼部28上,靠近繞線臂22并與繞線臂22相間隔。 每一切縫36沿徑向,即齒冠24的厚度方向,由齒冠24的內(nèi)壁面32切入,其深度大致為齒冠24在切縫36的位置處的厚度的一半,以保證對磁路不造成大的影響。
所述繞組16繞設(shè)于繞線臂22上并位于齒冠24內(nèi)側(cè)。繞組16與繞線臂22、以及齒冠24的內(nèi)壁面32之間由絕緣架14隔開。所述絕緣架14通常為絕緣塑料,避免繞組16短路。如圖5-6所示,磁芯12成型之前時,齒冠24位于切縫36外側(cè)的部分相對向外翹起,相鄰的齒冠24之間的間隔較大,如此繞組16可以方便地纏繞于繞線臂22上。在繞組16繞設(shè)完成之后,對齒冠24的外壁面34施加力使其發(fā)生變形向內(nèi)朝向繞線臂22彎曲,形成圓弧形的外壁面34。在此過程中,齒冠24間的間隔減小形成窄小的槽口30,切縫36變小甚至呈細縫狀。較佳地,所述齒冠24位于切縫36外側(cè)的部分變形前與變形后之間的夾角,即變形角,為15°-60°。最優(yōu)地,所述齒冠24位于切縫36外側(cè)的部分的變形角為20°-45°。
對于同樣尺寸的定子10來說,上述定子10的磁芯12的齒冠24在成型前向外翹起,方便繞線;繞線之后齒冠24內(nèi)彎變形,相較于現(xiàn)有經(jīng)一次沖壓成型而成的矽鋼片堆疊構(gòu)成的磁芯結(jié)構(gòu)在周向上具有更大的寬度,齒冠24之間的槽口30的寬度相對地大幅減小,較佳地約為現(xiàn)有磁芯結(jié)構(gòu)的槽口30的寬度的一半或更小,有效減小齒槽轉(zhuǎn)矩??梢岳斫獾?,所述切縫36的設(shè)置是為方便齒冠24變形內(nèi)彎,在一些實施例中,齒冠24材料本身具有一定的可變形能力,所述切縫36也可以省略。
圖7所示為定子10的磁芯12的第二實施例,其不同之處主要在于,本實施例中每一齒冠24僅在其一個翼部28上形成有切縫36,以圖示方向為例,切縫36均形成于繞線臂22的逆時針一側(cè)的翼部28上。在磁芯12成型前,如圖8所示,所述齒冠24位于繞線臂22的逆時針一側(cè)的翼部28單邊翹起。由于每一齒冠24同一側(cè)的翼部28均翹起,每一翹起的翼部28與相鄰的齒冠24未翹起的翼部28錯開,如此相鄰的翼部28之間仍然能形成較大的間隔,方便繞線。在繞線后,翹起的翼部28內(nèi)彎整形,使相鄰的翼部28之間的間隔減小形成窄小的槽口30,降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
圖9所示為定子10的磁芯12的第三實施例,相對于前一實施例,其不同之處在于,所述切縫36形成于翼部28與繞線臂22的連接處,翼部28在繞線之前單邊翹起,如圖10所示。如此,切縫36切入的深度可以更大,齒冠24翹起的角度相應(yīng)地更大,齒冠24在成型前具有更大的間隔,更加方便繞線。另外,可以理解地,也可在每一翼部28與繞線臂22的連接處形成所述切縫36,翼部28在繞線之前雙邊翹起。
圖11-14示出定子10的磁芯12的另外兩實施例,其不同之處在于,部分齒冠24上形成有切縫36而部分齒冠24上沒有切縫36,有切縫36的齒冠24與沒有切縫36的齒冠24沿周向交替設(shè)置。較佳地,形成有切縫36的齒冠24在其兩翼部28上分別形成有切縫36,成型 前兩翼部28均向上翹起,使得其與兩邊相鄰的沒有切縫36的齒冠24分別形成較大的間隔,方便繞線。所述切縫36可以分別形成于兩翼部28與繞線部的連接處,如圖11-12所示,也可以形成于兩翼部28的中央,與繞線臂22相間隔,如圖13-14所示。
上述實施例中,磁芯12的齒冠24的翼部28在成型前向外翹起,在成型后向內(nèi)彎曲變形,如此在成型前方便繞設(shè)繞組16,在成型后可以在周向上具有更大的寬度,形成更小的槽口30,降低齒槽轉(zhuǎn)矩。實際上,只要每一槽口30兩側(cè)的兩個翼部28其中之一能向外翹起,同一磁芯12的各個齒冠24,可以有單邊翹起、雙邊翹起、以及雙邊不翹起,只要搭配適當(dāng)即可實現(xiàn)上述目的,并不以圖示的實施例為限。以上所示各實施例中,磁芯12的齒冠24在周向上斷開,形成有窄小的槽口30。在另外一些實施例中,所述齒冠24周向上還可以連接為一體,如此最大限度地降低齒槽轉(zhuǎn)矩。
如圖15a和圖15b所示為磁芯12的其他兩個實施例,在所述兩實施例中,相鄰的齒冠24之間形成有磁橋38,所述磁橋38將齒冠24一體連接,共同形成封閉的環(huán)緣。較佳地,所述封閉的環(huán)緣在磁橋38位置處具有最小的徑向厚度。更佳地,所述磁橋38的內(nèi)壁上形成有凹槽40,所述凹槽40沿軸向延伸,可以是單個或多個。圖示中,每一磁橋38上形成有多個凹槽40,所述多個凹槽40沿周向均勻排布。為了實現(xiàn)繞線,可以在繞線臂22與齒冠的連接處斷開(如圖15a所示),如此,齒冠24共同形成的環(huán)緣在繞線完成后再沿軸向套設(shè)于繞線臂22的外圍,組裝成磁芯12。在圖15b所示的實施例中,繞線臂22與軛部18的連接處斷開,從而軛部18在繞線完成后再裝配到繞線臂22中央,組裝成磁芯12。
圖16a和圖16b所示為磁芯12的另外兩個實施例,其在結(jié)構(gòu)上分別與圖15a和圖15b實施例大致相同,不同之處在于齒冠24在其外壁面34上形成有定位槽42,所述定位槽42位于翼部28上,偏離齒冠24的中心,使得齒冠24相對于電機的通過該齒20的繞線臂22中心的半徑呈非對稱結(jié)構(gòu)。
圖17-21為本發(fā)明轉(zhuǎn)子50的具體實施例。所述轉(zhuǎn)子50為外轉(zhuǎn)子,包括殼體52以及貼設(shè)于殼體52內(nèi)的永磁體54。所述永磁體54的外壁面與殼體52相貼合,可以通過膠粘相固定,也可以通過注塑一體連接。所述永磁體54的內(nèi)壁面56界定出空間用于安裝定子10,所述空間略大于定子10的尺寸,從而使定子10和轉(zhuǎn)子50之間形成氣隙。
圖17所示為轉(zhuǎn)子50的第一實施例,本實施例中,所述永磁體54為分塊式結(jié)構(gòu),沿殼體52的周向均勻間隔排布,相鄰的永磁體54之間形成有間隙。每一永磁體54作為轉(zhuǎn)子50的一磁極,相鄰的永磁體54具有相反的極性。本實施例中,每一永磁體54為圓環(huán)的一部分,其面向定子10的內(nèi)壁面56為圓弧面,所有永磁體54的內(nèi)壁面56作為轉(zhuǎn)子50的內(nèi)表面,位于一共同的圓柱面上,所述圓柱面與轉(zhuǎn)子50共軸設(shè)置。如將上述任一定子10裝入該轉(zhuǎn)子50 中,定子10的齒冠24的外壁面34與轉(zhuǎn)子50的永磁體54的內(nèi)壁面56之間的徑向間隔沿周向不變,定轉(zhuǎn)子10、50之間將形成基本均勻的氣隙。
較佳地,所述每一塊永磁體54的極弧系數(shù),即永磁體54對應(yīng)的圓心角的度數(shù)α與360度除以轉(zhuǎn)子極數(shù)N的商的比值,即α:360/N大于0.7,如此可改善電機的轉(zhuǎn)矩特性和提高電機的效率。本發(fā)明電機的定子10與轉(zhuǎn)子50的各實施例中,永磁體54的數(shù)量與齒20的數(shù)量相同,即定子10與轉(zhuǎn)子50的磁極數(shù)相同。圖示中,永磁體54與齒20均為8個,八個永磁體54構(gòu)成轉(zhuǎn)子50的八個磁極,八個齒20之間形成8個繞線槽26,共同構(gòu)成8極8槽電機。在其它實施例中,定子10的齒20與轉(zhuǎn)子50的永磁體54的數(shù)量還可以成倍數(shù)關(guān)系,如齒20的數(shù)量是永磁體54的2倍、3倍等。優(yōu)選地,所述定子10的繞組16電連接并被單相無刷直流電機驅(qū)動器供以單相交變直流電,從而形成單相直流無刷電機。在其他實施例中,本發(fā)明的設(shè)計也可以用在單相永磁同步電機中。
圖18-21所示轉(zhuǎn)子50的其它幾個實施例中,永磁體54的內(nèi)壁面56并不是圓柱圓弧面,在裝入定子10后將在定轉(zhuǎn)子10、50之間形成非均勻氣隙。具體地:
圖18所示為轉(zhuǎn)子50的第二實施例,其中永磁體54呈軸對稱結(jié)構(gòu),永磁體54的厚度由周向的中央向兩側(cè)逐漸減小。每一永磁體54面向定子10的內(nèi)壁面56為平面,所述平面沿平行于定子徑向外表面的切向方向延伸。在如圖18所示的軸向截面中,所述永磁體54的內(nèi)表面分別位于一正多邊形的的邊上。如此,永磁體54與定子10的外表面之間形成對稱非均勻氣隙,所述氣隙在對應(yīng)永磁體54的周向中心處具有最小值,并自該最小值處向周向兩側(cè)逐漸增大。所述對稱非均勻氣隙的設(shè)置有利于在電機斷電時對轉(zhuǎn)子50定位,使轉(zhuǎn)子50所停止的位置避開死點位置,從而在電機通電時轉(zhuǎn)子50能夠順利啟動。
圖19所示為轉(zhuǎn)子50的第三實施例,其與圖18所示實施例的主要區(qū)別在于永磁體54為一體結(jié)構(gòu),在周向上為封閉的環(huán)狀。所述環(huán)狀永磁體54沿周向分為多段,每一段作為轉(zhuǎn)子50的一磁極,相鄰的各段具有不同的極性。類似于圖18所示轉(zhuǎn)子50的各塊永磁體54,本實施例中每一段永磁體54的厚度由周向的中央向兩側(cè)逐漸減小,面向定子10的內(nèi)壁面56為平面,在圖19所示的軸向截面圖中,所述永磁體54的各段共同圍成正多邊形的轉(zhuǎn)子50的內(nèi)表面。與圖18所示實施例相似,本實施例中的永磁體54的各磁極與定子10的外表面形成對稱非均勻氣隙。
圖20所示為轉(zhuǎn)子50的第四實施例,其與圖18所示實施例結(jié)構(gòu)相似,轉(zhuǎn)子50沿周向間隔排布多個永磁體54,每一永磁體54具有一平面狀的內(nèi)壁面56。不同的是,本實施例中,所述永磁體54為非對稱結(jié)構(gòu),其厚度沿由周向的一側(cè)向另一側(cè)逐漸增加,在靠近另一端的位置處又逐漸減小,永磁體54的最大厚度的位置偏離永磁體54周向上的中心,且永磁體54周 向兩側(cè)的厚度不同。永磁體54的內(nèi)壁面56的兩側(cè)與轉(zhuǎn)子50的軸心的連線呈非等腰三角形狀。如此,在與定子10裝配后,定轉(zhuǎn)子10、50之間形成非均勻、非對稱的氣隙。所述非對稱非均勻氣隙的設(shè)置有利于在電機斷電時對轉(zhuǎn)子50定位,使轉(zhuǎn)子50所停止的位置避開死點位置,從而在電機通電時轉(zhuǎn)子50能夠順利啟動。
圖21為轉(zhuǎn)子50的第五實施例的示意圖。本實施例中,所述轉(zhuǎn)子50包括殼體52、貼設(shè)于殼體52內(nèi)的若干永磁體54以及磁性體58,所述磁性體58可以是硬磁材料制成,比如磁鐵等,其也可以由軟磁材料制成,比如鐵等。沿周向方向,所述永磁體54與磁性體58間隔交替設(shè)置,每相鄰的兩永磁體54之間插設(shè)有一磁性體58。本實施例中,所述永磁體54呈柱狀,其橫截面大致呈正方形,相鄰的永磁體54之間形成較大的空間,所述空間在周向上的寬度遠大于永磁體54,如此磁性體58相對于永磁體54具有更大的周向?qū)挾?,可以是永磁體54的幾倍。
所述磁性體58為軸對稱結(jié)構(gòu),其厚度由周向的中央向兩側(cè)逐漸減小,磁性體58的最小厚度,即在其周向兩端的厚度與永磁體54的厚度相當(dāng)。磁性體58面向定子10的內(nèi)壁面60為平面,沿平行于定子10外表面的切向方向延伸。如此,所述永磁體54的內(nèi)壁面56與磁性體58的內(nèi)壁面60共同形成轉(zhuǎn)子50的內(nèi)表面,所述內(nèi)表面在轉(zhuǎn)子50的軸向截面中為對稱的多邊形,在轉(zhuǎn)入定子10后,定轉(zhuǎn)子10、50之間形成對稱的非均勻氣隙。較佳地,所述永磁體54沿周向充磁,即永磁體54的周向側(cè)壁面被極化而具有相應(yīng)極性。相鄰的兩永磁體54的極化方向相反。也即是說,相鄰的兩永磁體54相向的表面的極性相同。如此,相鄰的永磁體54之間的磁性體58被極化成相應(yīng)磁極,相鄰的兩磁性體58具有不同極性。
將上述定子10與轉(zhuǎn)子50進行不同的排列組合可以形成不同特性的電機,以下列舉幾種進行示意性說明。
如圖22所示為圖1-4所示第一實施例的定子10搭配圖18所示轉(zhuǎn)子50構(gòu)成的電機,其中:定子10的齒冠24在周向上間隔形成槽口30,齒冠24的外壁面34位于共同的圓柱面上,使得定子10的整個外表面呈圓形;轉(zhuǎn)子50的永磁體54在周向上相間隔,永磁體54面向定子10的內(nèi)壁面56為平面,使得轉(zhuǎn)子50的整個內(nèi)表面大致呈正多邊形。定轉(zhuǎn)子10、50的外壁面34與內(nèi)壁面56在徑向上相間隔,形成氣隙62。所述氣隙62的徑向?qū)挾妊赜来朋w54的周向變化,為對稱非均勻氣隙62。所述氣隙62的徑向?qū)挾扔捎来朋w54的內(nèi)壁面56的周向中內(nèi)位置處朝著周向兩端逐漸變大。
請同時參閱圖23,永磁體54的內(nèi)壁面56的周向中點與齒冠24的外壁面34之間的徑向間隔寬度即為氣隙62的最小寬度Gmin;永磁體54的內(nèi)壁面56的周向端點與齒冠24的外壁面34之間的徑向間隔寬度即為氣隙6262的最大寬度Gmax。優(yōu)選地,所述氣隙62的最大寬 度Gmax與最小寬度Gmin的比值大于1.5,即,Gmax:Gmin>1.5。更佳地,Gmax:Gmin>2。所述槽口30的寬度D以不大于氣隙62的最小寬度Gmin的5倍為宜,即D≤5Gmin。優(yōu)選地,槽口30的寬度D大于等于氣隙62的最小寬度Gmin,且小于等于氣隙62的最小寬度Gmin的3倍,即Gmin≤D≤3Gmin。
如圖22、24所示,當(dāng)電機未通電時,轉(zhuǎn)子50的永磁體54對定子10的齒20產(chǎn)生吸引力,圖22和圖24示出了轉(zhuǎn)子50在不同位置時的示意圖。具體地,圖24顯示了轉(zhuǎn)子50位于死點位置(即轉(zhuǎn)子50的磁極中心正對定子10齒冠24的中心位置)。圖22顯示了轉(zhuǎn)子50位于初始位置(即電機未通電或斷電的狀態(tài)下轉(zhuǎn)子50停止的位置)。如圖22和圖24所示,轉(zhuǎn)子50位于死點位置時,轉(zhuǎn)子50的磁極產(chǎn)生的磁場穿過定子10的磁通為Φ1,轉(zhuǎn)子50位于初始位置時,轉(zhuǎn)子50的磁極產(chǎn)生的磁場穿過定子10的磁通為Φ2,由于Φ2>Φ1,從而使得轉(zhuǎn)子50在電機未通電的狀態(tài)下能夠定位于如圖22所示的初始位置,避開圖24所示的死點位置,進而避免電機通電時轉(zhuǎn)子50不能起動的問題。
如圖22所示,在初始位置,定子10的齒20的繞線臂22的中心線正對轉(zhuǎn)子50的相鄰的兩永磁體54之間的中心線,該位置偏離死點位置最遠,有效避免電機通電時轉(zhuǎn)子不能起動的問題。由于實際情況下存在摩擦等其它因素,繞線臂22的中心線可能會偏離兩永磁體54之間的中心線一定角度,如偏離正負0~30度不等,但依然遠離死點位置。本發(fā)明的上述實施例中,通過轉(zhuǎn)子50的永磁體54自身產(chǎn)生磁場即可對轉(zhuǎn)子50的初始位置進行定位并使其初始位置偏離死點位置。具有該種設(shè)置的單相永磁無刷電機其齒槽轉(zhuǎn)矩可以得到有效地抑制,從而使電機具有更高的效率和更好的性能。實驗結(jié)果驗證表明,一種根據(jù)上述思路設(shè)計的單相外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(額定轉(zhuǎn)矩1Nm,額定轉(zhuǎn)速1000rpm,定子磁芯堆疊厚度30mm),其齒槽轉(zhuǎn)矩的峰值小于80mNm。
圖25為圖1-4所示第一實施例的定子10搭配圖19所示第三實施例的轉(zhuǎn)子50構(gòu)成的電機,其中:定子10的齒冠24在周向上間隔形成槽口30,齒冠24的外壁面34位于共同的圓柱面上;轉(zhuǎn)子50的永磁體54為周向上連接為一體的多段結(jié)構(gòu),每一段永磁體54作為轉(zhuǎn)子50的一個磁極,所述磁極的內(nèi)壁面56為平面,使得整個轉(zhuǎn)子50的內(nèi)表面呈正多邊形。定子10和轉(zhuǎn)子50之間形成對稱的非均勻氣隙62,氣隙62的寬度由轉(zhuǎn)子50的每一磁極的周向兩側(cè)向中央逐漸增大,在磁極的周向中點具有最大寬度Gmax,周向兩側(cè)具有最小寬度Gmin。轉(zhuǎn)子50在靜止時,每一齒冠24的中央正對轉(zhuǎn)子50的永磁體54的兩段的連接處,避開死點位置,便于轉(zhuǎn)子50的再次啟動。
圖26為圖9-10所示第三實施例的定子10搭配圖20所示第四實施例的轉(zhuǎn)子50構(gòu)成的電機,其中:定子10的齒冠24在周向上間隔形成槽口30,齒冠24的外壁面34位于共同的圓 柱面上;轉(zhuǎn)子50的永磁體54為非對稱結(jié)構(gòu),厚度在周向上呈非均勻;轉(zhuǎn)子50的永磁體54的內(nèi)壁面56相對齒冠24的外壁面34的切向傾斜一定角度,永磁體54的內(nèi)壁面56與齒冠24的外壁面34之間形成非均勻、非對稱的氣隙62。所述氣隙62的寬度由永磁體54的周向一側(cè)向另一側(cè)先逐漸減小,然后逐漸增大。以圖式方向為例,在永磁體54的順時針方向的一側(cè)氣隙62具有最大寬度Gmax,氣隙62的最小寬度Gmin所在位置靠近但偏離永磁體54的逆時針方向的一側(cè)。
圖27為圖9-10所示第三實施例的定子10搭配圖21所示第五實施例的轉(zhuǎn)子50構(gòu)成的電機,其中:定子10的齒冠24在周向上間隔形成槽口30,齒冠24的外壁面34位于共同的圓柱面上;轉(zhuǎn)子50在周向上包括間隔設(shè)置的永磁體54以及磁性體58,永磁體54與磁性體58的內(nèi)壁面56、60共同圍成多邊形的轉(zhuǎn)子50的內(nèi)表面。定轉(zhuǎn)子10、50之間的氣隙62呈對稱非均勻,由磁性體58的周向中點相周向兩側(cè)逐漸減小,在對應(yīng)永磁體54的位置氣隙具有最大寬度Gmax。轉(zhuǎn)子50在靜止時其永磁體54的中央在徑向上正對齒冠24的中央永磁體54對定子10形成周向上的作用力,便于轉(zhuǎn)子50啟動。
如圖28所示為圖16a所示的定子10搭配圖17所示轉(zhuǎn)子50構(gòu)成的電機,其中:定子10的齒冠24在周向上連接為一體,定子10的整個外表面,即齒冠24的外壁面34為圓柱面;轉(zhuǎn)子50的內(nèi)表面,即永磁體54的內(nèi)壁面56位于與定子10的外壁面34同軸的圓柱面上;定子10的外壁面34與轉(zhuǎn)子50的內(nèi)壁面56之間形成均勻的氣隙62。齒冠24的外壁面34上形成有定位槽42使得齒冠24呈非對稱結(jié)構(gòu),如此保證轉(zhuǎn)子50在靜止時其兩永磁體54之間的中心線相對于定子10的齒20的繞線臂22的中心線偏轉(zhuǎn)一定角度。較佳地,轉(zhuǎn)子50在靜止時,定子10上的定位槽42正對轉(zhuǎn)子50的相鄰的兩永磁體54之間的中心線,允許電機在每次通電時轉(zhuǎn)子50可以順利啟動。
圖29為圖15a所示第六實施例的定子10搭配圖18所示第二實施例的轉(zhuǎn)子50構(gòu)成的電機,其中:定子10的齒冠24在周向上連接為一體,定子10的整個外表面為圓柱面;轉(zhuǎn)子50的永磁體54的內(nèi)壁面56為平面,沿平行于定子10外表面的切線方向延伸;永磁體54的內(nèi)壁面56與齒冠24的外壁面34之間形成對稱的非均勻的氣隙62,氣隙62的寬度由永磁體54的周向兩側(cè)向中央逐漸減小,在永磁體54的周向中點位置處具有最小寬度Gmin,在周向兩側(cè)則具有最大寬度Gmax。
可以理解地,圖1-14所示的定子10在結(jié)構(gòu)與特性上基本相同,均形成窄小的槽口甚至沒有槽口,其與轉(zhuǎn)子50搭配時可以相互替換,均能實現(xiàn)相同的功能。另外,根據(jù)定轉(zhuǎn)子之間形成的氣隙的不同,根據(jù)定轉(zhuǎn)子50結(jié)構(gòu)的對稱性與非對稱性,可以設(shè)計相應(yīng)的電路,使電機在通電時轉(zhuǎn)子50可以順利啟動??梢岳斫獾?,所述定子10與轉(zhuǎn)子50的搭配并不上述示例性 的幾種方式,根據(jù)本發(fā)明的創(chuàng)造精神,本領(lǐng)域技術(shù)人員做出的其他變化,都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。