本發(fā)明涉及電機制造技術領域，尤其是涉及一種單向旋轉(zhuǎn)電機及用于單向旋轉(zhuǎn)電機的定子。

背景技術：

諸如風扇和泵類負載的驅(qū)動電機一般采用單向旋轉(zhuǎn)電機，性能較差，振動和噪聲較大，高速工作時的機械不穩(wěn)定性高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明提出一種單向旋轉(zhuǎn)電機，所述單向旋轉(zhuǎn)電機具有性能好、振動和噪音小、穩(wěn)定性高的優(yōu)點。

本發(fā)明還提出一種用于單向旋轉(zhuǎn)電機的定子。

根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機，包括：定子，所述定子具有沿其周向間隔設置的多個定子齒；轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地設在所述定子內(nèi)，多個所述定子齒的數(shù)量與所述轉(zhuǎn)子的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1，所述定子齒的朝向所述轉(zhuǎn)子的表面上設有輔助槽，在所述定子的橫截面內(nèi)，所述輔助槽在所述定子齒的橫向上沿與所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向偏離所述定子齒的縱向中心軸線。

根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機，滿足定子齒的數(shù)量與轉(zhuǎn)子的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1，并且，結(jié)合單向運行的特點引入輔助槽的設計，從而能夠在具備高效率、高平穩(wěn)運行特性的同時，減小不平衡磁拉力，降低高速運行時的振動和噪聲，且不增加成本。

另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機還具有如下附加的技術特征：

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，在所述定子的橫截面內(nèi)，所述輔助槽的邊沿由直線段和/或弧形段構(gòu)成。

可選地，在所述定子的橫截面內(nèi)，所述輔助槽的底邊由與所述轉(zhuǎn)子的外周面形狀適配的弧形段構(gòu)成，所述輔助槽的兩側(cè)邊沿分別由直線段構(gòu)成。

進一步地，在所述定子的橫截面內(nèi)，所述輔助槽的兩側(cè)邊沿的內(nèi)端在所述定子的周向上的距離小于所述輔助槽的兩側(cè)邊沿的外端在所述定子的周向上的距離。

可選地，在所述定子的橫截面內(nèi)，所述輔助槽的邊沿由依次連接的多個直線段構(gòu)成。

可選地，在所述定子的橫截面內(nèi)，所述輔助槽的邊沿由弧形段構(gòu)成。

進一步地，所述弧形段為優(yōu)弧形或劣弧形。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述定子齒為三個且所述轉(zhuǎn)子的極對數(shù)為1。

根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的用于單向旋轉(zhuǎn)電機的定子，所述定子具有沿其周向間隔設置的多個定子齒，多個所述定子齒的數(shù)量與所述單向旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1，所述定子齒的朝向所述轉(zhuǎn)子的表面上設有輔助槽，在所述定子的橫截面內(nèi)，所述輔助槽在所述定子齒的橫向上沿與所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向偏離所述定子齒的縱向中心軸線。

根據(jù)本發(fā)明實施例的用于單向旋轉(zhuǎn)電機的定子，可以滿足定子齒的數(shù)量與轉(zhuǎn)子的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1，并且，結(jié)合單向運行的特點引入輔助槽的設計，從而能夠使單向旋轉(zhuǎn)電機具備高效率、高平穩(wěn)運行特性，同時減小單向旋轉(zhuǎn)電機的不平衡磁拉力，降低單向旋轉(zhuǎn)電機在高速運行時的振動和噪聲，并且不增加單向旋轉(zhuǎn)電機的成本。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機的定子齒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機的不平衡磁拉力的示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明第一可選實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機的定子齒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明第二可選實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機的定子齒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明第三可選實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機的定子齒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明第四可選實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機的定子齒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明第五可選實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機的定子齒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機的輔助槽的優(yōu)化設計流程圖。

附圖標記：

單向旋轉(zhuǎn)電機1，

定子100，輔助槽101，定子鐵芯110，定子齒111，定子繞組120，

轉(zhuǎn)子200，轉(zhuǎn)軸210，永磁體220。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

本申請基于發(fā)明人對以下事實和問題的發(fā)現(xiàn)和認識作出的：

諸如風扇和泵類負載的驅(qū)動電機一般采用單向旋轉(zhuǎn)電機，為了減小高速旋轉(zhuǎn)帶來的損耗和驅(qū)動控制問題，此類電機的設計廣泛采用單元電機的概念，即，電機的定子齒的數(shù)量(N)和轉(zhuǎn)子的極對數(shù)(p)的最大公約數(shù)(GCD，Greatest Common Divisor)為1(GCD(N，p)＝1)，而為了獲得更高的工作轉(zhuǎn)速或者更小的轉(zhuǎn)矩脈動，以獲得高效率、高平穩(wěn)的驅(qū)動特性，電機的定子齒的數(shù)量和轉(zhuǎn)子的極對數(shù)的選取需要滿足：GCD(N，2p)＝1，但是，在獲得電機高性能的同時，此種設計會使得定子齒的數(shù)量(N)為奇數(shù)，而由于電機磁路的特殊性，會引入不平衡磁拉力(UMF，Unbalanced Magnetic Force)，因此，會增加電機的振動、噪聲以及高速工作時的機械不穩(wěn)定性。

現(xiàn)有技術中，要么忽略了不平衡磁拉力造成的影響，例如，直接采用未考慮減小UMF設計的3槽2極(N＝3，p＝1)電機；要么采用不能滿足公式“GCD(N，2p)＝1”的電機結(jié)構(gòu)，例如，采用繞組系數(shù)和運行效率均較低的6槽2極(N＝6，p＝1)結(jié)構(gòu)。

為此，本發(fā)明提出一種單向旋轉(zhuǎn)電機1，該單向旋轉(zhuǎn)電機1具有性能好、振動和噪音小、穩(wěn)定性高的優(yōu)點。

下面參考圖1-圖9描述根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1。

如圖1-圖9所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1，包括定子100和轉(zhuǎn)子200。

具體而言，定子100具有多個定子齒111，多個定子齒111沿定子100的周向間隔設置。轉(zhuǎn)子200可旋轉(zhuǎn)地設在定子100內(nèi)，多個定子齒111的數(shù)量與轉(zhuǎn)子200的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1，定子齒111的朝向轉(zhuǎn)子200的表面上設有輔助槽101，在定子100的橫截面內(nèi)，輔助槽101在定子齒111的橫向上沿與轉(zhuǎn)子200的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向偏離定子齒111的縱向中心軸線。例如，轉(zhuǎn)子200在定子100的橫截面內(nèi)沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，輔助槽101在定子100的同一橫截面內(nèi)沿順時針方向偏離定子齒111的縱向中心軸線。

本領域的技術人員可以理解地是，定子齒111的縱向為平行于定子100的徑向的方向，定子齒111的橫向為在垂直于定子100的縱向的平面內(nèi)垂直于定子齒111的縱向的方向。

例如，定子齒111為三個且轉(zhuǎn)子200的極對數(shù)為1，在定子100的橫截面內(nèi)，輔助槽101的兩側(cè)邊沿的外端和定子100的圓心之間的假想連線相對定子齒111的縱向中心軸線偏離的角度分別為α和β，0＜α＜β，這里，輔助槽101的兩側(cè)邊沿的外端指的是輔助槽101的兩側(cè)邊沿的鄰近轉(zhuǎn)子200的一端。由此，在保證單向旋轉(zhuǎn)電機1的高效率、低轉(zhuǎn)矩脈動、高平穩(wěn)運行特性的同時，減小甚至消除了單向旋轉(zhuǎn)電機1的不平衡磁拉力，并且無需改變轉(zhuǎn)子200的結(jié)構(gòu)，不增加單向旋轉(zhuǎn)電機1的成本。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1的不平衡磁拉力與現(xiàn)有技術中的單向旋轉(zhuǎn)電機的不平衡磁拉力對比圖，根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1的不平衡磁拉力可以減小為0。

此外，如圖9所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1，可以根據(jù)不同的負載運行工況，利用諸如有限元軟件等優(yōu)化方法對輔助槽101的偏離角度α和β以及輔助槽101的深度d進行優(yōu)化分析，得出最佳的優(yōu)化設計方案，實現(xiàn)本發(fā)明的輔助槽101的最佳應用效果。

根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1，滿足定子齒111的數(shù)量與轉(zhuǎn)子200的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1，并且，結(jié)合單向運行的特點引入輔助槽101的設計，從而能夠在具備高效率、高平穩(wěn)運行特性的同時，減小不平衡磁拉力，降低高速運行時的振動和噪聲，且不增加成本。

這里申請人需要強調(diào)地是：

相關技術中，對于定子齒的數(shù)量與轉(zhuǎn)子的極對數(shù)的最大公約數(shù)不為1的電機，一些也在定子齒上設有輔助槽，這些輔助槽有些設置在定子齒的中心處，有些偏移設置，但這些輔助槽均無法達到在高速運行時減小不平衡磁拉力的作用，例如，對于定子齒的數(shù)量與轉(zhuǎn)子的極對數(shù)的最大公約數(shù)不為1且設置偏移輔助槽的電機，其輔助槽的作用是產(chǎn)生斜槽效應。

對于定子齒的數(shù)量與轉(zhuǎn)子的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1的電機，有些也在定子齒上設有偏移的輔助槽，但這些輔助槽的偏移方向為沿著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，且作用為提升電機最小轉(zhuǎn)矩點的幅值，并非在高速運行下減小不平衡磁拉力。

而根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1，針對的是定子齒111的數(shù)量與轉(zhuǎn)子200的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1且為單向旋轉(zhuǎn)的電機，并且，輔助槽101的偏移方向與轉(zhuǎn)子200的旋轉(zhuǎn)方向相反，從而能夠在高速運行下減小不平衡磁拉力，相關技術中的輔助槽與本申請中的輔助槽101看似相似，但實際上，無論在所針對的電機類型，設置結(jié)構(gòu)，還是作用上均不同。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，如圖1、圖2和圖4-圖8所示，在定子100的橫截面內(nèi)，輔助槽101的邊沿可以由直線段或弧形段構(gòu)成，或者，輔助槽101的邊沿可以由直線段和弧形段共同構(gòu)成，可以根據(jù)實際負載工況選擇最優(yōu)的輔助槽101的形狀。

例如，如圖1和圖2所示，在定子100的橫截面內(nèi)，輔助槽101的底邊由弧形段構(gòu)成，該弧形段與轉(zhuǎn)子200的外周面形狀適配，輔助槽101的兩側(cè)邊沿分別由直線段構(gòu)成。進一步地，在定子100的橫截面內(nèi)，輔助槽101的兩側(cè)邊沿的內(nèi)端在定子100的周向上的距離小于輔助槽101的兩側(cè)邊沿的外端在定子100的周向上的距離，即，輔助槽101的兩側(cè)邊沿分別沿定子100的徑向由內(nèi)向外且朝向彼此傾斜延伸?？梢岳斫?，輔助槽101的兩側(cè)邊沿的內(nèi)端相對輔助槽101的兩側(cè)邊沿的外端更加鄰近輔助槽101的底邊，即，在定子100的徑向上輔助槽101的兩側(cè)邊沿的內(nèi)端相對輔助槽101的兩側(cè)邊沿的外端更加向外。

可選地，如圖4和圖5所示，在定子100的橫截面內(nèi)，輔助槽101的邊沿可以由依次連接的多個直線段構(gòu)成。其中，多個直線段中的部分個可以由弧形段替代，該弧形段與轉(zhuǎn)子200的外周面形狀適配，具體地，輔助槽101的兩側(cè)邊沿分別由直線段構(gòu)成，輔助槽101的底邊由多個弧形段和至少一個直線段共同構(gòu)成。例如，在圖4所示的第一可選實施例中，輔助槽101的底邊由兩個弧形段和一個直線段共同構(gòu)成，該直線段大體沿定子100的徑向延伸；又如，在圖5所示的第二可選實施例中，輔助槽101的底邊由三個弧形段和兩個直線段共同構(gòu)成，所述三個弧形段中的距離轉(zhuǎn)子200較近的兩個位于同一圓周上，所述兩個直線段分別沿定子100的徑向延伸。

可選地，如圖6和圖7所示，在定子100的橫截面內(nèi)，輔助槽101的邊沿可以由弧形段構(gòu)成。例如，在圖6所示的第三可選實施例中，弧形段可以為劣弧形；又如，在圖7所示的第四可選實施例中，弧形段可以為優(yōu)弧形?？梢岳斫猓瑑?yōu)弧指的是所對圓心角大于180°的圓弧，劣弧指的是所對圓心角小于180°的圓弧。

當然，在定子100的橫截面內(nèi)，輔助槽101的邊沿還可以由曲線擬合形成，例如，在圖8所示的第五可選實施例中，輔助槽101的邊沿為形狀不規(guī)則的曲線。

下面參考附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1，值得理解的是，下述描述只是示例性說明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1-圖3和圖9所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1，包括定子100和轉(zhuǎn)子200。

具體而言，定子100包括定子鐵芯110和定子繞組120，定子鐵芯110具有三個定子齒111，三個定子齒111沿定子鐵芯110的周向間隔設置，定子繞組120纏繞在定子齒111上。轉(zhuǎn)子200可旋轉(zhuǎn)地設在定子100內(nèi)，轉(zhuǎn)子200包括轉(zhuǎn)軸210和設在轉(zhuǎn)軸210上的兩個永磁體220。其中，定子齒111的朝向轉(zhuǎn)子200的表面上設有輔助槽101，在定子100的橫截面內(nèi)，輔助槽101在定子齒111的橫向上沿順時針方向偏離定子齒111的縱向中心軸線，輔助槽101的底邊由弧形段構(gòu)成，該弧形段與轉(zhuǎn)子200的外周面形狀適配，輔助槽101的兩側(cè)邊沿分別由直線段構(gòu)成，且輔助槽101的兩側(cè)邊沿的內(nèi)端在定子100的周向上的距離小于輔助槽101的兩側(cè)邊沿的外端在定子100的周向上的距離。

由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1，滿足定子齒111的數(shù)量與轉(zhuǎn)子200的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1，即該單向旋轉(zhuǎn)電機1為3槽2極電機，在保證高效率、低轉(zhuǎn)矩脈動、高平穩(wěn)運行特性的同時，減小甚至消除了不平衡磁拉力，并且沒有改變轉(zhuǎn)子200的結(jié)構(gòu)，不增加單向旋轉(zhuǎn)電機1的成本。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1與現(xiàn)有技術中的單向旋轉(zhuǎn)電機在相同的額定工況下的不平衡磁拉力對比圖，根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1的不平衡磁拉力可以從50N減小為0。

此外，如圖9所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的單向旋轉(zhuǎn)電機1，可以根據(jù)不同的負載運行工況，利用諸如有限元軟件等優(yōu)化方法對輔助槽101的偏離角度α和β以及輔助槽101的深度d進行優(yōu)化分析，得出最佳的優(yōu)化設計方案，實現(xiàn)本發(fā)明的輔助槽101的最佳應用效果。具體優(yōu)化設計步驟如下：

S1：輸入初始設計數(shù)據(jù)并建立初始有限元分析模型。

S2：根據(jù)實際運行工況判斷單向旋轉(zhuǎn)電機1是否為定速工作。

S3：如果單向旋轉(zhuǎn)電機1定速工作，則設置仿真所需的電流、轉(zhuǎn)速條件為額定工作點對應的數(shù)值；如果單向旋轉(zhuǎn)電機1非定速工作，則判斷單向旋轉(zhuǎn)電機1是否處于全速度域工作。

S4：如果單向旋轉(zhuǎn)電機1在從零到額定點的全速度區(qū)域運行，則設置仿真所需的電流、轉(zhuǎn)速條件為半載工作點對應的數(shù)值；如果單向旋轉(zhuǎn)電機1的工作速度區(qū)間并沒有覆蓋從零到額定點的速度區(qū)間，則設置仿真所需的電流、轉(zhuǎn)速條件為實際工作速度區(qū)域的中間值所對應的轉(zhuǎn)速和電流。

S5：設置最小轉(zhuǎn)子不平衡力為優(yōu)化條件，采用遺傳算法進行優(yōu)化。

S6：判斷優(yōu)化結(jié)果的轉(zhuǎn)子不平衡力是否滿足需求。

S7：如果優(yōu)化結(jié)果的轉(zhuǎn)子不平衡力不滿足需求，則重復S5；如果優(yōu)化結(jié)果的轉(zhuǎn)子不平衡力滿足需求，則輸出最優(yōu)結(jié)果的CAD模型。

如圖1-圖9所示，根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的用于單向旋轉(zhuǎn)電機的定子100，定子100具有沿定子100的周向間隔設置的多個定子齒111，多個定子齒111的數(shù)量與單向旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1，定子齒111的朝向轉(zhuǎn)子的表面上設有輔助槽101，在定子100的橫截面內(nèi)，輔助槽101在定子齒111的橫向上沿與所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向偏離定子齒111的縱向中心軸線。

根據(jù)本發(fā)明實施例的用于單向旋轉(zhuǎn)電機的定子100，可以滿足定子齒111的數(shù)量與轉(zhuǎn)子的極對數(shù)的最大公約數(shù)為1，并且，結(jié)合單向運行的特點引入輔助槽101的設計，從而能夠使單向旋轉(zhuǎn)電機具備高效率、高平穩(wěn)運行特性，同時減小單向旋轉(zhuǎn)電機的不平衡磁拉力，降低單向旋轉(zhuǎn)電機在高速運行時的振動和噪聲，并且不增加單向旋轉(zhuǎn)電機的成本。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“具體實施例”、“可選實施例”、“示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。