单相永磁同步电机及具有其的吸尘器的制作方法

本实用新型涉及电机设备技术领域，具体而言，涉及一种单相永磁同步电机及具有其的吸尘器。

背景技术：

对于具有均匀气隙的单相永磁同步电机,其定、转子极对数相对应，在转子永磁体产生的磁场与定子凸极的作用下会产生具有周期变化的齿槽转矩。受齿槽转矩影响，电机将静止于齿槽转矩为零的位置，即转子磁极中心线与定子齿中心线相重合的位置，但由于通电后此位置产生的电磁转矩也为零，因此电机将无法成功启动，该转子位置称为启动死点。在电机正常旋转时，可以通过转子自身的惯性顺利通过启动死点。

启动死点问题是制约单相永磁同步电机广泛应用的首要问题。最常用的解决方法是通过改变磁路磁导分布，使得转子磁极中心线与定子齿中心线偏离一个合适的角度，从而令电机通电后的电磁转矩能够克服齿槽转矩使电机顺利启动。目前国内外关于启动死点的解决方案主要是从优化电机结构出发。

现有技术中有采用增加辅助磁极的方法。将软磁性材料的磁极放置于定子齿之间的空隙，从而改变磁导最大的位置从定子齿轴线位置偏向辅助磁极一定的角度，使启动时的电磁转矩不为零。但由于电机额外增加了辅助磁极，在生产方面使得电机制造难度增加，同时也增长了电机的材料成本。

另一种是采用不对称气隙结构的方法，一般是通过改变定子极靴的形状来实现。由于气隙长度不同的磁路其磁导也不同，气隙长度越短，磁路磁导越大，通过改变气隙长度可以改变空间气隙磁导分布从而获得不对称气隙结构，令电机转子磁极轴线与定子齿轴线偏离一定的角度，使启动时的电磁转矩不为零。其中最常用的不对称气隙结构中，渐变式气隙结构在解决启动困难问题的同时使得齿槽转矩最小。但是渐变式气隙结构产生的转矩有限，电机启动转矩较小，加速至同步转速的时间较长，因此限制了其使用范围。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种单相永磁同步电机及具有其的吸尘器，以解决现有技术中电机启动存在死点的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种单相永磁同步电机，包括：定子部，定子部设置有多个定子齿，多个定子齿围设成用于容纳转子部的工作腔，多个定子齿中至少一个定子齿的齿靴处设置有斜切结构，斜切结构朝向转子部设置，斜切结构与转子部之间形成气隙厚度，其中，多个定子齿包括第一类定子齿和第二类定子齿，第一类定子齿的齿靴和第二类定子齿的齿靴都设置有斜切结构，第一类定子齿与转子部之间形成的气隙厚度为g3，第二类定子齿与转子部之间形成的气隙厚度为g4，其中，g3≠g4。

进一步地，沿转子部的转动方向，斜切结构设置于齿靴的后端的端面上，斜切结构与转子部之间形成气隙厚度沿转子部的转动方向逐渐减小的设置。

进一步地，斜切结构为弧面结构或平面结构。

进一步地，斜切结构为平面结构，斜切结构所在的平面与齿靴的齿底面所在的平面具有夹角φ，齿靴的端面型线的中点与夹角φ的顶点的连线为w，直线w与齿靴的齿底面之间具有夹角α，其中，1.2α<φ<2α。

进一步地，斜切结构所在的平面与齿靴的齿底面之间具有距离d，其中，0.1m<d<0.7m，m为齿靴的宽度。

进一步地，第一类定子齿与转子部之间形成均匀的气隙厚度，第二类定子齿与转子部之间形成均匀的气隙厚度。

进一步地，第一类定子齿与转子部之间形成均匀的气隙厚度，沿转子部的转动方向，第二类定子齿与转子部之间形成的气隙厚度逐渐减小地设置。

进一步地，第一类定子齿为多个，第二类定子齿为多个，多个第一类定子齿与多个第二类定子齿交替地设置。

进一步地，第一类定子齿的朝向转子部一侧的端面的型线为第一轮廓线，第二类定子齿的朝向转子部一侧的端面的型线为第二轮廓线，其中，第一轮廓线与转子部的结几何中心的连线形成的圆心角，小于第二轮廓线与转子部的几何中心的连线形成的圆心角。

进一步地，第一轮廓线的几何中心线、第二轮廓线的几何中心线与转子部的几何中心的连线形成的圆心角为γ，其中，γ＜2π/s，s为定子槽数。

进一步地，以第一轮廓线的沿转子部的径向方向的几何中心线为基准线，沿转子部的转动方向至2π/s角度时为偏移基线，第二轮廓线的沿转子部的径向方向的几何中心线与偏移基线之间形成偏移角θ，其中，θ＝a-b，0.1π/p＜θ＜0.3π/p，p为电机的极对数，b为偏移基线、偏移基线经过的第二轮廓线的端部、转子部的几何中心处连线形成的圆心角，a为偏移基线所在的定子齿的后端与偏移基线、转子部的几何中心处连线形成的圆心角。

进一步地，沿转子部的转动方向，多个定子齿的后端的朝向转子部一侧的端面上开设有凹槽。

进一步地，凹槽的沿转子部的径向方向的横截面成矩形。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种吸尘器，包括单相永磁同步电机，单相永磁同步电机为上述的单相永磁同步电机。

应用本实用新型的技术方案，通过在定子齿的齿靴处设置切边结构，并使形成的切边结构与转子部之间形成电机的气隙厚度，由于设置了切边结构使得定子齿的端部形成向外翘起的结构，齿靴末端的磁导变小，从而改变了空间气隙磁导分布，使得该单相永磁同步电机具备了不对称气隙结构，并使得电机停止时转子的闭合磁链发生偏移，同时转子磁极轴线不再与定子齿轴线重合，并朝远离末端外翘齿靴的方向偏离了一定的角度，在此位置时电机接入电流后的电磁转矩不为零，具备自启动能力。同时定子齿靴末端外翘的结构设计使得相应的不对称气隙相对于渐变式气隙结构进一步扩大了转子磁极中心线与定子齿中心线的偏离角，显著提高了电机的启动转矩，可应用于电机启动转矩要求高的场合，增加了电机使用范围。另一方面电机启动转矩较大，电机从静止加速至同步转速时间也进一步缩短。有效地避免了该电机启动存在零点的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的单相永磁同步电机的第一实施例的结构示意图；

图2示出了图1中的a处放大结构示意图；

图3示出了根据本实用新型的单相永磁同步电机的第二实施例的结构示意图；

图4示出了图3中的b处放大结构示意图；

图5示出了根据本实用新型的单相永磁同步电机的第三实施例的结构示意图；

图6示出了图5中的c处放大结构示意图；

图7示出了根据本实用新型的单相永磁同步电机的第四实施例的结构示意图；

图8示出了根据本实用新型的单相永磁同步电机的第五实施例的结构示意图；

图9示出了根据本实用新型的单相永磁同步电机的第六实施例的结构示意图；

图10示出了根据本实用新型的单相永磁同步电机的第七实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、齿靴尖角的圆弧过渡；2、切除直边；3、定子齿底部钝角的圆弧过渡；4、齿靴钝角的圆弧过渡；5、转子磁极轴线；6、定子磁极轴线；7、圆弧段切割；

10、定子齿；11、齿靴；12、第一类定子齿；13、第二类定子齿；

20、转子部；

30、斜切结构；

40、凹槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图10所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种单相永磁同步电机。

具体地，如图1所示，单相永磁同步电机包括定子部。定子部设置有多个定子齿10，多个定子齿10围设成用于容纳转子部20的工作腔，多个定子齿10中至少一个定子齿10的齿靴11处设置有斜切结构30，斜切结构30朝向转子部20设置，斜切结构30与转子部20之间形成气隙厚度。

在本实施例中，通过在定子齿的齿靴处设置切边结构，并使形成的切边结构与转子部之间形成电机的气隙厚度，由于设置了切边结构使得定子齿的端部形成向外翘起的结构，齿靴末端的磁导变小，从而改变了空间气隙磁导分布，使得该单相永磁同步电机具备了不对称气隙结构，并使得电机停止时转子的闭合磁链发生偏移，同时转子磁极轴线不再与定子齿轴线重合，并朝远离末端外翘齿靴的方向偏离了一定的角度，在此位置时电机接入电流后的电磁转矩不为零，具备自启动能力。同时定子齿靴末端外翘的结构设计使得相应的不对称气隙相对于渐变式气隙结构进一步扩大了转子磁极中心线与定子齿中心线的偏离角，显著提高了电机的启动转矩，可应用于电机启动转矩要求高的场合，增加了电机使用范围。另一方面电机启动转矩较大，电机从静止加速至同步转速时间也进一步缩短。有效地避免了该电机启动存在零点的问题。

如图1中的f所示，沿转子部20的转动方向，斜切结构30设置于齿靴11的后端的端面上，斜切结构30与转子部20之间形成气隙厚度沿转子部20的转动方向逐渐减小的设置。这样设置能够提高电机的启动能力。其中，斜切结构30为弧面结构或平面结构。其中，如图2所示，1为齿靴尖角的圆弧过渡，2为切除直边，3为定子齿底部钝角的圆弧过渡处。如图5所示，5为转子磁极轴线，6为定子磁极轴线。如图6所示，7、为圆弧段切割。

在本实施例中，如图2所示，斜切结构30为平面结构，斜切结构30所在的平面与齿靴11的齿底面所在的平面具有夹角φ，齿靴11的端面型线的中点与夹角φ的顶点的连线为w，直线w与齿靴11的齿底面之间具有夹角α，图2中v为齿底面与斜切结构形成的夹角的顶角，其中，1.2α<φ<2α。如图4所示，斜切结构30所在的平面与齿靴11的齿底面之间具有距离d，其中，0.1m<d<0.7m，m为齿靴11的宽度。如图7所示，定子齿为多个，多个定子齿与转子部之间形成的气隙厚度为g1、g2。

具体地，多个定子齿10包括第一类定子齿12和第二类定子齿13。第一类定子齿12的齿靴11和第二类定子齿13的齿靴11都设置有斜切结构30，第一类定子齿12与转子部20之间形成的气隙厚度为g3，第二类定子齿13与转子部20之间形成的气隙厚度为g4，其中，g3≠g4。这样设置能够提高电机转子的输出转矩。

优选地，第一类定子齿12与转子部20之间形成均匀的气隙厚度，第二类定子齿13与转子部20之间形成均匀的气隙厚度。当然，如图8所示，也可以将第一类定子齿12与转子部20之间形成均匀的气隙厚度，沿转子部20的转动方向，第二类定子齿13与转子部20之间形成的气隙厚度逐渐减小地设置。这样设置能够进一步地提高电机转子的输出转矩。在本实施例中，可以将多个第一类定子齿12与多个第二类定子齿13交替地设置。

进一步地，如图9所示，第一类定子齿12的朝向转子部20一侧的端面的型线为第一轮廓线，第二类定子齿13的朝向转子部20一侧的端面的型线为第二轮廓线，其中，第一轮廓线与转子部20的结几何中心的连线形成的圆心角，小于第二轮廓线与转子部20的几何中心的连线形成的圆心角。第一轮廓线的几何中心线、第二轮廓线的几何中心线与转子部20的几何中心的连线形成的圆心角为γ，其中，γ＜2π/s，s为定子槽数。以第一轮廓线的沿转子部20的径向方向的几何中心线为基准线，沿转子部20的转动方向至2π/s角度时为偏移基线，第二轮廓线的沿转子部20的径向方向的几何中心线与偏移基线之间形成偏移角θ，其中，θ＝a-b，0.1π/p＜θ＜0.3π/p，p为电机的极对数，b为偏移基线、偏移基线经过的第二轮廓线的端部、转子部20的几何中心处连线形成的圆心角，a为偏移基线所在的定子齿的后端与偏移基线、转子部20的几何中心处连线形成的圆心角。这样设置显著提高了电机的启动转矩，可应用于电机启动转矩要求高的场合，增加了电机使用范围。

根据本申请的另一个实施例，沿转子部20的转动方向，多个定子齿10的后端的朝向转子部20一侧的端面上开设有凹槽40。凹槽40的沿转子部20的径向方向的横截面成矩形。这样设置同样能够起到提高电机输出转矩，消除电机存在启动死点的问题。

上述实施例中的单相永磁同步电机还可以用于吸尘器设备技术领域，即根据本实用新型的另一方面，提供了一种吸尘器，包括单相永磁同步电机，单相永磁同步电机为上述实施例中的单相永磁同步电机。

具体地，采用本申请的电机结构，本申请通过修改定子单边齿靴末端呈外翘形状，实地齿靴构成不对称气隙结构，解决单相永磁同步电机启动困难问题。同时具有该定子齿结构的单相永磁同步电机相较于渐变式气隙定子齿结构具有较大的电磁启动转矩，达到同步转速的加速时间缩短。

定子齿靴末端外翘形状是通过切除定子齿的单边部分齿靴实现的，切除形式包括基于齿靴上边顶角以直线切割部分齿靴、基于齿靴侧边和定子齿底部的圆弧切割部分齿靴，切除形式和切除部位面积的大小均会影响启动角的大小，从而影响电机启动转矩的大小。

对于直线线切割，切割部位是以齿靴上边顶角v为起始点，以角度φ为射线角度进行切除，角度φ为切除直线与齿靴上边的夹角，从而实现齿靴外翘的结构设计。同时切割线可以向下平行移动，移动距离为d，通过设定合适的平移距离可以选择合适的切割部位。

通过确定角度φ和平移距离d可以共同确定切割部位，其中角度φ需满足:1.3α<φ<1.5α，平移距离d满0.3m<d<0.5m时，线切割的部位面积合适，使电机具有较大的启动电磁转矩，其中α值相对于不同尺寸的定子而变化，规定为齿靴上边顶角到定子齿底部中点确定的直线与齿靴上边的夹角，其中m为齿靴宽度。对于圆弧切割方式，利用定子齿顶和齿靴侧边的圆弧过渡得到圆弧切割具体的部位，其中圆弧段半径根据定子齿靴尺寸优选为相同数量极的尺寸。

根据本申请的一个实施例，定子是在具有均匀气隙的定子齿靴的结构上进行。对于电机旋转方向为逆时针时，为获得正向的启动转矩，外翘齿靴需位于定子齿的右侧齿靴。对于定子齿靴进行切除后会在定子齿底部产生齿底钝角，为减小电机运行过程中的转矩纹波和噪声，应避免底部钝角的存在，采用圆弧段过渡代替齿底钝角，圆弧段半径根据定子齿靴尺寸优选为相同数量级的尺寸。对于切割线下移距离为零时进行切除后会在齿靴上边产生齿靴尖角，为避免齿靴切除后齿靴尖角的存在，改善电机磁路分布，利用圆弧段过渡替代齿靴尖角，圆弧段半径根据定子齿靴尺寸优选为小一数量极的尺寸。对于下移距离不为零时进行齿靴切除会产生一定的齿靴钝角，利用圆弧段过渡替代齿靴钝角，圆弧段半径根据定子齿靴尺寸优选为小一数量极的尺寸。

在根据本申请的另一个实施例中，构成定子齿靴外翘的切割形式不局限于直线切割，也可以是圆弧段的切割形式，通过利用定子齿顶和齿靴侧边的圆弧过渡得到圆弧切割具体的部位，其中圆弧段半径根据定子齿靴尺寸优选为相同数量极的尺寸。同时不用处理类似直线切除存在的尖角，并且圆弧线切割也可以进行向下平行移动，修改切割面积，不影响该技术方案效果。

根据本申请提供的一个实施例中，基于定子形成均匀型气隙结构，进一步地改进设置了包括两种不同的定子齿部结构，两者齿部结构对应不同的气隙结构，具体为:两种气隙结构均为均匀气隙(气隙在同一个定子齿下厚度不变)的结构，但两种气隙的厚度不同，即g1≠g2，且两种不同均匀气隙按1对1的形式交替分布。保持单边齿靴外翘结构的情况下，两种不同定子齿下设置不同厚度的均匀气隙，能够进一步增大电机转子磁极轴线与定子绕组磁极的偏离角，提升启动转矩，减小启动电流。

基于均匀型气隙结构，设置了包括两种不同的定子齿结构，分别为渐变型气隙结构和基础均匀气隙结构，且渐变型气隙与均匀气隙按1对1的形式交替分布，为了获得正向的启动转矩，其中渐变型气隙的厚度沿电机旋转方向逐渐减少，即g11<g12.

采用渐变型气隙也能够解决单相电机的启动问题，同时也能够进一步增大电机转子磁极中心线逆时针偏离角度，提升电机启动转矩，将部分基础均匀气隙结构换成渐变型气隙结构并与单边齿靴外翘结构结合起来，能够叠加增大电机的启动转矩，进而减少启动电流。

在本申请的另一个实施例中，两种不同的定子齿结构正对转子部分轮廓对应的圆心角大小不同，进而导致定子齿的轮廓长度不同，其中圆心角较大的为大齿，圆心角较小的为小齿，大小齿结构按1对1的形式交替分布，大齿轮廓中心与小齿轮廓中心的圆心角为γ，γ＜2π/s，其中s为定子槽数。同时以小齿轮廓几何中心线为参考，与小齿轮廓几何中心线呈2π/s度的直线为大齿的齿偏移基线,设置电机大齿的偏移角度θ＝a-b。其中，θ的取值范围为0.1π/p＜θ＜0.3π/p，p为电机极对数。偏移角度过小，则产生的启动转矩小，偏移角度过大，则与相邻定子齿之间的漏磁会增大。大小齿偏移结构也能够解决单相电机启动死点的问题，同时使电机转子磁极轴线和定子绕组磁极轴线同时顺时针偏离定子齿轭中心一定角度，但定子绕组磁极轴线偏离角度更大，进而使得电机的启动角度变大。将大小齿结构与单边齿靴外翘结构结合一起，能够叠加增大电机的启动转矩，进而可以减少启动电流。

进一步地，如图10所示，矩形开槽方法具体设置为：4个定子齿10的后端的朝向转子部20一侧的端面上开设有凹槽40，开槽部位与齿靴外翘部位位于定子齿同一单边，矩形槽中心线与定子齿中心线的距离为l，矩形槽高为h，槽宽为d。本申请中的定子齿的前端和后端指的是在沿转子部的转动方向，定子齿上先转入预设点的那一端为前端，后转入的一端为后端。定子齿开槽结构也能够解决单相电机启动死点问题，将单边齿靴外翘结构与矩形开槽结构结合起来，能够让电机转子磁极轴线继续逆时针偏移一定角度，能够叠加增大电机的启动转矩，进而减少启动电流。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。