无刷直流电动机是电动机的一种主要类型， 其基本结构是包括具有成对 定子齿的定子、 具有成对磁极的转子、 以及固定在转子中心处的转轴， 每 个定子齿绕制有绕组。 无刷直流电动机的工作原理是通过向绕组施加 按照 设定周期换相的驱动电流， 在定子齿和转子磁极之间产生变化磁场， 从而 在转子上产生电磁力矩， 驱动转子转动。

无刷直流电动机的类型， 按照转子磁极上磁性的产生方式又可分为永 磁型或励磁型， 按照绕组的相数和绕制方式及驱动电流的换相 周期又可分 为单相、 两相或四相无刷直流电动机， 其基本工作原理类似。

但是， 在现有的无刷直流电动机中， 普遍存在一缺陷。 即无刷直流电 动机在半个换相周期内， 当定子磁动势与转子磁通之间的相位夹角在 0。 和 180。 时的电磁转矩分别为零。 因此， 这两个位置被称为 "死点" ， 当转子处 于 "死点" 附近时， 作用在转子上的电动机启动转矩很小， 导致启动不顺利。 发明内容 本发明提供一种无刷直流电动机， 以改善电动机在启动 "死点，， 附近 的启动性能。

本发明提供一种无刷直流电动机， 包括具有成对定子齿的定子、 具有 成对磁极的转子、 以及固定在所述转子中心处的转轴， 每个所述定子齿绕 制绕组， 在定子的每个横截面中， 每个定子齿的齿顶圆弧线与齿轴线的交 点和该定子齿的齿顶圆弧线的圆心的连线， 与该定子齿的齿轴线之间具有 大于 0度且小于 90度的偏心角。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 在转子的每个横截面中， 每个 磁极的边缘圆弧线相对于磁极轴线呈轴对称设 置； 在定子设置在转子的内 侧时， 各磁极的边缘圆弧线内凹， 且半径大于或等于转子旋转半径， 或， 在定子设置在转子的外侧时， 各磁极的边缘圆弧线外凸， 且半径小于或等 于转子旋转半径。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 在转子的每个横截面中， 各磁 极的边缘圆弧线的圆心， 依次连续排列， 形成围绕在转子旋转中心外侧的 转子圆。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 每个磁极的边缘表面为各边缘 圆弧线组成的边缘圆柱面， 各磁极的边缘圆柱面的圆心轴线相互平行。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 在定子的每个横截面中， 每个 定子齿的两侧端点相对于齿轴线呈轴对称设置 ， 且定子齿的两侧边缘线与 齿顶圆弧线之间形成有过渡弧线。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 在每个定子齿上， 背离齿顶圆 弧线圆心一侧的过渡弧线为第一过渡圆弧线， 邻近齿顶圆弧线圆心一侧的 过渡弧线为第二过渡圆弧线， 且第一过渡圆弧线的半径大于第二过渡圆弧 线的半径。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 所述第一过渡圆弧线的半径为 0.1 - 1.0mm, 第二过渡圆弧线的半径为 0.1 ~ 0.6mm。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 各定子齿的偏心角大小相等； 和 /或各定子齿的齿顶圆弧线的半径相等。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 在定子的每个横截面中， 各定 子齿的齿顶圆弧线的圆心， 依次连续排列， 形成围绕在转子旋转中心外侧 的定子圆。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 每个定子齿的齿顶圆表面为各 齿顶圆弧线组成的齿顶圆柱面， 各定子齿的齿顶圆柱面的圆心轴线相互平 行。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 所述转子圆的半径大于所述定 子圆的半径。

如上所述的无刷直流电动机， 优选地： 所述无刷直流电动机为单相永 磁无刷直流电动机， 所述定子齿和转子磁极的数量均为偶数个。

如上所述的无刷直流电动机， 还包括： 转子位置传感器， 用于检测所述转子的当前相位位置并输出转子 相位 位置信号；

控制器， 与所述转子位置传感器相连， 用于根据接收到的所述转子相 位位置信号生成一按正弦波规律变化的驱动电 流信号给绕组以实行换相。

本发明提供的无刷直流电动机， 通过将定子齿的齿顶圆形状设计为相 对于转子旋转中心偏心的圆弧线， 使得无刷直流电动机能够消除启动 "死 点" ， 顺利启动。 附图说明

图 1为现有技术中釆用渐变气隙结构示意图；

图 2为现有技术中釆用阶梯气隙结构示意图；

图 3为现有技术中釆用不对称齿结构示意图；

图 4为现有技术中釆用附加凹槽结构示意图；

图 5为本发明无刷直流电动机实施例中定子的横� �面结构示意图； 图 6为图 5中 A处的放大图；

图 7为本发明无刷直流电动机实施例中定子与转� �相配合的横截面结 构示意图；

图 8为本发明外转子式无刷直流电动机实施例中� �子的横截面结构示 意图；

图 9为本发明外转子式无刷直流电动机实施例中� �子与定子相配合的 横截面结构示意图。 具体实施方式 实施例一 图 7为本发明无刷直流电动机实施例中定子与转� �相配合的横截面结 构示意图， 本实施例的无刷直流电动机包括具有成对定子 齿的定子、 具有 成对磁极的转子、 以及固定在转子中心处的转轴， 每个定子齿绕制绕组， 且对定子齿的形状进行了优化改进。 为清楚介绍本发明实施例的技术方 案， 先简单介绍无刷直流电动机的基本结构。

本发明既可适用于转子设置在定子内侧的内转 子式电动机， 也可适用 于转子设置在定子外侧的外转子式电动机， 本实施例以内转子式电动机为 例进行说明。 如图 7所示， 转子 7设置在定子 5的内侧， 转轴固定在转子 7的中心处， 例如可穿过转子 7的中心孔， 以通过转子 7的转动来输出电 磁转矩。 当转子 7旋转时， 转子最外端的边缘必然形成一圆形， 该转子旋 转形成的圆形的半径记为转子旋转半径， 其圆心记为转子旋转中心。

如图 7所示， 定子 5包括定子外圆和定子齿 51 , 每个定子齿 51均由 齿根部和齿顶部构成， 齿根部从定子外圆中朝向转子旋转中心延伸而 出， 齿;^部为轴对称的板状， 齿顶部的两侧分别由齿^^部的两侧伸出， 以构成 齿槽 52的槽口； 从定子 5任意横截面的角度来看， 齿根部的对称轴线与 转子旋转半径共线， 记作该定子齿的齿轴线（该齿轴线也为齿根部 的中心 与转子旋转中心之间的连线） 。

本实施例提供的内转子式无刷直流电动机， 如图 5-7所示， 包括具有 成对定子齿 51的定子 5、 具有成对磁极 71的转子 7、 以及固定在转子 7 中心处的转轴， 每个定子齿 51绕制有绕组 （图中未示） ， 定子 5设置在 转子 7的外侧。 在定子 5的每个横截面中， 每个定子齿 51的齿顶圆弧线 51 1与定子齿 51的齿轴线 20的交点和该定子齿 51的齿顶圆弧线 51 1的圆 心 512的连线， 与该定子齿 51的齿轴线 20之间具有大于 0度且小于 90 度的偏心角 Θ。

具体地， 定子 5的内侧面上可固定设置偶数个向中心伸出的� �子齿 51 , 且定子齿 51均布在定子 5的内侧面上， 定子齿 51与转子 7上的磁极 71数目相等， 位置也——对应； 其中， 转子 7上的磁极 71可以为永磁体， 也可以因通电而具有磁性。 相邻的定子齿 51之间的空隙为齿槽 52 , 定子 5固定不动， 通过位于转子 7中心孔的转轴带动转子 7旋转。

不同对的定子齿 51对应的偏心角 Θ可以相同也可以不同， 即齿顶圆 弧线 51 1的圆心 512的排列方式可以为多种， 例如， 可以使处于间隔位置 的定子齿 51的偏心角 Θ相等， 或是按所有定子齿 51对应的偏心角 Θ依次 递增的方式设置。 本实施例无刷直流电动机中， 由于偏心角 Θ的存在， 齿顶圆弧线 51 1 的圆心 512与转子旋转中心不重合、 且不会落在齿轴线所在直线上； 当定 子齿与磁极的相位为 0。 和 180。 时， 启动输入驱动电流， 则由于偏心角 Θ的存在， 可形成磁动势压差， 使得在 "死点" 位置时合成的电磁转矩不 为零， 消除了启动 "死点" ， 具有良好的启动性能。

优选地， 上述各定子齿 51的偏心角 Θ大小相等； 和 /或各定子齿 51 的齿顶圆弧线 511的半径相等。 从定子齿任意横截面的角度来看， 当各定 子齿 51的偏心角 Θ相等， 且各定子齿 51所对应的齿顶圆弧线 511的半径 也相等时， 在定子 5的每个横截面中， 各定子齿 51的齿顶圆弧线 511的 圆心 512, 依次连续排列， 形成围绕在转子旋转中心外侧的定子圆。 当转 子 7转动时， 该偏心角 Θ的大小不变， 但是该定子齿 51与该转子磁极 71 之间的磁场矢量变化；也就是说， 当电动机启动后恒定的转速旋转过程中， 偏心角 Θ位置不变， 磁场矢量随转子转动呈均匀变化， 得到的磁阻转矩逐 渐为平滑的正弦波形状， 从而减少了电动机输出的电磁转矩的波动。

本实施例中， 每个定子齿 51的齿顶圆表面可以为各齿顶圆弧线 51 1 组成的齿顶圆柱面， 各定子齿 51的齿顶圆柱面的圆心轴线相互平行。 但 具体应用中并不限于此， 例如各定子齿 51的横截面可以相互偏差一定角 度， 螺旋状排列。 这并不影响本实施例中偏心角的工作原理， 只要满足定 子齿横截面的形状要求即可。

在本实施例中， 通过将定子 5的齿顶圆弧线 511对应的圆心 512偏离 转子旋转中心 10、 以形成偏心角 Θ的方式来提供启动时所需的不对称转 阶梯气隙结构、 不对称齿结构和附加凹槽结构） 中， 都是仅通过改变定子 齿 51的齿顶圆柱面 51 1的形状来提供不对称气隙的； 具体请参照图 1、 图 2、 图 3和图 4, 渐变气隙结构中， 不同的定子齿的齿顶圆柱面的圆心相同 但半径 Rl l、 R12、 R13、 R14和 R15不同； 阶梯气隙结构中， 在同一定子 齿的齿顶圆表面形成突变的阶梯 t; 不对称齿结构中， 每个定子齿的齿顶 圆柱面的对称轴 k2偏离该定子齿的对称轴 kl ; 附加凹槽结构则是指在位 于定子齿的对称轴的一侧的齿顶圆柱面上开设 凹槽 h。

由于现有技术中这四种形式的定子结构中定子 齿的齿顶圆柱面的中 心轴都位于转子旋转中心轴上， 从而使不同定子齿与转子形成的气隙间存 在突变， 导致在一个极距内， 磁阻转矩存在一个正峰值和一个负峰值， 即 表现出很高的转矩波动。 因此， 与上述现有技术中的四种定子结构相比， 本实施例提供的无刷 直流电动机不但克服启动 "死点" 问题， 而且， 还能解决现有技术中电动 机正常运行转矩波动过大、 噪声过大的问题， 有效减少工作中的振动和噪 音。

实施例二

本实施例可以以实施例一为基础， 进一步优化转子的结构形状。 本实 施例中， 在转子 7的每个横截面中， 每个磁极 71的边缘圆弧线 712可相 对于磁极轴线呈轴对称设置； 本实施例对于定子 5设置在转子 7外侧的情 况， 转子 7上的各磁极 71的边缘圆弧线 712外凸， 且边缘圆弧线 712的 半径小于转子旋转半径，即边缘圆弧线 712的圆心 713位于边缘圆弧线 712 与转子旋转中心之间。或边缘圆弧线 712的半径也可以等于转子旋转半径。

每个转子的磁极 71边缘圆弧线 712的形状不必完全相同， 但优选地， 在转子 7的每个横截面中， 各磁极 71的边缘圆弧线 712的圆心 713 ,依次 连续排列， 形成围绕在转子旋转中心 10外侧的转子圆。

每个磁极 71的边缘表面优选为各边缘圆弧线组成的边缘� ��柱面， 各 磁极 71的边缘圆柱面的圆心轴线相互平行。 但并不限制于此， 例如， 磁 极 71在垂直于横截面的方向上沿螺旋曲线延伸， 或者， 磁极 71表面呈锥 形表面等。

其中， 当分别形成转子圆和定子圆的情况时， 转子圆的半径优选大于 定子圆的半径， 或大致满足此规律； 即从一个横截面的角度看， 所有齿顶 圆弧线 51 1的圆心 512排列成一以转子旋转中心 10为圆心的圆， 所有磁 极 71的边缘圆弧线 712的圆心 713也排列成以转子旋转中心 10为圆心的 圆， 且磁极 71的边缘圆弧线 712的圆心 713围绕在齿顶圆弧线 511的圆 心 512的外侧。 磁极表面和定子的齿顶圆表面釆用圆柱面可以 便于加工制 造， 有利于节约成本。

本实施例釆用将转子上磁极的边缘表面形状设 计为以磁极轴线对称 的、 圆心不在转子旋转中心上的边缘圆弧线， 可以使本实施例中的转子与 定子形成的气隙磁场的变化更为平滑， 从而更有效地减少输出电磁转矩的 波动， 进一步减小电动机工作过程中的振动。

实施例三 图 5为本发明无刷直流电动机实施例中定子的横� �面结构示意图， 本 实施例可以上述任意实施例为基础， 更进一步地， 在定子 5的每个横截面 中， 每个定子齿 51的两侧端点相对于齿轴线 20呈轴对称设置， 且定子齿 51的两侧边缘线与齿顶圆弧线 511之间形成有过渡弧线。

在这里， 定子齿 51的两侧端点即为齿顶部两侧距离齿轴线 20距离最 远的点； 齿顶圆表面向两侧的齿侧面分别通过圆弧面平 滑过渡， 从定子的 横截面角度看， 这两个圆弧面则为上述齿顶圆弧线 511。 在转子 7旋转时， 圆弧面的设计可使气隙磁场的变化更为均匀。

优选地， 在每个定子齿 51上， 背离齿顶圆弧线 51 1的圆心 512—侧 的过渡弧线为第一过渡圆弧线 513 , 邻近齿顶圆弧线圆心一侧的过渡弧线 为第二过渡圆弧线 514, 且第一过渡圆弧线 513的半径大于第二过渡圆弧 线 514的半径。 这样设置的好处在于， 能够配合定子圆弧线的偏心设计， 进一步降低转子在转动过程中气隙磁场的突变 。

进一步地， 第一过渡圆弧线 513的半径取值范围优选是 0.1 ~ 1.0mm, 第二过渡圆弧线 514的半径取值范围优选是 0.1 ~ 0.6mm。

本实施例中的过渡圆弧面的设计可以配合转子 的转动， 使定子与转子 之间的气隙磁场变化更加平滑均勾， 从而使气隙磁场的变化规律更趋近于 正弦波形， 达到进一步减小转矩波动和振动噪音的目的。

实施例四

图 8为本发明外转子式无刷直流电动机实施例中� �子的横截面结构示 意图； 图 9为本发明外转子式无刷直流电动机实施例中� �子与定子相配合 的横截面结构示意图。 请参照图 8和图 9, 本实施例提供一种外转子式的 无刷直流电动机，与实施例一不同之处在于， 转子 7设置于定子 5的外侧， 这样， 转子 7可以呈环状， 定子 5位于转子 7的中心， 定子 5的外侧面上 固定设置偶数个沿径向向外延伸的定子齿 51 , 转子 7的磁极 71设置在转 子 7的内环侧面上， 且位置也可与定子齿 51——对应， 固定于转子 7中 心孔处的转轴可带动转子 7旋转； 此时， 从转子 7的横截面角度来看， 各 磁极 71的边缘圆弧线 712内凹， 且半径大于或等于转子旋转半径； 且同 实施例一类似， 在定子 5的每个横截面中， 每个定子齿 51的齿顶圆弧线 51 1与定子齿 51的齿轴线 20的交点和该定子齿 51的齿顶圆弧线 511的圆 心 512的连线， 与该定子齿 51的齿轴线 20之间具有大于 0度且小于 90 度的偏心角 θ。 定子 5和转子 7的结构以及两者之间的结构关系也与实施 例一类似， 在此不再赘述。

优选地， 各定子齿 51所对应的偏心角 Θ以及齿顶圆弧线 51 1的半径 大小可以相等， 且各定子齿 51所对应的齿顶圆弧线的圆心 512可依次连 续排列， 形成围绕在转子旋转中心外侧的定子圆。

更进一步地， 可以釆用实施例二的方式进一步优化转子的结 构。 即， 在转子 7的每个横截面中， 每个磁极 71的边缘圆弧线 712可相对于磁极 轴线呈轴对称设置， 且针对转子 7设置在定子 5的外侧的情况， 转子 7上 各磁极 71的边缘圆弧线 712内凹， 且边缘圆弧线 712的半径小于转子旋 转半径； 每个转子磁极 71的边缘圆弧线 712形状可以相同或不同， 且各 磁极 71的边缘圆弧线 712的圆心 713可以依次排列形成围绕在转子旋转 中心 10外侧的转子圆； 最优地， 当分别形成转子圆和定子圆的情况时， 转子圆半径可大于定子圆半径 （如图 9所示） 。

本实施例提供的外转子式的无刷直流电动机， 同样可在改善电动机在 启动 "死点"附近的启动性能的同时， 减少电动机正常运转时的转矩波动， 达到降低振动和噪声的目的。

本发明实施例提供的无刷直流电动机可以适用 于单相、 两相或四相无 刷直流电动机， 其工作原理类似， 都可以改善启动性能。 但本发明实施例 优选适用于单相永磁无刷直流电动机， 因为， 釆用单相绕组可以有效降低 生产成本， 且同样能获得较高的效率。 无刷直流电动机的定子齿 51的数 量可以为偶数个， 例如， 四个、 六个或八个， 对应地， 转子上磁极的数量 也可以为偶数个， 例如， 同样为四个、 六个或八个； 可以釆用内转子式或 外转子式， 其中定子的结构、 转子的结构以及转子与定子之间的结构关系 可以釆用实施例一或实施例二的具体方案， 在此不再赘述。

本实施例提供的单相永磁无刷直流电动机能够 克服现有技术中的单 相永磁无刷直流电动机的启动 "死点" 、 顺利启动， 同时， 还可得到呈正 弦规律变化的气隙磁场， 从而得到均勾变化的转矩， 有效减小转矩波动。

更进一步地，上述任一实施例中的单相无刷直 流电动机，还可以包括： 转子位置传感器， 用于检测转子的当前相位位置并输出转子相位 位置 信号；

控制器， 与转子位置传感器相连， 用于根据接收到的转子相位位置信 号生成一按正弦波规律变化的驱动电流信号给 绕组以实行换向。

具体地， 控制器和绕组可分别与驱动电路相连， 以将驱动电流信号输 入至定子上的绕组， 并通过控制器改变驱动电流的方向来实行换向 。

即， 本无刷直流电动机可釆用正弦变化的电流信号 驱动， 通过控制器 的相位补偿作用使绕组的反电动势按正弦规律 变化， 从而使气隙磁场的变 化规律为更纯正的正弦波， 进一步降低了转矩波动， 降噪效果更好。

最后应说明的是： 以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非 对其限制； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的 说明， 本领域的 普通技术人员应当理解： 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案 进 行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替 换； 而这些修改或 者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施 例技术方案的范 围。