CN101361251A - 扁平型单相无刷dc电动机 - Google Patents

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CN101361251A CNA2006800513951A CN200680051395A CN101361251A CN 101361251 A CN101361251 A CN 101361251A CN A2006800513951 A CNA2006800513951 A CN A2006800513951A CN 200680051395 A CN200680051395 A CN 200680051395A CN 101361251 A CN101361251 A CN 101361251A
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Abstract

一种扁平型单相无刷直流(BLDC)电动机(100)，包括：转子(120)，其可旋转地固定到轴(110)上，并且具有附着至其下侧的永磁体(121)；安装在所述转子下面的定子板(120)；多个定子铁心(140)，其安装在所述定子板(120)上以面对所述永磁体，所述定子铁心含有软磁粉，并且所述定子铁心被布置为相对于所述转子(110)的旋转径向非对称，以便确定所述转子的旋转方向；以及多个线圈(150)，每一个线圈都缠绕在所述定子铁心(140)中的相应一个定子铁心的周围，以形成朝向所述永磁体的磁场。

Description

扁平型单相无刷DC电动机
技术领域
本发明涉及扁平型(flat-type)单相无刷DC(BLDC)电动机；并且更具体而言，涉及这样一种扁平型单相BLDC电动机，其具有周围缠绕了线圈的定子铁心，因而能够通过在将磁场聚焦到永磁体的同时使磁场损耗降至最低而提高电动机效率。
背景技术
通常，电动机是一种将电能转换成机械能以产生旋转动力的设备，并且它广泛应用于工业设备和各种家用电器。电动机被大致分为直流(DC)电动机和交流(AC)电动机。
就具有电刷的DC电动机而言，电流流入线圈，并且作为换向器和电刷之间发生接触的结果对所述电流整流。然而，这样的DC电动机的问题在于电刷存在磨损。因而，为了克服这样的缺陷，不采用电刷的无刷DC(BLDC)电动机得到了广泛应用。
BLDC电动机具有广泛的应用，因为其具有大转矩、高效率和高可控性。尽管一般来讲两相或三相BLDC电动机得到了广泛应用，但是随着电动机相的增多，将需要高价的驱动电路和检测电路。因而，在诸如用于驱动(例如)计算机的冷却风扇的驱动单元等低价简单结构产品中，通常采用单相BLDC电动机。
下文将参考图1说明常规扁平型单相BLDC电动机。
图1是常规扁平型单相BLDC电动机10的分解透视图。如图1所示，常规扁平型单相BLDC电动机10包括在向其施加电流时产生旋转转矩的单相无铁心定子11和借助定子11的转矩旋转的转子12。
固定在转子12的下部的无铁心定子11具有定子磁轭11a以及设置在定子磁轭11a的顶部的电枢线圈11b和11c。接线板(wiring board)13附着至定子磁轭11a。
接线板13具有用于通过向电枢线圈11b和11c施加电流来驱动电枢线圈11b和11c的驱动电路(未示出)以及用于检测转子12的环形磁体12b的磁极的诸如Hall传感器之类的磁极检测装置(未示出)。响应于驱动信号，通过接线板13向电枢线圈11b和11c施加电流，以生成旋转转矩，并使转子12旋转。
转子12具有固定于其中心的转子轴12a，环形磁体12b安装在转子12的下侧，其中，环形磁体12b具有交替布置的N极和S极。此外，用于在旋转过程中送风的冷却风扇14附着到转子12的外侧。
借助于轴承15b和15c，将转子轴12a安装在外壳15的轴承套15a内，由此转子12被可旋转地固定在外壳15内。
具有上述构造的常规扁平型单相BLDC电动机10的操作如下。在电动机10的操作的初始阶段，利用诸如Hall传感器之类的磁极检测装置来检测停止的转子12的环形磁体12b的N极或S极，并将检测结果发送至接线板13。之后，操作接线板13的驱动电路，从而向电枢线圈11b和11c施加电流，由此形成朝向环形磁体12b的旋转磁场。结果，转子12反复旋转，转子12又使冷却风扇14旋转以生成气流。
就常规扁平型单相BLDC电动机10而言，无铁心定子11所生成的磁场具有竖直取向。然而，一直难以仅仅通过层压多个具有相同形状的硅钢片来制造出用于为所述竖直磁场提供通路的定子铁心。因而，出于对定子铁心的制造困难的考虑，有人将电枢线圈11b和11c缠绕在没有定子铁心的定子磁轭11a上。结果，在为转子12的旋转生成转矩的过程中不能充分利用电枢线圈11b和11c所生成的磁场，从而导致了电动机效率的恶化。
发明内容
技术问题
因此，本发明的目的在于提供一种扁平型单相BLDC电动机，其具有：周围缠绕了线圈的定子铁心；以及面积扩大的磁场聚焦板，其安装在所述定子铁心上，以面对所述永磁体，其中，所述定子铁心是通过压制软磁粉形成的，并且所述定子铁心起着使所述线圈生成的用于建立转矩的磁场的损耗最小化的作用，并且所述磁场聚焦板起着将所述磁场聚焦到所述永磁体上的作用，因而提高了电动机效率。
技术方案
根据本发明的实施例，提供了一种扁平型单相无刷直流(BLDC)电动机，该扁平型单相无刷直流(BLDC)电动机包括：转子，其可旋转地固定到轴上，并且具有附着至其下侧的永磁体；安装在所述转子下面的定子板；安装在所述定子板上以面对所述永磁体的多个定子铁心，所述定子铁心含有软磁粉，并且所述定子铁心被布置为相对于所述转子的旋转径向非对称，以便确定所述转子的旋转方向；以及多个线圈，每一个线圈缠绕在所述定子铁心中的相应一个定子铁心的周围，以形成朝向所述永磁体的磁场。
有益效果
根据本发明实施例的扁平型单相BLDC电动机具有周围缠绕了线圈的定子铁心。利用所述定子铁心，能够使所述线圈生成的用于产生旋转转矩的磁场的损耗降至最低，因而能够提高电动机效率。此外，定子铁心具有被配置为面对永磁体的面积扩大的磁场聚焦板。所述磁场聚焦板将磁场聚焦在所述永磁体上，因而能够进一步提高电动机效率。
附图说明
通过下文结合附图给出的对示例性实施例的说明，本发明的上述和其他目的和特征将变得显而易见，在附图中：
图1是常规扁平型单相BLDC电动机的分解透视图；
图2示出了根据本发明第一实施例的扁平型单相BLDC电动机的分解透视图；
图3示出了根据本发明第一实施例的扁平型单相BLDC电动机的横截面图；
图4示出了图3的部分“A”的放大图；
图5示出了根据本发明第一实施例的扁平型单相BLDC电动机的平面图；
图6提供了图3的部分“A”的第一变型的放大图；
图7示出了图3的部分“A”的第二变型的放大图；
图8示出了图3的部分“A”的第三变型的放大图；以及
图9示出了图3的部分“A”的第四变型的放大图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细说明本发明的示例性实施例，从而使本领域技术人员容易地实施本发明。
图2和图3提供了用于说明根据本发明实施例的扁平型单相BLDC电动机组件100的分解透视图和横截面图。图4示出了图3的部分“A”的放大图。
如图所示，根据所述实施例的扁平型单相BLDC电动机组件100包括轴110；转子120，其固定在轴110上并且具有永磁体121；安装在转子120下面的定子板130；多个定子铁心140，其沿定子板130的圆周方向以规则间隔布置在定子板130上，从而面对永磁体121；缠绕在定子铁心140周围的线圈150；以及固定在定子板130的底部的控制板160。
借助于轴承111，将轴110可旋转地安装在电动机组件100的外壳(未示出)中。此外，使轴110穿过转子120的中央固定，从而使其能够与转子120一起旋转。
转子120包括其中央固定在轴110上的圆形盖122；耦合至盖122的底表面的托架123；以及固定在托架123的底部上的永磁体121。
永磁体121是具有交替磁化的N极和S极的环形磁体，磁极的数量被设置为2的倍数。
将定子板130安装在电动机组件100的外壳内，从而使其位于转子120之下。定子板130由磁体制成，并且定子板130在其中央设置了通孔134，轴110通过该通孔134插入，其中，在孔134的表面与轴110之间保持一定间隙。此外，定子板130具有多个锁孔131，所述多个定子铁心140被插入到所述锁孔131内，从而被固定在该处，其中，沿所述定子板130的圆周方向以规则间隔设置所述锁孔131。
所述定子铁心140的数量是多个，例如，2的倍数。每个定子铁心140插入设置在定子板130上的相应一个锁孔131中，从而使定子铁心140沿定子板130的圆周方向以保持于其间的规则间隔布置，并使其面对永磁体120。此外，定子铁心140是通过压制软磁粉形成的，并且将定子铁心140布置为相对于转子的旋转径向不对称(参考图5)。定子铁心140的不对衬布置打破了由磁场施加到永磁体120上的磁力的平衡，因而这有可能确定转子120的初始旋转方向。
每一定子铁心140具有插入到定子板130的相应一个锁孔131内的体部分141、以及形成于体部分141的顶端上的磁场聚焦板142。
所述体部分141被垂直形成，并且将线圈150中的相应一个缠绕在它的周围。
在体部分141的顶端形成磁场聚焦板142，从而使其与体部分141集成为一体。磁场聚焦板142具有比体部分141的顶部的水平截面积大的扩大面积。磁场聚焦板141的作用在于使缠绕在体部分141周围的线圈150生成的磁场朝向永磁体121聚焦。如图5所示，磁场聚焦板142具有近似为扇形的形状，它们相对于转子120的旋转径向非对称布置，由此使施加至永磁体121的磁场变得不平衡，从而有可能设置转子120的初始旋转方向。
由于定子铁心140是通过压制软磁粉形成的，因而能够将它们形成为具有用于将线圈150的磁场向上引导的结构，此外，通过利用磁场聚焦板142，能够将定子铁心140配置为具有“T”形。所述软磁粉是以铁为基础的，对所述粉末颗粒进行涂覆，从而使其相互绝缘。
为了通过压制软磁粉制造定子铁心140，在压模机中提供与定子铁心150的形状相对应的模制空间，并且在用软磁材料填充所述模制空间之后，利用诸如冲头等压制构件压缩所述模具，由此能够获得这样的定子铁心140，即每个定子铁心140具有集成为一体的体部分141和磁场聚焦板142。这里，可以向所述软磁材料添加润滑剂和/或粘合材料，并将其压制在一起。
通过对软磁材料的压制处理，将定子铁心150形成为具有三维形状的软磁复合体(SMC)。与采用硅钢片的常规情况相比，能够在铁心140的成形方面具有高自由度，因而能够将每一铁心140形成为具有将体部分141和具有非对称结构的磁场聚焦板142集成为一体的构造。而在试图通过层压具有相同形状的硅钢片形成定子铁心的常规情况下则难以获得所述构造。
定子板130由磁体形成，例如，所述磁体由钢材料构成。此外，与形成定子铁心140的情况一样，也可能通过压制软磁材料来形成定子板140，在这种情况下，能够实现各种形状的定子板130。
与图2到图4所示的实施例中的一样，所述电动机组件100还可以包括绝缘体170，其连接至定子铁心140，以覆盖定子铁心140的体部分141。
绝缘体170可以由诸如合成树脂、橡胶或类似材料等绝缘材料构成，分别在每一绝缘体170的上端和下端形成上凸缘171A和下凸缘171B，从而使线圈150与定子铁心140的磁场聚焦板142以及定子板130绝缘。
同时，在图2到图4所示的实施例中，通过将定子铁心140的体部分141穿过绝缘体170插入到设置于定子板130上的锁孔131内而将定子铁心140固定到定子板130上。然而，将定子铁心140固定到定子板130上的耦合机构不限于此。例如，如图6所示，可以将定子铁心140插入到形成于定子板130上的锁槽132内，而不是插入到锁孔130内，由此将定子铁心140的体部分141固定到定子板130上。或者，如图6所示，通过形成对应于绝缘体170的下凸缘171B的体积的插入槽133，能够将定子铁心140的体部分141的下端部分和绝缘体170的下凸缘171B一起插入到定子板130的插入槽133内，由此能够将绝缘体170以及定子铁心140一并固定到定子板130上。
线圈150缠绕在定子铁心140的周围，以形成朝向永磁体121的磁场。如图2、图3、图4和图6所示，通过下凸缘171B使线圈150与定子板130绝缘，通过绝缘体170使线圈150与定子铁心140绝缘。
如图8和图9所示，可以将线圈150直接缠绕在定子铁心140的周围，定子铁心140的外表面通过接合或粘合而涂覆了绝缘材料，以替代绝缘体170的设置。
再来参考图2，控制板160设置在中央部分，其具有允许轴110插入其中的开口161，同时在轴110和孔161的表面之间保持间隙。控制板160附着到定子板130的底部。在控制板160上形成驱动电路(未示出)，所述驱动电路通过向线圈150施加电流来驱动线圈150，和/或所述驱动电路驱动用于检测永磁体121的磁极的诸如Hall传感器之类的磁极检测传感器162。操作控制板160以向线圈150施加电流，从而生成用于旋转转子120的转矩。
在下文中，将介绍具有上述构造的扁平型单相BLDC电动机组件100的操作。
如果提供了驱动电动机组件100的操作信号，那么控制板160的驱动电路将向缠绕在定子铁心140周围的线圈150施加电流，从而由线圈150生成磁场。将如此生成的磁场通过定子铁心140与永磁体121耦合。这些定子铁心140经由磁性材料所构成的定子板130相互连接，从而使所述磁场相互传播。结果，能够使转子12旋转。
安装在控制板160上的磁极检测装置162检测永磁体121的磁极，并将检测信号发送至控制板160的驱动电路。所述驱动电路响应于所述检测信号提供电功率，以改变线圈150的极性，进而使线圈150具有不同的磁性(magnetism)。这样能够使转子120持续旋转。
同时，由于定子铁心140，即磁场聚焦板142具有两个相对于转子120的旋转径向不对称的部分，因而面对永磁体121的磁场聚焦板142的两个部分的形状互不相同，由此能够使线圈150生成的并且施加到永磁体121上的磁场的力变得不平衡，从而有可能确定转子120的初始旋转方向。这样的磁场失衡允许在转子120停止时，使永磁体121停止在恒定的位置。因而，通过考虑永磁体121的这一与其停止操作相关的特性，可以制造出这样一种电动机，所述电动机能够在初始状态下迅速得到驱动。
此外，由于利用邻近永磁体121设置的并且具有大于体部分141的横截面的扩大面积的磁场聚焦板142将来自定子铁心140的与永磁体121耦合的磁场121聚焦到了永磁体121上，因而能够增强磁力，从而可以提高电动机效率。
尽管已经参照实施例对本发明进行了图示和描述，但是本领域技术人员应该理解，在不背离下列权利要求界定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种变化和修改。

Claims (14)

1、一种扁平型单相无刷直流(BLDC)电动机，包括：
转子，其可旋转地固定到轴上，并且具有附着至其下侧的永磁体；
安装在所述转子下面的定子板；
多个定子铁心，其安装在所述定子板上以面对所述永磁体，所述定子铁心含有软磁粉，并且所述定子铁心被布置为相对于所述转子的旋转径向非对称，以便确定了所述转子的旋转方向；以及
多个线圈，每一个线圈都缠绕在所述定子铁心中的相应一个定子铁心的周围，以形成朝向所述永磁体的磁场。
2、根据权利要求1所述的电动机，其中，所述定子板由磁体构成。
3、根据权利要求1所述的电动机，其中，沿所述定子板的圆周方向以规则间隔布置所述定子铁心。
4、根据权利要求3所述的电动机，其中，所述定子铁心是通过压制所述软磁粉形成的。
5、根据权利要求1所述的电动机，其中，所述定子板含有软磁粉。
6、根据权利要求5所述的电动机，其中，所述定子板是通过压制所述软磁粉形成的。
7、根据权利要求1所述的电动机，其中，每个定子铁心包括：
体部分，其被插入到所述定子板内并且被固定在该处，从而使其保持直立；以及
磁场聚焦板，其形成于所述体部分的顶端从而与其集成为一体，并且所述磁场聚焦板具有比所述体部分的横截面积大的扩大面积，
其中，所述线圈缠绕在所述体部分的周围；并且所述磁场聚焦板相对于所述转子的旋转径向非对称布置，并且起着将所述线圈的磁场聚焦到所述永磁体上的作用。
8、根据权利要求1所述的电动机，还包括若干个用于使所述线圈与所述定子铁心绝缘的绝缘体。
9、根据权利要求7所述的电动机，还包括若干个用于使所述线圈与所述定子铁心绝缘的绝缘体。
10、根据权利要求8所述的电动机，其中，所述绝缘体安装在所述定子铁心中的相应一个定子铁心上，从而使所述线圈与所述定子铁心绝缘。
11、根据权利要求9所述的电动机，其中，所述绝缘体安装在所述定子铁心中的相应一个定子铁心上，从而使所述线圈与所述定子铁心绝缘。
12、根据权利要求8所述的电动机，其中，通过将所述绝缘体插入到所述定子板内来将所述绝缘体安装在该处。
13、根据权利要求1所述的电动机，其中，采用绝缘材料来涂覆或覆盖所述线圈的外表面，从而将所述线圈直接缠绕在所述定子铁心中的相应一个定子铁心的周围。
14、根据权利要求7所述的电动机，其中，采用绝缘材料来涂覆或覆盖所述线圈的外表面，从而将所述线圈直接缠绕在所述定子铁心中的相应一个定子铁心的周围。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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