CN101517858A - 外转子型风扇电机及磁化外转子型风扇电机的磁体的方法 - Google Patents

外转子型风扇电机及磁化外转子型风扇电机的磁体的方法 Download PDF

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Abstract

一种外转子型风扇电机及磁化外转子型风扇电机的磁体的方法。该外转子型风扇电机包括：转轴；定子，其设置在转轴的外侧；风扇，其具有毂和形成在所述毂上的多个叶片，所述毂以预定的间隙覆盖所述定子；以及磁体，其设置在所述毂的内表面上并且与所述定子间隔预定的间隙，其中所述磁体为被磁化以具有极性各向异性的各向同性磁体。因此，在不减小反电动势的情况下减小了顿转扭矩和噪音，由此获得高效率。

Description

外转子型风扇电机及磁化外转子型风扇电机的磁体的方法
技术领域
本发明涉及一种外转子型风扇电机及磁化外转子型风扇电机的磁体的方法，特别涉及一种如下的外转子型风扇电机及磁化该外转子型风扇电机的磁体的方法，在小型化该外转子型风扇电机时能够在保持其输出性能或效率的情况下减小顿转扭矩(cogging torque)和噪音。
背景技术
鉴于冰箱冷却空间内部的安装空间的考虑，通常使用径向及轴向尺寸紧凑的外转子型风扇电机作为冰箱中用于吹送冷却气的风扇。
图1为示出了根据现有技术的外转子型风扇电机的立体图。
如图1所示，传统的外转子型风扇电机10包括：后轴承组件17，其联接至壳体(未示出)；定子12，其联接至后轴承组件17；前轴承组件15，其联接至定子12；以及风扇单元20，其中部与转轴11连接，所述转轴11由两个轴承组件15和17支撑以能够自由地旋转，该外转子型风扇电机还具有转子轭(rotor yoke)13，该转子轭13设置在定子12的外周上。
详细而言，风扇单元20包括：由合成树脂材料制成的风扇本体21，该风扇本体设置在中部；圆筒形的毂24，其形成在风扇本体21中；多个叶片22，其径向设置在毂24的外周面上；叶片支承单元23，其设置在叶片22上；以及风扇基座25，其设置在边缘部并且从风扇本体21延伸。
转子轭13安装在毂24的内周面上，永磁体13a以与定子12之间相隔一定间距地设置在转子轭13中。转轴11在转子轭13的内部固定地接合至其中部。
转子轭13呈一侧闭合的圆筒状。内表面上具有多个突起的磁体用作永磁体13a。
这就是说，在永磁体13a的内表面上形成有多个弧形突起。
电机架(motor mount)29设置在风扇基座25的外表面上，由此支承外转子型风扇电机10。
由于定子12与永磁体13a磁性地相互作用，其内具有永磁体13a的转子轭13旋转。与此同时，与具有转子轭13的毂24一体形成的风扇本体与叶片22也一同旋转。
图2示出了应用于图1中的外转子型风扇电机中的磁体安装在磁化器(magnetizer)上的状态，图3示出了图1中的磁体安装在外转子型风扇电机上的状态，图4为示出了图1中的磁体的反电动势与顿转扭矩的曲线图。
如图2所示，为了磁化永磁体13a，永磁体13a设置在磁化器30的外磁化轭31与内磁化轭32之间。随后，对永磁体13a瞬间施加约1000V的高压以进行磁化。
如图3所示，永磁体13a的内表面具有不同的曲率并且具有朝向中心向内设置的多个弧形突起，因此永磁体13a的制造具有一定的难度。此外，由于定子12的各齿12a的端部为梯形，因此由永磁体13a产生的磁通量为方形波，这降低了输出性能。
参照图4，采用极性各向异性的高性能磁体来防止由于电机的小型化而导致的输出性能下降。然而，使用极性各向异性的高性能磁体导致制造成本和顿转扭矩增加，顿转扭矩会使电机的转子轭和定子由于振动而发生位移，因此产生噪音。
此外，必须使用外磁化轭31与内磁化轭32来磁化永磁体13a，因此带来不便。
发明内容
技术问题
提出本发明以克服上述现有技术的缺陷。为此目的，本发明具有以下特征。
本发明的一个目的在于，提供一种外转子型风扇电机，其能够在不降低输出性能和反电动势的情况下通过减小顿转扭矩会来实现低噪音和高效率。
本发明的另一个目的在于，提供一种外转子型风扇电机，其能够通过直接将永磁体安装在风扇而不是转子轭上来减少工艺量。
本发明的又一个目的在于，提供一种磁化外转子型风扇电机的磁体的方法，所述方法能够通过使用各向同性磁体且不使用外磁化轭来实现极性各向异性。
技术方案
为了实现本发明的这些和其他优点以及目的，如此处以实施例示出并广泛描述的，本发明提供了一种外转子型风扇电机，包括：转轴；轴承组件，其可旋转地支撑转轴；定子，其设置在轴承组件的外侧；风扇，其具有毂和形成在所述毂上的多个叶片，所述毂以预定的间隙覆盖定子并具有用于固定转轴的轴固定部；以及磁体，其设置在所述毂的内表面上并且与所述定子间隔预定的间隙，其中所述磁体为各向同性磁体，对所述各向同性磁体进行磁化以使其具有极性各向异性。
因此，可以在不降低外转子型风扇电机的输出性能或效率的情况下减小顿转扭矩或噪音。
优选地，磁体形成为其内表面和外表面可以具有相同的曲率。
优选地，磁体形成为圆筒状或环状以由此简化制造过程并提高生产效率。
定子设有多个凸起的齿，并且各齿的端部形成为圆形，以实现正弦波的的磁通量。
优选地，磁体的厚度为1.6mm～2.2mm，由此可减小顿转扭矩并保持反电动势。
由于在磁化过程期间不使用外磁化轭，因此，在磁体的内表面上形成磁体的极性。
根据本发明的另一个方案，提供了一种对应用于外转子型风扇电机的磁体进行磁化的方法，该方法的特征在于，使用对磁体的内表面进行磁化的内磁化轭，而不使用外磁化轭。
有益技术效果
如前所述，在本发明中，通过使磁体具有最优厚度，能在不降低输出性能(或效率)以及反电动势的情况下减少顿转扭矩和噪音，由此获得高效。
此外，外转子型风扇电机安装在风扇上，无需使用转子轭或后轭，由此减少整个工艺的数量，并增加了使用所述外转子型风扇电机的冰箱的容量。
此外，不需外磁化轭地对永磁体进行磁化，由此实现通过使用价格低廉的各向同性磁体实现极性各向异性。
附图说明
图1为示出了根据现有技术的外转子型风扇电机的立体图；
图2示出了应用于图1中的外转子型风扇电机的磁体安装在磁化器上的状态；
图3示出了图1中的磁体安装在外转子型风扇电机上的状态；
图4为示出了图1中的磁体的反电动势与顿转扭矩的曲线图；
图5为示出了根据本发明第一实施例的外转子型风扇电机的截面图；
图6示出了应用于图5中的外转子型风扇电机的磁体安装在磁化器上的状态；
图7示出了图5中的磁体安装在根据本发明第一实施例的外转子型风扇电机上的状态；
图8为示出了图5中的磁体的反电动势与顿转扭矩的曲线图；
图9为示出了图1和图5中的磁体的反电动势分别与厚度之间的关系的曲线图；
图10为示出了图1和图5中的磁体的顿转扭矩分别与厚度之间的关系的曲线图；
图11为示出了图5中的磁体的反电动势和顿转扭矩分别与厚度之间的关系的曲线图。
具体实施方式
图5为示出了根据本发明第一实施例的外转子型风扇电机的截面图。
如图5所示，根据本发明第一实施例的外转子型风扇电机100包括：转轴110；可旋转地支撑转轴110的一对轴承组件115和117；固定在该对轴承组件115和117的外表面上的定子112；设置在定子112外侧的风扇120的毂124；安装在毂124上的永磁体113；以及其内具有毂124的风扇本体121，转轴110的一端固定地接合至所述风扇本体121。
轴承组件115和117包括：用于可旋转地支撑转轴110的轴承115a和117a；以及板状的油毡115b和117b，其分别设置在轴承115a和117a的外周面上。
由于油毡115b和117b中含油，因此轴承115a和117a可以在无油的情况下进行操作。也就是说，能够使用无油轴承。
轴承115a和117a以及油毡115b和117b由板状的轴承架(bearing frame)115c和117c支撑，由此形成轴承组件115和117。
在转轴110的由下轴承组件117可旋转地支撑的一端上设有防脱环116。
定子112固定地设置在轴承组件115和117的外周面上。缠绕有绕组线圈114的绕线筒(未示出)设置在定子112上。
永磁体113设置在定子112的外侧，且与定子间隔一定的距离，并且永磁体113安装在毂124上，所述毂124为一侧开口而另一侧闭合的圆筒形或杯形。
毂124的一端为开口的，使得定子112可以设置在毂124中。转轴110接合至毂124的中心。盘型的转轴基座111安装在转轴110的端部，由此将转轴110牢固地固定至毂124的内表面。
永磁体113与定子112间隔预定间隙地安装在毂124上。永磁体113可以联接至毂124的内表面，或者可以安装在形成于毂124表面上的槽(未示出)中。
由于永磁体113直接联接至毂124的内表面上，从而不再需要转子轭或后轭，由此简化了整体结构。
对各向同性的磁体来进行磁化从而具有极性各向异性，以用作永磁体113。
对磁体施加磁力的过程称作磁化。为了执行磁化过程，磁力需要大于待磁化材料的磁阻力的五倍。
图6示出了应用于图5中的外转子型风扇电机的磁体安装在磁化器中的状态。
如图6所示，通过磁化器300对永磁体113进行磁化。磁化器300具有设置在永磁体113的内表面上的内磁化轭302，但是不具有设置在永磁体113的外表面上的外磁化轭。
由于仅使用内磁化轭302对永磁体113进行磁化，所以仅磁化永磁体113的内表面。因此，仅在永磁体113的内表面上具有N极和S极。
图7示出了图5中的磁体安装在根据本发明第一实施例的外转子型风扇电机中的状态。
如图7所示，永磁体113形成为其内表面和外表面具有相同的曲率。此处，永磁体113可以形成为圆筒状或环状，并且可以通过多个磁体段的装配来形成。
多个齿112a在定子112上突出，并且齿112a的每个外端部形成为圆形。由于齿112a的端部形成为圆形，因此圆筒状或环状的永磁体113的内表面至齿112a的端部的间距是一致的。因此，磁通量为正弦波，由此使得输出性能高于当产生的磁通量为方形波时的输出性能。
无需使用外磁化轭地对应用于外转子型风扇电机100的永磁体113进行磁化，并且永磁体113无需转子轭或后轭地安装在风扇的毂124上。
根据本发明第一实施例的永磁体113在无需外磁化轭和转子轭(后轭)的情况下即可实现与传统磁体相同的反电动势和输出性能(效率)，并且其顿转扭矩可以小于传统磁体的顿转扭矩。
图8为示出了图5中的磁体的反电动势与顿转扭矩的曲线图。
如图8所示，根据本发明第一实施例的永磁体113(无后轭型)的顿转扭矩远远小于传统磁体(后轭型，参见图4)的顿转扭矩。
也就是说，传统磁体(后轭型)的顿转扭矩的最大值为5g·cm，然而根据本发明的永磁体(无后轭型)的顿转扭矩的最大值为2g·cm，其比传统磁体的顿转扭矩的最大值的二分之一还小。
由于永磁体113不需转子轭或后轭地安装在外转子型风扇电机100上，因此，永磁体113的厚度必需要增加。
由于永磁体113的厚度较厚，反电动势增加而顿转扭矩变化。因此，选择永磁体113的合适厚度从而使顿转扭矩最小化就变得十分重要。
图9为示出了图1和图5中的磁体的反电动势分别与厚度之间的关系的曲线图。
如图9所示，当磁体厚度在1mm～1.5mm范围内时，采用转子轭(或后轭)并且内表面为弧形的传统磁体(后轭型)的反电动势会增加。然而，在本发明中(无后轭型)，当磁体厚度为1.5mm～2mm时，具有均匀内表面且不采用转子轭(或后轭)的圆筒状或环状磁体的反电动势增加。
当磁体厚度在1mm～1.5mm范围内时，传统磁体(后轭型)的反电动势为2.83Vp/krpm～3.48Vp/krpm。然而，当磁体厚度为1.5mm～2mm时，本发明的磁体(无后轭型)的反电动势为2.73Vp/krpm～3.35Vp/krpm。根据本发明的永磁体113与传统磁体的反电动势近似相同。
应用于当前制造的外转子型风扇电机的磁体的反电动势为2.92Vp/krpm。因此，根据本发明的磁体必须具有足够的厚度以产生至少2.92Vp/krpm的反电动势。
图10为示出了图1和图5中的磁体的顿转扭矩分别与厚度之间的关系的曲线图。
如图10所示，当磁体厚度为1mm～1.5mm时，采用转子轭(或后轭)并且内表面为弧形的传统磁体(后轭型)的顿转扭矩增加。然而，在本发明中(无后轭型)，当磁体厚度在1.5mm～2mm范围中时，具有均匀内表面且不采用后轭的圆筒状或环状磁体的顿转扭矩近似不变。
当磁体厚度为1mm～1.5mm时，传统磁体(后轭型)的顿转扭矩为1.0g·cm～2.0g·cm的范围内。然而，当根据本发明的磁体(无后轭型)厚度为1.5mm～2mm时，顿转扭矩近似为1.0g·cm。因此本发明的磁体(无后轭型)的顿转扭矩小于传统磁体(后轭型)的顿转扭矩。
根据本发明，由于圆筒状或环状永磁体不需使用转子轭(或后轭)或外磁化轭地进行磁化，因此，所述磁体的顿转扭矩小于传统磁体的顿转扭矩。
应用于当前制造的外转子型风扇电机的磁体的顿转扭矩为2.77g·cm。因此，根据本发明的磁体必须具有足够的厚度以产生至少2.77g·cm的顿转扭矩。
永磁体113的厚度必须设定成使得：与应用于当前制造的外转子型风扇电机中的永磁体相比，该永磁体113具有较大的反电动势和较小的顿转扭矩。图11示出了永磁体的最优厚度。
图11为示出了图5中的磁体的反电动势和顿转扭矩分别与厚度之间的关系的曲线图。
如图11所示，当本发明的磁体(无后轭型)的厚度为1.8mm～2mm时，顿转扭矩最小。因此，优选设定永磁体的厚度为1.8mm～2mm。
然而，当永磁体的厚度在1.6mm～2.2mm的范围内时，该永磁体的顿转扭矩相对较小。因此，还可以设定永磁体的厚度为1.6mm～2.2mm。
用于驱动外转子型风扇电机100的驱动装置(未示出)与外转子型风扇电机100形成为一体。

Claims (12)

1.一种外转子型风扇电机，包括：
转轴；
定子，其设置在所述转轴外侧；
风扇，其具有毂和形成在所述毂上的多个叶片，所述毂以预定的间隙覆盖所述定子；以及
磁体，其设置在所述毂的表面上，并且与所述定子间隔预定的间隙，
其中所述磁体为被磁化以具有极性各向异性的各向同性磁体。
2.如权利要求1所述的外转子型风扇电机，其中所述磁体的内表面和外表面具有相同的曲率。
3.如权利要求1所述的外转子型风扇电机，其中所述磁体为圆筒状或环状。
4.如权利要求1所述的外转子型风扇电机，其中所述定子设有多个齿，并且各齿的端部形成为圆形。
5.如权利要求1所述的外转子型风扇电机，其中所述磁体的厚度为1.6mm～2.2mm。
6.如权利要求1所述的外转子型风扇电机，其中所述磁体的内表面上具有极性。
7.如权利要求4所述的外转子型风扇电机，其中在所述磁体与所述齿之间形成正弦波的磁通量。
8.如权利要求4所述的外转子型风扇电机，其中在所述转轴与所述定子之间设有一对用于支承所述转轴的轴承组件。
9.如权利要求4所述的外转子型风扇电机，其中在所述轴承组件的外周面上设置板状的油毡。
10.一种对应用于外转子型风扇电机的磁体进行磁化的方法，其特征在于，通过仅具有内磁化轭的磁化器对所述磁体进行磁化。
11.如权利要求10所述的方法，其中使用对所述磁体的内表面进行磁化的内磁化轭来磁化所述磁体，而不使用对所述磁体的外表面进行磁化的外磁化轭。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述磁体仅在内表面上具有极性。
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