CN102192166A

CN102192166A - 风机

Info

Publication number: CN102192166A
Application number: CN2010101232652A
Authority: CN
Inventors: 郑安兴; 潘继成; 张春雷
Original assignee: Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: US20110223048A1; CN102192166B; US8911221B2

Abstract

本发明涉及风机，尤其是吹叶风机(leaf blower)。该风机包括壳体、离心式风扇以及用于驱动所述离心式风扇的电机，所述壳体具有进风口、出风口以及连通所述进风口和出风口的通道，所述离心式风扇位于所述通道内，其特征在于，还包括由所述电机驱动的轴流式风扇，所述轴流式风扇和所述离心式风扇分别安装在所述电机的两端。所述轴流式风扇受所述电机驱动时产生吹向所述电机的轴向气流。优选地，所述电机为通用电机，该通用电机的定子通过两个励磁绕组形成四个磁极。上述轴流式风扇有助于电机散热，防止风机过热。此外，采用上述四个磁极的通用电机，使得风机更小、更轻。

Description

风机

技术领域

本发明涉及一种风机，尤其是吹叶风机(leaf blower)。

背景技术

风机通常包括壳体以及安装在壳体内的电机和离心式风扇。壳体设有进口和出口，离心式风扇在电机的驱动下产生高压气流从出口出去。例如，园艺工作者经常使用风机来清除草地上的落叶，这种风机称为吹叶风机(leafblower)。现有的风机采用的电机体积较大，导致风机很重，用户使用风机时需要耗费较大的力气。此外，有的风机在运行时发热量较大，容易导致风机过热。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有自散热功能的风机，这种电机包括壳体、离心式风扇以及用于驱动所述离心式风扇的电机，所述壳体具有进风口、出风口以及连通所述进风口和出风口的通道，所述离心式风扇位于所述通道内，所述风机还包括由所述电机驱动的轴流式风扇，所述轴流式风扇和所述离心式风扇分别安装在所述电机的两端。

优选地，所述电机的转轴伸出于所述电机的两端，所述轴流式风扇和所述离心式风扇分别安装在电机转轴的两端。所述轴流式风扇在所述电机驱动时产生吹向所述电机的轴向气流。

与传统的风机相比，本发明所提供的风机带有轴流式风扇给电机降温，降低风机过热的风险。

本发明的另一个目的是提供一种重量较轻、效率较高的风机，这种风机包括壳体、离心式风扇以及用于驱动所述离心式风扇的电机，所述壳体具有进风口、出风口以及连通所述进风口和出风口的通道，所述离心式风扇位于所述通道内，其特征在于，所述电机为通用电机，所述通用电机包括定子及装设于定子内的转子，所述定子包括定子铁心，所述定子铁心包括沿其周向交替设置的n个主凸极轭部和n个辅助极轭部、分别设于主凸极轭部和辅助极轭部的n个主凸极和n个辅助极，所述n个主凸极上分别缠有励磁绕组，通电后可于所述n个主凸极处分别形成n个极性相同的主磁极，于所述n个辅助极处分别形成n个与主磁极极性相反的辅助磁极，其中n为大于1的正整数。

优选地，还包括由所述电机驱动的轴流式风扇，所述轴流式风扇和所述离心式风扇分别安装在所述电机的两端。

优选地，所述电机的转轴伸出于所述电机的两端，所述轴流式风扇和所述离心式风扇分别安装在所述转轴的两端；所述轴流式风扇在所述电机驱动时产生吹向所述电机的轴向气流。

优选地，n等于2。

与传统的风机相比，尤其是与采用两个磁极的电机的风机相比，本发明提供的这种风机使用通用电机作为动力源，该通用电机的定子通过两个励磁绕组形成四个磁极，在性能相同的情况下本发明的通用电机具有更小的体积和更轻的重量，使得这种电机更小、更轻。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

附图中：

图1是本发明一实施例提供的吹叶风机的示意图；

图2是图1所示吹叶风机的内部结构示意图；

图3是图2所示吹叶风机使用的轴流式风扇的示意图；

图4A是图2所示电机沿垂直轴线方向的示意图；

图4B是图4A所示电机的磁场分布示意图；

图5是本发明另一实施例使用的电机沿垂直轴线方向的剖视图；

图6所示为本发明再一实施例使用的电机沿垂直轴线方向的剖视图；

图7是本发明一实施例的吹叶风机使用的电机的电枢绕组的绕线示意图；

图8是图7所示电枢绕组的连接关系示意图；

图9是本发明另一个实施例的绕组的连接关系示意图；

图10是本发明再一个实施例的绕组的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

参考图1至图3本发明一实施例提供的吹叶风机10包括壳体11、安装在壳体11内的电机12、离心式风扇13以及轴流式风扇14。电机12具有转轴，该转轴沿电机的轴向贯穿电机，转轴的两端伸出于电机。离心式风扇13和轴流式风扇14分别安装到该转轴的两端。壳体11为塑料件，包括锁合在一起的两个半壳。电机12及其风扇13、14收容在这两个半壳围成的空腔内。壳体11具有出风口11a、进风口11b以及连通该进风口11b与出风口11a的通道。离心式风扇13位于进风口11b与出风口11a之间的通道中，优选地，离心式风扇13靠近进风口11b。离心式风扇13受电机驱动时产生径向向外的高压气流，该高压气流经过通道引导后从出风口11a流出；离心式风扇13的轴向中心为低气压区，外界的气体通过进风口11b进入该低气压区。同时，位于电机另一端的轴流式风扇14(参考图3)也被电机驱动，并产生沿电机轴向的气流，该轴向气流经过电机12后抵达离心式风扇13。该轴向气流加快了电机的散热，防止电机温度过高。本实施例中，在壳体11上靠近轴流式风扇14的位置设置有若干孔隙作为辅助进风口，从该辅助进风口进入的气体被轴流式风扇驱动后形成沿电机轴向的气流。

电机12为通用电机，可直接使用交流电或者直流电作为电源。图4是电机12沿垂直轴线方向的剖视图。电机12为单相4极串励电机，包括定子19与转子15。所述定子19包括定子铁心20及励磁绕组30，所述定子铁心20由多数个叠片沿转子轴向堆叠而成，包括沿其周向交替设置的两个主凸极轭部22和两个辅助极轭部24、分别从主凸极轭部22和辅助极轭部24向内延伸的两个主凸极26和两个辅助凸极28，所述主凸极26与辅助凸极28沿转子15周向交替分布于转子15的铁心的外侧，所述励磁绕组30分别缠绕于所述主凸极26上，辅助凸极28上未缠励磁绕组。

参考图4A，转子15的外径D、定子19外部的最小尺寸Y最好满足以下关系：D/Y＞7∶10。在本发明中，所述转子15的外径是指转子铁心的外径，所谓定子19外部的最小尺寸是指通过定子中心的连接定子外周边两点的连线中的距离最小者的尺寸。

请参阅图4B，所述励磁绕组30通电后可在主凸极26处形成励磁极，且两主凸极26处形成励磁极的极性相同(如沿径向励磁极的北极都朝外或都朝里)，磁力线在每一主磁极、定子轭部、相邻的两辅助磁极、相邻的两辅助磁极与转子间的气隙、转子、转子与主磁极间的气隙之间形成回路。这样，缠绕于所述两主凸极26上的励磁绕组30可于主凸极处形成两个极性相同的励磁极，于辅助凸极28处形成两个感应磁极，共形成4个磁极。

常规的通用电机是通过定子上的两个励磁绕组形成两个磁极，而本实施例的通用电机通过两个励磁绕组形成四个磁极。因此，在性能相同的情况下，本实施例的通用电机可以具有更小的体积和重量，例如，定子铁芯的轴向高度和/或径向尺寸减小，转子铁芯的轴向高度减小，定子绕组减少等。因此，本实施例的通用电机节省了材料的使用，降低了成本，并减轻了吹叶风机的整体重量。

在本发明实施例中，所述定子铁心为双边结构，定子轭部为封闭框形结构。每一凸极26、28包括从定子轭部沿径向向内延伸的颈部，从颈部沿转子周向延伸的两极靴，两极靴远离轭部(与转子相对)的表面形成连续的极弧，围绕在转子15铁心外侧。所述主凸极轭部22的径向宽度小于辅助极轭部24的径向宽度，所述主凸极26极靴的末端26a与定子轭部间的距离大于所述辅助凸极28极靴的末端28a与定子轭部间的距离，这样，所述主凸极26极靴与主凸极轭部22间可形成较大收容空间，以容纳励磁绕组30。可以理解地，此处所称周向和径向为广义上的周向和径向，并非针对圆或圆柱形结构，如，本发明实施例中的定子轭部可以是方形或圆形。在本实施例中，所述转子15的外径D略小于定子凸极26、28的极弧所在圆的直径，因此，定子凸极26、28的极弧所在圆的直径与定子19外部的最小尺寸比亦大于7∶10。可以理解地，主凸极26与转子铁心间的间隙可以等于或不等于辅助凸极28与转子铁心间的间隙，当前述两间隙不相等时，定子凸极26、28的极弧所在圆是指直径较小的圆的直径。

所述转子15包括转子铁心和缠绕于铁心上的电枢绕组(图未示)，所述电枢绕组通过换向器(图未示)和电刷(图未示)与定子19上的励磁绕组30电连接，通电后，励磁绕组30产生磁场，磁场穿过转子15，通电的转子电枢绕组在励磁绕组30产生的磁场作用下驱动转子15旋转。

可以理解地，本发明中的辅助极，除了可以为凸极外，还可以为隐极，为凸极时，其上亦可以绕少量的励磁绕组，匝数少于主凸极上的励磁绕组的匝数，优选地，辅助极上的励磁绕组的匝数小于主凸极的励磁绕组的匝数。通电后主凸极上的励磁绕组与辅助凸极上的励磁绕组产生极性相反的磁场。所述辅助极轭部上可设安装孔(如图4B所示)以便安装电机端盖。

本发明的电机，相邻主磁极与辅助磁极间形成磁回路，相较于传统的通用电机，磁路得到改善，在获得相同输出力的情况下，本发明的电机可以减小励磁绕组和铁心的材料消耗，从而可极大地节约成本。所述转子的外径与所述定子外部的最小尺寸大于6∶10，在定子外径一定的情况下，可以使得转子做到尽可能大从而增加马达的输出力。此外，如上所述，与传统的通用电机相比，在负载与电流大致相同的情况下，本发明的电机因为功率因素较大，在电机效率大致相同的情况下具有更大的输出功率，所以能达到较高的工作转速以及风机风量。

请参阅图5至图6，可以理解地，本发明的电机可以采用3个励磁绕组形成6个磁极、4个励磁绕组形成8个磁极、n个励磁绕组形成2n个磁极，其中n为大于1的正整数。可以理解地，所述电机的定子轭部的外形可以是圆形，方形等不同形状。

如上所述，本发明的电机，定子铁心包括沿其周向交替设置的n个主凸极轭部和n个辅助极轭部、分别从定子主凸极轭部和辅助极轭部向内延伸的n个主凸极和n个辅助极，所述n个主凸极上分别缠有励磁绕组，通电后可于所述n个主凸极处分别形成n个极性相同的主磁极，于所述n个辅助极处分别形成n个与主磁极极性相反的辅助磁极，其中n为大于1的正整数。优选地，所述转子外径与定子铁心外部最小尺寸的比值大于6∶10。

图7是转子的绕线示意图。图7中，第一行表示两根碳刷17，这两根电刷17安装到电机定子，用于与换向器16的换向片摩擦接触；第二行表示换向器的36个换向片，这36个换向片沿换向器周向编号为Z₁～Z₃₆，换向片的编号标示在对应的换向片上方；第三行表示转子铁芯的18个齿，相邻的两个齿形成一个槽，这18个齿共形成18个槽，这18个槽沿转子铁芯周向编号为S₁～S₁₈，槽的编号标示在对应的槽中；第四行表示电机的4个磁极。图7所示的电枢绕组的连接关系如图8所示。

参考图7和图8，绕线在换向片Z₁挂钩后，跨绕槽S₅和S₁形成一个线圈，然后连接到换向片Z₁₉，接着跨绕槽S₁₄和S₁₀形成另一个线圈，随后返回到换向片Z₂，而换向片Z₂与换向片Z₁相邻。换言之，换向片Z₁和换向片Z₂通过一绕组单元实现电连接，该绕组单元包括两个串联的线圈，且这两个线圈还共同端接到换向片Z₁₉。换向片Z₁₉与换向片Z₁具有相同的磁场位置。本说明书中，两个换向片具有相同的磁场位置，是指这两个换向片能够同时正对N极或者S极。本领域的技术人员已知道，对于具有m个换向片和P个磁极的电机，每个磁极对应的换向片数量是m/2P，因为N极与S极交替排列，因此，如果两个换向片Z_x和Z_y的编号差值的绝对值|y-x|等于m/P的整数倍，那么，换向片Zx和Zy将具有相同的磁场位置。本实施例中，电机的磁极数是4，换向器具有36个换向片，因此，编号差值的绝对值等于18(也就是36/2)的两个换向片具有相同的磁场位置。

类似地，换向片Z₂与换向片Z₃也通过一绕组单元实现电连接，该绕组单元包括两个串联的线圈，一个线圈跨绕槽S₆和S₁₀(也就是跨绕4个齿)，另一个线圈跨绕槽S₁₅和槽S₁，这两个线圈还共同端接到换向片Z₂₀，而换向片Z₂₀与换向片Z₂具有相同的磁场位置。

换向片Z₃₆与换向片Z₁相邻并通过一个绕组单元实现电连接，但是，该绕组单元仅仅包括一个线圈，该线圈跨绕槽S₅和S₉，如图4所示。此外，换向片Z₁₈与换向片Z₁₉相邻并通过一个绕组单元实现电连接，但是，该绕组单元包括3个线圈，第一个线圈端接换向片Z₁₈和Z₃₆，第二个线圈端接换向片Z₃₆和换向片Z₁，第三个线圈端接换向片Z₁和Z₁₉。

图7和图8所示的转子绕组的特点归纳如下：对于定子包括2P个磁极、换向器具有m(m为大于P的偶数)个换向片Z₁～Z_m的电机，连接换向片Z_m和Z₁的绕组单元具有一个线圈；对于相邻的两个换向片Z_x和Z_x+1，其中1≤x＜x+1≤m，若x等于m/p的整数倍，则连接换向片Z_x和Z_x+1的绕组单元具有P+1个串联的线圈；否则，连接换向片Z_x和Z_x+1的绕组单元包括P个串联的线圈。因此，对于该电机的m个绕组单元，其中一个绕组单元具有一个线圈，其中P-1个绕组单元每个绕组单元包括P+1个串联的线圈，其他的m-P个绕组单元每个绕组单元包括P个串联的线圈。其中，P是大于1的整数，m是大于P的偶数，m/p是整数。

此外，每一个所述线圈跨绕的齿数都相同，设转子的铁芯具有n个齿，则每个线圈跨绕的齿数q与极距n/2P满足|q-n/2P|＜1，且属于同一个绕组单元的各个线圈具有相同的绕线方向。本实施例中，一个磁极对应的齿数是4.5(也就是18/4)，因此，每个线圈可以跨绕4个齿或者5个齿。本实施例是跨绕4个齿，以减少线圈的连接端的长度，减少线圈的耗铜量。

再有，在图7和图8所示的绕组中，每一个线圈的两端都直接连接到对应的换向片。若连接所述换向片Z_x与Z_x+1的绕组单元的线圈还连接到换向片Z_y，其中，y≠x且y≠x+1，那么，|x-y|等于m/P的整数倍或者|x+1-y|等于m/P的整数倍，也就是说，换向片Z_Y与该绕组单元其中一个末端所连接的换向片(Z_X或者Z_X+1)的编号差值等于m/P的整数倍。此外，沿着换向器的同一个圆周方向，从换向片Z_X到换向片Z_Y跨越的换向片数量，不等于从换向片Z_Y到换向片Z_X+1跨越的换向片数量。例如，连接换向片Z₁和Z₂的绕组单元还连接到换向片Z₁₉，而从换向片Z₁经Z₂到换向片Z₁₉共跨越17个换向片(换向片Z₂～Z₁₈)，从换向片Z₁₉经Z₁到换向片Z₂共跨越18个换向片(Z₂₀～Z₃₆～Z₁)。

另外，对于连续的3个换向片，例如换向片Z₁、Z₂和Z₃，串联换向片Z₁与换向片Z₂的绕组单元的各个线圈的绕线方向与串联换向片Z₂和Z₃的绕组单元的绕线方向相反。

实施本发明的绕线方案，只需要使用两根电刷，比传统的绕线方案减少了两根电刷。这两根碳刷形成的机械角度约等于90度，也就是相当于一个磁极对应的角度(360度/4)。

图9是本发明另一个实施例的绕组单元的连接关系示意图。该电机的定子具有4个磁极(即2P＝4)和两个碳刷，转子铁芯具有26个齿(即n＝26)，换向器具有52个齿(即m＝52)。如图6所示，该电机的绕组单元依然具有如下特点：每个绕组单元的两端连接到对应的两个换向片，将所述52个换向片沿换向器周向依次表示为Z₁～Z₅₂，连接换向片Z₅₂和Z₁的绕组单元具有一个线圈；对于相邻的两个换向片Z_x和Z_x+1，其中1≤x＜x+1≤52，若x等于m/P的整数倍，则连接换向片Z_x和Z_x+1的绕组单元包括P-1个串联的线圈；否则，连接换向片Z_x和Z_x+1的绕组单元包括P个串联的线圈。每一个所述线圈跨绕的齿数都相同，每一个所述线圈的两端都直接连接到对应的换向片。

图10是本发明再一个实施例的绕组的连接关系示意图。该电机的定子具有6个磁极(即2P＝6)，转子铁芯具有27个齿(即n＝27)，换向器具有54个齿(即m＝54)。这种电机的绕组同样具有上述的规律，也是只需要使用两根碳刷即可，节省了碳刷的数量。

本领域的技术人员应当意识到，可以将本发明的原理应用到通用电机或者普通永磁直流电机(PMDC)中。此外，两个相邻的换向片之间的绕组单元，可以采用单层绕法或者双层绕法。对于m个换向片的电机，采用单层绕法则具有m个绕组单元共m·P个线圈，如果采用双层绕法，则具有2m个绕组单元共2m·P个线圈。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种风机，包括壳体、离心式风扇以及用于驱动所述离心式风扇的电机，所述壳体具有进风口、出风口以及连通所述进风口和出风口的通道，所述离心式风扇位于所述通道内，其特征在于，所述风机还包括由所述电机驱动的轴流式风扇，所述轴流式风扇和所述离心式风扇分别安装在所述电机的两端。

2.根据权利要求1所述的风机，其特征在于，所述轴流式风扇和所述离心式风扇分别安装在电机转轴的两端，所述轴流式风扇受所述电机驱动时产生吹向所述电机的轴向气流。

3.根据权利要求1或2中任意一项所述的风机，其特征在于，所述电机为具有四个磁极的通用电机。

4.根据权利要求3所述的风机，其特征在于，所述通用电机包括定子及装设于定子内的转子，所述定子包括定子铁心，所述定子铁心包括沿其周向交替设置的两个主凸极轭部和两个辅助极轭部、分别设于主凸极轭部和辅助极轭部的两个主凸极利两个辅助极，所述两个主凸极上分别缠有励磁绕组，通电后可于所述两个主凸极处分别形成两个极性相同的主磁极，于所述两个辅助极处分别形成两个与主磁极极性相反的辅助磁极。

5.一种风机，包括壳体、离心式风扇以及用于驱动所述离心式风扇的电机，所述壳体具有进风口、出风口以及连通所述进风口和出风口的通道，所述离心式风扇位于所述通道内，其特征在于，所述电机为通用电机，所述通用电机包括定子及装设于定子内的转子，所述定子包括定子铁心，所述定子铁心包括沿其周向交替设置的n个主凸极轭部和n个辅助极轭部、分别设于主凸极轭部和辅助极轭部的n个主凸极和n个辅助极，所述n个主凸极上分别缠有励磁绕组，通电后可于所述n个主凸极处分别形成n个极性相同的主磁极，于所述n个辅助极处分别形成n个与主磁极极性相反的辅助磁极，其中n为大于1的正整数。

6.如权利要求5所述的风机，其特征在于：所述转子外径与定子铁心外部最小尺寸的比值大于6∶10。

7.如权利要求5所述的风机，其特征在于：所述主磁极为励磁极，辅助磁极为感应磁极，所述主凸极轭部的宽度小于辅助极轭部的宽度。

8.如权利要求5所述的风机，其特征在于：每一主凸极和辅助极皆包括一沿转子周向延伸的极弧。

9.如权利要求7所述的风机，其特征在于：所述辅助极轭部上设有安装孔以便安装电机端盖。

10.如权利要求5所述的风机，其特征在于：每一主凸极包括从主凸极轭部沿径向向内延伸的颈部，从颈部沿转子周向延伸的两极靴，两极靴与转子相对的面形成连续的极弧。

11.如权利要求5所述的风机，其特征在于：所述辅助极为凸极，所述辅助极上绕有励磁绕组，其匝数少于主凸极上励磁绕组的匝数的一半。

12.根据权利要求5至11中任意一项所述的风机，其特征在于，还包括由所述电机驱动的轴流式风扇，所述轴流式风扇和所述离心式风扇分别安装在所述电机的两端。

13.根据权利要求12所述的风机，其特征在于，所述电机的转轴伸出于所述电机的两端，所述轴流式风扇和所述离心式风扇分别安装在所述转轴的两端；所述轴流式风扇受所述电机驱动时产生吹向所述电机的轴向气流。