CN103907268B - 轴流风机和装载其的电设备 - Google Patents

Abstract

轴流风机(18)包括旋转轴(9)、螺旋桨式风扇(8)、笼型转子(3)和定子。螺旋桨式风扇(8)与旋转轴(9)的至少一端连接。笼型转子(3)与旋转轴(9)的外周一体化，包括多个导体棒(5)。定子与笼型转子(3)相对配置，卷绕电枢绕组(2)。电枢绕组(2)经由工频交流电源连接部(16)与工频交流电源(20)连接。笼型转子(3)在与定子之间夹着导体棒(5)的位置配置有永磁铁(6)。轴流风机(18)在从机外静压为零至机外静压为大致最大的范围内以与工频交流电源(20)的电源频率同步的一定转速进行运转。

Description

轴流风机和装载其的电设备

技术领域

本发明主要涉及在管用风扇或一般型换气扇、业务用或产业用的有压换气扇等的排气用和供气用的换气装置、设备组装用的冷却用风扇等中装载的轴流风机以及装载有该轴流风机的电设备。

背景技术

近年来，在装载于换气装置等电设备的电动机中，寻求在低价格化、高效率化、静音化、小型化、薄型化的基础上，受到外风压、过滤器等的堵塞导致的压力损失的变化的影响较小，能够以适当的风量进行换气的环境影响度小的轴流风机。现有技术中，这种轴流风机已知有专利文献1中公开的结构。

以下，参照图13说明现有的轴流风机。图13是表示现有的轴流风机的结构的图。如图13所示，轴流风机108中，从DC电源101经由通电控制部102对DC电机103供给电力。在DC电机103的旋转轴安装有螺旋桨式风扇104。轴流风机108的稳定(定常)状态下，电压控制部107从DC电源101对DC电机103施加额定电压，将比静压为零时的转速稍低的转速作为规定转速存储在转速存储部106。在由于外风压等，旋转检测部105检测出的运转转速低于规定转速的情况下，电压控制部107进行控制，以使得DC电源101的输出电压上升至额定电压以上，使其不低于规定转速。

在这种现有的轴流风机中，为了确保用于设置DC电源、控制电路等的空间，存在不能够小型化、薄型化的问题。因此，要求不使用DC电源等电路、特别的传感器、微型计算机，即使外风压等机外压力损失增加，也能够使送风量较少的轴流风机。

另外，要求在常时换气等需要小风量的情况下，能够实现小风量的送风，在急速换气等需要大风量的情况下，即使外风压等机外压力损失增加，也能够使送风量不减少的轴流风机。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3159503号公报

发明内容

本发明的轴流风机包括旋转轴、螺旋桨式风扇、笼型转子和定子。螺旋桨式风扇与旋转轴的至少一端连接。笼型转子与旋转轴的外周一体化，具有多个导体棒。定子与笼型转子相对地设置，卷绕有电枢绕组。电枢绕组经由工频交流电源连接部与工频交流电源连接。笼型转子在与定子之间夹着导体棒的位置配置永磁铁。轴流风机在从机外静压为零至机外静压大致最大的范围内以与工频交流电源的电源频率同步的一定转速进行运转。

由此，即使轴流风机因外风压等的影响，风扇负载增加，也与工频交流电源的电源频率同步以一定转速进行运转。其结果为，不使用微型计算机、特别的控制电路，也能够降低送风量的减少。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的轴流风机的结构的图。

图2是表示本发明的实施方式1的电动机的结构的分解立体图。

图3是表示本发明的实施方式1的电动机的转速-扭矩特性的一例的曲线图。

图4是表示本发明的实施方式1的轴流风机的风量-静压特性的一例的曲线图。

图5是表示装载有本发明的实施方式1的轴流风机的换气装置的设置状态的截面图。

图6是表示本发明的实施方式2的轴流风机的结构的图。

图7是表示本发明的实施方式2的电动机的转速-扭矩特性的一例的曲线图。

图8是表示本发明的实施方式2的轴流风机的风量-静压特性的一例的曲线图。

图9是表示本发明的实施方式3的轴流风机的结构的图。

图10是表示本发明的实施方式3的电动机的结构的分解立体图。

图11是表示本发明的实施方式3的电动机的转速-扭矩特性的一例的曲线图。

图12是表示本发明的实施方式3的轴流风机的风量-静压特性的一例的曲线图。

图13是表示现有的轴流风机的结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1的轴流风机的结构的图。图2是表示本发明的实施方式1的电动机的结构的分解立体图。图3是表示本发明的实施方式1的电动机的转速-扭矩特性的一例的曲线图。图4是表示本发明的实施方式1的轴流风机的风量-静压特性的一例的曲线图。图5是表示装载有本发明的实施方式1的轴流风机的换气装置的设置状态的截面图。

如图1～图5所示，本实施方式的轴流风机18装载电动机11，在作为该电动机11的旋转轴的轴9的一端安装有螺旋桨式风扇8。轴流风机18经由工频交流电源连接部16与工频交流电源20连接。作为电设备的换气装置1内置有轴流风机18。由轴流风机18吸入的烟草的烟、烹饪等产生的污染的室内空气，被从换气装置1的吸入口吸入，贯通建筑物的墙壁14排出至屋外。

电动机11包括定子4、笼型转子3、运转电容器10、起动电容器12和PTC热敏电阻器13。定子4通过将作为电枢绕组2的主绕组2a和辅助绕组2b各自集中卷绕于定子铁芯4a的齿17而构成。辅助绕组2b以与主绕组2a成电角度90度卷绕于齿17。笼型转子3与定子4相对地旋转自如地被保持。

笼型转子3的中心中压入有作为旋转轴的轴9。即，笼型转子3一体化地固定于轴9的外周。笼型转子3在外周侧设置有由铝形成的多个导体棒5。导体棒5为斜置(skew)。而且，在笼型转子3的导体棒5和轴9之间配置有永磁铁6。即，永磁铁6配置在其与定子4之间夹着导体棒5的位置。

永磁铁6是将各向异性的钐-铁-氮磁粉和各向异性的钕-铁-硼磁粉混合而成的粘结磁铁。永磁铁6的径方向的截面形状为新月状，永磁铁6的凸侧7朝向定子4侧。永磁铁6与导体棒5同样为斜置。钐-铁-氮磁粉的粒径为2～3μm。钕-铁-硼磁粉的粒径为50～100μm。

主绕组2a的一端和辅助绕组2b的一端连接，其连接点与工频交流电源20的一个端子连接。另外，主绕组2a的另一端与工频交流电源20的另一端子连接。辅助绕组2b的另一端经由起动电容器12和PTC热敏电阻器13的串联电路与工频交流电源20的另一端子连接。另外，运转电容器10与该串联电路并联连接。在轴流风机18的同步运转状态下，起动电容器12被PTC热敏电阻器13从工频交流电源20断开。而且，轴流风机18在从机外静压为零至最大静压(风量为零)的范围内以与工频交流电源20的电源频率同步的一定转速进行运转。

在这种本实施方式的轴流风机18中，如图3的转速-扭矩特性的曲线图所示，起动时在导体棒5中产生感应电流，由此产生对应于滑差的旋转扭矩而进行动作。而且，转移至通过永磁铁6的磁力和定子4的电枢绕组2的电磁铁的磁力的吸引力进行旋转的同步运转模式。在该同步运转模式中，轴流风机18在从机外静压为零至机外静压为大致最大的范围内以与工频交流电源20的电源频率同步的一定转速进行运转。因此，在装载轴流风机18换气装置1中，可以不使用装载有DC电源、微型计算机的控制电路。而且，如图4的风量-静压特性的曲线图所示，轴流风机18中，即使外风压等机外压力损失增加，与现有的装载有DC电机、AC电机的轴流风机相比，送风量的减少也少。

另外，导体棒5和永磁铁6为斜置，所以轴流风机18能够从电源投入时等作为感应电机进行动作的状态顺畅地转移至作为同步电机进行动作的状态。并且，同步运转时的扭矩脉动也变小，所以能够获得实现低振动、低噪声的轴流风机。

另外，永磁铁6的径方向的截面形状为新月状，永磁铁6的凸侧7朝向定子4侧。因此，轴流风机18的同步运转时的感应电压波形接近正弦波。由此，扭矩脉动变小，能够获得实现了进一步的低振动、低噪声的轴流风机。

另外，永磁铁6是将磁粉粒径小的各向异性的钐-铁-氮磁粉和磁粉粒径大的各向异性的钕-铁-硼磁粉混合而成的粘结磁铁。因此，永磁铁6的磁粉的充填率提高，所以磁通密度变高。另外，钕-铁-硼磁粉抑制钐-铁-氮磁粉的磁化逆转。从而，永磁铁6的保磁力提高，与轴流风机18的电源频率同步进行旋转的扭矩变高。扭矩变高时，螺旋桨式风扇8能够增大打开时的负载曲线与关闭时的负载曲线之差。即，能够获得即使外风压等机外压力损失增加，送风量的减少也变得极少的轴流风机。

(实施方式2)

接着，说明本发明的实施方式2的轴流风机。图6是表示本发明的实施方式2的轴流风机的结构的图。图7是表示本发明的实施方式2的电动机的转速-扭矩特性的一例的曲线图。图8是表示本发明的实施方式2的轴流风机的风量-静压特性的一例的曲线图。此外，对与实施方式1相同的结构标注相同的符号，省略说明。

如图6所示，本实施方式的轴流风机28的运转电容器包括大风量用运转电容器25和小风量用运转电容器15。大风量用运转电容器25与起动电容器12和PTC热敏电阻器13的串联电路并联连接。小风量用运转电容器15经由电阻与大风量用运转电容器25串联连接。

工频交流电源20经由工频交流电源连接部16与电动机21的电枢绕组2连接。工频交流电源连接部16包括小风量用连接部16a、大风量用连接部16b和共用连接部16c。共用连接部16c与电枢绕组2的一端(将主绕组2a的一端和辅助绕组2b的一端连接的连接点)连接。大风量用连接部16b经由大风量用运转电容器25与辅助绕组2b的另一端连接。小风量用连接部16a通过大风量用运转电容器25与小风量用运转电容器15串联连接而与辅助绕组2b连接。主绕组2a的另一端与大风量用连接部16b直接连接，与小风量用连接部16a经由小风量用运转电容器15连接。

在工频交流电源20与工频交流电源连接部16的小风量用连接部16a和共用连接部16c连接的情况下(选择小风量时)，小风量用运转电容器15和大风量用运转电容器25成为串联连接，运转电容器的电容变小。另外，在工频交流电源20与工频交流电源连接部16的大风量用连接部16b和共用连接部16c连接的情况下(选择大风量时)，不与小风量用运转电容器15电连接。因此，运转电容器仅成为大风量用运转电容器25，运转电容器的容量为大风量用运转电容器25的容量。另外，起动电容器12在轴流风机28的同步运转状态中，被PTC热敏电阻器13从工频交流电源20断开。而且，当选择小风量时，轴流风机28在低转速区域进行运转。另一方面，当选择大风量时，轴流风机28在从机外静压为零至最大静压(风量为零)的范围内以与工频交流电源的电源频率同步的一定转速进行运转。

当采用这样的本实施方式的轴流风机28时，如图7的转速-扭矩特性的曲线图所示，在工频交流电源20与小风量用连接部16a和共用连接部16c连接的情况下，运转电容器的容量小，所以电动机21的扭矩降低。并且，由永磁铁6产生的反电动势，成为制动扭矩，所以电动机21的扭矩更加降低。而且，轴流风机28使导体棒5产生感应电流，以对应于滑差的旋转进行运转。另一方面，在工频交流电源20与大风量用连接部16b和共用连接部16c连接的情况下，运转电容器的容量大。从而，在轴流风机28起动时在导体棒5产生感应电流，由此产生对应于滑差的旋转扭矩进行动作。之后，转移至利用永磁铁6的磁力和定子4的电枢绕组2的电磁铁的磁力的吸引力进行旋转的同步运转模式，以与工频交流电源20的电源频率同步的一定转速进行运转。从而，在装载轴流风机28的换气装置1中，不需要使用装载有DC电源、微型计算机的控制电路。

而且，如图8的风量-静压特性的曲线图所示，轴流风机28在选择常时换气的情况下，成为低速运转，所以能够实现小风量运转。另外，轴流风机28在选择急速换气的情况下，成为与电源频率同步的一定转速的运转，所以即使外风压等机外压力损失增加，送风量的减少也能够变少。即，与轴流风机28连接的全部的管长为10m～30m的情况下，与现有的装载有DC电机、AC电机的轴流风机相比，能够使送风量的减少变少。

(实施方式3)

接着，说明本发明的实施方式3的轴流风机。图9是表示本发明的实施方式3的轴流风机的结构的图。图10是表示本发明的实施方式3的电动机的结构的分解立体图。图11是表示本发明的实施方式3的电动机的转速-扭矩特性的一例的曲线图。图12是表示本发明的实施方式3的轴流风机的风量-静压特性的一例的曲线图。此外，对与实施方式1、2相同的结构标注相同的附图标记，省略说明。

如图9和图10所示，本实施方式的电动机31包括定子4、笼型转子33、运转电容器、起动电容器12和PTC热敏电阻器13。定子4将作为电枢绕组2的主绕组2a和辅助绕组2b各自集中卷绕在定子铁芯4a的齿17而构成。笼型转子33与定子4相对地旋转自如地被保持。在笼型转子33的中心压入有作为旋转轴的轴9。在笼型转子33的外周侧设置有由铝形成的多个导体棒35。导体棒35为斜置。多个导体棒35的个数为偶数。而且，在笼型转子33的导体棒35和轴9之间配置有永磁铁36。即，永磁铁36配置在其与定子4之间夹着导体棒35的位置。

永磁铁36是将各向异性的钐-铁-氮磁粉和各向异性的钕-铁-硼磁粉混合而成的粘结磁铁。永磁铁36的径方向的截面形状为大致コ字状，永磁铁36的凹侧37朝向定子4侧。另外，永磁铁36与导体棒35同样为斜置。钐-铁-氮磁粉的粒径为2～3μm。钕-铁-硼磁粉的粒径为50～100μm。另外，在将各永磁铁36的极间39中相对的极间39的中心连结的极间中心线上的位置配置有导体棒35。通过使该导体棒35的配置和导体棒35形成为偶数个数，笼型转子33进行旋转，由此在电枢绕组2中感应的反电动势中含有多个三次谐波成分。

而且，当选择小风量时，工频交流电源20与工频交流电源连接部16的小风量用连接部16a和共用连接部16c连接。在该情况下，轴流风机38在从机外静压为零至最大静压(风量为零)的范围内以与工频交流电源20的电源频率同步的转速的三分之一的一定转速进行运转。另一方面，当选择大风量时，工频交流电源20与工频交流电源连接部16的大风量用连接部16b和共用连接部16c连接。在该情况下，轴流风机38在从机外静压为零至最大静压(风量为零)的范围内以与工频交流电源20的电源频率同步的一定转速进行运转。

当采用这样的本实施方式的轴流风机38，如图11的转速-扭矩特性的曲线图所示，在与工频交流电源20的电源频率同步的转速的三分之一的转速的情况下，在规定的扭矩区域中转速成为一定。在工频交流电源20与小风量用连接部16a和共用连接部16c连接的情况下，运转电容器的容量小，所以电动机31的扭矩降低。而且，轴流风机38以与作为螺旋桨式风扇8的负载曲线的交点的工频交流电源20的电源频率同步的转速的三分之一的转速进行运转。另外，工频交流电源20与大风量用连接部16b和共用连接部16c连接的情况下，运转电容器的容量大。因此，在起动时在导体棒35中产生感应电流，由此产生对应于滑差的旋转扭矩而进行动作。之后，转移至利用永磁铁36的磁力和定子4的电枢绕组2的电磁铁的磁力的吸引力进行旋转的同步运转模式。而且，以与工频交流电源20的电源频率同步的一定转速进行运转。

这样，在装载轴流风机38的换气装置1中，不使用装载有DC电源、微型计算机的控制电路，如图12的风量-静压特性的曲线图所示，在选择常时换气的情况下(选择小风量时)，在选择急速换气的情况下(选择大风量时)，均以规定的一定转速进行运转。即，本实施方式的轴流风机38，即使外风压等机外压力损失增加，也能够使送风量的减少变少。这样，在与轴流风机38连接的全部的管长为10m～30m的情况下，轴流风机38与现有的装载有DC电机、AC电机的轴流风机相比，能够使送风量的减少变少。

另外，电动机31中，集中卷绕于定子铁芯4a的齿17并且多个导体棒35的个数为偶数个，将在各永磁铁36的极间39中相对的极间39的中心连结的极间中心线上的位置配置导体棒35。根据该结构，笼型转子33进行旋转，所以在电枢绕组2中感应的反电动势中包含多个三次谐波成分。因此，在与工频交流电源20的电源频率同步的转速的三分之一的转速中，成为转速一定的扭矩区域扩大。由此，即使为小风量，也能够获得实现高静压化的轴流风机。

另外，导体棒35和永磁铁36为斜置，所以在轴流风机38中，从电源投入时等作为感应电机的动作顺畅地转移至作为同步电机的动作。并且，同步运转时的扭矩脉动也变小，所以能够获得实现低振动、低噪声的轴流风机。

另外，永磁铁36的径方向的截面形状为大致コ字状，凹侧37朝向定子4侧。因此，笼型转子33进行旋转，由此在电枢绕组2中感应的反电动势中进一步包含多个三次谐波成分。因此，在与工频交流电源20的电源频率同步的转速的三分之一的转速中，转速固定的扭矩区域进一步扩大。由此，即使为小风量，也能够获得实现进一步高静压化的轴流风机。

另外，永磁铁36是将磁粉粒径小的各向异性的钐-铁-氮磁粉和磁粉粒径大的各向异性的钕-铁-硼磁粉混合而成的粘结磁铁。而且，永磁铁36的磁粉的充填率提高，磁通密度变高。并且，钕-铁-硼磁粉抑制钐-铁-氮磁粉的磁化逆转。因此，永磁铁36的保持力提高，与电源频率同步进行旋转的扭矩变高，所以螺旋桨式风扇8能够增大开放时的负载曲线与关闭时的负载曲线之差。从而，能够获得即使外风压等机外压力损失增加，也能够使送风量的减少非常少的轴流风机。

此外，在上述实施方式1～3中，采用设置起动电容器12和PTC热敏电阻器13的结构，但是当对从作为感应电机的起动向作为同步电机的同步运转的转移没有影响时，可以省略起动电容器12和PTC热敏电阻器13。

产业上的利用可能性

如上所述，本发明的轴流风机通过以与电源频率同步的转速进行固定运转，即使机外静压上升，风量的减少也较少。由此，能够用于装载到作为在不装载无刷DC电机和特别的电路、且要求廉价地确保适当的风量的电设备的换气装置、电风扇、冷藏库、空调等的空气调节机、冷却单元等。

附图符号说明

1换气装置

2电枢绕组

2a主绕组

2b辅助绕组

3、33笼型转子

4定子

4a定子铁芯

5、35导体棒

6、36永磁铁

7凸侧

8螺旋桨式风扇

9轴

10运转电容器

11、21、31电动机

12起动电容器

13PTC热敏电阻器

14墙壁

15小风量用运转电容器

16工频交流电源连接部

16a小风量用连接部

16b大风量用连接部

16c共用连接部

17齿

18、28、38轴流风机

20工频交流电源

25大风量用运转电容器

37凹侧

39极间

Claims (7)

1.一种轴流风机，其特征在于，包括：

旋转轴；

与所述旋转轴的至少一端连接的螺旋桨式风扇；

与所述旋转轴的外周一体化，具有多个导体棒的笼型转子；和

与所述笼型转子相对地设置，卷绕有电枢绕组的定子，

并且所述电枢绕组经由工频交流电源连接部与工频交流电源连接，其中

所述笼型转子在与所述定子之间夹着所述多个导体棒的位置配置有永磁铁，所述轴流风机在从机外静压为零至机外静压为大致最大的范围内以与所述工频交流电源的电源频率同步的一定转速进行运转，

所述工频交流电源连接部具有大风量用连接部和小风量用连接部，

在所述工频交流电源与所述大风量用连接部连接的情况下，所述轴流风机在从机外静压为零至机外静压为大致最大的范围内以与所述工频交流电源的电源频率同步的一定转速进行运转，在所述工频交流电源与所述小风量用连接部连接的情况下，在所述导体棒产生感应电流，所述轴流风机以对应于滑差的旋转进行运转。

2.如权利要求1所述的轴流风机，其特征在于：

在所述工频交流电源与所述小风量用连接部连接的情况下，所述轴流风机在从机外静压为零至机外静压为大致最大的范围内以与所述工频交流电源的电源频率同步的转速的三分之一的一定转速进行运转。

3.如权利要求2所述的轴流风机，其特征在于：

所述电枢绕组包括主绕组和辅助绕组，所述大风量用连接部经由大风量用运转电容器与所述辅助绕组连接，所述小风量用连接部通过小风量用电容器与所述大风量用运转电容器串联连接而与所述辅助绕组连接。

4.如权利要求2所述的轴流风机，其特征在于：

所述多个导体棒的个数为偶数，且在所述永磁铁的极间中心线上的位置配置所述导体棒。

5.如权利要求1所述的轴流风机，其特征在于：

所述导体棒和所述永磁铁均为斜置。

6.如权利要求1所述的轴流风机，其特征在于：

所述永磁铁是将各向异性的钐-铁-氮磁粉和各向异性的钕-铁-硼磁粉混合而成的粘结磁铁。

7.一种电设备，其特征在于：

装载有权利要求1所述的轴流风机。