CN105471215A - 冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机,包括组装在一起的底座组件、内定子组件、外转子组件和扇叶，其特征在于，所述内定子组件为六槽内定子组件，所述六槽内定子组件产生三相正弦波旋转磁场，与所述外转子组件中的磁场相互作用产生电磁转矩驱动所述外转子组件转动。本发明相对目前冰箱使用的单相外转子无刷电动机，具有极大的节能效果。在电压/频率与转速基本相同条件下，相对单相外转子无刷电动机节能40％-50％左右。

Description

冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种冰箱用六槽三相外转子无刷风扇。
背景技术
在现有技术中，冰箱使用的外转子风扇风机所使用的电机为单相带霍尔的外转子无刷直流风扇电机，其外转子磁铁为各向同性橡胶磁条，定子为4槽偏心结构，槽极比为4槽4极。其存在的主要缺点是：效率低、噪声大、耐潮性和可控性差等缺陷，且速度不稳定、转矩波动大、启动存在“死点”问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有冰箱使用的外转子风扇风机所存在的上述技术问题而提供一种能效高，噪音低，可靠性高，耐潮、寿命长，适用于冰箱的一种冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机,包括组装在一起的底座组件、内定子组件、外转子组件和扇叶，其特征在于，所述内定子组件为六槽内定子组件，所述六槽内定子组件产生三相正弦波旋转磁场，与所述外转子组件中的磁场相互作用产生电磁转矩驱动所述外转子组件转动。
在本发明的一个优选实施例中，所述六槽内定子组件包括相互组装在一起的PCB组件和定子，所述定子由六槽包塑铁芯和6个集中绕制在所述六槽包塑铁芯中的绕组线圈组成，每2个绕组线圈构成一相集中绕组，三相集中绕组均布设置在所述六槽包塑铁芯内。
在本发明的一个优选实施例中，所述三相集中绕组成Y型连接。
在本发明的一个优选实施例中，在所述六槽包塑铁芯内均布设置有三个集中绕组分数槽，所述三相集中绕组分别设置在所述三个集中绕组分数槽中。
在本发明的一个优选实施例中，所述PCB组件包括PCB板、设置在所述PCB板上的三相驱动电路以及与所述三相驱动电路电连接的导线组件，所述三相驱动电路输出三相正弦波电压至所述三相集中绕组。
在本发明的一个优选实施例中，所述三相驱动电路由防燃烧、防潮湿保护电路、滤波电路、三相全桥逆变电路组成，所述防燃烧、防潮湿保护电路的输入端输入一直流电压，所述防燃烧、防潮湿保护电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波线路的输出端与所述三相全桥逆变电路的输入端连接，所述三相全桥逆变电路的输出端输出三相正弦波电压至所述三相集中绕组。
在本发明的一个优选实施例中，所述三相驱动电路由防燃烧、防潮湿保护电路、滤波电路、三相驱动集成芯片和霍尔元件组成，所述防燃烧、防潮湿保护电路的输入端输入一直流电压，所述防燃烧、防潮湿保护电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波线路的输出端与所述三相驱动集成芯片的输入端连接，所述三相驱动集成芯片输出六个基本电压矢量和2个零电压矢量至所述三相集中绕组；所述六个基本电压矢量将空间氛围六个扇区，所述霍尔元件用以侦测所述外转子组件的位置，以确认所述外转子组件处于哪个扇区。
在本发明的一个优选实施例中，所述底座组件包括底座、磁铁盒、小磁铁、石墨垫片、弹簧锁片、轴承，在所述底座的中心设置有一轴孔，所述磁铁盒、小磁铁、石墨垫片、弹簧锁片、轴承将所述外转子组件的轴的一端装配在所述底座中心的轴孔内；所述外转子组件中的轴的另一端与所述外转子组件中的转子轴套铆接，用以支撑转子轴套。
在本发明的一个优选实施例中，在所述底座的外周缘均布有若干个安装孔。
在本发明的一个优选实施例中，在所述底座的外周缘均布有若干底座橡胶垫承装孔，在每一个底座橡胶垫承装孔内配置有一底座橡胶垫，在所述底座橡胶垫内设置有安装孔。
在本发明的一个优选实施例中，所述外转子部件还包括多极磁环，所述多级磁环套设在所述六槽内定子组件中的六槽包塑铁芯的外周缘上，所述转子轴套套设在所述多级磁环的外周缘上，所述转子轴套的外周缘与所述扇叶连接，用以支撑所述扇叶。
在本发明的一个优选实施例中，所述多级磁环的极数为8极或4极。
在本发明的一个优选实施例中，所述多级磁环产生三相正弦波旋转磁场。
在本发明的一个优选实施例中，所述多级磁环为由异性注塑磁粉利用模具磁化定向注塑制成注塑磁环或由异性注塑磁粉利用模具磁化定向注塑制成的各向同性橡胶磁条围成。
在本发明的一个优选实施例中，所述扇叶为注塑离心式扇叶。
由于采用了如上的技术方案，本发明相对目前冰箱使用的单相外转子无刷电动机，具有极大的节能效果。在电压/频率与转速基本相同条件下，相对单相外转子无刷电动机节能40％-50％左右。
附图说明
图1为本发明实施例1的冰箱用外转子无刷风扇电机外形示意图。
图2为本发明实施例1的冰箱用外转子无刷风扇电机爆炸示意图。
图3为本发明实施例2的冰箱用外转子无刷风扇电机外形示意图。
图4为本发明实施例2的冰箱用外转子无刷风扇电机爆炸示意图。
图5为本发明实施例1和2中的定子组件的爆炸示意图。
图6为本发明实施例1和2中的定子组件中一种三相驱动电路的电原理示意图。
图7为本发明实施例1和2中的定子组件中另一种三相驱动电路的电原理示意图。
图8为图7所示的另一种三相驱动电路输出电压示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1、图2和图5，图中所示的冰箱用外转子无刷风扇,包括底座组件100、六槽内定子组件200、外转子组件300和扇叶400。六槽内定子组件200产生三相正弦波旋转磁场，与外转子组件300中的磁场相互作用产生电磁转矩驱动所述外转子组件300转动。
底座组件100包括底座110、磁铁盒120、小磁铁130、石墨垫片140、弹簧锁片150、轴承160，在底座110的中心设置有一轴孔111，在底座110的外周缘均布有三个安装孔112、113、114。
外转子部件300包括多极磁环310、转子轴套320和轴330，外转子组件300的轴330的一端通过磁铁盒120、小磁铁130、石墨垫片140、弹簧锁片150、轴承160装配在底座110中心的轴孔111内，轴330的另一端与转子轴套320铆接，用以支撑转子轴套320，转子轴套320的外周缘与扇叶400装配在一起。扇叶400为注塑离心式扇叶。
本实施例的特点在于，
六槽内定子组件200包括相互组装在一起的PCB组件210和定子220，PCB组件210包括PCB板211、设置在PCB板211上的三相驱动电路以及与三相驱动电路电连接的导线组件212。
参见图3，六槽内定子组件200中的定子220由六槽包塑铁芯221和6个集中绕制在六槽包塑铁芯中的绕组线圈222组成，在六槽包塑铁芯221内均布设置有三个集中绕组分数槽221a，每2个绕组线圈222构成一相集中绕组，三相集中绕组成Y型连接并分别设置在三个集中绕组分数槽221a中，三相驱动电路输出三相正弦波电压至所述三相集中绕组。
多级磁环310套设在六槽内定子组件200中的六槽包塑铁芯221的外周缘上，转子轴套320套设在多级磁环310的外周缘上。多级磁环310的极数为8极或4极，其产生三相正弦波旋转磁场。
多级磁环310为由异性注塑磁粉利用模具磁化定向注塑制成注塑磁环或由异性注塑磁粉利用模具磁化定向注塑制成的各向同性橡胶磁条围成。
参见图6，三相驱动电路213由防燃烧、防潮湿保护电路213a、滤波电路213b、三相全桥逆变电路213c组成，防燃烧、防潮湿保护电路213a的输入端输入一6-15Vdc直流电压，防燃烧、防潮湿保护电路213a的输出端与滤波电路213b的输入端连接，滤波线路213b的输出端与三相全桥逆变电路213c的输入端连接，三相全桥逆变电路213c的输出端输出三相正弦波电压至所述三相集中绕组,在定转子气隙中无刷电机定子三相集中绕组(120度分布)产生三相正弦波旋转磁场；与外转子组件磁场相互作用产生电磁转矩使电机工作；三相驱动电路213采用低成本有传感器或无传感器正弦波控制技术，实现正弦波换向；三相驱动电路213为三相正弦波有传感器或无传感器控制，以正弦波或方波换向方式安全起动，自动切换到正弦波控制，超前角可调或传感器感应接通运行。
实施例2
参见图3、图4和图5，图中所示的冰箱用外转子无刷风扇电机,包括底座组件100a、六槽内定子组件200a、外转子组件300和扇叶400。六槽内定子组件200a产生三相正弦波旋转磁场，与外转子组件300中的磁场相互作用产生电磁转矩驱动所述外转子组件300转动。
底座组件100a包括底座110a、磁铁盒120a、小磁铁130a、石墨垫片140a、弹簧锁片150a、轴承160a，在底座110a的中心设置有一轴孔111a，在底座110a的外周缘均布有三个底座橡胶垫承装孔112a、113a、114a，在每一个底座橡胶垫承装孔112a、113a、114a内配置有一底座橡胶垫170a、180a、190a，在底座橡胶垫170a、180a、190a内设置有安装孔171a、181a、191a。
外转子部件300包括多极磁环310、转子轴套320和轴330，外转子组件300的轴330的一端通过磁铁盒120a、小磁铁130a、石墨垫片140a、弹簧锁片150a、轴承160a装配在底座110a中心的轴孔111a内，轴330的另一端与转子轴套320铆接，用以支撑转子轴套320，转子轴套320的外周缘与扇叶400装配在一起。扇叶400为注塑离心式扇叶。
本实施例的特点在于，
六槽内定子组件200a包括相互组装在一起的PCB组件210a和定子220a，PCB组件210a包括PCB板211a、设置在PCB板211a上的三相驱动电路以及与三相驱动电路电连接的导线组件212a。
参见图3，六槽内定子组件200a中的定子220a由六槽包塑铁芯221a和6个集中绕制在六槽包塑铁芯中的绕组线圈222a组成，在六槽包塑铁芯221a内均布设置有三个集中绕组分数槽221aa，每2个绕组线圈222a构成一相集中绕组，三相集中绕组成Y型连接并分别设置在三个集中绕组分数槽221aa中，三相驱动电路输出三相正弦波电压至三相集中绕组。
多级磁环310套设在六槽内定子组件200中的包塑铁芯221的外周缘上，转子轴套320套设在多级磁环310的外周缘上。多级磁环310的极数为8极或4极，其产生三相正弦波旋转磁场。
多级磁环310为由异性注塑磁粉利用模具磁化定向注塑制成注塑磁环或由异性注塑磁粉利用模具磁化定向注塑制成的各向同性橡胶磁条围成。
参见图7，三相驱动电路213a由防燃烧、防潮湿保护电路213aa、滤波电路213ab、三相驱动集成芯片213ac和霍尔元件213ad组成，防燃烧、防潮湿保护电路213aa的输入端输入一6-15Vdc直流电压，防燃烧、防潮湿保护电路213aa的输出端与滤波电路213ab的输入端连接，滤波线路213ab的输出端与三相驱动集成芯片213ac的输入端连接，三相驱动集成芯片213ac输出六个基本电压矢量和2个零电压矢量至三相集中绕组；六个基本电压矢量将空间氛围六个扇区，霍尔元件213ad用以侦测外转子组件300的位置，以确认外转子组件300处于哪个扇区。
参见图8，三相驱动集成芯片213ac控制方式为三霍尔有感电压空间矢量(SVPWM)控制，电压空间矢量控制，无电磁噪音，能为系统提供静音驱动，霍尔能确保启动的可靠性。
电压空间矢量由6个基本电压矢量和2个零电压矢量构成，其中0(US7)和7(US8)两个零电压矢量位于中心，不输出电压，1、2…6基本电压矢量为真正有效电压矢量，6个有效电压矢量将空间分为6个扇区，当直流电压直接给三相驱动集成芯片213ac供电时，三相驱动集成芯片213ac会通过霍尔元件213ad侦测外转子部件300位置，以确定外转子部件300处于哪个扇区，然后根据外转子部件300位置来选择用相邻两个基本电压矢量和零矢量合成所需要的电压矢量，例如，当外转子部件300处于I扇区时，期望输出电压矢量为Vref，三相驱动集成芯片213ac会通过内部集成的逆变器和电压空间矢量控制算法选择用US2(110)和US1(100)两个基本电压矢量来合成所期望的电压空间矢量Vref，根据外转子部件300不同的位置，最终合成后的电压空间矢量Vref为连续的旋转圆形轨迹，也即在内转子组件200a和外转子部件300之间的气隙形成圆形旋转磁场。圆形旋转磁场能使电机电流谐波减少，接近正弦，匀速静音运行，无方波驱动中的电磁噪音。而霍尔元件可以确保电机高可靠性的启动。
上述两个实施例的节能效果：若将冰箱使用的单相外转子无刷电动机改用三相外转子无刷电动机，具有极大的节能效果。在电压/频率与转速基本相同条件下，相对单相外转子无刷电动机节能40％-50％左右。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本专利的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明专利的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (15)

1.冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机,包括组装在一起的底座组件、内定子组件、外转子组件和扇叶，其特征在于，所述内定子组件为六槽内定子组件，所述六槽内定子组件产生三相正弦波旋转磁场，与所述外转子组件中的磁场相互作用产生电磁转矩驱动所述外转子组件转动。
2.如权利要求1所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述六槽内定子组件包括相互组装在一起的PCB组件和定子，所述定子由六槽包塑铁芯和6个集中绕制在所述六槽包塑铁芯中的绕组线圈组成，每2个绕组线圈构成一相集中绕组，三相集中绕组均布设置在所述包塑铁芯内。
3.如权利要求2所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述三相集中绕组成Y型连接。
4.如权利要求2所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，在所述六槽包塑铁芯内均布设置有三个集中绕组分数槽，所述三相集中绕组分别设置在所述三个集中绕组分数槽中。
5.如权利要求2所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述PCB组件包括PCB板、设置在所述PCB板上的三相驱动电路以及与所述三相驱动电路电连接的导线组件，所述三相驱动电路输出三相正弦波电压至所述三相集中绕组。
6.如权利要求5所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述三相驱动电路由防燃烧、防潮湿保护电路、滤波电路、三相全桥逆变电路组成，所述防燃烧、防潮湿保护电路的输入端输入一直流电压，所述防燃烧、防潮湿保护电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波线路的输出端与所述三相全桥逆变电路的输入端连接，所述三相全桥逆变电路的输出端输出三相正弦波电压至所述三相集中绕组。
7.如权利要求5所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述三相驱动电路由防燃烧、防潮湿保护电路、滤波电路、三相驱动集成芯片和霍尔元件组成，所述防燃烧、防潮湿保护电路的输入端输入一直流电压，所述防燃烧、防潮湿保护电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波线路的输出端与所述三相驱动集成芯片的输入端连接，所述三相驱动集成芯片输出六个基本电压矢量和2个零电压矢量至所述三相集中绕组；所述六个基本电压矢量将空间氛围六个扇区，所述霍尔元件用以侦测所述外转子组件的位置，以确认所述外转子组件处于哪个扇区。
8.如权利要求1至7任一项权利要求所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述底座组件包括底座、磁铁盒、小磁铁、石墨垫片、弹簧锁片、轴承，在所述底座的中心设置有一轴孔，所述磁铁盒、小磁铁、石墨垫片、弹簧锁片、轴承将所述外转子组件的轴的一端装配在所述底座中心的轴孔内；所述外转子组件中的轴的另一端与所述外转子组件中的转子轴套铆接，用以支撑转子轴套。
9.如权利要求8所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，在所述底座的外周缘均布有若干个安装孔。
10.如权利要求9所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，在所述底座的外周缘均布有若干底座橡胶垫承装孔，在每一个底座橡胶垫承装孔内配置有一底座橡胶垫，在所述底座橡胶垫内设置有安装孔。
11.如权利要求1至7任一项权利要求所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述外转子部件还包括多极磁环，所述多级磁环套设在所述六槽内定子组件中的包塑铁芯的外周缘上，所述转子轴套套设在所述多级磁环的外周缘上，所述转子轴套的外周缘与所述扇叶连接，用以支撑所述扇叶。
12.如权利要求11所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述多级磁环的极数为8极或4极。
13.如权利要求11所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述多级磁环产生三相正弦波旋转磁场。
14.如权利要求11所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述多级磁环为由异性注塑磁粉利用模具磁化定向注塑制成注塑磁环或由异性注塑磁粉利用模具磁化定向注塑制成的各向同性橡胶磁条围成。
15.如权利要求1至7任一项权利要求所述的冰箱用六槽三相外转子无刷风扇电机，其特征在于，所述扇叶为注塑离心式扇叶。
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