CN106169819A - 单相电机、流体产生装置及电器设备 - Google Patents

单相电机、流体产生装置及电器设备 Download PDF

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周垂有
柴捷
李文亮
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Abstract

本发明提供一种单相电机、流体产生装置及电器设备。所述单相电机包括定子和转子，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的定子绕组，所述定子磁芯包括环形轭部、从所述环形轭部朝内延伸的若干定子齿，每一定子齿的端面包括与转子相对的弧面，每一弧面具有一定位凹槽，所述若干定子齿的弧面共同围成一收容腔，所述转子收容于所述弧面形成的收容腔内，所述弧面位于一以转子中心为圆心的圆柱面上。实施本发明，能够降低电机的齿槽效应、从而降低电机的启动电流和电机的噪音。

Description

单相电机、流体产生装置及电器设备
【技术领域】
本发明涉及电机领域，更具体地，涉及一种可高速旋转的单相电机及应用该单相电机的电器设备如吸尘器、干手器、吹风机等。
【背景技术】
现有的单相电机，为避开启动死点，定转子之间的气隙通常采用非均匀气隙。然而，采用非均匀气隙的电机通常具有较大的齿槽效应(cogging)从而具有较大的振动和噪音。
本发明旨在提供一种可解决上述问题的单相电机。
【发明内容】
本发明的目的是降低单相电机的齿槽效应。为此，本发明提供一种单相电机，包括定子和转子，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的定子绕组，所述定子磁芯包括环形轭部、从所述环形轭部朝内延伸的若干定子齿，每一定子齿的端面包括与转子相对的弧面，每一弧面具有一定位凹槽，所述若干定子齿的弧面共同围成一收容腔，所述转子收容于所述弧面形成的收容腔内，所述弧面位于一以转子中心为圆心的圆柱面上。
作为一种优选方案，所述转子包括转轴和固定到所述转轴的永磁体，所述永磁体与所述弧面之间形成基本均匀的气隙，相邻定子齿之间通过开槽断开，所述开槽的宽度小于等于所述均匀气隙宽度的3倍。
作为一种优选方案，所述定子齿的与转子相对的弧面位于定子齿中心线周向一侧的部分的周向长度大于位于定子齿中心线周向另一侧的部分的周向长度。
作为一种优选方案，相邻定子齿之间通过磁桥连接或通过开槽断开，所述磁桥或开槽的中心与转子圆心之间的连线与其中一定子齿的延伸方向形成60至65度的夹角。
作为一种优选方案，所述第一弧面的周向两端分别形成第一切面和第二切面，所述第二弧面的周向两端分别形成第三切面和第四切面；所述第一切面与所述第三切面相对且相互间隔从而形成第一开槽，所述第二切面与所述第四切面相对且相互间隔从而形成第二开槽，所述第一、第二、第三及第四切面相对定子齿的延伸方向倾斜。
作为一种优选方案，所述第一开槽与第二开槽的尺寸基本相同且关于所述转子的转动中心对称。
作为一种优选方案，所述定子磁芯由第一半芯和第二半芯构成，所述第一半芯用于形成第一半轭部以及所述第一定子齿，所述第二半芯用于形成第二半轭部以及所述第二定子齿。
作为一种优选方案，所述第一半芯和第二半芯在两者的结合面上设有互相配合的凹凸卡位结构。
作为一种优选方案，所述气隙的厚度为所述永磁体厚度的0.26至0.34倍。
作为一种优选方案，所述永磁体厚度为所述转子外径的0.2至0.24倍。
作为一种优选方案，所述第一定子齿和/或所述第二定子齿的宽度为所述转子外径的1.4至1.6倍。
作为一种优选方案，所述环形轭部的厚度为所述转子外径的0.5至0.7倍。
作为一种优选方案，第一切面和第三切面之间的距离为所述转子外径的0.09至0.13倍；和/或第二切面和第四切面之间的距离为所述转子外径的0.09至0.13倍。
作为一种优选方案，第一定位凹槽的槽开口朝向所述永磁体，第二定位凹槽的槽开口朝向所述永磁体；第一定位凹槽和/或第二定位凹槽的槽开口的宽度为所述转子外径的0.24至0.28倍。
作为一种优选方案，第一定位凹槽的槽开口朝向所述永磁体，第二定位凹槽的槽开口朝向所述永磁体；第一定位凹槽凹入所述第一定子齿的深度和/或第二定位凹槽凹入所述第二定子齿的深度为所述转子外径的0.015至0.035倍。
作为一种优选方案，第一定位凹槽、第二定位凹槽的连线方向与所述第一定子齿、第二定子齿的中心线重合。
作为一种优选方案，所述定子还包括外壳，所述外壳包括两个半壳，每个半壳包括环状的筒体、位于所述筒体外端的毂部、连接于所述筒体与所述毂部之间的若干辐条；所述毂部安装有轴承；所述定子磁芯安装到所述筒体的内壁，所述转轴的两端分别穿过所述两个半壳的毂部并被安装到毂部的轴承支撑。
本发明还提供一种流体产生装置，包括叶轮，还包括上述本发明提供的单相电机。
优选地，所述叶轮为离心叶轮并被所述单相电机的转轴驱动，所述离心叶轮包括位于其中心的入口、位于其外周的出口、以及连通所述入口、出口的风道。该流体产生装置还包括位于离心叶轮外周的扩散器，所述扩散器具有若干扩散通道，扩散通道的入口与离心叶轮的出口连通。
优选地，所述扩散器包括筒状外壳和位于所述外壳内的隔板，所述隔板安装到所述单相电机，所述筒状外壳环绕所述单相电机，所述隔板具有通孔供单相电机的转轴穿过。
优选地，所述扩散通道穿过所述隔板。
本发明还提供一种使用上述流体产生装置的电器设备如吸尘器、干手器、吹风机等。
实施本发明，能够降低电机的齿槽效应、从而降低电机的启动电流和电机的噪音。
【附图说明】
下面将结合说明书附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一个实施例提供的单相电机的示意图；
图2是图1所示单相电机移除了定子外壳后的示意图；
图3是图1所示单相电机使用的定子的爆炸示意图；
图4是图1所示单相电机移除了线架、第一绝缘衬和第二绝缘衬后的示意图；以及
图5是图1所示单相电机使用的定子磁芯的示意图。
图6是本发明另一个实施例提供的流体产生装置的示意图。
图7是图6所示流体产生装置移除了扩散器后的示意图。
图8是图6所示流体产生装置使用的扩散器的示意图。
图9是图6所示流体产生装置的剖视图。
图10是图6所示的流体产生装置应用于一吸尘器上的示意图。
图11是图6所示的流体产生装置应用于一干手器上的示意图。
图12是图6所示的流体产生装置应用于一吹风机上的示意图。
【具体实施方式】
参考图1至图3，本发明一实施例提供的单相电机20，包括定子和转子，定子包括定子外壳、定子磁芯41、绕设于定子磁芯41上的定子绕组49以及安装到定子一端的控制电路板50。定子外壳包括两个半壳31、32，每个半壳都包括环状的筒体、位于筒体外端的毂部35、连接于筒体和毂部35之间的若干辐条33。毂部35内安装有轴承37，定子磁芯41由导磁材料如铁制成，安装到筒体的内壁。在本实施方式中，该单相电机20为单相永磁直流无刷电机20，其他实施方式中，该单相电机20也可用作永磁同步电机。
转子包括转轴61和固定到转轴的永磁体63(见图4)，优选地，所述永磁体63的径向厚度为转子外径的0.2至0.24。转轴61的两端分别穿过所述两个半壳31、32的毂部35并被安装到毂部35的轴承37支撑。
参考图2、图3，定子磁芯41的定子齿52、56与定子绕组49之间设绝缘线架47，定子磁芯41的外环部(即轭部)与两个定子绕组49之间还分别安装两个绝缘衬45，用于隔离定子绕组49和定子磁芯41。本实施例中，绝缘衬45贴靠定子磁芯41的外环部的内侧表面，并具有通孔供对应的定子齿52或56穿过。
参考图4、图5，定子磁芯41由第一半芯和第二半芯组成，第一半芯和第二半芯在两者的结合面上设有相互配合的凹凸卡位结构。第一半芯包括第一半轭部51和从第一半轭部51朝中心伸出的第一定子齿52，第二半芯包括从第二半轭部55和从第二半轭部55朝中心伸出的第二定子齿56，第一半轭部51和第二半轭部55共同组成环形轭部50。
垂直于第一定子齿52的延伸方向的尺寸为第一定子齿52、第二定子齿56的宽度W1，第一定子齿52和第二定子齿56的宽度W1为转子外径D1的1.4至1.6倍。环形轭部50沿定子径向的尺寸为环形轭部50的厚度W2，环形轭部50的厚度W2为转子外径D1的0.5至0.7倍。第一定子齿52包括第一弧面52a，第一弧面52a具有第一定位凹槽52b；第二定子齿56包括第二弧面56a，第二弧面56a具有第二定位凹槽56b。第一定位凹槽52b和第二定位凹槽56b沿转子的直径方向相对设置，用于控制电机停止时转子相对于定子的位置，通过调整定位凹槽52b、56b的位置可调整转子的停止位置或初始位置。第一弧面52a与第二弧面56a相对，并且两者之间形成收容腔，永磁体63收容于该收容腔内，永磁体63形成两个永久磁极。优选地，第一弧面52a与第二弧面56a沿圆柱面分布，所述圆柱面与转子共轴，从而在永磁体63形成的永磁极的外表面与第一弧面52a和第二弧面56a之间形成基本均匀的气隙65(除定位凹槽52b、56b，开槽53、54及相邻永磁极之间的中性区之外的其他地方为均匀气隙)，均匀气隙65处的厚度为永磁极63的厚度的0.26至0.34倍。
传感器67(图2)如霍尔传感器通过端子连接到电路板50(图1)，用于检测永磁体63的转动位置。
定子绕组49安装到第一定子齿52和第二定子齿56，具体地说，线架47朝向第一定子齿52和第二定子齿56的两端分别具有伸出的中空的第一安装臂48a和第二安装臂48b，第一定子齿52伸入第一安装臂48a，第二定子齿56伸入第二安装臂48b，定子绕组19分别绕设于第一安装臂48a和第二安装臂48b的外部，即定子绕组19与第一定子齿52、第二定子齿56之间分别间隔有第一安装臂48a、第二安装臂48b。定子绕组49通电时可以产生两个通过转子的磁回路。
请参阅图5，第一定子齿52和第二定子齿56之间分别在永磁体63两侧形成较大磁阻的第一开槽53和第二开槽54。更具体地说，第一弧面52a的周向两端分别形成第一切面52c和第二切面52d；第二弧面56a的周向两端分别形成第三切面56c和第四切面56d，第一切面52c与第三切面56c之间形成第一开槽53；第二切面52d与第四切面56d相对在两者之间形成第二开槽54。
第一切面52c和第三切面56c之间的距离为转子外径D1的0.09至0.13倍；第二切面52d和第四切面56d之间的距离也为转子外径D1的0.09至0.13倍。
优选地，第一开槽53和第二开槽54的尺寸基本相同，且关于转子的转动中心对称。第一开槽53和第二开槽54中心之间的连线L1经过转子的转动中心，与第一定子齿52的延伸方向L2形成60至65度的夹角Q，更加优选的方案是，第一开槽53和第二开槽54中心之间的连线与第二定子齿56的延伸方向形成60至65度的夹角。
第一弧面52a具有第一定位凹槽52b，第二弧面具有第二定位凹槽56b。第一定位槽52b的槽开口朝向永磁体63，第二定位槽56b的槽开口朝向永磁体63。第一定位槽52b和第二定位槽56b的槽开口的宽度为转子外径D1的0.24至0.28倍，所述槽开口的宽度是指第一定位槽52b和第二定位槽56b沿永磁体周向的尺寸。第一定位凹槽52b凹入第一定子齿52的深度和第二定位凹槽56b凹入第二定子齿56的深度均为转子外径D1的0.015至0.035倍。第一定位凹槽52b、第二定位凹槽56b的连线方向与第一定子齿52、第二定子齿56的中心线重合。
图6所示为一流体产生装置80，该流体产生装置80应用了上述的单相电机20，该流体产生装置80还包括安装到单相电机20的转轴的离心叶轮90、与离心叶轮90配合的扩散器100、与扩散器100配合的扩散器附件110。
如图7所示，离心叶轮90包括隔开预设距离的前盖板91和后盖板93，还包括安装于前、后盖板91、93之间的若干叶片95，相邻叶片95之间形成风道。离心叶轮90的中心为风道入口，外周为风道出口。
如图8和图9所示，扩散器100包括筒状外壳101、位于筒状外壳101内的隔板103。隔板103具有通孔104供电机20的转轴穿过。隔板103还具有若干通孔105，供螺钉106穿过以将扩散器100安装到电机20的外壳31，此时，筒状外壳101环绕在电机20外周，且两者之间具有间隙以形成流道。
扩散器100具有若干扩散鳍片109与筒状外壳101连接，相邻鳍片109之间形成扩散通道107。扩散鳍片109位于叶轮90外围，扩散通道107的入口端与离心叶轮90的出口连通。本实施例中，扩散通道107出口端与形成于筒状外壳101与电机20外壳31、32之间的流道相通，最终将流体引导到扩散器附件110。
图10所示为一吸尘器120，该吸尘器120包含上述流体产生装置80。在本实施方式中，该吸尘器120的其他结构为现有结构，因此在此不再详述。
图11所示为一干手器130，该干手器130包括上述流体产生装置80。在本实施方式中，该干手器130的其他结构为现有结构，因此在此不再详述。
图12所示为一吹风机140，该吹风机140包括上述流体产生装置80。在本实施方式中，该吹风机140的其他结构为现有结构，因此在此不再详述。
可以理解地，本发明的环形轭部中的环形包括圆环形、方形、多边形等。所述流体产生装置的叶轮并不限于离心式，还可以是其它形式的叶轮，如轴流式等，这样流体产生装置还可以用于其它的风机场合如排气扇等。
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (21)

1.一种单相电机，包括定子和转子，其特征在于，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的定子绕组，所述定子磁芯包括环形轭部(50)、从所述环形轭部朝内延伸的若干定子齿(52、56)，每一定子齿(52、56)的端面包括与转子相对的弧面(52a、56a)，每一弧面(52a、56a)具有一定位凹槽(52b、56b)，所述若干定子齿的弧面(52a、56a)共同围成一收容腔；所述转子收容于所述弧面(52a、56a)围成的收容腔内；所述弧面(52a、56a)位于一以转子中心为圆心的圆柱面上。
2.如权利要求1所述的单相电机，其特征在于，所述转子包括转轴(61)和固定到所述转轴(61)的永磁体(63)，所述永磁体(63)形成若干永磁极，所述永磁极的外周表面与所述定子齿的弧面(52a、56a)之间形成基本均匀的气隙(65)，相邻定子齿(52、56)之间通过开槽断开，所述开槽的宽度小于等于所述均匀气隙宽度的3倍。
3.如权利要求1或2所述的单相电机，其特征在于，所述定子齿(52、56)的与转子相对的弧面位于定子齿中心线周向一侧的部分的周向长度大于位于定子齿中心线周向另一侧的部分的周向长度。
4.如权利要求1所述的单相电机，其特征在于，相邻定子齿(52、56)之间通过磁桥连接或通过开槽(53、54)断开，所述磁桥或开槽(53、54)的中心与转子圆心之间的连线与其中一定子齿(52、56)的延伸方向形成60至65度的夹角。
5.如权利要求1所述的单相电机，其特征在于，所述定子磁芯包括两个沿转子直径方向相对设置的第一定子齿(52)和第二定子齿(56)，第一定子齿形成第一弧面(52a)，第二定子齿形成第二弧面(56a)，所述第一弧面(52a)的周向两端分别形成第一切面(52c)和第二切面(52d)，所述第二弧面(56a)的周向两端分别形成第三切面(56c)和第四切面(56d)；所述第一切面(52c)与所述第三切面(56c)相对且相互间隔从而形成第一开槽(53)，所述第二切面(52d)与所述第四切面(56d)相对且相互间隔从而形成第二开槽(54)，所述第一、第二、第三及第四切面相对定子齿(52、56)的延伸方向倾斜。
6.如权利要求4所述的单相电机，其特征在于，所述第一开槽(53)、第二开槽(54)的尺寸基本相等且关于所述转子的转动中心对称。
7.如权利要求1所述的单相电机，其特征在于，所述定子磁芯由第一半芯和第二半芯构成，所述第一半芯形成第一半轭部(51)以及第一定子齿(52)，所述第二半芯形成第二半轭部(55)以及第二定子齿(56)；所述第一半轭部(51)与第二半轭部(56)拼接成所述环形轭部(50)。
8.如权利要求2所述的单相电机，其特征在于，所述气隙(65)的厚度为所述永磁体(63)厚度的0.26至0.34倍。
9.如权利要求2所述的单相电机，其特征在于，所述永磁体(63)的厚度为所述转子外径的0.2至0.24倍。
10.如权利要求1或2所述的单相电机，其特征在于，所述定子齿(52、56)的宽度为所述转子外径的1.4至1.6倍。
11.如权利要求1或2所述的单相电机，其特征在于，所述环形轭部(50)的厚度为所述转子外径的0.5至0.7倍。
12.如权利要求5所述的单相电机，其特征在于：
第一切面(52c)和第三切面(56c)之间的距离为所述转子外径的0.09至0.13倍；和/或
第二切面(52d)和第四切面(56d)之间的距离为所述转子外径的0.09至0.13倍。
13.如权利要求1或2所述的单相电机，其特征在于，所述定位凹槽(52b)的槽开口朝向所述永磁体(63)，所述定位凹槽(52b)的槽开口的宽度为所述转子外径的0.24至0.28倍。
14.如权利要求1或2所述的单相电机，其特征在于，所述定位凹槽(52b)的槽开口朝向所述永磁体(63)，所述定位凹槽(52b)凹入相应定子齿(52)的深度为所述转子外径的0.015至0.035倍。
15.如权利要求1或2所述的单相电机，其特征在于，所述定位凹槽(52b)位于相应定子齿的中心。
16.如权利要求1所述的单相电机，其特征在于，所述定子还包括外壳，所述外壳包括两个半壳(31、32)，每个半壳包括环状的筒体、位于所述筒体外端的毂部(35)、连接于所述筒体与所述毂部(35)之间的若干辐条(33)；所述毂部(35)安装有轴承(37)；所述定子磁芯安装到所述筒体的内壁，所述转轴的两端分别穿过所述两个半壳的毂部并被安装到毂部的轴承支撑。
17.一种流体产生装置，包括叶轮，其特征在于，还包括如权利要求1-16任意一项所述的单相电机，所述叶轮被所述单相电机的转轴驱动。
18.如权利要求17所述的流体产生装置，其特征在于，所述叶轮为离心叶轮，包括流体入口、位于其外周的流体出口、以及连通所述入口、出口的风道，所述流体产生装置还包括位于离心叶轮外周的扩散器，所述扩散器具有若干扩散通道，扩散通道的入口与离心叶轮的出口连通。
19.如权利要求18所述的流体产生装置，其特征在于，所述扩散器包括筒状外壳和位于所述外壳内的隔板，所述隔板安装到所述单相电机，所述筒状外壳环绕所述单相电机，所述隔板具有通孔供单相电机的转轴穿过，所述扩散通道穿过所述隔板。
20.一种电器设备，其特征在于：该电器设备包括如权利要求17-19中任意一项所述的流体产生装置。
21.如权利要求20所述的电器设备，其特征在于：所述电器设备为干手器，吸尘器，或吹风机。
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