CN106487189A - 一种单相电机及应用该单相电机的排气扇 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单相电机及应用该单相电机的排气扇，该单相电机包括定子和可相对于定子转动的转子，所述定子包括定子磁芯和绕设于定子磁芯的绕组，所述定子磁芯包括轭部及与轭部连接的两个相对的极部，每个所述极部具有分别由极部两侧向相对的极部延伸的短极靴和长极靴，所述转子收容在所述两个极部的短极靴和长极靴围合的空间内；所述两个极部中，每个极部的短极靴与另一个极部的长极靴相邻且之间形成槽口。本发明的单相电机的两个极部之间形成槽口，降低了漏磁。每个极部具有短极靴和长极靴，使电机在顺时针、逆时针方向具有不同的启动能力。

Description

一种单相电机及应用该单相电机的排气扇

【技术领域】

本发明涉及一种电机，尤其是涉及一种单相电机及应用该单相电机的排气扇。

【背景技术】

传统设计的排气扇使用的电机是罩极电机。这种电机的效率低，功率因数低，铜铁用量较大，成本较高。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种单相电机及应用该单相电机的排气扇。

本发明提供的一种单相电机，包括定子和可相对于定子转动的转子，所述定子包括定子磁芯和绕设于定子磁芯的绕组，所述定子磁芯包括轭部及与轭部连接的两个相对的极部，每个所述极部具有分别由极部两侧向相对的极部延伸的短极靴和长极靴，所述转子收容在所述两个极部的短极靴和长极靴围合的空间内；所述两个极部中，每个极部的短极靴与另一个极部的长极靴相邻且之间形成槽口。

进一步地，所述两个极部之间形成两个槽口，所述两个槽口中心的连线相对于所述定子磁芯的对称轴线倾斜。

进一步地，所述两个槽口中心的连线相对于所述定子磁芯的对称轴线倾斜0-30度。

进一步地，每个所述极部的短极靴和长极靴朝向相应槽口的端面与所述两个槽口中心的连线平行。

进一步地，每个极部的长极靴具有斜切部，使所述长极靴的径向厚度沿朝向相应槽口的方向逐渐减小。

进一步地，每个所述极部形成有朝向所述转子的定位凹槽，所述定位凹槽偏离极部的中心并位于所述短极靴的内侧表面。

进一步地，所述定位凹槽的底部为弧形。

进一步地，所述转子的外周面在同一圆周上，每个所述极部的短极靴、长极靴的内侧表面与转子之间形成厚度均匀的气隙。

进一步地，所述转子包括转子主体，所述转子主体包括磁体安装架和永磁体，所述永磁体安装到所述磁体安装架的外侧面，所述永磁体的外周面在同一圆周上。

进一步地，所述定子磁芯的外轮廓整体上呈长方形。

进一步地，所述转子的外径为所述定子磁芯的宽度的50％-70％。

进一步地，所述定子磁芯包括第一磁芯组件和第二磁芯组件，所述第一磁芯组件的第一端、第二磁芯组件的第一端分别一体形成所述两个相对的极部，第一磁芯组件的第二端和第二磁芯组件的第二端之间通过导磁连接件连接。

进一步地，所述第一磁芯组件的第二端、第二磁芯组件的第二端分别具有燕尾槽，所述连接件的两端分别具有燕尾榫，所述燕尾榫卡合在所述燕尾槽中。

进一步地，所述转子包括转轴、套设到转轴的转子主体及收容于转子主体内的缓冲装置，所述转子主体与所述转轴为滑配，所述缓冲装置的两端分别连接到所述转轴和所述转子主体用于延时地同步所述转轴和转子主体的转速。

本发明还提供了一种排气扇，包括叶轮，所述排气扇还包括上述技术方案中任一项技术方案所述的单相电机，所述叶轮安装到所述单相电机的转子的转轴的

与现有技术相比，本发明的单相电机，每个极部的两侧分别具有短极靴和长极靴，从而在顺时针、逆时针方向具有不同的启动能力。每个极部的短极靴与另一个极部的长极靴相邻且之间形成槽口，有利于降低电感，强化电机的单向启动能力。

【附图说明】

图1为本发明实施例所提供的一种排气扇的示意图；

图2是图1所示排气扇的电机组件的结构示意图；

图3是图2所示单相电机的绝缘线架的结构示意图；

图4是图2所示单相电机的定子磁芯的平面示意图；

图5是图2所示单相电机的定子磁芯和转子的平面示意图；

图6是图4所示定子磁芯的爆炸示意图；

图7是图2所示单相电机的转子的结构示意图；

图8和图9是图7所示转子的爆炸示意图；

图10是应用图1所示的排气扇的电子设备的示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

参照图1，本发明提供的一种排气扇500，包括叶轮300和电机组件600，电机组件600包括单相电机100和驱动电路。叶轮300具有安装部301以安装到单相电机100的一转轴31的一端，叶轮300被转轴31驱动。本实施例中，单相电机100为单相同步交流电机，与传统的罩极电机相比，本发明的单相电机结构紧凑，方便维修和更换。驱动电路包括PCB板200，PCB板200安装到单相电机100。本实施例中，叶轮300为离心式叶轮，叶轮300的外径显著大于单相电机100的尺寸。

参照图2，电机组件600的单相电机100包括定子20以及可相对于定子20转动的转子30。定子20包括定子磁芯21、安装到定子磁芯21的绝缘线架22以及绕设于绝缘线架22的绕组23。本实施例中，PCB板200安装到绝缘线架22，且靠近绕组23。优选地，PCB板200安装到绝缘线架22的背离叶轮300的一侧。这样可以使得单相电机100的结构更加紧凑，减少单相电机100的尺寸。同时，叶轮300在运行时在中心形成低压区并促使外部的空气流入该低压区，单相电机100及PCB板200和绕组23位于该低压区内，因此，PCB板200与叶轮300之间存在可供气流流过的流道，该空气流动可流经并直接冷却PCB板200，延长了PCB板200的使用寿命。由于叶轮300的外径显著大于单相电机100的尺寸，可使PCB板200得到充分的冷却。在其他实施方式中，叶轮300还可以是轴流式叶轮。

定子20还包括分别安装到定子磁芯21两轴向侧的第一支撑架24和第二支撑架25。定子磁芯21由导磁材料制成。第一支撑架24和第二支撑架25用于支撑转子30的转轴31。第一支撑架24和第二支撑架25通过轴向的连接机构26连接从而将定子磁芯21夹持并固定在两者之间。优选的，第一支撑架24和第二支撑架25均为一体成型件，便于制造。第一支撑架24和第二支撑架25内分别设有轴承座，分别用于安装轴承24a、25a(见图7)，该两个轴承24a、25a用于支撑转轴31以使转轴31能够相对于定子20转动。

连接机构26包括螺杆261、与螺杆261配套的螺母262及定位套管263。第一支撑架24和第二支撑架25上具有供螺杆261穿过的通孔。定位套管263套设到螺杆261并位于第一支撑架24和第二支撑架25之间，对第一支撑架24和第二支撑架25起到轴向定位作用、美化作用。

参照图3，本实施例中，绝缘线架22包括一体成型的第一绝缘线架221和第二绝缘线架226。第一绝缘线架221和第二绝缘线架226均包括一体成型的主体部222、227以及形成于主体部222、227两端的侧板223a、223b、228a、228b，主体部222、227套设到定子磁芯21，绕组23包括第一绕组和第二绕组，第一绕组和第二绕组分别绕设于主体部222、227。

第一绝缘线架221、第二绝缘线架226的其中一个侧板223a、228a的上端分别形成有凸起的第一安装部224、229。第一绝缘线架221、第二绝缘线架226的另一个侧板223b、228b的上端分别形成有凸起的第二安装部225、230。第一安装部224、229、第二安装部225、230用于安装PCB板200。

其中，第一绝缘线架221的第一安装部224、第二绝缘线架226的第一安装部229分别包括支撑部224a、229a及设置在支撑部224a、229a上端的连接件224b、229b。支撑部224a、229a与侧板223a、228a平齐。连接件224b、229b穿过PCB板200的第一通孔，起到定位与固定连接的作用。支撑部224a、229a的上端抵靠到PCB板200的下端，起支撑作用。

第一绝缘线架221的第二安装部225的上端抵靠到PCB板200的下端用于支撑PCB板200。第二绝缘线架226的第二安装部230包括支撑部233及设置于支撑部233上的两个并排的连接件231、232。两个支撑部233抵靠到PCB板200的下端，起支撑作用，两个连接件231、232的端部分别形成有钩部234，两个连接件231、232均穿过PCB板200的第二通孔并通过钩部234卡设到PCB板200的上端，将PCB板200卡紧，防止松动。

参照图4，定子磁芯21包括大致呈U形的轭部24、从轭部24的两个相对侧边相向伸出的的两个极部211。第一绝缘线架221、第二绝缘线架226分别安装到所述两个相对侧边。每个极部211具有沿极部211两侧延伸的短极靴211a和长极靴211b。因为极部211的不对称形，所以单相电机100的双向启动能力不一样，即，一个方向的起动能力比另一个方向的启动能力强。两个极部211中，每个极部211的短极靴211a与另一个极部211的长极靴211b相邻且之间形成槽口212，因而槽口212的中心偏离定子磁芯21长度方向的中心线或对称轴线L2，该两个槽口212的中心的连线L1相对于线L2倾斜0-30度。该设计有助于增大两个极部211之间的磁阻，降低了电感，强化了单相电机100的单向启动能力，提高了工作效率，同时提高了功率因数。本实施例中，每个极部的短极靴211a、长极靴211b朝向相应槽口212的端面与所述连线L1平行。每个极部211的长极靴211b具有斜切部211c，使长极靴211b的径向厚度沿朝向相应槽口212的方向逐渐减小，从而降低电感，强化了单相电机100的单向启动能力。

参照图5，转子30收容在两个极部211的短极靴211a和长极靴211b围合的空间内。每个极部211形成有朝向转子30的定位凹槽213，定位凹槽213偏离极部211的中心并远离长极靴211b，该设置导致每个极部211的长极靴211b、短极靴211a的长度差异更大，从而能够更好地控制转子30的停止位置以使得转子30的停止位置偏离死点位置，并且使得转子30朝一个方向启动比较容易。优选地，定位凹槽213的底部为弧形。可以理解的，定位凹槽213的底部还可以为V型。

转子30的外周面在同一圆周上，每个极部211的短极靴211a、长极靴211b的内侧表面均为内凹的弧形极面，短极靴211a、长极靴211b的极面在同一圆周上，且短极靴211a、长极靴211b的极面与转子30的外周面同心，即短极靴211a、长极靴211b的极面以及转子30的外周面都是以转子30的中心为圆心，因而短极靴211a、长极靴211b与转子30之间形成厚度均匀的气隙214，能增强单相电机100启动的平稳性，启动可靠。

本实施例中，槽口212宽度(即，槽口212两侧的短极靴211a、长极靴211b之间的距离)大于气隙214的厚度d3。

本实施例中，定子磁芯21的外轮廓整体上呈长方形，定子磁芯21的宽度用W来表示，转子30的外径用D来表示，转子30的外径D为定子磁芯21的宽度W的50％-70％，该设置减少了单相电机100的尺寸，减少了成本，使单相电机100的性价比更好。

参照图6，定子磁芯21的形状为开口的框形。定子磁芯21包括第一磁芯组件215和第二磁芯组件216。第一磁芯组件215和第二磁芯组件216之间通过导磁连接件217连接。第一磁芯组件215和第二磁芯组件216分别用于套设第一绝缘线架221的主体部222、第二绝缘线架226的主体部227。

第一磁芯组件215的第一端215a、第二磁芯组件216的第一端216a分别具有燕尾槽218a、218b，导磁连接件217的两端分别具有燕尾榫219a、219b，燕尾榫219a、219b卡合在燕尾槽218a、218b中，从而将第一磁芯组件215、第二磁芯组件216和导磁连接件217三者组合连接并锁定起来。第一磁芯组件215的第二端215b、第二磁芯组件216的第二端216b分别形成上述的两个相对的极部211。

在本实施例中，第一磁芯组件215和第二磁芯组件216的形状均大致为F型。

在另一替换方案中，第一磁芯组件215和第二磁芯组件216的形状均为“E”型。

可以理解的，第一磁芯组件215和第二磁芯组件216也可直接通过设置在第一磁芯组件215的第一端215a的燕尾槽/燕尾榫与第二磁芯组件216的第一端216a的燕尾榫/燕尾槽相卡合，而不需要通过导磁连接件217连接。

参照图7，转子30包括所述转轴31、转子主体32和缓冲装置35。转子主体32套设到转轴31。转轴31通过两个轴承24a、25a支撑，两个轴承24a、25a分别位于转子主体32两端的外侧，以使转子30能够相对于定子20转动。转子主体32包括磁体安装架33和永磁体34。磁体安装架33为注塑成型件。永磁体34安装到磁体安装架33的外侧面，永磁体34的外周面在同一圆周上。

具体地，参照图8和图9，转子主体32与转轴31为滑配连接从而允许存在转速差。缓冲装置35位于转子主体32内并套设到转轴31，缓冲装置35一端与转子主体32连接，另一端与转轴31连接，用于延时地同步转子主体32与转轴31之间的转速，并能有效地消除或降低单相电机100启动失败、失速的情况。缓冲装置35设置在转子主体32的内部，因而单相电机100的转轴31的一端直接与负载连接，使得单相电机100的结构紧凑，方便维修和更换。

转子主体32的磁体安装架33包括筒状部36、固定套设到筒状部36下端的下盖37及形成于筒状部36上端的套环38，筒状部36与套环38为一体注塑成型的注塑件，便于制造。永磁体34由一对安装到筒状部36外侧的弧形永磁体34a、34b形成。筒状部36的两端内分别安装有轴承32a、32b，两轴承32a、32b与转轴31之间为滑配连接，从而允许转子主体32相对于转轴31转动。缓冲装置35位于该两轴承32a、32b之间，可以防止转子主体32的轴向窜动。

套环38和下盖37具有相对的凹部37a(套环38的凹部在图中不可见)，永磁体34的两端卡合在凹部37a中从而实现了永磁体34的轴向固定。

缓冲装置35包括弹性件351、分别固定连接到弹性件351两端的第一连接座352和第二连接座353，弹性件351、第一连接座352活动套设到转轴31，第二连接座353固定套设到转轴31。筒状部36环绕在缓冲装置35的外周侧。第一连接座352连接到筒状部36。具体的，本实施例中，第一连接座352上具有周向设置的四个凸块352a，筒状部36的内壁上具有与凸块352a相配合的凹槽36a，从而将第一连接座352与筒状部36连接起来。

转子30还包括一限位环39，限位环39固定套设到转轴31，并位于转子主体32的远离第二连接座353的外部。如此，转子主体32的两端分别为第二连接座353、限位环39限位。在单相电机100的转动过程中，限位环39对转子主体32起到轴向限位的作用，防止转子主体32轴向移动。

本实施例中，缓冲装置35还包括弹性的套筒354，套筒354位于筒状部36的内侧内并环绕在弹性件351的外周侧，套筒354的两端分别与第一连接座352、第二连接座353固定连接。优选地，套筒354的材质为橡胶或发泡塑料等软性材料，一方面起到减震、降噪的效果，另一方面可防止弹性件351外径增大时直接撞击到筒状部36。

本实施例中，弹性件351为活动套设到转轴31的螺旋弹簧。当单相电机100开始启动时，转子主体32在定子20的电磁力作用下会发生转动，由于转轴31的一端直接与负载连接因而具有较大的惯量，并且转轴31与转子主体32之间滑配连接，所以此时转子主体32的转速会大于转轴31的转速，即转子主体32与转轴31之间存在转速差，螺旋弹簧在转子主体32的转动牵拉作用下，螺旋弹簧与第一连接座352连接的那一端会被旋紧，其内径会逐渐减小，从而导致螺旋弹簧与第二连接座353连接的那一端最终也被旋紧，并最终逐渐同步转子主体32与转轴31的转速。有效地减轻了单相电机100在启动时负载所带来的惯量。当单相电机100从运行状态停止时，由于负载具有较大的转动惯量，因而转轴31的转速会大于转子主体32的转速，即转子主体32与转轴31之间存在转速差，螺旋弹簧与第二连接座353连接的那一端会被旋松，其内径会逐渐增大，从而导致螺旋弹簧与第一连接座352连接的那一端被旋松，并最终使转子主体32与转轴31的转速同步，有效地减轻了负载。在此过程中，因为套筒354环绕螺旋弹簧，所以防止了螺旋弹簧的内径因为过度增大而受损。

本发明的单相电机100结构紧凑，具有单向启动能力强、工作效率高、功率因数高、成本较低等优点，因而应用本发明的单相电机100的排气扇500工作效率高、成本低、使用寿命长。

可以理解的，本发明的单相电机100还适用于暖风机、空调水泵等其它对单相电机100的单向启动有要求的设备。

参照图10，为应用了本发明的排气扇500的电子设备700。电子设备700包括外壳701和设置在外壳701内部的安装支架702，排气扇500安装到安装支架702。应用本发明的排气扇500的电子设备700工作效率高，使用寿命长，成本低。电子设备700可以是例如通风设备、排风降温设备、抽油烟设备等。

以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，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，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种单相电机，包括定子和可相对于定子转动的转子，所述定子包括定子磁芯和绕设于定子磁芯的绕组，所述定子磁芯包括轭部及与轭部连接的两个相对的极部，其特征在于：每个所述极部具有分别由极部两侧向相对的极部延伸的短极靴和长极靴，所述转子收容在所述两个极部的短极靴和长极靴围合的空间内；所述两个极部中，每个极部的短极靴与另一个极部的长极靴相邻且之间形成槽口。

2.根据权利要求1所述的单相电机，其特征在于：所述两个极部之间形成两个槽口，所述两个槽口中心的连线相对于所述定子磁芯的对称轴线倾斜。

3.根据权利要求2所述的单相电机，其特征在于：所述两个槽口中心的连线相对于所述定子磁芯的对称轴线倾斜0-30度。

4.根据权利要求2所述的单相电机，其特征在于：每个所述极部的短极靴和长极靴朝向相应槽口的端面与所述两个槽口中心的连线平行。

5.根据权利要求1所述的单相电机，其特征在于：每个极部的长极靴具有斜切部，使所述长极靴的径向厚度沿朝向相应槽口的方向逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的单相电机，其特征在于：每个所述极部形成有朝向所述转子的定位凹槽，所述定位凹槽偏离极部的中心并位于所述短极靴的内侧表面。

7.根据权利要求6所述的单相电机，其特征在于：所述定位凹槽的底部为弧形。

8.根据权利要求1所述的单相电机，其特征在于：所述转子的外周面在同一圆周上，每个所述极部的短极靴、长极靴的内侧表面与转子之间形成厚度均匀的气隙。

9.根据权利要求1所述的单相电机，其特征在于：所述转子包括转子主体，所述转子主体包括磁体安装架和永磁体，所述永磁体安装到所述磁体安装架的外侧面，所述永磁体的外周面在同一圆周上。

10.根据权利要求1所述的单相电机，其特征在于：所述定子磁芯的外轮廓整体上呈长方形。

11.根据权利要求10所述的单相电机，其特征在于：所述转子的外径为所述定子磁芯的宽度的50％-70％。

12.根据权利要求1所述的单相电机，其特征在于：所述定子磁芯包括第一磁芯组件和第二磁芯组件，所述第一磁芯组件的第一端、第二磁芯组件的第一端分别一体形成所述两个相对的极部，第一磁芯组件的第二端和第二磁芯组件的第二端之间通过导磁连接件连接。

13.根据权利要求12所述的单相电机，其特征在于：所述第一磁芯组件的第二端、第二磁芯组件的第二端分别具有燕尾槽，所述连接件的两端分别具有燕尾榫，所述燕尾榫卡合在所述燕尾槽中。

14.根据权利要求1所述的单相电机，其特征在于：所述转子包括转轴、套设到转轴的转子主体及收容于转子主体内的缓冲装置，所述转子主体与所述转轴为滑配，所述缓冲装置的两端分别连接到所述转轴和所述转子主体用于延时地同步所述转轴和转子主体的转速。

15.一种排气扇，包括叶轮，其特征在于：所述排气扇还包括如权利要求1-14中任一项权利要求所述的单相电机，所述叶轮安装到所述单相电机的转子的转轴。