CN106856365A - 一种应用直流无刷电机的油烟机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用直流无刷电机的油烟机，包括有直流无刷电机和控制器，控制器包括有MCU芯片和3对逆变开关管模块，MCU芯片负责模拟和数字量的控制处理，逆变开关管模块负责三相绕组中电流的通断切换；电机采用三相分数槽集中绕组，且三相绕组星形连接3对全桥式驱动电路；电机包括有转子、定子，转子上设置有转子铁心，定子上设置有定子铁心，转子铁心与定子铁心相对应左右对齐，转子上还设置有磁瓦，磁瓦的单边长度大于转子铁心。本发明用直流无刷电机替代感应电机后：油烟机起动时冲击小，没有明显的起动噪声。最大静压可提高15‑25％。油烟机的整机效能可提升10‑15％。直流无刷电机容易实现无级调速，适应于油烟机上的智能控制。
Description
技术领域
本发明属于油烟机领域，更具体的说涉及一种应用直流无刷电机的油烟机。
背景技术
随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术的发展，直流无刷电机作为一种新型、高效率的电机得到了广泛的应用。传统的油烟机用电机采用电容运转单相交流电机，存在着起动异音大、整机效率偏低、静压吸力小以及速度调节困难等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种应用直流无刷电机的油烟机，由于该电机采用三段软起动模式，故油烟机起动时冲击小，没有明显的起动噪声；最大静压可提高15-25％；油烟机的整机效能可提升10-15％；直流无刷电机容易实现无级调速，适应于油烟机上的智能控制。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种应用直流无刷电机的油烟机，包括有电机和控制器，所述电机为直流无刷电机，所述控制器包括有MCU芯片和3对逆变开关管模块，所述MCU芯片负责模拟和数字量的控制处理，所述逆变开关管模块负责三相绕组中电流的通断切换；所述电机采用三相分数槽集中绕组，且所述三相绕组星形连接3对全桥式驱动电路；所述电机包括有转子、定子，所述转子上设置有转子铁心，所述定子上设置有定子铁心，所述转子铁心与定子铁心相对应左右对齐，所述转子上还设置有磁瓦，所述磁瓦的单边长度大于转子铁心。
进一步，所述电机还包括有滚动轴承和用于调整其轴向的累加尺寸公差的波形垫圈。
进一步，所述定子上设置有定子冲片，所述定子冲片设置有12个槽口，所述定子冲片的齿冠处开设有矩形辅助凹槽，且所述辅助凹槽的宽度等于定子冲片槽口的宽度；所述转子上设置有转子冲片，所述转子冲片挖空设置。
进一步，所述转子铁心上均匀分布有10片磁瓦，所述磁瓦为烧结铁氧体材料，所述磁瓦的外径和内径不同心设置。
进一步，所述磁瓦在转子中采用表贴式结构，所述定子还包括有接线板，所述接线板由覆铜环氧板组成。
采用上述技术方案，由于油烟机属于风扇类负载，起动力矩要求较小，可以运用无霍尔传感器方式来控制。MCU芯片根据实时反馈的三相反电动势情况计算出转子的具体位置，来适时切换定子三相绕组中电流的方向，以达到电子换向的目的。油烟机、空调等家用电器消费类产品对振动、噪音等指标要求高，故驱动器必须是正弦波矢量控制。使电机中的反电动势和输入电流相位保持一致，以确保输出力矩最大，使产品的效能高。
附图说明
图1为本发明一种应用直流无刷电机的油烟机中三相绕组星形连接3对全桥式驱动电路的电路结构示意图；
图2为本发明一种应用直流无刷电机的油烟机中电机的立体结构爆炸图；
图3为本发明一种应用直流无刷电机的油烟机中电机的纵向剖面视图
图4为本发明一种应用直流无刷电机的油烟机中定子冲片的主视图；
图5为本发明一种应用直流无刷电机的油烟机中转子冲片的主视图；
图6为本发明一种应用直流无刷电机的油烟机中定子的俯视图
图7为本发明一种应用直流无刷电机的油烟机中定子的纵向剖面视图
图8为本发明一种应用直流无刷电机的油烟机中定子的仰视图
图9为本发明一种应用直流无刷电机的油烟机中转子的横向剖面视图
图10为本发明一种应用直流无刷电机的油烟机中转子的纵向剖面视图
图中，2-转子，3-定子，4-后端盖，7-滚动轴承，8-护线圈，11-波形垫圈，32-接线板，211-转子铁心，311-定子铁心，212-磁瓦，2111-转子冲片，3111-定子冲片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图所示的一种应用直流无刷电机的油烟机，其特征是：包括有电机和控制器，所述电机为直流无刷电机，所述控制器包括有MCU芯片和3对逆变开关管模块，所述MCU芯片负责模拟和数字量的控制处理，所述逆变开关管模块负责三相绕组中电流的通断切换；所述电机采用三相分数槽集中绕组，且所述三相绕组星形连接3对全桥式驱动电路；所述电机包括有转子2、定子3，所述转子2上设置有转子铁心211，所述定子3上设置有定子铁心311，所述转子铁心211与定子铁心311相对应左右对齐，所述转子2上还设置有磁瓦212，所述磁瓦212的单边长度大于转子铁心211。
进一步，所述电机还包括有滚动轴承7和用于调整其轴向的累加尺寸公差的波形垫圈11。
进一步，所述定子3上设置有定子冲片3111，所述定子冲片3111设置有12个槽口，所述定子冲片3111的齿冠处开设有矩形辅助凹槽，且所述辅助凹槽的宽度等于定子冲片3111槽口的宽度；所述转子2上设置有转子冲片2111，所述转子冲片2111挖空设置。
进一步，所述转子铁心211上均匀分布有10片磁瓦212，所述磁瓦212为烧结铁氧体材料，所述磁瓦212的外径和内径不同心设置。
进一步，所述磁瓦212在转子2中采用表贴式结构，所述定子3还包括有接线板32，所述接线板32由覆铜环氧板组成。
所述直流无刷电机采用三相分数槽集中绕组，三相绕组星形连接三对MOSFET全桥式驱动电路，其原理如图2所示，A、B、C三相绕组同时通过正弦波连续电流(180°导通)，且各相之间相差120°相位角，相比起流过断续电流的方波驱动模式有更低的振动噪声等优势
转子2装入定子3内孔中，两者间单边留有0.4-0.5mm的气隙空间，定子铁心311与转子铁心211需左右对齐，磁瓦212比转子铁心211单边长3.5-4mm。为了延长电机的使用寿命，采用牌号为NSK的滚动轴承7，如图所示，电机本体结构轴向的累加尺寸公差靠波形垫圈11来调整，控制好其压缩后高度在1.5-2.0mm间(原自由高为4mm)，电机运转起来轴承声音才会和谐均匀。
定子3集中绕组相对于分布绕组的优势是绕组端部短，齿槽转矩和转矩脉动低。如图所示，定子冲片3111选用12槽，则每极每相槽数q＝z/2mp＝2/5，定子3绕组采用分数槽(2/5)集中绕组，并且为双层绕组，这样反电动势波形更接近正弦波。为了进一步降低齿槽转矩，在定子冲片3111的齿冠处开了1.9mm宽的矩形辅助凹槽，辅助凹槽宽等于定子冲片3111的槽口宽度。定子3的内外径比称作定子3裂比，是电机一个重要的设计参数，因为它对电动机转矩密度和效率有重大影响。此处定子3裂比Ksp＝Di/D0＝59/94＝0.63，相对取了较大值。因为采用铁氧体永磁材料的需取较大值，由于油烟机用电机属低转速大力矩特性也需取较大值，还由于Ksp设计成较大值，电枢反应去磁作用就减小。
转子冲片2111大面积挖空有四处，是为了减小转子2的整体转动惯量，必然对电机的起动和响应速度有好处。
如图所示，注塑转子铁心211上均布了10片磁瓦212，磁瓦212是烧结铁氧体材料，比注塑和粘结铁氧体磁性能要好，铁氧体磁铁相对价格便宜，还有它使用温度范围宽，低于-40℃和超过200℃才发生退磁，它也电阻率高，意味着铁氧体本身不存在任何由于涡流而引起的损耗问题，而且它无腐蚀问题，无需进行表面处理。产品的z/2p组合选用12/10的槽极数配合，三相分数槽集中绕组z/p＝12/5组合的双层绕组绕组系数值为0.933、LCM值为60，两值表示此种组合有较高的绕组系数和较低的齿槽转矩。
铁氧体磁瓦212的外径和内径设计成不同心(中心距相差18mm)，截面呈面包状，使永磁体厚度不等，中央厚些，两侧薄些，这样气隙也变为不等气隙，使电机的气隙磁通密度分布接近于正弦波，于是反电动势波形也为正弦波，有利于降低油烟机用直流无刷电机的齿槽转矩和负载时的转矩纹波，使油烟机在整个转速区域内运行平稳，没有明显的异音产生。
磁瓦212在转子2中采用表贴式结构，表贴式的主要优点是结构简单，从而降低制造成本。为了防止永磁体在运转中飞逸或松动，磁瓦212在转子铁心211外的固定采用注塑工艺，注塑材料选用PBT+20％的玻纤。半成品注塑转子铁心211能通过如下试验验证：a、阻燃等级可达V0级。b、耐温150℃时48小时后不变形。c、二倍额定转速下(3600r/min)48小时超速试验后磁体不松动。如图所示，注塑定子铁心311由定子铁心311在专用模具中，用同样塑料材料(PBT+20％玻纤)注塑而成。注塑定子铁心311结构非常稳定，批量生产时绕制三相绕组方便迅速，而且注塑定子铁心311阻燃性达到V0级，耐温150℃/48小时后不会发生变形，综合绝缘电气强度高(3000V/1S不会击穿)。
定子3中的接线板32由覆铜环氧板组成，板上共有四处覆铜，其中一处把三相绕组的尾a、b、c连在一起，另外三处通过黄、红、蓝引出线分别与三相绕组的头A、B、C相连，三根引出线再经板上的长槽和护线圈8，引出到电机后端盖4外。通过接线板32实现了三个相绕组的连接为星形(Y)，这样处理使三相绕组的三头之间、三头与公共点间不会交叉，避免了相间短路或高压击穿等严重隐患的发生。生产时要注意9个焊点的质量保证，同时焊好后要用耐高温硬胶(卡夫特K-1668黄胶)封闭它们，以免它们与空气接触而发生氧化。板上的长槽内也要用以上黄胶封满，使三根引出线在槽内固定，这样外面引出线上的受力就不会直接作用到三个焊点处。电机外面护线圈8与后端盖4间、护线圈8内孔与引出线间要用耐温软胶(卡夫特K-5939B黑胶)封住，防止油烟和水等杂物进入电机内部，从而破坏内部稳固的绝缘系统。
用直流无刷电机替代感应电机后：1、由于该电机采用三段软起动模式，故油烟机起动时冲击小，没有明显的起动噪声。2、最大静压可提高15-25％。3、油烟机的整机效能可提升10-15％。4、直流无刷电机容易实现无级调速，适应于油烟机上的智能控制。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种应用直流无刷电机的油烟机，其特征是：包括有电机和控制器，所述电机为直流无刷电机，所述控制器包括有MCU芯片和3对逆变开关管模块，所述MCU芯片负责模拟和数字量的控制处理，所述逆变开关管模块负责三相绕组中电流的通断切换；所述电机采用三相分数槽集中绕组，且所述三相绕组星形连接3对全桥式驱动电路；所述电机包括有转子、定子，所述转子上设置有转子铁心，所述定子上设置有定子铁心，所述转子铁心与定子铁心相对应左右对齐，所述转子上还设置有磁瓦，所述磁瓦的单边长度大于转子铁心。
2.根据要求1所述的一种应用直流无刷电机的油烟机，其特征在于：所述电机还包括有滚动轴承和用于调整其轴向的累加尺寸公差的波形垫圈。
3.根据要求1所述的一种应用直流无刷电机的油烟机，其特征在于：所述定子上设置有定子冲片，所述定子冲片设置有12个槽口，所述定子冲片的齿冠处开设有矩形辅助凹槽，且所述辅助凹槽的宽度等于定子冲片槽口的宽度；所述转子上设置有转子冲片，所述转子冲片挖空设置。
4.根据要求1所述的一种应用直流无刷电机的油烟机，其特征在于：所述转子铁心上均匀分布有10片磁瓦，所述磁瓦为烧结铁氧体材料，所述磁瓦的外径和内径不同心设置。
5.根据要求1所述的一种应用直流无刷电机的油烟机，其特征在于：所述磁瓦在转子中采用表贴式结构，所述定子还包括有接线板，所述接线板由覆铜环氧板组成。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170616 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |