CN107040057A - 风机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风机，包括壳体、以及收容于壳体内的叶轮和电机，壳体具有进风口及出风口，电机驱动叶轮旋动从而使气流自进风口进入壳体，并由出风口排出，电机包括定子及转子，定子包括磁芯及绕设于磁芯上的绕组，磁芯包括轭以及由轭沿径向向外延伸的若干齿，每个齿的末端形成一齿冠，相邻的齿冠之间形成槽口，转子包括形成若干磁极的永磁体，定子和转子之间形成气隙，槽口的周向宽度等于或小于气隙的2倍。本发明的风机中，磁芯的齿的相邻齿冠之间形成槽口，槽口在周向上的宽度小于等于气隙宽度的2倍，如此通过漏磁场可对转子的初始位置进行定位并使其初始位置偏离死点位置，且齿槽转矩可以得到有效抑制。

Description

风机

【技术领域】

本发明涉及一种通风装置，具体地，涉及一种风机。

【背景技术】

风机是常用的气体输送机械，通常是以电机作为驱动，带动与之连接的叶轮转动，驱动空气流动，形成强制气流。电机一般包括定子及绕定子转动的转子。转子与叶轮连接从而驱动叶轮旋转，进而驱动气流。为降低成本，业界开始考虑使用单相电机作为风机的驱动电机，然而，单相电机最大的缺点就是电机的转子容易停在死点位置，导致电机启动失效。为了使转子的初始位置避开死点位置，现有技术通常将定子的齿的外表面通常采用非对称结构，然而，该种电机的齿槽转矩大，导致电机的转矩波动，从而产生振动和噪音等。

【发明内容】

有鉴于此，提供一种电机的齿槽转矩小、噪音小的风机。

本发明提供一种风机，包括壳体、以及收容于壳体内的叶轮和电机，所述壳体具有进风口及出风口，所述电机驱动所述叶轮旋动从而使气流自进风口进入壳体，并由出风口排出，所述电机包括定子及转子，所述定子包括磁芯及绕设于磁芯上的绕组，所述磁芯包括轭以及由轭沿径向向外延伸的若干齿，每个齿的末端形成一齿冠，相邻的齿冠之间形成槽口，所述转子包括形成若干磁极的永磁体，所述定子和转子之间形成气隙，所述槽口的周向宽度等于或小于所述气隙的2倍。

较佳地，所述气隙为均匀气隙，所述永磁体的内壁面与齿冠的外壁面同轴设置。

较佳地，所述永磁体呈一体的环形，永磁体的内壁面为在周向上连续的圆柱面。

较佳地，所述永磁体呈分块式，所述永磁体在周向上相互间隔，且各块永磁体的内壁面位于共同的圆柱面上。

较佳地，所述齿冠的外壁面位于共同的圆柱面上。

较佳地，所述齿包括第一齿与第二齿，第一齿与轭一体成型，第二齿单独成型后装配到轭上，所述第一齿、第二齿沿周向交替设置。

较佳地，所述齿还包括与轭相连的绕线臂，所述齿冠形成于绕线臂的末端，所述齿冠的周向两端相对绕线臂向外伸出形成翼部，位于每一槽口的两侧的两翼部至少其中之一在绕设绕组之前向外张开，在绕组绕设完成之后张开的翼部向内弯曲整形。

较佳地，所述张开的翼部在其与齿的连接处形成有切缝，张开的翼部向内弯曲使齿冠呈圆弧形时切缝变小或消失。

较佳地，所述切缝形成于张开翼部的内壁面的中央，翼部位于切缝之外的部分向外张开。

较佳地，所述切缝形成于翼部与绕线臂的连接拐角处，翼部整个向外张开。

较佳地，所述齿包括由轭一体延伸的第一齿与第二齿，所述第一齿、第二齿沿周向交替设置，每一第一齿的两翼部在绕设绕组之前均向外张开，在绕组绕设完成之后第一齿张开的翼部向内弯曲整形，所述第二齿的翼部始终为圆弧形。

较佳地，所述每一齿的单个翼部在绕设绕组之前均向外张开，所有齿的张开的翼部位于齿的同一侧，在绕组绕设完成之后张开的翼部向内弯曲使齿冠呈圆弧形。

较佳地，所述电机为单相电机。

较佳地，所述电机为外转子电机。

本发明的风机中，磁芯的齿的相邻齿冠之间形成槽口，槽口在周向上的宽度小于等于所述气隙宽度的2倍，如此通过漏磁场可对转子的初始位置进行定位并使其初始位置偏离死点位置，且齿槽转矩可以得到有效抑制。

【附图说明】

图1所示为本发明一实施例的风机的示意图。

图2为图1所示风机的分解图。

图3是图2所示风机的电机的结构示意图。

图4是图3所示电机的定子的示意图。

图5是图4所示定子的磁芯的示意图。

图6是图5所示磁芯的部分分解图。

图7是图3所示电机的转子的另一角度示意图。

图8是图7所示转子的永磁体成型前的示意图。

图9是转子的另一实施例的示意图。

图10是图3所示电机的轴向侧视图。

图11是图10中虚线框的放大示意图。

图12是磁芯的第二实施例的示意图。

图13是图12所示磁芯在绕线前的结构示意图。

图14是磁芯的第三实施例的示意图。

图15是图14所示磁芯在绕线前的结构示意图。

图16是磁芯的第四实施例的示意图。

图17是图16所示磁芯在绕线前的结构示意图。

图18是磁芯的第五实施例的示意图。

图19是图18所示磁芯在绕线前的结构示意图。

【具体实施方式】

图1和图2所示为本发明一实施例的风机100的示意图，所述风机100包括壳体101、收容于壳体101内的叶轮102以及驱动所述叶轮102的电机1。所述壳体101具有一进风口103以及一出风口104。所述壳体101包括上壳105和下盖106，所述上壳105的底部形成开口，下盖106盖设于上壳105的底部共同形成收容腔。所述叶轮102和电机1收容于收容腔内。电机1驱动叶轮102旋转，叶轮102从进风口103吸入气流，并将气流从出风口104排出。本发明的风机100尤其适合用作浴室排气扇。

如图3所示，根据本发明一实施例的单相外转子电机1包括定子10和围绕所述定子10的转子30。

请同时参考图4-6，所述定子10包括基座11(图2)、固定于基座11上的磁芯12、包覆于磁芯12上的绕线架14、以及绕设于所述绝缘架14上的绕组16。所述磁芯12由导磁材料，如矽钢片等堆叠而成。磁芯12包括环形的轭18、以及由轭18的外缘沿径向向外延伸的若干齿20。所述轭18内形成空间19，用于与基座配合组装固定，将定子10固定。所述齿20沿轭18的周向均匀间隔设置，每一齿20包括与轭18连接的绕线臂22以及形成于绕线臂22的末端的齿冠24。所述绕组16绕设于绕线臂22上并位于齿冠24的内侧。绕组16与绕线臂22、以及齿冠24之间由绝缘架14隔开。所述绝缘架14为绝缘塑料，避免绕组16短路。电机1启动时，绕组16通电使磁芯12极化，每一齿20的齿冠24构成定子10的一磁极。

所述绕线臂22呈直线状，相邻的绕线臂22之间形成绕线槽23。所述齿冠24整体呈弧形，关于电机1的通过该齿20的绕线臂22中心的半径对称。所述齿冠24在周向上的宽度大于绕线臂22，其周向的两侧伸出至绕线臂22之外，分别形成一翼部26。较佳地，所述齿冠24的翼部26相对绕线臂22伸出的宽度接近绕线槽23在绕线臂22的径向外端处的宽度的一半。相邻的两齿冠24的对应的翼部26的末端彼此靠近但相间隔，形成窄小的槽口27。每一齿冠24的外壁面面向转子30，作为定子10的磁极的极弧面28。本实施例中，所述极弧面28为圆弧面，所有齿冠24的极弧面28位于一共同的圆柱面上，所述圆柱面与定子10同轴设置。

请同时参阅图7-8，所述转子30包括转轴32，与转轴32固定连接的转子轭部34，以及设置在轭部34的永磁体36。所述轭部34为一端开口的筒状结构，罩设在定子10上，包括端板38以及由端板38延伸而出的圆环形侧壁40。所述转轴32固定连接于端板36的中央。较佳地，所述端板38上设有若干开口42，供外部气流进入电机1内，对电机1本身，特别是罩设于转子30内的定子10进行冷却。所述永磁体36贴设于轭部34的侧壁40内，两者之间可以通过胶粘等方式相固定。

本实施例中，所述永磁体36为圆环形结构，可由如图8所示的长条状的永磁体弯曲而成。所述永磁体36沿转子30的周向分为多段，每一段作为转子30的一磁极，相邻的各磁极具有相反的极性。所述永磁体36的内表面作为转子30的极弧面44，所述极弧面44为与转子10同轴设置的圆柱面，且在周向上连续。在其它实施例中，永磁体36也可以是分块式结构，如图9所示，每块永磁体36作为一磁极，相邻的各块永磁体36具有不同的极性，相邻的两永磁体36之间形成间隙46。当永磁体36为分块式结构式，极弧面44在对应间隙46的位置处断开。

组装时，定子10和转子30同轴设置，所述转子30的永磁体36环绕定子10，转轴32可转动地插接于定子10内。通常，在定子10的基座11内设置有轴承等支撑转轴32的转动。所述轭部34的端板38位于定子10的轴向的侧端。较佳地，所述转子30与定子10的磁极数相同，如本实施例中，定子10包括8个齿20并形成8个槽口27，对应地转子30的永磁体36分为8段，定子10与转子30共同形成8极8槽电机。优选地，所述定子10的绕组16电连接并被单相无刷直流电机驱动器供以单相交变直流电，形成单相直流无刷电机。

请同时参阅图10及图11，在将转子30与定子10装配后，转子30的永磁体36的极弧面44与定子10的齿冠24的极弧面28相对并在径向上相间隔，两者之间形成气隙50。由于转子30的极弧面44为圆柱面，定子10的极弧面28位于共同的圆柱面上，定子10与转子30同轴设置，定转子之间的气隙50的径向宽度沿周向恒定不变，定转子之间形成均匀气隙。较佳地，所述定子10的槽口27的宽度D不大于气隙50的径向宽度G的2倍，即D≤2G。本实施例中，槽口27的宽度D小于气隙50的径向宽度G，即D<G。

由于槽口27的宽度小于或等于2倍气隙宽度，当电机1停止转动时，可通过漏磁场定位，使转子30停止在其相邻磁极之间的中心线大致正对定子10的齿冠24的中心的位置，转子30的磁极的中心大致正对齿冠24之间的槽口27，如此转子30在停止时偏离死点位置(即转子30的磁极的中心正对定子10的齿冠24的中心)，再次开启电机1时转子30可以顺利启动。具有以上设置的单相永磁无刷电机其齿槽转矩可以得到有效地抑制，使电机具有更高的效率和更好的性能。实验结果验证表明，一种根据上述思路设计的单相外转子无刷直流电机(额定转矩1Nm，额定转速1000rpm，磁芯堆叠厚度30mm)，其齿槽转矩的峰值小于80mNm。另外，本发明的电机根据需要可设计成双方向启动，如通过配合两个位置传感器如霍尔传感器和相应的控制器可实现双方向旋转；当然也可设计成单方向启动，这时一个位置传感器即可。

为避免窄小的槽口27影响绕组16的缠绕，本实施例中，如图5-6所示，所述磁芯12的齿20包括与轭18一体成形的第一齿121和单独成型的第二齿122。所述第二齿122卡扣连接于轭18上，在周向上与第一齿121交替排列。较佳地，所述轭18上设有插槽181，所述插槽181优选地为燕尾槽；所述第二齿122的径向内端具有与插槽181形状相匹配的插接头123；所述插接头123插设于插槽181内将第二齿122与轭18相连构成磁芯12。

在绕组16绕设之前，第二齿122为分离状态，在缺少第二齿122的情况下第一齿121之间形成宽大的空间，绕组16可以快速、方便地分别缠绕与第一齿121、第二齿122上。在绕线完成后，再将第二齿122连接至轭18上，第二齿122与第一齿121对应的齿冠24之间形成窄小的槽口27，保证槽口27的宽度D足够小。上述磁芯12通过单独成型的第二齿122使第一齿121之间形成足够大的绕线空间，方便定子10的组装成型，同时保证定子10成型后的齿槽转矩小。图12-19示出磁芯12的其它几个具体实施例，以不同的方式实现相似的功能，具体如下：

图12-13所示为磁芯12的第二实施例，其不同之处在于：所述齿20均由轭18一体向外延伸，每一齿20在其齿冠24的两翼部26上分别形成有切缝29。所述切缝29由翼部26的内壁面的中央向外切入，其深度大致为齿冠24在切缝29的位置处的厚度的一半，以保证对磁路不造成大的影响。如图13所示，磁芯12成型之前，齿冠24的翼部26位于切缝29外侧的部分相对向外张开，相邻的齿冠24之间的间隔加大，如此方便将绕组16缠绕于绕线臂22上。在绕组16绕设完成之后，对齿冠24的外壁面施力将齿冠24整形向内弯曲，形成圆弧形的极弧面28。在此过程中，齿冠24之间的间隔减小形成窄小的槽口27，切缝29变小呈细缝状甚至完全消失。

在一些实施例中，所述切缝29也可以形成于齿冠24与绕线臂22的连接拐角处，可以使磁芯12的齿冠24在弯折成型时不会出现折皱，如图14所示。另外本实施例的磁芯12的齿20仅形成单个切缝29，以图示方向，切缝29均形成于绕线臂22与其逆时针一侧的翼部26的连接拐角处。请同时参阅图15，在绕线之前，形成有切缝29的一侧的翼部26向外张开。对于相邻的两个齿20，对应的两翼部26中，一个为正常的圆弧状，另一则相对向外张开，同样能增大两翼部26之间的间隔，方便绕线。在绕线后，张开的翼部26内弯变形呈圆弧状，相邻的翼部26之间的间隔减小形成窄小的槽口27，降低齿槽转矩。

图16-19为磁芯12的另外两实施例，所述齿20均由轭18一体向外延伸，包括在周向上交替设置的第一齿121与第二齿122，其中第一齿121在其两侧分别形成有切缝29，第二齿122则没有切缝29。图16所示实施例中，切缝29形成于每一翼部26与绕线臂22的连接拐角处；图18所示实施例中，切缝29形成于翼部26的中央。在绕线之前，如图17、19所示，第一齿121的翼部26均向外张开。对于相邻的第一齿121与第二齿122对应的两翼部26，一个为正常的圆弧状，另一则相对向外张开，同样能增大两翼部26之间的间隔，方便绕线。在绕线后，张开的翼部26内弯变形呈圆弧状，相邻的翼部26之间的间隔减小形成窄小的槽口27，降低齿槽转矩。

以上磁芯12均形成窄小的槽口27，在与转子30配合构成电机时，槽口27的宽度可以满足不大于两倍气隙宽度的要求，电机齿槽转矩小，运转稳定，噪音小。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，电机的槽极数根据实际需要可以调整为2极2槽至N极N槽等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种风机，包括壳体、以及收容于壳体内的叶轮和电机，所述壳体具有进风口及出风口，所述电机驱动所述叶轮旋动从而使气流自进风口进入壳体，并由出风口排出，所述电机包括定子及转子，所述定子包括磁芯及绕设于磁芯上的绕组，所述磁芯包括轭以及由轭沿径向向外延伸的若干齿，每个齿的末端形成一齿冠，相邻的齿冠之间形成槽口，所述转子包括形成若干磁极的永磁体，所述定子和转子之间形成气隙，其特征在于，所述槽口的周向宽度等于或小于所述气隙的2倍。

2.如权利要求1所述的风机，其特征在于，所述气隙为均匀气隙，所述永磁体的内壁面与齿冠的外壁面同轴设置。

3.如权利要求2所述的风机，其特征在于，所述永磁体呈一体的环形，永磁体的内壁面为在周向上连续的圆柱面。

4.如权利要求2所述的风机，其特征在于，所述永磁体呈分块式，所述永磁体在周向上相互间隔，且各块永磁体的内壁面位于共同的圆柱面上。

5.如权利要求1所述的风机，其特征在于，所述齿冠的外壁面位于共同的圆柱面上。

6.如权利要求1至5任一项所述的风机，其特征在于，所述齿包括第一齿与第二齿，第一齿与轭一体成型，第二齿单独成型后装配到轭上，所述第一齿、第二齿沿周向交替设置。

7.如权利要求1至5任一项所述的风机，其特征在于，所述齿还包括与轭相连的绕线臂，所述齿冠形成于绕线臂的末端，所述齿冠的周向两端相对绕线臂向外伸出形成翼部，位于每一槽口的两侧的两翼部至少其中之一在绕设绕组之前向外张开，在绕组绕设完成之后张开的翼部向内弯曲整形。

8.如权利要求7所述的风机，其特征在于，所述张开的翼部在其与齿的连接处形成有切缝，张开的翼部向内弯曲使齿冠呈圆弧形时切缝变小或消失。

9.如权利要求8所述的风机，其特征在于，所述切缝形成于张开翼部的内壁面的中央，翼部位于切缝之外的部分向外张开。

10.如权利要求8所述的风机，其特征在于，所述切缝形成于翼部与绕线臂的连接拐角处，翼部整个向外张开。

11.如权利要求7所述的风机，其特征在于，所述齿包括由轭一体延伸的第一齿与第二齿，所述第一齿、第二齿沿周向交替设置，每一第一齿的两翼部在绕设绕组之前均向外张开，在绕组绕设完成之后第一齿张开的翼部向内弯曲整形，所述第二齿的翼部始终为圆弧形。

12.如权利要求7所述的风机，其特征在于，所述每一齿的单个翼部在绕设绕组之前均向外张开，所有齿的张开的翼部位于齿的同一侧，在绕组绕设完成之后张开的翼部向内弯曲使齿冠呈圆弧形。

13.如权利要求1所述的风机，其特征在于，所述电机为单相电机。

14.如权利要求1所述的风机，其特征在于，所述电机为外转子电机。