CN107437880A - 永磁电机及具有该电机的家用电器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开永磁电机及具有该电机的家用电器。所述永磁电机包括定子和相对于定子旋转的转子。转子包括转轴、固定于转轴的转子磁芯、固定于转轴并与转子磁芯相邻的换向器、缠绕于转子磁芯的极部并与换向器电连接的转子绕组。定子包括圆桶状壳体、装设于壳体内表面的永久磁铁、以及与换向器滑动接触的电刷。所述转子磁芯的外径与所述壳体的外径之比为60％～85％，所述转子绕组的线径为0.12～0.23mm。本发明可以在不增加电机尺寸的前提下提高电机的输出功率。

Description

永磁电机及具有该电机的家用电器
技术领域
本发明涉及尤其适用于家用电器的永磁电机。
背景技术
目前许多装置和设备中都使用电机。许多设备，如吸尘器等家用电器，都希望电机更小、更轻、功率更大，以在满足相同性能的前提下减小设备的尺寸、或者在不增加设备尺寸的前提下增加电机功率以提升设备性能。
现有一些家用电器中采用高压直流电机。高压直流电机包括定子和转子。定子具有圆桶形壳体和固定到壳体内表面的永久磁铁。转子具有转子磁芯、以及缠绕于转子磁芯的转子线圈。转子绕圈由高压直流电压供电。在一种现有的600系列高压直流电机中，电机的壳体的外径约36mm，转子磁芯的外径约22.8，转子磁芯的外径与壳体外径之比约63.3％，电机的输出功能一般小于40瓦。
本发明旨在提供一种新型的永磁电机，能够在不增加壳体尺寸的情况下提供更高的输出功率。
发明内容
本发明实施例一方面提供一种永磁电机，包括定子和相对于定子旋转的转子，所述转子包括转轴、固定于转轴的转子磁芯、固定于转轴并与转子磁芯相邻的换向器、缠绕于转子磁芯的极部并与换向器电连接的转子绕组，所述定子包括圆桶状壳体、装设于壳体内表面的永久磁铁、以及与换向器滑动接触的电刷；其特征在于，所述转子磁芯的外径与所述壳体的外径之比为60％～85％，所述转子绕组的线径为0.12～0.23mm。
较佳的，所述转子磁芯的外径与所述壳体的外径之比为66％～80％。
较佳的，所述永久磁铁为铁氧体磁铁。
较佳的，所述永久磁铁的材料为稀土永磁材料
较佳的，所述永久磁铁为钕铁硼磁铁。
较佳的，所述永磁电机的额定输出功率为100～200瓦特。
较佳的，所述永磁电机的功率密度为260～480瓦特每千克。
较佳的，所述永磁电机还包括接电端子，所述接电端子电用于接收100～240V的交流电经整流器及电解电容转换的高压直流电或接收100～340V的高压直流电。
较佳的，所述钕铁硼磁铁的最大磁能积值BHmax为68～80kJ/m3、剩余磁感应强度Br为6500～7000Gs、磁感矫顽力Hcj为680～800kA/m的材料制成。
较佳的，壳体的外径为35.7mm，转子磁芯的外径为27.5mm，转子磁芯的极部的极身的径向长度为6.2mm，极身周向宽度为1.5mm，相邻极部的最小间距为1.6mm，电机的输出功率为100瓦特。
较佳的，所述铁氧体磁铁由剩余磁感应强度Br为4000～4400Gs、磁感矫顽力Hcj为4000～5000Oe的材料制成。
较佳的，所述铁氧体磁铁由剩余磁感应强度Br为4200～4400Gs、磁感矫顽力Hcj为4400～4600Oe的材料制成。
较佳的，壳体的外径为42.6mm，转子磁芯的外径为29.5mm，转子磁芯的极部的极身的径向长度为7mm，极身周向宽度为1.75mm，相邻极部的最小间距为1.6mm，电机的输出功率为140瓦特。
较佳的，所述转子磁芯具有12个极部，所述定子具有2个磁极，所述换向器具有12或24个换向片。
较佳的，所述电机为高压直流电机。
本发明实施例的另一方面提供一种家用电器，包括一被驱动机构以及用于驱动所述被驱动机构的永磁电机，所述永磁电机包括定子和相对于定子旋转的转子，所述转子包括转轴、固定于转轴的转子磁芯、固定于转轴并与转子磁芯相邻的换向器、缠绕于转子磁芯的极部并与换向器电连接的转子绕组，所述定子包括圆桶状壳体、装设于壳体内表面的永久磁铁、以及与换向器滑动接触的电刷；其特征在于，所述转子磁芯的外径与所述壳体的外径之比为60％～85％，所述转子绕组的线径为0.12～0.23mm。
本发明所举实施例中，由于使用了更高等级的铁氧体磁铁，因此能够在保证足够的磁性能的前提下减小磁铁的厚度，这样可以增大转子磁芯的尺寸，使得电机可提供更大的空间以容纳更多的转子绕组，并且，由于本发明的转子绕组的线径较大，从而获得更高的输出功率，进而使得本发明高压直流电机拥有较高的功率密度。进一步的，由于具有更大的热质量，可以降低电机运行中的温升程度。并且，由于允许转子绕组使用更粗的导线，还可以降低电机的铜损。
附图说明
图1示出本发明较佳实施例的永磁电机；
图2示出图1中永磁电机的轴向剖视图；
图3示出图1中永磁电机的转子磁芯。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。
请参考图1至图3，本发明永磁电机16应用在一家用电器内，如吸尘器，所述家用电器包括一被驱动机构(图未示)，所述永磁电机16用于驱动所述被驱动机构。所述永磁电机16的较佳实施方式包括定子和可相对定子旋转的转子。转子包括转轴22、固定于转轴22的转子磁芯24、固定于转轴22并与转子磁芯24相邻的换向器26、以及缠绕于转子磁芯24的各个极部30并与换向器26电连接的转子绕组28。转子磁芯24可由若干转子芯片沿转轴轴向堆叠而成。相邻转子极部之间形成可容纳转子绕组的槽。一风扇32固定于转子磁芯24，与壳体36上的开口34共同作用以在旋转时以气流冷却电机。本实施方式中，所述开口34设置于所述壳体36上，其他实施方式中，所述开口34可以设置在所述永磁电机16的端盖上。较佳的，转子磁芯具有12个极部，换向器具有24个换向片。作为一种替代，换向器也可具有12个换向片。本实施方式中，所述永磁电机16为一高压直流电机，所述转子绕组28的线径为0.12～0.23mm。
定子包括沿轴向延伸的具有开口端和封闭端38的圆桶状壳体36、固定至壳体36的内表面的两片永久磁铁40、闭合壳体36的开口端的端盖42、以及一对电刷组件。壳体36由导磁材料制成。端盖42固定安装至壳体36。转轴22由分别位于端盖42和壳体的封闭端38的两轴承46可旋转地支撑。转子磁芯与磁铁40相对而设且两者之间具有气隙。
端盖42具有基板48、自基板48沿轴向向内延伸的环形侧壁50、以及自基板48沿轴向向外延伸的用于支撑一轴承46的轴承座52。侧壁50和基板48共同形成一可容纳换向器26的腔室。每一电刷组件具有一刷架54，刷架54从侧壁50沿径向向内延伸并与上述腔室相通。一电刷56可滑动地装设于刷架54内并在一弹性件(图中未示出)的弹性支撑下与换向器26滑动接触。端盖42上还设有两个用于电连接外部电源的接电端子58。每一接电端子58经电导体(如图中未示出的刷辫)与相应电刷56电连接。
本实施方式中，所述外部电源电连接两接电端子58可以为100～240V的交流电经整流器及电解电容转换为高压直流电电连接所述接电端子58，也可以为100～340V的高压直流电电连接所述接电端子58。如此，高压直流电压经接电端子58、电刷56及换向器26提供给转子绕组28。
本发明实施例中，永久磁铁40为较高等级的铁氧体磁铁，较佳的由最大磁能积值BHmax大于4.3MGOe、剩余磁感应强度Br为4000～4400Gs、磁感矫顽力Hcj为4000～5000Oe的材料制成。更佳的，所述铁氧体磁铁由剩余磁感应强度Br为4200～4400Gs、磁感矫顽力Hcj为4400～4600Oe、最大磁能积值BHmax为4.3～4.7MGOe的材料制成。
本发明实施例中，转子磁芯24的外径D1与壳体36的外径D2(不包括磁通环44的厚度)之比为60％～85％。较佳的，转子磁芯24的外径D1与壳体36的外径D2(不包括磁通环44的厚度)之比为66％～80％。
其他实施方式中，永久磁铁40也可以为稀土永磁材料制成，较佳的由最大磁能积值BHmax为68～80kJ/m3、剩余磁感应强度Br为6500～7000Gs、磁感矫顽力Hcj为680～800kA/m的钕铁硼(NdFeB)材料制成。转子磁芯24的外径D1与壳体36的外径D2(不包括磁通环44的厚度)之比为60％～85％。
本发明所举实施例中，由于使用了更高等级的铁氧体磁铁或稀土永磁材料，因此能够在保证足够的磁性能的前提下减小磁铁的厚度，这样可以增大转子磁芯的尺寸。由此，电机可提供更大的空间以容纳更多的转子绕组，并且，由于转子绕组的线径较大，为0.12～0.23mm，从而可以获得更高的输出功率，100～200W，更进一步的，使得本发明高压直流电机拥有较高的功率密度，可达到260～480W/kg。另外，由于具有更大的热质量，可以降低电机运行中的温升程度，并且，由于允许转子绕组使用较粗的导线，还可以降低电机的铜损。
例如，在一个600系列高压直流电机的示例中，其中，永久磁铁40为钕铁硼(NdFeB)材料，壳体的外径D2为35.7mm，转子磁芯的外径D1增加至27.5mm，转子磁芯的外径与壳体的外径之比增加至77％，电机的输出功率可增加至100瓦特。较佳的，转子磁芯的极部的极身的径向长度L为6.2mm，极身周向宽度W为1.5mm，相邻极部的最小间距D3为1.6mm。可以理解的是，上述尺寸允许有约10％的变化。
在根据本发明上述较佳实施例的一个700系列高压直流电机的示例中，其中，永久磁铁40为铁氧体磁铁，壳体的外径D2为42.6mm，转子磁芯的外径D1增加至29.5mm，转子磁芯的外径与壳体的外径之比增加至69.2％，电机的输出功率可增加至140瓦特。较佳的，转子磁芯的极部的极身的径向长度L为7mm，极身周向宽度W为1.75mm，相邻极部的最小间距D3为1.6mm。可以理解的是，上述尺寸允许有约10％的变化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，例如定子也可以具有四片或更多永久磁铁，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种永磁电机，包括定子和相对于定子旋转的转子，所述转子包括转轴、固定于转轴的转子磁芯、固定于转轴并与转子磁芯相邻的换向器、缠绕于转子磁芯的极部并与换向器电连接的转子绕组，所述定子包括圆桶状壳体、装设于壳体内表面的永久磁铁、以及与换向器滑动接触的电刷；其特征在于，所述转子磁芯的外径与所述壳体的外径之比为60％～85％，所述转子绕组的线径为0.12～0.23mm。
2.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述转子磁芯的外径与所述壳体的外径之比为66％～80％。
3.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永久磁铁为铁氧体磁铁。
4.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永久磁铁的材料为稀土永磁材料。
5.如权利要求4所述的永磁电机，其特征在于，所述永久磁铁为钕铁硼磁铁。
6.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机的额定输出功率为100～200瓦特。
7.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机的功率密度为260～480瓦特每千克。
8.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述永磁电机还包括接电端子，所述接电端子电用于接收100～240V的交流电经整流器及电解电容转换的高压直流电或接收100～340V的高压直流电。
9.如权利要求5所述的永磁电机，其特征在于，所述钕铁硼磁铁的最大磁能积值BHmax为68～80kJ/m3、剩余磁感应强度Br为6500～7000Gs、磁感 矫顽力Hcj为680～800kA/m的材料制成。
10.如权利要求9所述的永磁电机，其特征在于，壳体的外径为35.7mm，转子磁芯的外径为27.5mm，转子磁芯的极部的极身的径向长度为6.2mm，极身周向宽度为1.5mm，相邻极部的最小间距为1.6mm，电机的输出功率为100瓦特。
11.如权利要求3所述的永磁电机，其特征在于，所述铁氧体磁铁由剩余磁感应强度Br为4000～4400Gs、磁感矫顽力Hcj为4000～5000Oe的材料制成。
12.如权利要求11所述的永磁电机，其特征在于，所述铁氧体磁铁由剩余磁感应强度Br为4200～4400Gs、磁感矫顽力Hcj为4400～4600Oe的材料制成。
13.如权利要求11所述的永磁电机，其特征在于，壳体的外径为42.6mm，转子磁芯的外径为29.5mm，转子磁芯的极部的极身的径向长度为7mm，极身周向宽度为1.75mm，相邻极部的最小间距为1.6mm，电机的输出功率为140瓦特。
14.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述转子磁芯具有12个极部，所述定子具有2个磁极，所述换向器具有12或24个换向片。
15.如权利要求1所述的永磁电机，其特征在于，所述电机为高压直流电机。
16.一种家用电器，包括一被驱动机构以及用于驱动所述被驱动机构的如以上任一权利要求所述的永磁电机。
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