CN110556997A - 一种单相无刷高速电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无刷电机技术领域，公开了一种单相无刷高速电机，包括：外壳；定子组件包括线圈骨架、定子线圈以及定子铁芯；线圈骨架的外侧设置有绕线凹槽，线圈骨架的中部贯通开设有通孔；定子铁芯包括两个铁芯块，铁芯块包括齿部，齿部相对的两端设置有第一磁轭以及第二磁轭；定子铁芯的齿部对接形成定子内孔，定子铁芯的第一磁轭与第二磁轭分别从两侧插入至线圈骨架的通孔内，以形成定子组件；转子组件包括一体轴承，一体轴承的一端连接有叶轮，另一端套接有磁铁，磁铁为两极磁体，线圈骨架上安装有PCB(印制电路板)组合。通过定子组件与转子组件的安装结构，降低了单相无刷电机的体积，满足了单相无刷电机小型化的要求。

Description

一种单相无刷高速电机
技术领域
本发明涉及无刷电机技术领域，尤其涉及一种单相无刷高速电机。
背景技术
电机是一种利用电磁感应原理将电能转换成机械能的设备，广泛地应用在工业生产以及生活所需的各种电器设备中。现有的无刷电机分为单相无刷电机和三相无刷电机，单相无刷电机在高速电机领域尤其在100000rpm以上的领域内，由于电机具有高效、尺寸小、成本低等优点，特别适用于家用电器及个人护理行业。
现有技术中，单相永磁无刷电机的定子线圈绕在定子的齿部，使绕线的有效空间降低，导致电机的体积较大，不能满足单相无刷电机小型化的要求。因此，需要提出一种可以降低单相无刷电机的体积，以满足单相无刷电机小型化的要求。
因此，如何降低单向无刷电机的体积成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于降低单向无刷电机的体积。
为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种单相无刷高速电机，包括：外壳，其为两端开口且内部中空的圆柱形结构；定子组件，设置于所述外壳内，与所述外壳可拆卸连接；所述定子组件包括线圈骨架、缠绕于所述线圈骨架外侧的定子线圈以及设置于所述线圈骨架外侧的定子铁芯，所述定子铁芯由硅钢片制成，所述定子铁芯用于导磁，小于等于0.2mm厚的硅钢片用于降低电机的涡流损耗；所述线圈骨架的外侧设置有用于收纳所述定子线圈的绕线凹槽，所述线圈骨架的中部贯通开设有通孔；所述定子铁芯包括均呈山字形设置的两个铁芯块，所述两个铁芯块对称设置于所述线圈骨架相对的两端，所述铁芯块包括齿部，所述齿部相对的两端设置有分别与所述通孔插接的第一磁轭以及第二磁轭；所述定子铁芯的齿部对接形成定子内孔，所述定子铁芯的第一磁轭与第二磁轭分别从两侧插入至所述线圈骨架的通孔内，所述铁芯块通过所述第一磁轭与所述第二磁轭形成一个环形结构，以形成所述定子组件；转子组件，安装于所述定子内孔内；所述转子组件包括一体轴承，所述一体轴承的一端连接有叶轮，另一端套接有磁铁，所述磁铁为两极磁体，所述线圈骨架上安装有PCB组合。
可选地，所述外壳内固定设置有定位柱，所述齿部上开设有与所述定位柱插接配合的定位孔。
可选地，所述定位孔为长方形或长方形和圆弧的组合形状。
可选地，所述齿部上开设有用于无刷电机内部通风的通风槽。
可选地，所述PCB组合包括PCB以及与所述PCB电连接的连接器。
可选地，所述PCB的中部开设用于通风的通风孔。
可选地，所述外壳的外侧壁开设有两个互相平行的外侧面。
可选地，所述第一磁轭和所述第二磁轭的截面尺寸小于所述通孔的截面尺寸，且所述通孔的截面呈长方形设置。
可选地，所述外壳内壁为锥度结构，其锥度沿所述外壳靠近所述叶轮的一端向所述外壳远离所述叶轮的一端方向上逐渐变大。
可选地，所述定子组件与所述转子组件之间为不均匀气隙。
本发明具有以下有益效果：定子线圈绕卷于线圈骨架的绕线凹槽，两个铁芯块的第一磁轭与第二磁轭分别插入绕圈骨架的通孔内，两个铁芯块的齿部形成定子内孔，以形成完整的定子组件，转子组件安装于定子内孔内；通过定子组件与转子组件的安装结构，磁铁为两极磁体，定子铁芯的涡流损耗低，可优化电磁磁路，降低铁耗和铜耗，进而提高了电机的效率；相同的功率下，电机的效率越高，电机的体积就越小，进而降低了单相无刷电机的体积，满足了单相无刷电机小型化的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的爆炸结构示意图；
图2是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的立体结构示意图；
图3是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的定子组件的爆炸结构示意图；
图4是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的定子组件的结构示意图；
图5是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的铁芯块的结构示意图；
图6是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的外壳的半剖示意图；
图7a是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的磁极初始状态图；
图7b是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的电流换向一次的磁极变化图；
图7c是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的电流换向一次的磁极稳定位置图；
图7d是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的电流换向两次的磁极变化图；
图7e是本实施例公开的一种单相无刷高速电机的电流换向两次的磁极稳定位置图。
附图标记：1、外壳；11、定位柱；12、外侧面；13、外壳内壁；2、定子组件；21、线圈骨架；211、通孔；22、定子线圈；23、定子铁芯；231、铁芯块；2311、齿部；2312、第一磁轭；2313、第二磁轭；2314、定位孔；2315、通风槽；232、定子内孔；3、转子组件；31、一体轴承；32、磁铁；4、叶轮；5、PCB组合；51、PCB；52、连接器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同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结合。
本发明实施例公开了一种单相无刷高速电机，如图1-5所示，包括：外壳1、定子组件2与转子组件3，外壳1为两端开口且内部中空的圆柱形结构；定子组件2设置于外壳1内，定子组件2与外壳1可拆卸连接；定子组件2包括线圈骨架21、缠绕于线圈骨架21外侧的定子线圈22以及设置于线圈骨架21外侧的定子铁芯23，定子铁芯23由硅钢片制成，定子铁芯23用于导磁并可降低电机的涡流损耗；线圈骨架21的外侧设置有用于收纳定子线圈22的绕线凹槽，线圈骨架21的中部贯通开设有通孔211；定子铁芯23包括均呈山字形设置的两个铁芯块231，两个铁芯块231对称设置于线圈骨架21相对的两端，铁芯块231包括齿部2311，齿部2311相对的两端设置有分别与通孔211插接的第一磁轭2312以及第二磁轭2313；定子铁芯23的齿部2311对接形成定子内孔232，定子铁芯23的第一磁轭2312与第二磁轭2313分别从两侧插入至线圈骨架21的通孔211内，以形成定子组件2；转子组件3安装于定子内孔232内；转子组件3包括一体轴承31，一体轴承31的一端连接有叶轮4，另一端套接有磁铁32，磁铁32为两极磁体，线圈骨架21上安装有PCB组合5。在本实施例中，定子内孔232的截面由两条相对的样条线构成。齿部2311内侧设有其截面为：由半径逐渐增大的多点连接成的样条线，该样条线保证定子组件2与转子组件3之间的气隙由小到大。
在本实施例中，定子铁芯23采用有限元仿真优化设计，定子铁芯23的涡流损耗低，可优化电磁磁路，降低铁耗和铜耗，进而提高了电机的效率；相同的功率下，电机的效率越高，电机的体积就越小。
在具体实施过程中，磁铁32的极数为两极，极对数为1，在电机频率一定的情况下，使得电机的转速升高，进而使铁耗降低，提高了电机的工作效率，从而降低了电机的体积。
需要说明的是，定子线圈22绕卷于线圈骨架21的绕线凹槽，两个铁芯块231的第一磁轭2312与第二磁轭2313分别插入绕圈骨架的通孔211内，两个铁芯块231的齿部2311形成定子内孔232，以形成完整的定子组件2，转子组件3安装于定子内孔232内；铁芯块231通过第一磁轭2312与第二磁轭2313形成一个环形结构，定子线圈22实际相当于设置在定子铁芯23的轭部上，通过定子组件2与转子组件3的安装结构，降低了单相无刷电机的体积，满足了单相无刷电机小型化的要求。
如图1和图5所示，外壳1内固定设置有定位柱11，齿部2311上开设有与定位柱11插接配合的定位孔2314。
如图5所示，定位孔2314为长方形或长方形和圆弧的组合形状。
如图5所示，齿部2311上开设有用于无刷电机内部通风的通风槽2315。
如图1所示，PCB组合5包括PCB51以及与PCB51电连接的连接器52。在具体实施过程中，线圈骨架21上设有PIN针，PCB51与PIN针焊接固定，连接器52与PCB51焊接固定。
如图1所示，PCB51的中部开设用于通风的通风孔。
如图1所示，外壳1的外侧壁开设有两个互相平行的外侧面12。
如图3和图5所示，第一磁轭2312和第二磁轭2313的截面尺寸小于通孔211的截面尺寸，且通孔211的截面呈长方形设置。在具体实施过程中，第一磁轭2312和第二磁轭2313的截面尺寸均比通孔211的截面尺寸小0.1-0.5mm。
如图1和图6所示，外壳内壁13为锥度结构，其锥度沿外壳1靠近叶轮4的一端向外壳1远离叶轮4的一端方向上逐渐变大。
如图7a和图7b所示，定子组件2与转子组件3之间为不均匀气隙。
图7a由于两个铁芯块231是相对排列组入同一个线圈骨架21内，最终形成了定子组件2与转子组件3的不均匀气隙，气隙由小逐渐变大。
当定子组件2上的线圈通电时，线圈产生的磁场将两个铁芯块231磁化，如图7a根据右手定则：磁化后假如其中一个铁芯块231-1的极性是N极，那么另一个铁芯块231-2极性就是S极，由于磁力线是沿着磁阻最小的路径方向通过，转子磁铁的S极被定子铁芯块231-1的N极吸引而转子磁铁的而N极被定子铁芯块231-2的S极吸引，最终被沿顺时针方向吸引到了图7a所示的稳定位置。
当通电电流反向时，根据右手定则：其中一个铁芯块231-1的极性由N极变成S极，另一个铁芯块231-2的极性由S极变成N极，根据同性相吸异性相斥的原理，如图7b箭头所示转子沿顺时针方向转动180度，最终稳定在图7c所示的稳定位置。
当通电电流再次反向时，根据右手定则：其中一个铁芯块231-1的极性由S极变成N极，另一个铁芯块231-2的极性由N极变成S极，根据同性相吸异性相斥的原理，如图7d箭头所示转子沿顺时针方向转动180度，最终稳定在图7e所示的稳定位置。
如图7e所示，电流经过两次换向，转子刚好转过360度回到初始位置。
当控制器以一定的频率给马达正、反向通电时转子就会以一定的速度连续转动，频率越高转动速度越快。
工作原理：定子线圈22绕卷于线圈骨架21的绕线凹槽，两个铁芯块231的第一磁轭2312与第二磁轭2313分别插入绕圈骨架的通孔211内，两个铁芯块231的齿部2311形成定子内孔232，以形成完整的定子组件2，转子组件3安装于定子内孔232内；铁芯块231通过第一磁轭2312与第二磁轭2313形成一个环形结构，定子线圈22实际相当于设置在定子铁芯23的轭部上，通过定子组件2与转子组件3的安装结构，降低了单相无刷电机的体积，满足了单相无刷电机小型化的要求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种单相无刷高速电机，其特征在于，包括：
外壳(1)，其为两端开口且内部中空的圆柱形结构；
定子组件(2)，设置于所述外壳(1)内，与所述外壳(1)可拆卸连接；所述定子组件(2)包括线圈骨架(21)、缠绕于所述线圈骨架(21)外侧的定子线圈(22)以及设置于所述线圈骨架(21)外侧的定子铁芯(23)，所述定子铁芯(23)由小于或等于0.2mm厚的硅钢片叠压而成以降低电机的涡流损耗，所述定子铁芯(23)用于导磁并构成电机的磁路；所述线圈骨架(21)的外侧设置有用于收纳所述定子线圈(22)的绕线凹槽，所述线圈骨架(21)的中部贯通开设有通孔(211)；所述定子铁芯(23)包括均呈山字形设置的两个铁芯块(231)，所述两个铁芯块(231)对称设置于所述线圈骨架(21)相对的两端，所述铁芯块(231)包括齿部(2311)，所述齿部(2311)相对的两端设置有分别与所述通孔(211)插接的第一磁轭(2312)以及第二磁轭(2313)；所述定子铁芯(23)的齿部(2311)对接形成定子内孔(232)，所述定子铁芯(23)的第一磁轭(2312)与第二磁轭(2313)分别从两侧插入至所述线圈骨架(21)的通孔(211)内，所述铁芯块(231)通过所述第一磁轭(2312)与所述第二磁轭(2313)形成一个环形结构，以形成所述定子组件(2)；
转子组件(3)，安装于所述定子内孔(232)内；所述转子组件(3)包括一体轴承(31)，所述一体轴承(31)的一端连接有叶轮(4)，另一端套接有磁铁(32)，所述磁铁(32)为两极磁体，所述线圈骨架(21)上安装有PCB组合(5)。
2.根据权利要求1所述的单相无刷高速电机，其特征在于，所述外壳(1)内固定设置有定位柱(11)，所述齿部(2311)上开设有与所述定位柱(11)插接配合的定位孔(2314)。
3.根据权利要求2所述的单相无刷高速电机，其特征在于，所述定位孔(2314)为长方形或长方形和圆弧的组合形状。
4.根据权利要求1所述的单相无刷高速电机，其特征在于，所述齿部(2311)上开设有用于无刷电机内部通风的通风槽(2315)。
5.根据权利要求1所述的单相无刷高速电机，其特征在于，所述PCB组合(5)包括PCB(51)以及与所述PCB(51)电连接的连接器(52)。
6.根据权利要求5所述的单相无刷高速电机，其特征在于，所述PCB(51)的中部开设用于通风的通风孔。
7.根据权利要求1所述的单相无刷高速电机，其特征在于，所述外壳(1)的外侧壁开设有两个互相平行的外侧面(12)。
8.根据权利要求1所述的单相无刷高速电机，其特征在于，所述第一磁轭(2312)和所述第二磁轭(2313)的截面尺寸小于所述通孔(211)的截面尺寸，且所述通孔(211)的截面呈长方形设置。
9.根据权利要求1所述的单相无刷高速电机，其特征在于，所述外壳(1)内壁为锥度结构，其锥度沿所述外壳(1)靠近所述叶轮(4)的一端向所述外壳(1)远离所述叶轮(4)的一端方向上逐渐变大。
10.根据权利要求1所述的单相无刷高速电机，其特征在于，所述定子组件(2)与所述转子组件(3)之间为不均匀气隙。
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