CN104806540A - 一种永磁电动机直接传动的小功率换气扇 - Google Patents

Abstract

一种永磁电动机直接传动的小功率换气扇，包括按预定方向旋转的叶轮和直接传动该叶轮的永磁电动机，叶轮为轴流式或离心式，注塑成型，直径不大于200mm；电动机定子的极数为2极、4极或6极,定子的绕组按规定绕向接往交流电源；电动机转子为永磁转子，极数与定子极数相同；定子铁芯和永磁转子均为环柱形，且位于环柱形的气隙二侧；对于永磁转子沿轴向依次划分的前柱、中柱和后柱，中柱的剩磁高于前柱、后柱的剩磁，且定子铁芯的长度大于中柱的长度而小于前柱、中柱和后柱长度之和。该设计可在不太增加制造成本的情况下，提高换气扇的抗反转启动能力。

Description

一种永磁电动机直接传动的小功率换气扇

技术领域

本发明涉及一种永磁电动机直接传动的小功率换气扇，尤其涉及其特性与电磁结构的配合,在国际专利分类表中，分类可属于F04D25/08。

背景技术

本申请人提出过一种以永磁电动机驱动的小功率换气扇，可明显节能和降低制造成本，见中国发明专利CN102330702B。然而，换气扇有迎着反向风向户外排气的情况，还需要足够的抗反转启动能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种永磁电动机直接传动的小功率换气扇，在不太增加制造成本的情况下，可提高其抗反转启动能力。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，一种永磁电动机直接传动的小功率换气扇，包括：按照预定方向旋转的叶轮和直接驱动该叶轮的永磁电动机，并且：

a)叶轮为轴流式或离心式，注塑成型，直径不大于200mm；

b)电动机定子的极数为2极或4极或6极,定子的绕组按规定绕向接往交流电源；

c)电动机转子为永磁转子，其极数与定子的极数相同；

其特征在于：所述定子的铁芯和永磁转子均为环柱形，且位于环柱形的气隙二侧；对于永磁转子沿轴向依次划分的前柱、中柱和后柱，中柱的剩磁高于前柱、后柱的剩磁，且定子铁芯的长度大于中柱的长度而小于前柱、中柱和后柱长度之和。

该技术方案的最佳设计是：所述前柱、中柱和后柱长度分别为电枢铁芯柱形长度的0.35～0.65倍。

该技术方案在永磁电动机磁路中巧妙地混用成本较高而性能也较高和成本较低而性能也较低的永磁材料，使电机的端部空间和磁场得到充分利用，因而提高永磁电动机的利用系数K_A，可在不太增加制造成本的情况下，提高换气扇的抗反转启动能力。

附图说明

图1是本发明实施例换气扇基本机械结构主視图。

图2是本发明实施例换气扇的永磁同步电动机电磁基本结构示意图；

图3是图2中A-A剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例换气扇是在本申请人已获授权的发明专利CN102330702B中所述实施例1换气扇的基础上改进而成。

该换气扇基本机械结构如图1所示(相当于CN102330702B中说明书附图2)。这是一家用小功率轴流式换气扇，主要包括：

——固定于机壳的电动机2；

——直接连接于该电动机输出轴逆时针旋转的轴流式叶轮1，其具有4个叶片；按风压要求，叶片数也可以为3、5或6，但最好不要多于8片，且尽可能奇数片，以降低振动噪声。叶轮为注塑成型，直径150mm。叶轮直径最大不要超过200mm，转动惯量宜尽量小，以配合电动机2仍不太大的启动力矩；

——电动机2为内转子永磁同步电动机，其电磁基本结构如图2所示(相当于CN102330702B中说明书附图2)：包括环柱形的定子100和圆柱形永磁转子200，二者由环柱形气隙隔开于其内外二侧。由图2所示可以看出：

——转子200，是其截面以二条相互垂直的对称轴400分隔为4个对称的90°的扇形并各径向充磁为N、S、N、S的4极永磁转子；

——定子100由具有4个凸极的圆形铁芯101和绕组102组成；绕组102是在4个凸极各绕一具有绝缘框架的线圈元件102，然后按绕向串联连接为4极，并因而在通电时产生4极的穿越定转子之间气隙的主磁通；

——定子铁芯101各凸极与转子200间气隙的宽度沿逆时针方向渐变收窄；因此在自由状态即不通电和无外部气流以及旋转结构良好的情况下，转子200受定子铁芯吸引，各极的几何轴线即穿越定转子之间气隙的永磁磁通轴线700、800分别以相邻定子凸极的几何轴线即穿越定转子之间气隙的主磁通轴线500、600为参照，沿逆时针方向偏转一较小的锐角Ω。本实施例设计该机械角为5°(电角度10°)。该角度可随渐变收窄的比例而改变，并影响启动转矩和效率。该设计可避免在自由状态下转子停留于其轴线与定子凸极的轴线重合而使通电时启动转矩为零的所谓“死点”位置，所形成的磁阻转矩还有利于防止运转中的转子于交流电流过零时不产生转矩而停转；

——线性的霍尔元件300，安装于定子铁芯100右侧凸极的轴线500上靠近转子200圆周的位置。

对该电动机的控制可参见CN102330702中的说明书及各附图。

本发明实施例换气扇对CN102330702中所述换气扇的改进主要是对电动机2原与定子铁心101等长的整体铁氧体或整体铷铁硼永磁转子200修改设计如图3：

——永磁转子200的磁极部分由轴向的3段永磁空心圆柱体组成，依次为前柱201、中柱202和后柱203，中柱202为粘结铷铁硼，前柱201和后柱203为粘结铁氧体。3段永磁空心圆柱体依次穿入转轴205放入模具注塑，被注塑所形成的塑料支架204固定于转轴205，然后充磁为4极；

——中柱202的长度L22为定子铁心101长度L1的0.35～0.65倍，其于转轴的位置尽可能在电机装配后相对于定子铁心101长度L1的中部，即其轴向二端与定子铁心101二端距离相等；前柱201和后柱203最好为等长；前柱201、中柱202和后柱203装配后的磁极总长L为定子铁心101长度L1的1.05～1.95倍。

实验表明，该设计的电动机在定子100尤其是定子铁芯101的长度L和外径不变的情况下，相比与定子铁心等长且整体铁氧体永磁转子的原电动机，转矩提高(31～96)％，相比与定子铁心101等长且整体铷铁硼永磁转子的原电动机，转矩提高约15％但永磁材料的成本降低。

也可类似地将上述设计用于使用离心式叶轮的换气扇以及其它永磁电动机(例如外转子永磁同步电动机或永磁直流无刷电动机)驱动的换气扇、并得到提高换气扇性能的效果。

Claims (2)

1.一种永磁电动机直接传动的小功率换气扇，包括：按照预定方向旋转的叶轮和直接驱动该叶轮的永磁电动机，并且：

a)叶轮为轴流式或离心式，注塑成型，直径不大于200mm；

b)电动机定子的极数为2极或4极或6极,定子的绕组按规定绕向接往交流电源；

c)电动机转子为永磁转子，其极数与定子的极数相同；

其特征在于：所述定子的铁芯和永磁转子均为环柱形，且位于环柱形的气隙二侧；对于永磁转子沿轴向依次划分的前柱、中柱和后柱，中柱的剩磁高于前柱、后柱的剩磁，且定子铁芯的长度大于中柱的长度而小于前柱、中柱和后柱长度之和。

2.按照权利要求1所述换气扇，其特征在于：所述永磁转子的前柱、中柱和后柱的长度分别为定子铁芯的长度的0.35～0.65倍。