CN222721192U - 一种小型家电用低噪声无位置传感器电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，包括定子组件和设置在定子内的转子组件；所述电机为八极十二槽电机；所述定子组件包括定子铁芯，定子铁芯的外径为70mm‑150mm，定子铁芯的内径和外径之比为0.5‑0.7；所述转子组件包括转子铁芯和转子永磁体；所述转子铁芯的d轴表面包括至少一段偏心弧；所述转子永磁体呈嵌入式设置在所述转子铁芯内，通过上述技术方案，本实用新型具有减少噪声、无需设置位置传感器后降低成本和提高电机可靠性的优点。

Description

一种小型家电用低噪声无位置传感器电机

技术领域

本实用新型涉及电机，尤其涉及一种小型家电用低噪声无位置传感器电机。

背景技术

在小型家电应用领域，例如破壁料理机、咖啡机等，其驱动电机需要具有宽转速范围运行能力，即电机在低速500rpm(转每分钟)左右具有最大扭矩输出，同时电机还能运行到20000rpm左右并具有恒定功率输出。

但是以往常用三相六步法产生的方波电流驱动的直流永磁无刷电机很难满足此要求，因此需要采用空间矢量控制产生的正弦波电流驱动的永磁同步电机，该此电机在低速时能够按照最大扭矩运行，还能够利用弱磁方式高速运行；由于这种小型家电通常应用在与人接触的场合，低噪声是其性能考核的重要指标之一，尤其是不能够在工作时产生刺耳的高频啸叫，避免对用户体验及身心健康产生不利影响；

此外，传统此类小型家电电机，为了能够实现低速大扭矩稳定运行，通常会采用位置传感器来实时采集转子位置信号，以驱动电机的正常工作；常用的位置传感器包括霍尔元器件、旋转编码器等，这些位置传感器不仅增加了电机成本，而且容易损坏失效，从而降低了电机的可靠性。

因此，无位置传感器控制方法尤其是高频注入成为此类电机驱动方式中亟待的发展方向。

实用新型内容

为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，解决了电机的噪声较大且安装在电机上的位置传感器易损坏失效，从而增加电机的成本和降低可靠性的问题。

技术方案如下：

一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，包括定子组件和设置在定子组件内的转子组件；其特点是，所述电机为八极十二槽电机；所述定子组件包括定子铁芯，定子铁芯的外径为70mm-150mm，定子铁芯的内径和外径之比为0.5-0.7；所述转子组件包括转子铁芯和转子永磁体；所述转子铁芯的d轴表面包括至少一段偏心弧；所述转子永磁体呈嵌入式设置在所述转子铁芯内。

通过上述技术方案，通过电机中八级十二槽的配合设置，可以大幅减少电机气隙径向电磁力波谐波次数，进而极大的降低了电机噪声，尤其是高频啸叫；通过使得定子铁芯的内径和外径之比控制在0.5-0.7之间，即控制定子裂比在0.5-0.7之间，这能够保证电机使用时处于最优的电磁输出性能；

通过使转子铁芯的d轴表面至少包括一段偏心弧的设置，可以保证电机反电动势为正弦波和其总谐波含量小于5％，且降低了齿槽转矩，进而可以使得电机转矩波动下降，从而降低了电机的振动噪声。

优选地，八个转子永磁体沿所述转子铁芯的周向均匀布置；十二个齿沿着所述定子铁芯的周向均匀布置。

优选地，所述转子铁芯的d轴表面包括八段偏心弧，八段偏心弧的中心轴到所述转子组件的中心距离相同，八段偏心弧沿所述转子铁芯的周向依次布置，相邻两段偏心弧间有连接段；所述转子永磁体和偏心弧呈一一对应状布置。

通过上述技术方案，所述电机为无位置传感器电机，并且电机的凸极率大于等于1.2。

通过将转子永磁体以嵌入的方式设置在转子铁芯内，并且电机凸极率大于等于1.2，即q轴电感和d轴电感比率大于等于1.2，进而可以使该电机能够运用高频注入无感控制方法控制电机，进而省略了通过在电机内设置位置传感器控制电机这一方式，从而在降低电机投入成本的情况下，还提高了电机的可靠性。

优选地，沿十二个齿的外周缘分别缠绕设置有线圈绕组。

优选地，八个所述转子永磁体均包括两片磁钢，每个转子永磁体的两片磁钢分别沿对应所述偏心弧的中心轴呈对称分布，且每个转子永磁体的两片磁钢之间的夹角大于90°。

通过上述技术方案，通过八个转子永磁体均设置两片磁钢，并使其呈V型布置，可以使得电机的凸极率达到1.33，因此使得该电机能够满足高频注入算法对电机凸极率的要求，进而实现无需在电机内安装位置传感器，而是通过高频注入算法即可控制电机，从而降低电机的生产成本和提高电机的可靠性。

优选地，八个所述转子永磁体均包括单片磁钢，每个转子永磁体的单片磁钢的宽度方向分别沿对应所述偏心弧的中心轴呈对称分布。

通过上述技术方案，通过在八个转子永磁体内设置单片磁钢，使其呈一字型布置，可以使得电机的凸极率达到1.29，因此使得该电机能够满足高频注入算法对电机凸极率的要求，进而实现无需在电机内安装位置传感器，而是通过高频注入算法即可控制电机，从而降低电机的生产成本和提高电机的可靠性。

优选地，所述转子铁芯的表面适配设置有不导电不导磁护套。

通过选用不导电不导磁的材料制作护套，并将其紧固的设置在转子铁芯的外表面，可以在转子高速旋转时，避免离心力对转子产生破坏，而护套不导电可以降低护套的电涡流损耗，降低转子发热，提高电机性能，从而提高了电机的可靠性和延长电机的使用寿命；此外，当电机运行在20000rpm时，此时电机的损耗相比于选用导电护套的电机降低了约130W，进而有助于延长电机的使用寿命，从而提高电机的可靠性、稳定性和降低电机的运行成本。

综上所述，一种小型家电用低噪声无位置传感器电机的有益效果为通过电机中八级十二槽的配合设置，可以大幅减少电机气隙径向电磁力波谐波次数，进而极大的降低了电机噪声，尤其是高频啸叫；通过使得定子铁芯的内径和外径之比控制在0.5-0.7之间，即控制定子裂比在0.5-0.7之间，这能够保证电机使用时处于最优的电磁输出性能；

通过使转子铁芯的d轴表面至少包括一段偏心弧的设置，可以保证电机反电动势为正弦波和其总谐波含量小于5％，且降低了齿槽转矩，进而可以使得电机转矩波动下降，从而降低了电机的振动噪声；

通过将转子永磁体以嵌入的方式设置在转子铁芯内，并且电机凸极率大于等于1.2，即q轴电感和d轴电感比率大于等于1.2，进而可以使该电机能够运用高频注入无感控制方法控制电机，进而省略了通过在电机内设置位置传感器控制电机这一方式，从而在降低电机投入成本的情况下，还提高了电机的可靠性；

通过选用不导电不导磁的材料制作护套，并将其紧固的设置在转子铁芯的外表面，可以在转子高速旋转时，避免离心力对转子产生破坏，而护套不导电可以降低护套的电涡流损耗，降低转子发热，提高电机性能，从而提高了电机的可靠性和延长电机的使用寿命；此外，当电机运行在20000rpm时，此时电机的损耗相比于选用导电护套的电机降低了约130W，进而有助于延长电机的使用寿命，从而提高电机的可靠性、稳定性和降低电机的运行成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的爆炸结构示意图；

图3为本实用新型中定子铁芯的俯视图；

图4为本实用新型中实施例1中永磁体的安装示意图；

图5为本实用新型中实施例2中永磁体的安装示意图；

图6为本实用新型中转子铁芯的俯视图；

图7为本实用新型中电机不同极槽数关于径向应力的对比表；

图8为本实用新型中偏心弧转子和整圆转子关于反电动势的对比表；

图9为本实用新型中偏心弧转子和整圆转子关于谐波次数的对比表；

图10为本实用新型中偏心弧转子和整圆转子关于齿槽转矩的对比表；

图中，1、转子铁芯；2、转子永磁体；3、定子铁芯；4、线圈绕组；5、护套；6、转子轴；7、定子前端板；8、定子后端板；9、电机前轴承；10、电机后轴承；11、电机前端盖；12、电机后端盖；13、电机外壳。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1：

如附图1-4、6-10所示，一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，电机的驱动电流为正弦波电流，包括定子组件和设置在定子组件内的转子组件；

电机为八极十二槽电机，八个转子永磁体2沿转子铁芯1的周向依次布置，十二个齿沿着定子铁芯3的周向均匀布置；八极十二槽电磁结构的径向力波谐波次数为4的倍数次，远少于十极十二槽或者十四极十二槽电磁结构的2的倍数次。因此八极十二槽电磁结构可以大幅减少电机径向力波的谐波次数，从而降低电机的噪声，尤其是高频啸叫。

定子组件包括定子铁芯3，沿十二个齿的外周缘分别缠绕设置有线圈绕组4；定子铁芯3的内径和外径之比为0.5-0.7，即控制定子裂比在0.5-0.7之间，这能够保证电机使用时处于最优的电磁输出性能；如果定子裂比大于0.7，则定子绕线槽空间过小，定子绕组线径过细内阻过大，会造成电机铜耗过大效率低；如果定子裂比小于0.5，则转子外径过小，电机扭矩过小出力不够；定子铁芯3的外径为70mm-150mm，额定输入功率为100W-3500W；定子铁芯3的轴线两端分别设置有定子前端板7和定子后端板8。

转子组件包括转子铁芯1和转子永磁体2，转子永磁体2呈嵌入式设置在转子铁芯1内，电机为无位置传感器电机，并且电机的凸极率为大于等于1.2；将转子永磁体2以嵌入的方式设置在转子铁芯1内，且电机凸极率大于等于1.2，即q轴电感和d轴电感比率大于等于1.2，进而可以使该电机能够运用高频注入无感控制方法控制电机，进而省略了通过在电机内设置位置传感器控制电机这一方式，从而在降低电机投入成本的情况下，还提高了电机的可靠性；

转子铁芯1的d轴表面包括至少一段偏心弧，这可以保证电机反电动势为正弦波和其总谐波含量小于5％，且降低了齿槽转矩，进而可以使得电机转矩波动下降，从而降低了电机的振动噪声；

在本实施例中，正如图6所示，转子铁芯1的d轴表面包括八段偏心弧，即转子d轴由八个偏心距L1半径为R1的偏心弧构成；八段偏心弧的中心轴到转子组件的中心距离相同，八段偏心弧沿转子铁芯1的周向依次布置，相邻两段偏心弧间有连接段；转子永磁体2和偏心弧呈一一对应状布置；

八个转子永磁体2均包括两片磁钢，每个转子永磁体2的两片磁钢分别沿对应偏心弧的中心轴呈对称分布，且每个转子永磁体2的两片磁钢之间的夹角大于90°；通过八个转子永磁体2均包括两片磁钢，且该两片磁钢呈V型布置，可以使得电机的凸极率达到1.33，因此使得该电机能够满足高频注入算法对电机凸极率的要求，进而实现无需在电机内安装位置传感器，而是通过高频注入算法即可控制电机，从而降低电机的生产成本和提高电机的可靠性。

转子铁芯1的外表面适配设置有不导电不导磁护套5；不导电不导磁护套5的材料如碳纤维、玻璃纤维等；选用不导电不导磁的材料制作护套5，并将其紧固的设置在转子铁芯1的外表面后，可以在转子高速旋转时，护套5因其不导电性可以避免离心力对转子产生破坏，而护套5不导电可以降低护套5的电涡流损耗，降低转子发热，提高电机性能，从而提高了电机的可靠性和延长电机的使用寿命；此外，当电机运行在20000rpm时，此时电机的损耗相比于选用导电护套5的电机降低了约130W，进而有助于延长电机的使用寿命，从而提高电机的可靠性、稳定性和降低电机的运行成本。

沿转子铁芯1的中心轴线设置有相适配的转子轴6，本装置还包括电机外壳13、适配设置在电机外壳13两端的电机前端盖11和电机后端盖12；电机前端盖11和电机后端盖12内分别有呈转动向布置的电机前轴承9和电机后轴承10，且电机前轴承9和电机后轴承10分别套设在转子轴6上，定子适配设置在电机前轴承9和电机后轴承10之间的电机外壳13内。

实施例2：

如附图1-3、5-10所示，一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，电机的驱动电流为正弦波电流，包括定子组件和设置在定子组件内的转子组件；

电机为八极十二槽电机，八个转子永磁体2沿转子铁芯1的周向依次布置，十二个齿沿着定子铁芯3的周向均匀布置；八极十二槽电磁结构的径向力波谐波次数为4的倍数次，远少于十极十二槽或者十四极十二槽电磁结构的2的倍数次。因此八极十二槽电磁结构可以大幅减少电机径向力波的谐波次数，从而降低电机的噪声，尤其是高频啸叫。

定子组件包括定子铁芯3和缠绕在定子铁芯3上的线圈绕组4；定子铁芯3的内径和外径之比为0.5-0.7，即控制定子裂比在0.5-0.7之间，这能够保证电机使用时处于最优的电磁输出性能；如果定子裂比大于0.7，则定子绕线槽空间过小，定子绕组线径过细内阻过大，会造成电机铜耗过大效率低；如果定子裂比小于0.5，则转子外径过小，电机扭矩过小出力不够；定子铁芯3的外径为70mm-150mm，额定输入功率为100W-3500W；定子铁芯3的轴线两端分别设置有定子前端板7和定子后端板8。

转子组件包括转子铁芯1和转子永磁体2，转子永磁体2呈嵌入式设置在转子铁芯1内，且电机的凸极率为大于等于1.2；将转子永磁体2以嵌入的方式设置在转子铁芯1内，电机为无位置传感器电机，并且电机凸极率大于等于1.2，即q轴电感和d轴电感比率大于等于1.2，进而可以使该电机能够运用高频注入无感控制方法控制电机，进而省略了通过在电机内设置位置传感器控制电机这一方式，从而在降低电机投入成本的情况下，还提高了电机的可靠性；

转子铁芯1的d轴表面包括至少一段偏心弧，这可以保证电机反电动势为正弦波和其总谐波含量小于5％，且降低了齿槽转矩，进而可以使得电机转矩波动下降，从而降低了电机的振动噪声；

在本实施例中，正如图6所示，转子铁芯1的d轴表面包括八段偏心弧，即转子d轴由八个偏心距L1半径为R1的偏心弧构成；八段偏心弧的中心轴到转子组件的中心距离相同，八段偏心弧沿转子铁芯1的周向依次布置，相邻两段偏心弧间有连接段；转子永磁体2和偏心弧呈一一对应状布置；

八个转子永磁体2均包括单片磁钢，每个转子永磁体2的单片磁钢的宽度方向分别沿对应偏心弧的中心轴呈对称分布；通过八个转子永磁体均包括单片磁钢，且每个单片磁钢均呈一字型设置，可以使得电机的凸极率达到1.29，因此使得该电机能够满足高频注入算法对电机凸极率的要求，进而实现无需在电机内安装位置传感器，而是通过高频注入算法即可控制电机，从而降低电机的生产成本和提高电机的可靠性。

转子铁芯1的外表面适配设置有不导电不导磁护套5；不导电不导磁护套5的材料如碳纤维、玻璃纤维等；选用不导电不导磁的材料制作护套5，并将其紧固的设置在转子铁芯1的外表面后，可以在转子高速旋转时，护套5因其不导电性可以避免离心力对转子产生破坏，而护套5不导电可以降低护套5的电涡流损耗，降低转子发热，提高电机性能，从而提高了电机的可靠性和延长电机的使用寿命；此外，当电机运行在20000rpm时，此时电机的损耗相比于选用导电护套5的电机降低了约130W，进而有助于延长电机的使用寿命，从而提高电机的可靠性、稳定性和降低电机的运行成本。

沿转子铁芯1的中心轴线设置有相适配的转子轴6，本装置还包括电机外壳13、适配设置在电机外壳13两端的电机前端盖11和电机后端盖12；电机前端盖11和电机后端盖12内分别有呈转动向布置的电机前轴承9和电机后轴承10，且电机前轴承9和电机后轴承10分别套设在转子轴6上，定子适配设置在电机前轴承9和电机后轴承10之间的电机外壳13内。

运行原理：分别将定子、转子组装成电机后，因此时转子内的永磁体通过嵌入式设置，且使得电机的凸极率大于等于1.2，使得可以通过高频注入无感控制方法控制电机，实现降低成本和提高可靠性；且电机八极十二槽和转子外表面非整圆的设置，可以大大降低电机的噪声。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未实用新型的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，包括定子组件和设置在定子组件内的转子组件；其特征在于，所述电机为八极十二槽电机；所述定子组件包括定子铁芯，定子铁芯的外径为70mm-150mm，定子铁芯的内径和外径之比为0.5-0.7；所述转子组件包括转子铁芯和转子永磁体；所述转子铁芯的d轴表面包括至少一段偏心弧；所述转子永磁体呈嵌入式设置在所述转子铁芯内。

2.根据权利要求1所述的一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，其特征在于，八个转子永磁体沿所述转子铁芯的周向均匀布置；十二个齿沿着所述定子铁芯的周向均匀布置。

3.根据权利要求2所述的一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，其特征在于，所述转子铁芯的d轴表面包括八段偏心弧，八段偏心弧的中心轴到所述转子组件的中心距离相同，八段偏心弧沿所述转子铁芯的周向依次布置，相邻两段偏心弧间有连接段；所述转子永磁体和偏心弧呈一一对应状布置。

4.根据权利要求1所述的一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，其特征在于，所述电机为无位置传感器电机，并且电机的凸极率大于等于1.2。

5.根据权利要求3所述的一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，其特征在于，八个所述转子永磁体均包括两片磁钢，每个转子永磁体的两片磁钢分别沿对应所述偏心弧的中心轴呈对称分布，且每个转子永磁体的两片磁钢之间的夹角大于90°。

6.根据权利要求3所述的一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，其特征在于，八个所述转子永磁体均包括单片磁钢，每个转子永磁体的单片磁钢的宽度方向分别沿对应所述偏心弧的中心轴呈对称分布。

7.根据权利要求2所述的一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，其特征在于，沿十二个齿的外周缘分别缠绕设置有线圈绕组。

8.根据权利要求1所述的一种小型家电用低噪声无位置传感器电机，其特征在于，所述转子铁芯的表面适配设置有不导电不导磁护套。