單相無刷直流電機的製作方法
2023-06-26 15:48:46
專利名稱：單相無刷直流電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電機領域，尤其是涉及一種用於風扇的單相無刷直流電機。
背景技術：
電機廣泛地應用在工業生產以及生活的各種電器設備中，現有的電機可以分為直流電機與交流電機，其中無刷直流電機廣泛應用在諸如電風扇等電器設備上。現有的無刷直流電機具有定子以及轉子，定子包括定子鐵芯以及纏繞在定子鐵芯上的線圈，且定子鐵芯的中部開設有轉子安裝孔，轉子安裝在轉子安裝孔內。轉子具有轉子本體，轉子本體通常具有轉子鐵芯以及注塑成型在轉子鐵芯上的永磁體，轉子軸安裝在轉子本體中並隨轉子的旋轉而旋轉，並由此輸出動力。按照無刷直流電機定子線圈的相數分，現有的無刷直流電機分為單相無刷直流電機與三相無刷直流電機，且三相無刷直流電機中，纏繞在定子鐵芯上的線圈為三相，其運行可靠、噪音低、效率高達，通常達70%或以上。但三相無刷直流電機的生產成本較高，影響三相無刷直流電機的使用。單相無刷直流電機的生產成本低，但存在不少固有缺陷，如起動轉矩較小，且運行過程中存在死點，並且噪音高、運行效率低，通常在55%或以下，導致單相直流電機難以應用在低功率的電器設備中。
發明內容本實用新型的主要目的是提供一種生產成本低且啟動轉矩較大的單相無刷直流電機。為實現本實用新型的主要目的，本實用新型提供的單相無刷直流電機具有定子以及位於定子內的轉子，定子具有定子鐵芯以及纏繞在定子鐵芯上的線圈，定子鐵芯具有軛部以及自軛部向定子鐵芯中心方向延伸的多個齒，且定子鐵芯的中部設有內圓孔，其中，每一齒的內邊緣上具有第一圓弧及第二圓弧，第一圓弧與內圓孔的圓心之間的距離小於第二圓弧與內圓孔的圓心之間的距離，且單相無刷直流電機還設有向線圈供電的控制電路，控制電路具有單片機以及接收單片機輸出信號的四個橋式連接的功率管。由上述方案可見，單相無刷直流電機的齒具有兩段圓弧，且兩段圓弧的半徑不相等，這樣在單相無刷直流電機啟動時產生偏心氣隙，從而增強電機的啟動轉矩，使電機能夠在啟動功率較小的情況下啟動。並且，控制電路使用單片機與四個功率管控制流經線圈的電流，這樣可以避免使用專用的控制晶片以降低電機的生產成本。一個優選的方案是，第一圓弧的長度與第二圓弧的長度相等，且第一圓弧與第二圓弧在兩個同心圓上，該同心圓的圓心為定子鐵芯的圓心。由此可見，兩端圓弧在兩個同心圓上，這樣可以簡化製作定子鐵芯的定子衝片的設計，且兩段圓弧長度相等有利於偏心氣隙的產生，使電機運行時更加穩定。進一步的方案是，單相無刷直流電機還具有安裝在定子鐵芯兩側面外的前端蓋及後端蓋。由此可見，前端蓋與後端蓋安裝在定子鐵芯的兩側，即定子鐵芯的側壁將外露在前端蓋與後端蓋之間，這樣有利於定子鐵芯產生的熱量及時從空氣導走，避免定子鐵芯過熱而影響電機的工作。更進一步的方案是，轉子具有轉子軸以及套裝在轉子軸外的轉子本體，轉子本體具有轉子鐵芯以及注塑成型在轉子鐵芯外的永磁體，轉子鐵芯的周壁上設有自周壁沿轉子鐵芯徑向向外延伸的多根筋條。可見，轉子本體由轉子鐵芯與永磁體構成，有利於轉子本體產生穩定的磁場，確保轉子能夠在定子產生的磁場下穩定地旋轉。更進一步的方案是，永磁體的軸向高度大於或等於轉子鐵芯的軸向高度，且永磁體的兩端面處設有自永磁體內壁沿徑向向軸線方向延伸的多個壓塊，多個壓塊抵接在轉子鐵芯的端面上。由此可見，使用多個壓塊抵接在轉子鐵芯的端面上，能夠將轉子鐵芯牢固地固定在永磁體內，避免轉子鐵芯從永磁體上脫落。
圖1是本實用新型實施例中定子的結構圖。圖2是本實用新型實施例中定子縮小了的結構分解圖。圖3是本實用新 型實施例中定子衝片結構圖。圖4是本實用新型實施例中定子衝片的局部放大圖。圖5是本實用新型實施例中轉子的結構。圖6是本實用新型實施例中轉子縮小了的結構分解結構。圖7是本實用新型實施例中永磁體的結構放大結構。圖8是本實用新型實施例中轉子本體的結構放大結構。圖9是本實用新型實施例中控制電路中功率管、驅動電路及單片機的電原理圖。圖10是本實用新型實施例中控制電路中電源電路的電原理圖。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式
本實用新型的電機具有定子以及安裝在定子內的轉子，如圖1與圖2所示，定子10具有定子鐵芯11以及纏繞在定子鐵芯11上的多個線圈35，定子鐵芯11由多片形狀相同的定子衝片疊壓而成。定子鐵芯11大致呈方形，其中部設有內圓孔17，轉子安裝在內圓孔17內。定子鐵芯11的四個角上分別開設有一個螺釘孔12，以便於將前端蓋與後端蓋安裝在定子鐵芯11的兩側。如圖3所示，定子衝片20為大致呈方形的矽鋼片，其四個角分別設有圓倒角，且每一個角上分別開設有通孔25，多片定子衝片20疊壓形成定子鐵芯11後，多片定子衝片20的通孔25將形成螺釘孔12。定子衝片20的中部設有內圓孔22，內圓孔22的圓心為定子衝片20的中心。定子衝片20具有軛部21，軛部21位於內圓孔22外，且定子衝片20還設有自軛部21沿定子衝片20徑向向定子衝片20中心方向延伸的多個齒23，相鄰的兩個齒23之間形成槽24。每一個齒23的內邊緣具有兩段圓弧，分別是第一圓弧27以及第二圓弧28，兩段圓弧分別是以內圓孔22的圓心為圓心的同心圓上的一段圓弧，第一圓弧27的半徑為R1，第二圓弧28的半徑為R2。從圖3可見，第一圓弧27的半徑Rl小於第二圓弧28的半徑R2。本實施例中，第一圓弧27的半徑Rl與第二圓弧28的半徑R2的差值為0.3毫米至I毫米之間。從圖3與圖4可見，第一圓弧27的長度與第二圓弧28的長度相等，且在第一圓弧27與第二圓弧28之間連接有一段沿定子衝片20徑向延伸的線段29。如圖1與圖2所示，將多片定子衝片20疊壓形成定子鐵芯11後，定子鐵芯11的內圓孔17外具有軛部14，並具有自軛部14沿定子鐵芯11的徑向向定子鐵芯11中心方向延伸的多個齒15,相鄰的兩個齒15之間形成槽16。每一個齒15上纏繞有線圈35。本實施例中，多個線圈35相互之間串聯連接，形成一個單相的直流電機。與定子衝片20相同，定子鐵芯11的每一個齒15的內邊緣具有兩段圓弧，分別是第一圓弧18以及第二圓弧19，兩段圓弧與內圓孔圓心之間的距離不相等，即第一圓弧18與內圓孔17圓心之間的距離小於第二圓弧19與內圓孔17圓心之間的距離。此外，第一圓弧18、第二圓弧19的長度相等,且在以內圓孔17的圓心為圓心的兩個同心圓上,兩個同心圓的半徑差為0.3毫米至1.0毫米之間。由於每一個齒15具有半徑不相等的兩段圓弧，在電機啟動時將產生偏心氣隙，電機的啟動轉矩較大，有利於電機在低功率的情況下啟動，能夠應用在諸如電風扇等小型的電器設備中。在定子鐵芯11外套裝有絕緣骨架，絕緣骨架由上骨架31以及下骨架32構成，絕緣骨架套裝在每一個齒15外，多個線圈35纏繞在絕緣骨架上，以避免線圈35直接與齒15接觸。 在上骨架31上設置有電路板33，電路板33上安裝有霍爾傳感器，用於檢測轉子的位置，並將檢測到的信號傳輸至控制電路，控制電路根據檢測到的信號判斷轉子的位置，並由此計算轉子的轉速，進而控制向定子線圈加載的電流大小。在定子鐵芯11的兩側分別安裝有前端蓋與後端蓋，圖1與圖2中均未示出前端蓋與後端蓋。本實施例中，前端蓋具有四個螺釘孔，分別與定子鐵芯11的螺釘孔12對應。並且，後端蓋也具有四個螺釘孔，也是分別與定子鐵芯11的四個螺釘孔12對應。組裝電機時，將前端蓋與後端蓋分別安裝在定子鐵芯11的兩側，且使用螺釘將前端蓋、後端蓋與定子鐵芯11固定，這樣定子鐵芯11的四個側壁13外露在前端蓋與後端蓋之間，電機運行時定子鐵芯11產生的熱量將通過側壁13散發到空氣中，有利於定子鐵芯11的及時散熱。電機的轉子安裝在定子10的內圓孔17內，並可相對定子發生旋轉。參見圖5與圖6，轉子40具有轉子軸41以及套裝在轉子軸41外的轉子本體50，轉子軸41的一端插有銷軸42，在轉子軸41旋轉時，銷軸42繞轉子軸41的軸線旋轉，帶動諸如風扇葉片等轉動。轉子軸41上還設有卡簧組件43、44，兩個卡簧組件43、44分別位於轉子本體50的兩端。轉子本體50由轉子鐵芯51以及永磁體53構成，轉子鐵芯51由多片形狀相同的轉子衝片疊壓而成，轉子鐵芯51的周壁上設有自轉子鐵芯51周壁沿其徑向向外延伸的多根筋條52，每一根筋條52的橫截面為半圓柱狀。[0040]永磁體53注塑成型在轉子鐵芯51外，如圖7與圖8所示，永磁體53由永磁材料製成，大致呈圓柱狀，其中部為內圓孔56，轉子鐵芯51位於內圓孔56內。由於轉子鐵芯51的周壁上設有多根筋條52，永磁體注塑成型後，筋條52與永磁體內壁之間產生摩擦力，避免轉子旋轉時轉子鐵芯51與永磁體53發生相對運動。在內圓孔56靠近永磁體53的端面54處設有多個壓塊55,每一個壓塊55自內圓孔56的內壁沿永磁體53的徑向向軸線方向延伸，且壓塊55抵接在定子鐵芯51的端面上。這樣，通過壓塊55可以將定子鐵芯51固定在永磁體53內。在永磁體53的每一個端面處均設有多個壓塊55，在同一個端面的多個壓塊55沿永磁體53的周向均勻分布。本實施例中，永磁體53的軸向高度大於轉子鐵芯51的軸向高度，在永磁體53上設置壓塊55將轉子鐵芯51固定，不需要將永磁體53設置成包裹轉子鐵芯51的結構，可以節省永磁材料的使用，從而節省電機的生產成本。當然，永磁體53的軸向高度也可以設計成與轉子鐵芯51的軸向高度相等。電機的前端蓋或後端蓋外設置有電路板，電路板上設有控制電路，控制電路具有單片機以及由單片機控制的多個功率管，且單片機與功率管之間連接有驅動電路，驅動電路包括多個三極體，用於接收單片機輸出的信號並向功率管輸出驅動信號。參見圖9，控制電路具有四個橋式連接的功率管Q1、Q2、Q3、Q4，四個功率管Q1、Q2、Q3、Q4均為場效應管，且四個功率管Ql、Q2、Q3、Q4與電機本體M構成H橋。電機本體M為電機的定子與轉子，四個功率管Ql、Q2、Q3、Q4向定子的線圈輸出電流,從而控制轉子的轉動方向與轉速。控制電路具有單片機60以及驅動電路，驅動電路包括第一驅動電路及第二驅動電路，第一驅動電路包括四個三極體U5、U6、U7、U8，其中三極體U5接收單片機60輸出的信號，並向三極體U6輸出信號，三極體U6、U7控制功率管Ql的通斷。三極體U8也接收單片機60輸出的電信號，並控制功率管Q2的通斷。
第二驅動電路包括四個三極體Ul、U2、U3、U4，其中三極體Ul接收單片機60輸出的信號，並向三極體U2輸出信號，三極體U2、U3控制功率管Q3的通斷。三極體U4也接收單片機60輸出的電信號，並控制功率管Q4的通斷。由於四個功率管Ql、Q2、Q3、Q4與電機本體M構成H橋，因此四個功率管Ql、Q2、Q3、Q4在單片機10輸出的信號下輪流導通，如在第一時間段內，功率管Q1、Q4導通，功率管Q2、Q3截止，電流可以流經功率管Q1、電機本體M以及功率管Q4，在第二時間段內，功率管Ql、Q3導通，功率管Ql、Q4截止，電流流經功率管Q3、電機本體M以及功率管Q2，從而實現對電機的控制。通過控制單片機60輸出的信號，可以改變功率管Q1、Q2、Q3、Q4的通斷時間，從而改變流經定子線圈的電流大小，進而控制轉子的轉速。控制電路還設有電源電路，如圖10所示，電流電路包括四個二極體D1、D2、D3、D4構成的橋式整流電路，整流電路與濾波電容C5並聯連接，整流電路與濾波電容C5構成了整流濾波電路，將接收的交流信號轉換成直流信號VCC。電源電路還包括變壓晶片61，變壓晶片61接收整流濾波電路輸出的直流信號VCC,並將直流信號VCC降壓並經過穩壓管D7、D26穩壓後形成直流電源VDD供驅動電路使用。[0051]由於單相無刷直流電機採用單相線圈的結構，其結構簡單，生產成本較低。並且，定子鐵芯的齒採用兩段半徑不相等的圓弧設計，在電機啟動時產生偏心氣隙，有利於電機的啟動。當然，上述實施例僅是本實用新型優選的實施方式，實際應用時可以有更多的改變，例如，第一圓弧的長度與第二圓弧的長度不相等；或者，轉子本體不是由轉子鐵芯與永磁體構成，而是直接在轉子軸外注塑形成圓柱狀的永磁體作為轉子本體，這樣的改變也能實現本實用新型的目的。最後需要強調的是，本實用新型不限於上述實施方式，如定子衝片上齒的數量的改變、定子鐵芯形狀 的改變等變化也應該包括在本實用新型權利要求的保護範圍內。
權利要求1.單相無刷直流電機，包括 定子以及位於所述定子內的轉子，所述定子具有定子鐵芯以及纏繞在所述定子鐵芯上的線圈，所述定子鐵芯具有軛部以及自所述軛部向定子鐵芯中心方向延伸的多個齒，且所述定子鐵芯的中部設有內圓孔； 其特徵在於: 每一所述齒的內邊緣上具有第一圓弧及第二圓弧，所述第一圓弧與所述內圓孔的圓心之間的距離小於所述第二圓弧與內圓孔的圓心之間的距離； 所述單相無刷直流電機還設有向所述線圈供電的控制電路，所述控制電路具有單片機以及接收所述單片機輸出信號的四個橋式連接的功率管。
2.根據權利要求1所述的單相無刷直流電機，其特徵在於: 所述第一圓弧的長度與所述第二圓弧的長度相等。
3.根據權利要求2所述的單相無刷直流電機，其特徵在於: 所述第一圓弧與所述第二圓弧在兩個同心圓上，且所述同心圓的圓心為所述定子鐵芯的圓心。
4.根據權利要求3所述的單相無刷直流電機，其特徵在於: 兩個所述同心圓的半徑差為0.3毫米至I毫米之間。
5.根據權利要求1或4任一項所述的單相無刷直流電機，其特徵在於: 所述單相無刷直流電機·還具有安裝在所述定子鐵芯兩側面外的前端蓋及後端蓋。
6.根據權利要求1或4任一項所述的單相無刷直流電機，其特徵在於: 所述控制電路還設有連接在所述單片機及所述功率管之間的驅動電路，所述驅動電路接收所述單片機的信號並驅動所述功率管工作。
7.根據權利要求6所述的單相無刷直流電機，其特徵在於: 所述控制電路還設有向所述驅動電路供電的電源電路，所述電源電路具有整流濾波電路及接收所述整流濾波電路輸出信號的變壓晶片。
8.根據權利要求1或4任一項所述的單相無刷直流電機，其特徵在於: 所述轉子具有轉子軸以及套裝在所述轉子軸外的轉子本體，所述轉子本體具有轉子鐵芯以及注塑成型在所述轉子鐵芯外的永磁體，所述轉子鐵芯的周壁上設有自所述周壁沿轉子鐵芯徑向向外延伸的多根筋條。
9.根據權利要求8所述的單相無刷直流電機，其特徵在於: 所述永磁體的軸向高度大於或等於所述轉子鐵芯的軸向高度，且所述永磁體的兩端面處設有自所述永磁體內壁沿徑向向軸線方向延伸的多個壓塊，多個所述壓塊抵接在所述轉子鐵芯的端面上。
10.根據權利要求9所述的單相無刷直流電機，其特徵在於: 在所述永磁體同一端面上的多個所述壓塊在所述永磁體的周向上均勻布置。
專利摘要本實用新型提供一種單相無刷直流電機，包括定子以及位於定子內的轉子，定子具有定子鐵芯以及纏繞在定子鐵芯上的線圈，定子鐵芯具有軛部以及自軛部向定子鐵芯中心方向延伸的多個齒，且定子鐵芯的中部設有內圓孔，其中，每一齒的內邊緣上具有第一圓弧及第二圓弧，第一圓弧與內圓孔的圓心之間的距離小於第二圓弧與內圓孔的圓心之間的距離，且單相無刷直流電機還設有向線圈供電的控制電路，控制電路具有單片機以及接收單片機輸出信號的四個橋式連接的功率管。本實用新型提供的單相無刷直流電機生產成本較低，且採用偏心氣隙設計，啟動轉矩較大，有利於電機的啟動。
文檔編號H02K29/00GK203119732SQ201320088888
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月26日 優先權日2013年2月26日
發明者張貓貓, 王成糧, 唐雪華, 陳衛星 申請人:珠海格力電器股份有限公司, 珠海凱邦電機製造有限公司, 合肥凱邦電機有限公司, 重慶凱邦電機有限公司, 河南凱邦電機有限公司