用於氣流風門控制的執行器及其電的製造方法
2023-05-04 14:20:01
用於氣流風門控制的執行器及其電的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開用於氣流風門控制的執行器及其電機。執行器包括電機、連接執行器和風門的輸出連接器、連接於電機和輸出連接器之間的傳動裝置、以及在電機斷電時使輸出連接器克服電機的定位轉矩而將氣流風門移動至預定位置的儲能裝置。電機包括定子和相對定子旋轉的轉子,定子包括定子磁芯和纏繞於定子磁芯上的定子繞組,定子磁芯包括環形軛部及從環形軛部沿徑向延伸的九個凸極,定子繞組纏繞於凸極上。轉子包括轉軸及固定至轉軸的環形磁鐵,環形磁鐵形成N極、S極交替的十二個永磁極,相鄰永磁極之間的邊界相對轉軸軸線具有範圍在13至17度之間的傾斜角。本實用新型的實施例中,電機的定位轉矩更小,可以滿足執行器中使用更小彈簧的需要。
【專利說明】用於氣流風門控制的執行器及其電機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及用於暖通空調(HVAC)系統中氣流風門控制的執行器,尤其涉及該執行器的驅動電機。
【背景技術】
[0002]建築物HVAC系統中通常使用執行器打開或關閉氣流風門。正常情況下,執行器被供電,將氣流風門保持在打開位置,以保證建築物的通風。而當發生火災等緊急情況時,執行器被斷電,風門須自動移動到關閉位置,以防止火焰和煙氣擴散到其他區域。
[0003]現有執行器中設電機、傳動機構、及彈簧。正常情況下,電機被供電,彈簧處於變形狀態,執行器的輸出機構能克服彈簧的回覆力將氣流風門保持在打開位置。發生緊急情況時,電機的電源被切斷,彈簧的回覆力可使風門自動移動到關閉位置。斷電時,電機的定位轉矩(detent torque,等於齒槽轉矩與摩擦轉矩之和)被傳動機構放大,阻止執行器的動作,彈簧需要克服電機的定位轉矩使執行器動作。本實用新型的發明人了解到業界目前一種此應用類型電機的定位轉矩約為0.6mNm。
[0004]本實用新型旨在提供定位轉矩更小的電機,以滿足使用更小彈簧的需要。
實用新型內容
[0005]本實用新型一方面提供一種用於控制暖通空調系統中氣流風門的執行器,包括電機、連接執行器和氣流風門的輸出連接器、連接於電機和輸出連接器之間的傳動裝置、以及在電機斷電時使輸出連接器克服電機的定位轉矩而將氣流風門移動至預定位置的儲能裝置。電機包括定子和相對定子旋轉的轉子。定子包括定子磁芯和纏繞於定子磁芯上的定子繞組,定子磁芯包括環形軛部及從環形軛部沿徑向延伸的九個凸極,相鄰凸極之間形成線槽,定子繞組纏繞於凸極上並收容於線槽內。轉子包括轉軸及固定至轉軸的環形磁鐵,環形磁鐵與定子磁芯之間具有氣隙,環形磁鐵形成N極、S極交替的十二個永磁極,相鄰永磁極之間的邊界相對轉軸軸線具有範圍在13至17度之間的傾斜角。
[0006]較佳的,所述電機為永磁無刷電機,所述轉子圍繞定子設置。
[0007]較佳的,所述氣隙的寬度與環形磁鐵的厚度的比值為0.49至0.51。
[0008]較佳的,所述環形磁鐵的厚度與轉子的內半徑的比值為0.11至0.13。
[0009]較佳的,所述凸極包括沿徑向延伸的極身以及從極身末端沿電機周向延伸的極靴,所述極身的周向寬度與定子磁芯的外半徑的比值為0.18至0.2。
[0010]較佳的,所述線槽的槽口寬度與定子磁芯的外半徑之間的比值為0.09至0.11。
[0011]較佳的,所述儲能裝置為彈簧,所述電機被供電時驅動所述輸出連接器克服彈簧的回覆力將所述氣流風門保持在打開位置,所述電機斷電時所述彈簧的回覆力使所述輸出連接器將所述氣流風門移動至閉合位置。
[0012]本發明的另一方面提供一種執行器,包括:電機、連接執行器和一外部負載的輸出連接器、連接於電機和輸出連接器之間的傳動裝置、以及在電機斷電時使輸出連接器克服電機的定位轉矩而將外部負載移動至預定位置的彈簧。電機包括定子和相對定子旋轉的轉子。定子包括定子磁芯和纏繞於定子磁芯上的定子繞組。定子磁芯包括環形軛部及從環形軛部沿徑向延伸的九個凸極,相鄰凸極之間形成線槽,定子繞組纏繞於凸極上並收容於線槽內。轉子包括轉軸及固定至轉軸的環形磁鐵,環形磁鐵與定子磁芯之間具有氣隙,環形磁鐵形成N極、S極交替的十二個永磁極,相鄰永磁極之間的邊界相對轉軸軸線具有範圍在13至17度之間的傾斜角。
[0013]較佳的,電機被供電時驅動輸出連接器克服彈簧的回覆力將負載保持在第一位置,電機斷電時彈簧的回覆力使所述輸出連接器將所述負載移動至第二位置。
[0014]本發明再一方面提供一種執行器電機,包括定子和相對定子旋轉的轉子。定子包括定子磁芯和纏繞於定子磁芯上的定子繞組,定子磁芯包括環形軛部及從環形軛部沿徑向延伸的九個凸極,相鄰凸極之間形成線槽,定子繞組纏繞於所述凸極上並收容於線槽內。轉子包括轉軸及固定至轉軸的環形磁鐵,環形磁鐵與定子磁芯之間具有氣隙,環形磁鐵形成N極、S極交替的十二個永磁極,相鄰永磁極之間的邊界相對轉軸軸線具有範圍在13至17度之間的傾斜角。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是根據本實用新型較佳實施例的用於控制HVAC系統中氣流風門的執行器的結構框圖;
[0016]圖2示出圖1中執行器的永磁電機的組裝圖;
[0017]圖3示出圖2中電機的軸向剖視圖;
[0018]圖4示出圖2中電機的部分組件的平面圖;
[0019]圖5示出圖2中電機的環形磁鐵的部分平面展開圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖,通過對本實用新型的【具體實施方式】詳細描述,將使本實用新型的技術方案及其他有益效果顯而易見。可以理解,附圖僅提供參考與說明用,並非用來對本實用新型加以限制。附圖中顯示的尺寸僅僅是為了便於清晰描述,而並不限定比例關係。
[0021]圖1示出根據本實用新型一較佳實施例的用於控制HVAC系統中氣流風門(包括閥門)10的執行器12,包括電機14、傳動裝置16、儲能裝置18、及輸出連接器20。傳動裝置16連接於電機14和輸出連接器20之間,例如可以是齒輪傳動系統或皮帶傳動系統。傳動裝置16可將電機14輸出的轉矩放大傳遞至輸出連接器20。輸出連接器20例如可以是連軸器,可與氣流風門10的轉軸連接,使氣流風門在打開位置和關閉位置之間移動。儲能裝置18較佳的為彈簧,可連接至傳動裝置16。正常情況下,電源被提供給電機14使其產生驅動力,此時彈簧18處於變形狀態,輸出連接器20可克服彈簧18的變形力將氣流風門10保持在打開位置。發生火災等緊急情況下,電機14的電源被切斷,彈簧18恢復至自然狀態,依靠彈簧18恢復過程中的回覆力使得輸出連接器20克服電機14的定位轉矩而將氣流風門10移動至閉合位置。
[0022]請參閱圖2至圖4,電機14包括定子和可相對定子旋轉的轉子。在本實施例中,電機為永磁無刷電機,轉子圍繞定子設置,形成內定子外轉子結構。
[0023]定子包括由導磁材料(如鐵)製成的定子磁芯30和纏繞於定子磁芯30上的定子繞組32。所述定子磁芯30包括環形軛部34及從環形軛部34沿徑向向外延伸的若干凸極36,相鄰凸極36之間形成線槽38。定子繞組32繞設於各凸極36上並收容於線槽38內。定子磁芯30可由若干定子晶片沿轉軸軸向堆疊而成。每一凸極36包括沿電機徑向(可以理解地,此處徑向包括嚴格意義上的徑向及稍微偏離徑向如偏離徑向30度以內的方向)延伸的極身40及從極身40末端沿電機周向延伸的極靴42,定子繞組32繞設於極身40上。定子繞組32由外部電源供電,通電後在凸極上產生N、S極交替的勵磁極。
[0024]轉子包括轉軸52、固定至轉軸52的圓筒形殼體54和固定於殼體54內壁的環形永久磁鐵56。殼體54由導磁材料製成。環形磁鐵56與定子磁芯30相對而設且兩者之間具有氣隙57。在本實施例中,環形磁鐵56沿周向形成N極、S極交替設置的若干個永磁極58。殼體54為碗狀,具有開口端和封閉端62。電機14還包括一電路板64和蓋板66。所述電路板64和蓋板66位於殼體54的開口端並與殼體54末端及定子繞組32沿軸向間隔一定距離。定子還包括固定至定子磁芯32的環形軛部34內的軸承安裝座68,轉子的轉軸52通過軸承70可旋轉地安裝至軸承安裝座68。蓋板66固定至軸承安裝座68,電路板64固定至蓋板64內側,可設若干位置傳感器(如霍爾傳感器)以檢測轉子的旋轉。轉軸52的一端經由軸承72固定安裝至殼體54,轉軸52的另一端作為輸出端與傳動裝置連接。軸承安裝座68設有凹陷部,固定安裝在轉軸52上的擋環74收容於凹陷部內以阻止轉子脫離定子。
[0025]在根據本實用新型上述較佳實施例的示例中,採用十二極九槽(十二個轉子磁極九個定子繞線槽)外轉子式無刷直流電機,電機的外徑(轉子殼體54的外徑)為30mm,電機的軸向高度(蓋板66的外端面與殼體封閉端62的外端面之間的距離)為15.6mm,環形磁鐵的軸向高度為8mm,定子磁芯的軸向高度為6.5mm。每一永磁極58沿徑向極化,相鄰磁極58間的邊界74相對轉軸52的軸線Z-Z具有傾斜角α (如圖5所示),傾斜角α較佳的在13至17度之間。環形磁鐵56與定子磁芯30之間的氣隙57的寬度與環形磁鐵56的厚度的比值為0.49至0.51,環形磁鐵56的厚度與轉子內半徑(本實施例中為環形磁鐵56的內半徑)的比值為0.11至0.13,定子磁芯的凸極的極身40的周向寬度與定子磁芯30的外半徑的比值在0.18至0.2的範圍內。相鄰凸極36之間形成的線槽38的槽口寬度與定子磁芯30的外半徑的比值在0.09至0.11的範圍內。
[0026]依據電機理論,電機的諧波次數(轉子磁極極數和定子繞線槽槽數的最小公倍數)越高,電機的齒槽轉矩越低。然而,通過大量的試驗和測試,本申請的實用新型的發明人發現,在電機尺寸相同的情況下,與採用十極九槽電機(諧波次數為90)和十四極十二槽(諧波次數為84)電機相比,本實用新型實施例中的十二極九槽電機(諧波次數為36)的定位轉矩更小。將環形磁鐵相鄰磁極間的邊界相對轉軸軸線的傾斜角α設置在13至17度之間時,電機的定位轉矩可低至0.45mNm,與 申請人:所知的業界數據0.6mNm相比,顯著降低了 25%。
[0027]可以理解地,本實用新型的電機也可以為內轉子式,即轉子位於定子內側,轉子磁鐵位於轉子外表面,定子凸極由外向內延伸,定子凸極的徑向內端與轉子磁鐵相對。
[0028]可以理解,本實用新型中可採用滾動軸承支撐轉軸,以降低電機的摩擦轉矩,進一步降低電機的定位轉矩。
[0029]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已,並不用以限制本實用新型,凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於控制暖通空調系統中氣流風門的執行器,包括:電機、連接所述執行器和所述氣流風門的輸出連接器、連接於所述電機和輸出連接器之間的傳動裝置、以及在電機斷電時使所述輸出連接器克服電機的定位轉矩而將所述氣流風門移動至預定位置的儲能裝置;其中,所述電機包括定子和相對定子旋轉的轉子,所述定子包括定子磁芯和纏繞於定子磁芯上的定子繞組,所述定子磁芯包括環形軛部及從環形軛部沿徑向延伸的九個凸極,相鄰凸極之間形成線槽,所述定子繞組纏繞於所述凸極上並收容於線槽內;所述轉子包括轉軸及固定至轉軸的環形磁鐵,所述環形磁鐵與定子磁芯之間具有氣隙,所述環形磁鐵形成N極、S極交替的十二個永磁極,相鄰永磁極之間的邊界相對轉軸軸線具有範圍在13至17度之間的傾斜角。
2.如權利要求1所述的執行器,其特徵在於,所述電機為永磁無刷電機,所述轉子圍繞定子設置。
3.如權利要求2所述的執行器,其特徵在於,所述氣隙的寬度與環形磁鐵的厚度的比值為0.49至0.51。
4.如權利要求2所述的執行器,其特徵在於,所述環形磁鐵的厚度與轉子的內半徑的比值為0.11至0.13。
5.如權利要求2所述的執行器,其特徵在於,所述凸極包括沿徑向延伸的極身以及從極身末端沿電機周向延伸的極靴,所述極身的周向寬度與定子磁芯的外半徑的比值為0.18至 0.2。
6.如權利要求2所述的執行器,其特徵在於,所述線槽的槽口寬度與定子磁芯的外半徑之間的比值為0.09至0.11。
7.如權利要求1至6任一項所述的執行器,其特徵在於,所述儲能裝置為彈簧,所述電機被供電時驅動所述輸出連接器克服彈簧的回覆力將所述氣流風門保持在打開位置,所述電機斷電時所述彈簧的回覆力使所述輸出連接器將所述氣流風門移動至閉合位置。
8.一種執行器,包括:電機、連接所述執行器和一外部負載的輸出連接器、連接於所述電機和輸出連接器之間的傳動裝置、以及在電機斷電時使所述輸出連接器克服電機的定位轉矩而將所述外部負載移動至預定位置的彈簧;其中,所述電機包括定子和相對定子旋轉的轉子,所述定子包括定子磁芯和纏繞於定子磁芯上的定子繞組,所述定子磁芯包括環形軛部及從環形軛部沿徑向延伸的九個凸極,相鄰凸極之間形成線槽,所述定子繞組纏繞於所述凸極上並收容於線槽內;所述轉子包括轉軸及固定至轉軸的環形磁鐵,所述環形磁鐵與定子磁芯之間具有氣隙,所述環形磁鐵形成N極、S極交替的十二個永磁極,相鄰永磁極之間的邊界相對轉軸軸線具有範圍在13至17度之間的傾斜角。
9.如權利要求8所述的執行器,其特徵在於,所述電機被供電時驅動所述輸出連接器克服彈簧的回覆力將所述負載保持在第一位置,所述電機斷電時所述彈簧的回覆力使所述輸出連接器將所述負載移動至第二位置。
10.如權利要求9所述的執行器電機,其特徵在於,所述電機具有如權利要求2至6任一項所述執行器的電機的特徵。
11.一種執行器電機,包括定子和相對定子旋轉的轉子,所述定子包括定子磁芯和纏繞於定子磁芯上的定子繞組,所述定子磁芯包括環形軛部及從環形軛部沿徑向延伸的九個凸極,相鄰凸極之間形成線槽,所述定子繞組纏繞於所述凸極上並收容於線槽內;所述轉子包括轉軸及固定至轉軸的環形磁鐵,所述環形磁鐵與定子磁芯之間具有氣隙,所述環形磁鐵形成N極、S極交替的十二個永磁極,相鄰永磁極之間的邊界相對轉軸軸線具有範圍在13至17度之間的傾斜角。
12.如權利要求11所述的執行器電機,其特徵在於,所述電機具有如權利要求2至6任一項所述執行器的電機的特徵。
【文檔編號】H02K1/14GK204013045SQ201420282984
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】李越, 柴捷, 潘廣業, 李文亮, 鄧偉超, 楊波, 桂林平 申請人:德昌電機(深圳)有限公司