一種應用高性能直流無刷電機的油煙機的製作方法
2024-02-11 22:05:15 1
本實用新型屬於油煙機領域，更具體的說涉及一種應用高性能直流無刷電機的油煙機。
背景技術：
隨著永磁新材料、微電子技術、自動控制技術以及電力電子技術的發展，直流無刷電機作為一種新型、高效率的電機得到了廣泛的應用。傳統的油煙機用電機採用電容運轉單相交流電機，存在著起動異音大、整機效率偏低、靜壓吸力小以及速度調節困難等缺陷。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題是提供一種應用高性能直流無刷電機的油煙機，由於該電機採用三段軟起動模式，故油煙機起動時衝擊小，沒有明顯的起動噪聲；最大靜壓可提高15-25％；油煙機的整機效能可提升10-15％；直流無刷電機容易實現無級調速，適應於油煙機上的智能控制。
為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案為：一種應用高性能直流無刷電機的油煙機，包括有電機和控制器，所述電機為直流無刷電機，所述控制器包括有MCU晶片和3 對逆變開關管模塊，所述MCU晶片負責模擬和數字量的控制處理，所述逆變開關管模塊負責三相繞組中電流的通斷切換；所述電機採用三相分數槽集中繞組，且所述三相繞組星形連接3對全橋式驅動電路；所述電機包括有轉子、定子，所述轉子上設置有轉子鐵芯，所述定子上設置有定子鐵芯，所述轉子鐵芯與定子鐵芯相對應左右對齊，所述轉子上還設置有磁瓦，所述磁瓦的單邊長度大於轉子鐵芯。
進一步，所述電機還包括有滾動軸承和用於調整其軸向的累加尺寸公差的波形墊圈。
進一步，所述定子上設置有定子衝片，所述定子衝片設置有12個槽口，所述定子衝片的齒冠處開設有矩形輔助凹槽，且所述輔助凹槽的寬度等於定子衝片槽口的寬度；所述轉子上設置有轉子衝片，所述轉子衝片挖空設置。
進一步，所述轉子鐵芯上均勻分布有10片磁瓦，所述磁瓦為燒結鐵氧體材料，所述磁瓦的外徑和內徑不同心設置。
進一步，所述磁瓦在轉子中採用表貼式結構，所述定子還包括有接線板，所述接線板由覆銅環氧板組成。
採用上述技術方案，由於油煙機屬於風扇類負載，起動力矩要求較小，可以運用無霍爾傳感器方式來控制。MCU晶片根據實時反饋的三相反電動勢情況計算出轉子的具體位置，來適時切換定子三相繞組中電流的方向，以達到電子換向的目的。油煙機、空調等家用電器消費類產品對振動、噪音等指標要求高，故驅動器必須是正弦波矢量控制。使電機中的反電動勢和輸入電流相位保持一致，以確保輸出力矩最大，使產品的效能高。
附圖說明
圖1為本實用新型一種應用高性能直流無刷電機的油煙機中三相繞組星形連接3對全橋式驅動電路的電路結構示意圖；
圖2為本實用新型一種應用高性能直流無刷電機的油煙機中電機的立體結構爆炸圖；
圖3為本實用新型一種應用高性能直流無刷電機的油煙機中電機的縱向剖面視圖
圖4為本實用新型一種應用高性能直流無刷電機的油煙機中定子衝片的主視圖；
圖5為本實用新型一種應用高性能直流無刷電機的油煙機中轉子衝片的主視圖；
圖6為本實用新型一種應用高性能直流無刷電機的油煙機中定子的俯視圖
圖7為本實用新型一種應用高性能直流無刷電機的油煙機中定子的縱向剖面視圖
圖8為本實用新型一種應用高性能直流無刷電機的油煙機中定子的仰視圖
圖9為本實用新型一種應用高性能直流無刷電機的油煙機中轉子的橫向剖面視圖
圖10為本實用新型一種應用高性能直流無刷電機的油煙機中轉子的縱向剖面視圖
圖中，2-轉子，3-定子，4-後端蓋，7-滾動軸承，8-護線圈，11-波形墊圈，32-接線板，211-轉子鐵芯，311-定子鐵芯，212-磁瓦，2111-轉子衝片，3111-定子衝片。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對於這些實施方式的說明用於幫助理解本實用新型，但並不構成對本實用新型的限定。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
如圖所示的一種應用高性能直流無刷電機的油煙機，其特徵是：包括有電機和控制器，所述電機為直流無刷電機，所述控制器包括有MCU晶片和3對逆變開關管模塊，所述MCU 晶片負責模擬和數字量的控制處理，所述逆變開關管模塊負責三相繞組中電流的通斷切換；所述電機採用三相分數槽集中繞組，且所述三相繞組星形連接3對全橋式驅動電路；所述電機包括有轉子2、定子3，所述轉子2上設置有轉子鐵芯211，所述定子3上設置有定子鐵芯311，所述轉子鐵芯211與定子鐵芯311相對應左右對齊，所述轉子2上還設置有磁瓦 212，所述磁瓦212的單邊長度大於轉子鐵芯211。
進一步，所述電機還包括有滾動軸承7和用於調整其軸向的累加尺寸公差的波形墊圈 11。
進一步，所述定子3上設置有定子衝片3111，所述定子衝片3111設置有12個槽口，所述定子衝片3111的齒冠處開設有矩形輔助凹槽，且所述輔助凹槽的寬度等於定子衝片3111槽口的寬度；所述轉子2上設置有轉子衝片2111，所述轉子衝片2111挖空設置。
進一步，所述轉子鐵芯211上均勻分布有10片磁瓦212，所述磁瓦212為燒結鐵氧體材料，所述磁瓦212的外徑和內徑不同心設置。
進一步，所述磁瓦212在轉子2中採用表貼式結構，所述定子3還包括有接線板32，所述接線板32由覆銅環氧板組成。
所述直流無刷電機採用三相分數槽集中繞組，三相繞組星形連接三對MOSFET全橋式驅動電路，其原理如圖2所示，A、B、C三相繞組同時通過正弦波連續電流(180°導通)，且各相之間相差120°相位角，相比起流過斷續電流的方波驅動模式有更低的振動噪聲等優勢
轉子2裝入定子3內孔中，兩者間單邊留有0.4-0.5mm的氣隙空間，定子鐵芯311與轉子鐵芯211需左右對齊，磁瓦212比轉子鐵芯211單邊長3.5-4mm。為了延長電機的使用壽命，採用牌號為NSK的滾動軸承7，如圖所示，電機本體結構軸向的累加尺寸公差靠波形墊圈11來調整，控制好其壓縮後高度在1.5-2.0mm間(原自由高為4mm)，電機運轉起來軸承聲音才會和諧均勻。
定子3集中繞組相對於分布繞組的優勢是繞組端部短，齒槽轉矩和轉矩脈動低。如圖所示，定子衝片3111選用12槽，則每極每相槽數q＝z/2mp＝2/5，定子3繞組採用分數槽(2/5) 集中繞組，並且為雙層繞組，這樣反電動勢波形更接近正弦波。為了進一步降低齒槽轉矩，在定子衝片3111的齒冠處開了1.9mm寬的矩形輔助凹槽，輔助凹槽寬等於定子衝片3111 的槽口寬度。定子3的內外徑比稱作定子3裂比，是電機一個重要的設計參數，因為它對電動機轉矩密度和效率有重大影響。此處定子3裂比Ksp＝Di/D0＝59/94＝0.63，相對取了較大值。因為採用鐵氧體永磁材料的需取較大值，由於油煙機用電機屬低轉速大力矩特性也需取較大值，還由於Ksp設計成較大值，電樞反應去磁作用就減小。
轉子衝片2111大面積挖空有四處，是為了減小轉子2的整體轉動慣量，必然對電機的起動和響應速度有好處。
如圖所示，注塑轉子鐵芯211上均布了10片磁瓦212，磁瓦212是燒結鐵氧體材料，比注塑和粘結鐵氧體磁性能要好，鐵氧體磁鐵相對價格便宜，還有它使用溫度範圍寬，低於-40℃和超過200℃才發生退磁，它也電阻率高，意味著鐵氧體本身不存在任何由於渦流而引起的損耗問題，而且它無腐蝕問題，無需進行表面處理。產品的z/2p組合選用12/10 的槽極數配合，三相分數槽集中繞組z/p＝12/5組合的雙層繞組繞組係數值為0.933、LCM 值為60，兩值表示此種組合有較高的繞組係數和較低的齒槽轉矩。
鐵氧體磁瓦212的外徑和內徑設計成不同心(中心距相差18mm)，截面呈麵包狀，使永磁體厚度不等，中央厚些，兩側薄些，這樣氣隙也變為不等氣隙，使電機的氣隙磁通密度分布接近於正弦波，於是反電動勢波形也為正弦波，有利於降低油煙機用直流無刷電機的齒槽轉矩和負載時的轉矩紋波，使油煙機在整個轉速區域內運行平穩，沒有明顯的異音產生。
磁瓦212在轉子2中採用表貼式結構，表貼式的主要優點是結構簡單，從而降低製造成本。為了防止永磁體在運轉中飛逸或鬆動，磁瓦212在轉子鐵芯211外的固定採用注塑工藝，注塑材料選用PBT+20％的玻纖。半成品注塑轉子鐵芯211能通過如下試驗驗證：a、阻燃等級可達V0級。b、耐溫150℃時48小時後不變形。c、二倍額定轉速下(3600r/min) 48小時超速試驗後磁體不鬆動。如圖所示，注塑定子鐵芯311由定子鐵芯311在專用模具中，用同樣塑料材料(PBT+20％玻纖)注塑而成。注塑定子鐵芯311結構非常穩定，批量生產時繞制三相繞組方便迅速，而且注塑定子鐵芯311阻燃性達到V0級，耐溫150℃/48小時後不會發生變形，綜合絕緣電氣強度高(3000V/1S不會擊穿)。
定子3中的接線板32由覆銅環氧板組成，板上共有四處覆銅，其中一處把三相繞組的尾a、b、c連在一起，另外三處通過黃、紅、藍引出線分別與三相繞組的頭A、B、C相連，三根引出線再經板上的長槽和護線圈8，引出到電機後端蓋4外。通過接線板32實現了三個相繞組的連接為星形(Y)，這樣處理使三相繞組的三頭之間、三頭與公共點間不會交叉，避免了相間短路或高壓擊穿等嚴重隱患的發生。生產時要注意9個焊點的質量保證，同時焊好後要用耐高溫硬膠(卡夫特K-1668黃膠)封閉它們，以免它們與空氣接觸而發生氧化。板上的長槽內也要用以上黃膠封滿，使三根引出線在槽內固定，這樣外面引出線上的受力就不會直接作用到三個焊點處。電機外面護線圈8與後端蓋4間、護線圈8內孔與引出線間要用耐溫軟膠(卡夫特K-5939B黑膠)封住，防止油煙和水等雜物進入電機內部，從而破壞內部穩固的絕緣系統。
用直流無刷電機替代感應電機後：1、由於該電機採用三段軟起動模式，故油煙機起動時衝擊小，沒有明顯的起動噪聲。2、最大靜壓可提高15-25％。3、油煙機的整機效能可提升10-15％。4、直流無刷電機容易實現無級調速，適應於油煙機上的智能控制。
以上結合附圖對本實用新型的實施方式作了詳細說明，但本實用新型不限於所描述的實施方式。對於本領域的技術人員而言，在不脫離本實用新型原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本實用新型的保護範圍內。