一種微型家用通風機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微型單相永磁無刷直流電動機直接驅動的微型家用通風機，尤其涉及其機械結構、電磁結構和控制方法的配合。
【背景技術】
[0002]微型家用通風機用于臥室輸入室外新鮮空氣以滿足呼吸，使用量大面廣，運行時間長，需要較低的運行噪聲和能耗以及制造成本。通風機目前仍普遍使用異步電動機驅動，雖然制造成本較低，但效率明顯偏低?，F有技術探討過改用永磁無刷直流電動機驅動，可明顯節(jié)能且體積較小，但是成本和噪聲需要改善。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提出一種通風機，可由永磁無刷直流電動機直接驅動，該電動機的磁路氣隙結構可比現有技術的通風機有較佳的性價比，尤其是噪聲較低。
[0004]本發(fā)明解決技術問題的技術方案是，一種微型家用通風機，包括:
[0005]—直徑不大于80mm注塑成型的葉輪；
[0006]—直接驅動該葉輪的微型單相永磁無刷直流電動機；
[0007]其特征在于:
[0008]所述電動機包括:
[0009]-永磁轉子，為徑向兩極充磁的圓柱形；
[0010]—定子，包括“U”字形的定子鐵芯和該鐵芯所穿越的直流定子繞組；
[0011]—位置傳感器，用于檢測所述永磁轉子的磁極位置以控制對定子繞組的供電；
[0012]—所述定子鐵芯包括純“U”字形的極身和磁軛部分及該“U”字形二臂上部成形的極面靠往所述永磁轉子圓柱面左側的左極靴和極面靠往所述永磁轉子圓柱面右側的右極靴，其特征在于，至少一個極靴的二極尖所在平面與所述“U”字形的對稱軸相交。
[0013]該電動機的磁路中，定子勵磁磁密通常大于轉子的永磁磁密且在極靴往極尖處容易發(fā)生磁飽和，極靴的形狀對轉子的靜止位置影響大而對定子勵磁磁場軸線影響小，在均勻氣隙、非通電和無顯著轉動阻滯的情況下，轉子永磁極將自然地對正極靴的極面，即其磁極軸線與極靴二極尖所在平面垂直。因此，設計極靴二極尖所在平面與所述“U”字形的對稱軸相交，即使得轉子永磁極的軸線與定子磁場軸線相交，形成啟動角。本設計巧妙利用上述特點，即使不使用非均勻氣隙，也能實現自啟動以滿足通風機抗反轉啟動的要求，但消除了非均勻氣隙的磁阻增大和轉矩波動問題，因而降低通風機的振動噪聲。
[0014]其進一步設計為，所述左極靴的上極尖位于所述對稱軸的右側，下極尖位于所述對稱軸的左側；所述右極靴的上極尖位于所述對稱軸的右側，下極尖位于所述對稱軸的左側。
[0015]以傳統(tǒng)的“U”字形定子鐵芯為基礎所實施的上述設計是:所述“U”字形的定子鐵芯左臂上部的內側面內凹形成靠往所述永磁轉子圓柱面左側的弧面，該弧面的下沿為所述左極靴的下極尖，該弧面的上沿導磁連接伸向右極靴的上極尖；所述“U”字形的定子鐵芯右臂上部的內側面內凹形成靠往所述永磁轉子圓柱面右側的弧面，該弧面的上沿為所述右極靴的上極尖，該弧面的下沿導磁連接伸向右極靴的下極尖。極尖的延長大幅度增加極面的極弧寬度bs，將按比例降低轉子永磁穿越空氣隙的磁密和按正弦關系增大定子繞組的基波繞組因數kwl，因而顯著提高電動機的性價比，彌補了傳統(tǒng)的“U”字形鐵芯極面極弧寬度受疊片開料形狀限制的不足。
[0016]還可以設計為:“U”字形的定子鐵芯由裝配前分體的上、下二部分組成，上部是以軟磁材料粉末冶金或注塑成形的左極靴和右極靴，下部是作為極身和磁軛部分的純“U”字形的疊片鐵芯。裝配時，所述疊片鐵芯穿越定子繞組后，其二臂的頂端與所述左極靴和右極靴的底部連接為一體。該連接最好為榫接，可達到更牢靠的固定和面積更大的導磁接觸。若定子繞組絕緣固定于塑料件，例如纏繞于塑料線圈架或進一步塑封二者為一體，這些塑料件最好成形有緊貼所述極靴的側面的立面，所述立面和側面成形有凹凸互配的扣位，供安裝時實施卡扣連接，將所述極靴的底部緊壓于所述疊片鐵芯左、右臂的頂端。粉末冶金或注塑成形的鐵粉芯比疊片鐵芯有更高的材料利用率和加工效率，純“U”字形鐵芯比傳統(tǒng)的“U”字形鐵芯進一步提高疊片開料利用率，因而降低成本。
[0017]所述左、右極靴可以各自成形分別裝配于所述疊片鐵芯左、右臂的頂端，也可以二者上極尖與上極尖連接和下極尖與下極尖連接而成形為一體裝配于所述疊片鐵芯左、右臂的頂端，以提高裝配效率且結構更穩(wěn)定。極尖連接的位置宜設計位于離轉子軸心較遠處，未連接的部分構成凹形口，以減少對啟動角的影響。為減少漏磁，該連接的厚度應不超過2mm,最好為Imm0
[0018]所述永磁轉子最好為矩形或梯形波充磁，以提高材料利用率和有更穩(wěn)定的啟動角。
[0019]所述左、右極靴上極尖與上極尖和下極尖與下極尖之間的距離或連接長度以及往極尖水平伸出段的形狀，尤其是沿對稱軸方向的厚度，可以通過電磁計算(包括有限元法的磁路計算)或實驗調整到最有利的數值，以兼顧啟動和其它性能要求。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實施例換氣扇基本機械結構主視圖。
[0021]圖2是現有技術一種微型單相永磁無刷直流電動機基本結構示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明第I實施例電動機基本結構示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明第2實施例電動機基本結構示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明第3實施例電動機基本結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明實施例通風機如圖1和圖3?5所示。其中，通風機基本機械結構如圖1所示。這是一家用小功率軸流式通風機，主要包括:
[0026]-固定于機殼的電動機021 ;
[0027]——直接連接于該電動機輸出軸逆時針旋轉的軸流式葉輪001，其具有4個葉片；按風壓要求，葉片數也可以為3、5或6，但最好不要多于8片，且盡可能奇數片，以降低振動噪聲。葉輪為注塑成型，直徑75_。葉輪最大不要超過直徑80_，轉動慣量盡量小，以配合電動機021仍不太大的啟動力矩；
[0028]——電動機021為內轉子電動機，包括定子2和永磁轉子I。
[0029]本發(fā)明實施例1通風機的電動機電磁基本結構如圖2所示?？梢钥闯?
[0030]本發(fā)明實施例通風機的電動機是在現有技術一種微型單相永磁無刷直流電動機的基礎上改進而成?，F有技術該電動機的基本結構如圖2所示，包括:
[0031]-永磁轉子I為徑向兩極充磁的圓柱形；
[0032]—定子2包括“U”字形的疊片鐵芯3和定子繞組4;定子繞組4的輸入端接往直流通風機內的直流電源，包括調速所需的可調制(如PWM)直流電源；
[0033]—于定子磁場軸線20靠近永磁轉子I圓周位置安裝的霍爾元件9，其感應永磁轉子I磁極位置的信號控制對定子繞組4的供電。也可安裝如電感式或光電式位置傳感器。此外，現有技術通過檢測永磁轉子I旋轉的磁場在定子繞組4所感應的電動勢，也可以確定永磁轉子I的位置，即定子繞組4本身兼為位置傳感器而無需安裝霍爾元件等；
[0034]—定子繞組4纏繞于左、右二個塑料線圈架41后被表層塑料42塑封為一整體；
[0035]——鐵芯3的左臂31和右臂32分別穿越塑料線圈架41左、右二個內孔后露出的分別形成極面靠往轉子I圓柱面左側和右側的左極靴311和右極靴316 ;極面形狀為內凹而成階梯連接的二段與轉子I同軸的圓弧面:沿順時針方向，先是半徑較大的圓弧面，然后是半徑較小的圓弧面；左極靴311的上極尖312和下極尖313所在平面314和右極靴316的上極尖317和下極尖318所在平面319均與所述“U”字形的對稱軸30平行，定子磁場軸線20則與對稱軸30垂直。
[0036]因此，永磁轉子I的磁極軸線10即相對于定子磁場軸線20向氣隙短即磁阻小的方向即順時針方向自然偏轉一角度β O,構成啟動角。
[0037]上述定子結構以“U”字形垂直的二臂31、32為極身和底部的水平段33為磁軛，但也有以“U”字形底部的水平段為極身和垂直的二臂為磁軛的結構，后者的定子繞組纏繞于極身僅I個線圈架上。
[0038]本發(fā)明第I實施例通風機的電動機電磁基本結構如圖3所示，其對如圖2所示現有技術電動機基本結構的改進主要是改變極面形狀，包括:
[0039]—二段圓弧面改同為較小的半徑，與轉子I圓柱面間構成均勻氣隙；