CN107124064A - 风机及其外转子电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种外转子电机，包括支撑座、套装于支撑座上的定子以及环绕定子的转子，所述支撑座包括底座以及插接于底座内的轴承座，所述底座和轴承座分别成型，所述底座的中央形成有通孔，所述轴承座的第一端固定插接于通孔内，第二端朝远离底座的方向凸伸。本发明还提供一种具有所述外转子电机的风机。本发明风机采用单相外转子电机作为驱动，电机的支撑座由单独成型底座与轴承座插接构成，生产时底座、轴承座可以采用冲压、烧结等方式，相对于压铸成型，有效降低生产成本。

Description

风机及其外转子电机

【技术领域】

本发明涉及风机，具体地，涉及风机的单相外转子电机。

【背景技术】

风机是常用的气体输送机械，通常是以电机作为驱动，带动与之连接的叶轮转动，驱动空气流动，形成强制气流。叶轮通常由外转子电机驱动。现有单相外转子电机通常包括有支撑座，用于电机的组装以及固定。通常支撑座包括有偏平的底座以及由底座的中心凸伸的纵长的轴承座，轴承座上套装定子并枢接转子的转轴，底座则将电机固定于其它物件，如风机的外壳等。然而，现有的支撑座是通过压铸(die casting)一体成型形成底座和轴承座，生产成本高。

【发明内容】

有鉴于此，提供一种可有效降低成本的外转子电机及以具有该电机的风机。

一方面，本发明提供一种外转子电机，包括支撑座、套装于支撑座上的定子以及环绕定子的转子，所述支撑座包括底座以及插接于底座内的轴承座，所述底座和轴承座分别成型，所述底座的中央形成有通孔，所述轴承座的第一端固定插接于通孔内，第二端朝远离底座的方向凸伸。

较佳地，所述底座的中央具有凹陷部，所述通孔形成于所述凹陷部的中央，所述通孔的尺寸小于所述凹陷部的尺寸。

较佳地，所述轴承座的第一端沿径向向外延伸形成有法兰，轴承座由凹陷部内凹的一侧插入，轴承座的法兰与凹陷部的表面相抵顶在轴向上对轴承座与底座定位。

较佳地，所述底座于通孔的外围形成环缘，所述环缘用于与轴承座配合以提高轴承座与转子的同轴度。

较佳地，所述轴承座内设置有两轴承，两轴承之间夹置有分隔件，分隔件的内径大于轴承的内径，所述轴承座的第一端沿径向向内延伸形成有环形凸缘支撑所述轴承。

较佳地，所述定子包括磁芯及绕设于磁芯上的绕组，所述磁芯包括轭以及由轭沿径向向外延伸的若干齿，每个齿包括与轭相连的绕线臂以及形成于绕线臂末端的齿冠，所述绕组缠绕于绕线臂上，相邻的齿冠之间形成槽口，所述转子包括轭部以及贴设于轭部内的永磁体，所述永磁体的内壁面与齿冠的外壁面相对并在径向上相间隔形成气隙，所述槽口的宽度不大于气隙的宽度的2倍。

较佳地，所述永磁体呈环形，永磁体的内壁面为在周向上连续的圆柱面；所述齿冠的外壁面位于与永磁体同轴的圆柱面上，形成均匀的气隙。

较佳地，所述齿冠的周向两侧凸出于所述绕线槽两侧而分别形成一翼部，位于每一槽口两侧的两翼部至少其中之一在绕设绕组之前向外张开，在绕组绕设完成之后张开的翼部向内弯曲整形。

较佳地，所述张开的翼部在其与齿的连接处形成有切缝，张开的翼部向内弯曲使齿冠呈圆弧形时切缝变小或消失。

较佳地，所述底座为冲压件。

较佳地，所述轴承座为烧结成型件。

较佳地，所述外转子电机为单相外转子电机。

另一方面，本发明提供一种使用上述外转子电机作为驱动的风机，所述风机还包括由电机驱动的叶轮，所述叶轮与电机的转子连接。

相较于现有技术，本发明风机采用的外转子电机的支撑座由单独成型底座与轴承座插接构成，生产时底座、轴承座可以采用冲压、烧结等方式，相对于压铸成型，有效降低生产成本。

【附图说明】

图1是根据本发明一实施例的风机的结构示意图。

图2为图1所示风机的单相外转子电机的放大图。

图3为图2所示电机的另一角度视图。

图4为图3的剖视图。

图5为图3的爆炸图。

图6为图5所示电机的支撑座的剖视图。

图7为图5所示电机的磁芯的结构示意图。

图8为图7所示磁芯绕线之前的结构示意图。

图9为图5所示电机的转子的另一角度视图。

图10为图5所示转子的永磁体成型前的结构示意图。

图11为电机的定子与转子的位置关系示意图。

图12为图11中虚线框部分的放大图。

【具体实施方式】

如图1所示，根据本发明一实施例的风机包括外壳10、设置于外壳10内的叶轮20、以及驱动叶轮20转动的驱动电机30。

所述风机较佳地为离心风机，风机的外壳10在叶轮20的轴向一端形成入口(图未示)，并在一侧形成与入口相垂直的出口14。所述叶轮20与外壳10在径向上相间隔，两者之间形成流道16，所述流道16的宽度沿周向变化。所述电机30优选地为单相外转子电机，其转子与叶轮20相连。电机30启动时，驱动叶轮20转动，形成负压，将入口附近的气体吸入至外壳10内，进入外壳10内气体的随叶轮20的转动沿流道16向出口14流动并增速增压，形成高速高压的气流并由出口14向外排出。

请同时参阅图2-3，所述电机30包括支撑座32、套接于支撑座上的定子34、以及环绕所述定子34的转子36。

请同时参阅图4-6，所述支撑座32包括底座38、及与底座38固定连接的轴承座40。其中，底座38优选地由冲压制成，其呈扁平盘状结构，轴承座40则是烧结而成中空圆筒状结构。其中，底座38在靠近其外边缘的位置上形成有多个固定柱42，螺钉、销钉、或铆钉可以穿过固定柱42后将电机30连接于其它物件上。所述底座38的中央形成有通孔44，所述通孔44沿轴向贯穿底座38，用于安装轴承座40。较佳地，所述底座38的中央形成一凹陷部45，所述凹陷部45自底座38远离定子34的一表面凹陷，并自底座38面朝定子34的表面形成对应的凸起。所述凹陷部45的尺寸大于通孔44的尺寸，所述通孔44形成于凹陷部45的中央。

所述轴承座40插接于底座38的通孔44内，与底座38通过紧配合固定连接为一体。所述轴承座40的外径等于或略大于通孔44的直径并小于凹陷部45的直径。所述轴承座40的底端沿径向向外延伸形成有法兰48，所述法兰48的外径大于通孔44的直径但小于凹陷部45的直径。组装时，轴承座40由底座38背离定子34的一侧插入，直至其法兰48与凹陷部45的表面相抵顶，在轴向上形成定位。较佳地，所述底座38于通孔44的周围延伸形成一环缘，所述环缘自凹陷部的凸出侧进一步凸伸。较佳地，所述环缘呈中空圆柱状，且优选地与所述转子40同轴。所述轴承座40装配后，所述环缘环绕于轴承座40的外围，以提高轴承座40与转子36的同轴度。作为替代方案，环缘也可以呈分隔的片状或柱状，或截面呈其他形状，如三角形、四边形、六边形等，的中空柱状，

本发明中，由于支撑座32是由底座38与轴承座40装配固定而成，底座38、轴承座40的结构相对的更为简单，圆盘状的底座38可以通过冲压制成，筒状的轴承座40则经由烧结成型，如此底座38与轴承座40本身的成型非常简易，成型后的装配过程也操作方便，相对于现有支撑座通过压铸一体而成，在工艺上更为简单，可以有效的降低生产成本。

请同时参考图4、图5以及图7，所述定子34固定套接于支撑座32的轴承座40上，两者之间可以是紧配合等。所述定子34包括磁芯50、包覆于磁芯50上的绝缘架52、绕设于绝缘架52上的绕组54、以及与绕组54连接的电路板56。优选地，所述电路板56上设有相应的驱动电路，对绕组54供以单相直流电，形成单相直流无刷外转子电机。

所述磁芯50由导磁材料，如矽钢片等堆叠而成。磁芯50包括环形的轭58、以及由轭58的外缘沿径向向外延伸的若干齿60。所述轭58环套于轴承座40上，将定子34固定。所述齿60沿轭58的周向均匀间隔设置，每一齿60包括与轭58连接的绕线臂62以及形成于绕线臂62的末端的齿冠64。所述绕组54绕设于绕线臂62上并位于齿冠64的内侧。绕组54与绕线臂62、以及齿冠64之间由绝缘架52隔开。优选地，所述绝缘架52为绝缘塑料，避免绕组54短路。所述齿冠64整体呈弧形，作为定子34的磁极，在绕组54通电时极化。每一齿冠64的外壁面65面向转子36，作为定子34的磁极的极弧面。本实施例中，所述极弧面65为圆弧面，所有齿冠64的极弧面65共同位于一与定子34同轴的圆柱面上。

所述齿冠64在周向上的宽度大于绕线臂62，其周向的两侧伸出至绕线臂62之外，分别形成一翼部66。相邻的两齿冠64的对应的翼部66的末端彼此靠近但相间隔，在齿冠64之间形成槽口68。本实施例中，每一齿冠64的两翼部66上分别形成有切缝70，如图7所示。所述切缝70由翼部66的内壁面的中央向外切入，其深度大致为齿冠64在切缝70的位置处的厚度的一半，以保证对磁路不造成大的影响。在磁芯50绕线之前，如图8所示，齿冠64的翼部66位于切缝70外侧的部分相对向外张开，使得齿冠64之间的间隔变宽，方便在磁芯50上绕线。在完成绕线后，对齿冠64的外壁面施力使其塑性变形向内弯曲，形成圆弧形的极弧面65。在此过程中，齿冠64之间的间隔减小形成窄小的槽口68，切缝70变小，在一些实施例中甚至完全消失。

在一些实施例中，切缝70也可以形成于齿冠64与绕线臂62的连接拐角处，如此不仅翼部66可以向外张开更大的幅度，尽可能的加宽齿冠64之间的间隔，方便绕线；在绕线后齿冠64内弯成型时亦不会出现折皱。可以理解地，对于每一槽口68两侧的的两翼部66来说，在绕线之前只要其中之一向外张开，两翼部66即能错开，加大两者之间的间隔，方便绕线，无需两个翼部66都张开。本发明中，磁芯50的齿冠64在绕线前向外张开方便绕线，之后内弯变形形成小的槽口68，有效降低齿槽转矩，使得电机30的运转更为平稳，噪音小。

请同时参阅图图4、图5、以及图9-10，所述转子36包括转轴72，与转轴72固定连接的转子轭部74，以及设置在轭部74内的永磁体76。

所述轭部74为一端开口的筒状结构，罩设在定子34上。所述轭部74在其轴向的端面上形成有若干贯穿的开口75，供外部气流电机30内，对电机30本身，特别是罩设于转子36内的定子34进行冷却。所述转轴72的一端固定连接于轭部74的轴向端面的中央，另一端可转动地插接于支撑座32的轴承座40内。较佳地，所述轴承座40内设有轴承78支撑转轴72的转动。本实施例中，所述轴承78为滚珠轴承，两滚珠轴承78之间夹置一分隔件79，所述分隔件79的内径大于转轴72的直径，与转轴72在径向上相间隔。所述轴承座40的底端沿径向向内延伸形成有环形凸缘80，承载定位所述轴承78。

所述永磁体76贴设于轭部74的径向侧壁内，两者之间可以通过胶粘等方式相固定。本实施例中，所述永磁体76为圆环形结构，可由如图10所示的长条状的永磁体弯曲而成。所述永磁体76沿转子36的周向分为多段，每一段作为转子36的一磁极，相邻的各磁极具有相反的极性。所述永磁体76的内表面作为转子36的极弧面77，所述极弧面77为与转子10同轴设置的圆柱面。在其它实施例中，永磁体76也可以是分块式结构。较佳地，所述转子36与定子34的磁极数相同，如本实施例中，定子34包括6个齿60并形成6个槽口68，对应地转子36的永磁体76分为6段，定子34与转子36共同形成6极6槽电机。在其它实施例中，电机30的槽极数根据实际需要可以调整为2极2槽至N极N槽等，这些都属于本发明的保护范围。

组装后，请同时参阅图11及图12，定子34环套于轴承座40上，转子36罩设于定子34上，定转子10、30同轴设置，永磁体76环绕定子34的磁芯50。永磁体76的极弧面77与磁芯50的齿冠64的极弧面65相对并在径向上相间隔，两者之间形成均匀气隙82。较佳地，所述定子34的槽口68的宽度D不大于气隙82的径向宽度G的2倍，即D≤2G。当电机30停止转动时，通过漏磁场定位，使转子36的相邻磁极之间的中心线大致正对定子34的齿冠64的中心位置，转子36的磁极的中心大致正对齿冠64之间的槽口68，如此转子36在停止时偏离死点位置(即转子36的磁极的中心正对定子34的齿冠64的中心)，再次开启电机30时转子36可以顺利启动。

具有以上设置的单相永磁无刷电机其齿槽转矩可以得到有效地抑制，使电机具有更高的效率和更好的性能。实验结果验证表明，一种根据上述思路设计的单相外转子无刷直流电机(额定转矩1Nm，额定转速1000rpm，磁芯堆叠厚度30mm)，其齿槽转矩的峰值小于80mNm。另外，本发明的电机根据需要可设计成双方向启动，如通过配合两个位置传感器如霍尔传感器和相应的控制器可实现双方向旋转；当然也可设计成单方向启动，这时一个位置传感器即可。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种外转子电机，包括支撑座、套装于支撑座上的定子以及环绕定子的转子，其特征在于，所述支撑座包括底座以及插接于底座内的轴承座，所述底座和轴承座分别成型，所述底座的中央形成有通孔，所述轴承座的第一端固定插接于通孔内，第二端朝远离底座的方向凸伸。

2.如权利要求1所述的外转子电机，其特征在于，所述底座的中央具有凹陷部，所述通孔形成于所述凹陷部的中央，所述通孔的尺寸小于所述凹陷部的尺寸。

3.如权利要求2所述的外转子电机，其特征在于，所述轴承座的第一端沿径向向外延伸形成有法兰，轴承座由凹陷部内凹的一侧插入，轴承座的法兰与凹陷部的表面相抵顶在轴向上对轴承座与底座定位。

4.如权利要求2所述的外转子电机，其特征在于，所述底座于通孔的外围形成环缘，所述环缘用于与轴承座配合以提高轴承座与转子的同轴度。

5.如权利要求2所述的外转子电机，其特征在于，所述轴承座内设置有两轴承，两轴承之间夹置有分隔件，分隔件的内径大于轴承的内径，所述轴承座的第一端沿径向向内延伸形成有环形凸缘支撑所述轴承。

6.如权利要求1所述的外转子电机，其特征在于，所述定子包括磁芯及绕设于磁芯上的绕组，所述磁芯包括轭以及由轭沿径向向外延伸的若干齿，每个齿包括与轭相连的绕线臂以及形成于绕线臂末端的齿冠，所述绕组缠绕于绕线臂上，相邻的齿冠之间形成槽口，所述转子包括轭部以及贴设于轭部内的永磁体，所述永磁体的内壁面与齿冠的外壁面相对并在径向上相间隔形成气隙，所述槽口的宽度不大于气隙的宽度的2倍。

7.如权利要求6所述的外转子电机，其特征在于，所述永磁体呈环形，永磁体的内壁面为在周向上连续的圆柱面；所述齿冠的外壁面位于与永磁体同轴的圆柱面上，形成均匀的气隙。

8.如权利要求6所述的外转子电机，其特征在于，所述齿冠的周向两侧凸出于所述绕线槽两侧而分别形成一翼部，位于每一槽口两侧的两翼部至少其中之一在绕设绕组之前向外张开，在绕组绕设完成之后张开的翼部向内弯曲整形。

9.如权利要求8所述的外转子电机，其特征在于，所述张开的翼部在其与齿的连接处形成有切缝，张开的翼部向内弯曲使齿冠呈圆弧形时切缝变小或消失。

10.如权利要求1至9任意一项所述的外转子电机，其特征在于，所述底座为冲压件。

11.如权利要求1至9任意一项所述的外转子电机，其特征在于，所述轴承座为烧结成型件。

12.如权利要求1至9任意一项所述的外转子电机，其为单相外转子电机。

13.一种风机，包括电机及由电机驱动的叶轮，其特征在于，所述电机为权利要求1至12任一项所述的外转子电机，所述叶轮与电机的转子连接。