高速永磁无刷轴流风机论文和设计-全小华

全文摘要

本实用新型公开了一种高速永磁无刷轴流风机，包括机壳、定子、转子和风叶；机壳包括外壳和内套，外壳两端开口，内套一端开口、另一端封闭，封闭端对应轴心处设有通孔，内套同轴设置于外壳内与外壳之间形成增压风道；定子包括定子铁芯和偶数个线圈，定子铁芯内设与线圈个数相匹配的多个轴向芯槽，各线圈均装入相应的轴向芯槽内；转子包括主轴和设置于主轴外的永磁环和超越离合器，永磁环包括与线圈对应布置的多块条形磁瓦，条形磁瓦沿径向充磁，相邻两块条形磁瓦的充磁方向相反；定子、转子同轴设置于内套中，永磁环位于定子中，超越离合器位于主轴与内套之间，主轴的另一端伸出内套与风叶相连。转子在旋转过程中整周均受到磁场力，功率密度大。

主设计要求

1.一种高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：它包括机壳、定子、转子和风叶；机壳包括外壳和内套，外壳的两端均为开口，内套的一端开口、另一端封闭，封闭端对应轴心位置处设有通孔，内套同轴设置于外壳内使内套与外壳之间形成增压风道；定子包括定子铁芯和偶数个线圈，定子铁芯内设与线圈个数相匹配的多个轴向芯槽，各线圈均装入相应的轴向芯槽内；转子包括主轴和设置于主轴外的永磁环和超越离合器，永磁环包括与线圈一一对应布置的多块条形磁瓦，条形磁瓦沿径向充磁，相邻两块条形磁瓦的充磁方向相反；定子装配于内套内，转子同轴设置于内套中、永磁环位于定子中、超越离合器位于主轴与内套之间，主轴的另一端伸出内套外与风叶相连。

设计方案

1.一种高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：它包括机壳、定子、转子和风叶；

机壳包括外壳和内套，外壳的两端均为开口，内套的一端开口、另一端封闭，封闭端对应轴心位置处设有通孔，内套同轴设置于外壳内使内套与外壳之间形成增压风道；

定子包括定子铁芯和偶数个线圈，定子铁芯内设与线圈个数相匹配的多个轴向芯槽，各线圈均装入相应的轴向芯槽内；

转子包括主轴和设置于主轴外的永磁环和超越离合器，永磁环包括与线圈一一对应布置的多块条形磁瓦，条形磁瓦沿径向充磁，相邻两块条形磁瓦的充磁方向相反；

定子装配于内套内，转子同轴设置于内套中、永磁环位于定子中、超越离合器位于主轴与内套之间，主轴的另一端伸出内套外与风叶相连。

2.如权利要求1所述的高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：所述永磁环瓦通过磁环支架设置于所述主轴外，磁环支架为圆筒型支架，其内径匹配于主轴的外径，磁环支架套于主轴外，若干所述条形磁瓦均布于磁环支架外。

3.如权利要求2所述的高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：所述转子还包括设置于主轴外位于超越离合器两端的一对高速轴承，下部的高速轴承与所述磁环支架接触。

4.如权利要求1或3所述的高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：所述条形磁瓦的径向截面为圆弧面，轴向截面为矩型或者为菱形。

5.如权利要求4所述的高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：所述永磁环还包括套于若干所述条形磁瓦外的隔套，隔套的材料为非磁性材料。

6.如权利要求1所述的高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：所述定子还包括线架，线架为环型架，其端面设有线圈插槽；线架有一对，分别装配于定子铁芯的两端。

7.如权利要求6所述的高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：所述铁芯底端的线架底端面设有若干用于扣紧PCB板的卡钩。

8.如权利要求3所述的高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：所述外壳为圆筒型壳体，所述内套为圆筒型套体，内套通过均布于其外壁的轴流板固接于外壳内，内套的开口端与外套的端面平齐，封闭端位于外壳内，内套顶端对应外壳内的区域为与所述增压风道连通的风叶装配腔。

9.如权利要求8所述的高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：所述内套的内壁对应通孔位置处同轴设有轴套，轴套的长度小于内套的长度；所述转子以其主轴穿过内套，高速轴承和超越离合器均位于轴套内，磁环支架位于轴套下端。

10.如权利要求8所述的高速永磁无刷轴流风机，其特征在于：所述风叶包括轮毂和叶片，轮毂为金属制轮毂，叶片为工程塑料制叶片，叶片紧固于轮毂外；风叶通过主轴紧固于所述风叶装配腔内。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种轴流风机，特别是涉及一种高速永磁无刷轴流风机。

背景技术

为了不断满足用户要求和适应信息时代的需要,完成节能化、高效化、网络化、智能化,乃至网络家电(信息家电),家电的更新换代周期很快,对为其配套的电机提出了高功率、低噪声、低振荡、高转速和智能化的要求。

永磁高速无刷轴流式风机在高速运行场合是普通永磁轴流式风机马达的发展方向,已在信息、家电等范畴得到运用。跟着永磁技术和电力电子技术的快速发展,功能不断进步,永磁高速无刷轴流式风机必将得到进一步的发展,需要量将越来越大,同一般的普通永磁轴流式风机马达比较,永磁高速无刷轴流式风机耗电下降30％～35％,达到了高效、节能、小型、轻量的要求。永磁高速无刷轴流式风机尽管成本高于普通永磁轴流式风机马达,但因为功率密度大、几何尺寸小、动态响应快、运行效率高等一系列优点,在高速运行场合具有广阔的应用前景。

但是目前市场上的高速永磁无刷轴流风机的功率密度较小，在需要产生高速、高压风时均通过增大体积来实现，而体积过大则难以满足某些特定场合的要求，例如电吹风。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种既能产生高速、高压风，又不增加自身体积的高速永磁无刷轴流风机。

本实用新型提供的这种高速永磁无刷轴流风机，它包括机壳、定子、转子和风叶；机壳包括外壳和内套，外壳的两端均为开口，内套的一端开口、另一端封闭，封闭端对应轴心位置处设有通孔，内套同轴设置于外壳内使内套与外壳之间形成增压风道；定子包括定子铁芯和偶数个线圈，定子铁芯内设与线圈个数相匹配的多个轴向芯槽，各线圈均装入相应的轴向芯槽内；转子包括主轴和设置于主轴外的永磁环和超越离合器，永磁环包括与线圈一一对应布置的多块条形磁瓦，条形磁瓦沿径向充磁，相邻两块条形磁瓦的充磁方向相反；定子装配于内套内，转子同轴设置于内套中、永磁环位于定子中、超越离合器位于主轴与内套之间，主轴的另一端伸出内套外与风叶相连。

在一个具体实施方式中，使所述永磁环瓦通过磁环支架设置于所述主轴外，磁环支架为圆筒型支架，其内径匹配于主轴的外径，磁环支架套于主轴外，若干所述条形磁瓦均布于磁环支架外。

为了提高运转的稳定性，使所述转子还包括设置于主轴外位于超越离合器两端的一对高速轴承，下部的高速轴承与所述磁环支架接触。

作为优选，使所述条形磁瓦的径向截面为圆弧面，轴向截面为矩型或者为菱形。

为了提高整体性，使所述永磁环还包括套于若干所述条形磁瓦外的隔套，隔套的材料为非磁性材料。

在一个具体实施方式中，使所述定子还包括线架，线架为环型架，其端面设有线圈插槽；线架有一对，分别装配于定子铁芯的两端。

为了便于装配，在所述铁芯底端的线架底端面设有若干用于扣紧PCB板的卡钩。

在一个具体实施方式中，使所述外壳为圆筒型壳体，所述内套为圆筒型套体，内套通过均布于其外壁的轴流板固接于外壳内，内套的开口端与外套的端面平齐，封闭端位于外壳内，内套顶端对应外壳内的区域为与所述增压风道连通的风叶装配腔。

作为优选，所述内套的内壁对应通孔位置处同轴设有轴套，轴套的长度小于内套的长度；所述转子以其主轴穿过内套，高速轴承和超越离合器均位于轴套内，磁环支架位于轴套下端。

为了提高动平衡精度，使所述风叶包括轮毂和叶片，轮毂为金属制轮毂，叶片为工程塑料制叶片，叶片紧固于轮毂外；风叶通过主轴紧固于所述风叶装配腔内。

本实用新型在使用时，向相邻两线圈提供正负相反的脉冲电压，由于线圈为偶数个，使得通电后定子内环对应不同线圈位置处产生的交替的磁极；而转子包括充磁方向相反的多块条形磁瓦，条形磁瓦沿径向充磁，且相邻两条形磁瓦的充磁方向相反，使每块条形磁瓦均与线圈对应布置，线圈受对应线圈的排斥力，受两相邻线圈的吸引力，同时由于超越离合器限定转子只能单向旋转，使得转子在电磁力的作用下以主轴为中心带动风叶单向旋转，产生高速高压风，高速高压风经过增压风道进一步加速加压后输出。相较于传统的普通永磁轴流式风机，一方面通过线圈和条形磁瓦的不同磁场，使得转子在旋转过程中整周均受到磁场力，而非普通永磁轴流式风机转子是局部受力，因此该永磁高速无刷轴流式风机的功率密度大，即在同等条件下，产生同样功率所需要的体积较普通永磁轴流式风机更小；另一方面通过增压风道的设置，在需要产生同等风速风压的情况下能够降低对于转速的要求。

附图说明

图1为本实用新型一个优选实施例的立体示意图。

图2为本优选实施例的轴向剖视示意图。

图3为本优选实施例中机壳的立体示意图。

图4为本优选实施例中机壳的剖视示意图。

图5为本优选实施例中定子的立体示意图。

图6为本优选实施例中转子的立体示意图。

图7为本优选实施例中风叶的立体示意图。

图8为本优选实施例的转子转动0°时运转原理示意图。

图9为本优选实施例的转子转动0°—60°时运转原理示意图。

图10为本优选实施例的转子转动60°时运转原理示意图。

图示序号：

1—机壳，

11—外壳，12—内套，13—轴套，14—连接筋，15—轴流板，16—增压风道，17—装配腔；

2—定子，

21—定子铁芯，22—线架、221—卡扣，23—线圈；

3—转子，

31—主轴，32—磁环支架，33—条形磁瓦，34—隔套，35—超越离合器，36—高速轴承；

4—风叶，41—轮毂，42—叶片；

5—PCB板。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例公开的这种高速永磁无刷轴流风机，它包括机壳1、定子2、转子3和风叶4。

如图2、图3、图4所示，机壳1包括同轴设置的外壳11、内套12和轴套13。其中外壳11为两端开口的圆柱套；内套12为一端开口、另一端封闭的圆筒型套体，封闭端的轴向中心设有通孔；轴套13为两端开口的圆柱型套，其长度小于轴套的长度，轴套的一端设置于内套12封闭端的通孔处，轴套通过均布于其外壁的若干连接筋14与内套相连；内套12通过若干均布于其外壁的轴流板15与外套11相连，内套的开口端与外套的端面平齐，封闭端位于外壳内，外壳与内套之间形成环形的增压风道16，轴流板将增压风道16分隔为相互独立的若干条型通道，外壳内对应内套上部的区域形成用于装配风叶4的装配腔17，内套13内对应轴套13下部的区域用于装配定子2和转子3。

如图2、图5所示，定子2包括定子铁芯21、线架22和线圈23，定子铁芯21，定子铁芯21设计为六槽式，即其内均布有六个芯槽，线架22为环型架，其端面对应型槽位置处设有六个线圈插槽，线架有一对，分别装配于定子铁芯的两端，其外端的线架上均布有三个卡扣221以与PCB板5装配；六个线圈23分别装入对应的线圈插槽和芯槽中。

如图2、图6所示，转子3包括主轴31、磁环支架32、条形磁瓦33、隔套34、超越离合器35和高速轴承36；磁环支架32为两端开口的圆筒支架，磁环支架套于主轴的一端外；条形磁瓦33的径向截面为圆弧面，轴向截面为矩型面，条形磁瓦选用稀土材料制成，条形磁瓦共有六块，各条形磁瓦33均沿径向充磁，六块条形磁瓦均布于磁环支架外，相邻两块条形磁瓦的充磁方向相反；隔套34采用非磁性材料制成，隔套套于六块条形磁瓦外形成整体的永磁环；超越离合器35和高速轴承36均套于主轴外，高速轴承36有一对，分置于超越离合器的两端，一端高速轴承的端面与磁环支架的端面接触。转子装配于内套内，使永磁环位于定子内，超越离合器和高速轴承位于轴套内，主轴的外端伸入装配腔17内与风叶4过盈压装相连。

如图2、图7所示，风叶4包括轮毂41和叶片42，轮毂为金属制轮毂，叶片为工程塑料制叶片，制作时将金属材料制作的轮毂置入注塑模具内由高强度工程塑料材料注塑叶片而成；由于金属材料密度比高强度工程塑料材料密度大，相比全部采用金属材料机械加工制作而成的风叶动平衡精度高，又加上注塑而成的叶片表面比机械加工风叶叶片表面更光滑，因此风阻更小、噪声更低，也避免了风机在高转速运转时因风叶动平衡不良而产生振荡和降低高速轴承寿命等问题。

另，本实施例中还可以将条形磁瓦33设计为棱形圆弧状，即其径向截面为圆弧面，轴向截面为菱形面，此种结构形式制作难度大，但能够承受更大的力矩，用于制作大力矩高速永磁无刷微型电机。

如图8—10所示，设定①、③、⑤条形磁瓦外缘是S极，②、④、⑥条形磁瓦外缘是N极。控制供给相邻线圈电压是反向的，则定子磁极Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ内侧与定子磁极Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ内侧的磁极是不同。则按如下方式运行：

(一)、假如供给线圈Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ第一个脉冲是正电压，则供给线圈Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ的第一个脉冲是负电压，假定通电后定子磁极Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ内侧产生的磁极是S极，则定子磁极Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ内侧产生的磁极是N极。标示为①、③、⑤的条形磁瓦外侧分别与定子磁极Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ内侧产生排斥力，磁瓦②、④、⑥外侧分别与定子磁极Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ内侧之间产生排斥力；磁瓦①、③、⑤外侧分别与定子磁极Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ内侧产生吸引力，磁瓦②、④、⑥外侧分别与定子磁极Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ内侧之间产生吸引力；而由于设置有超越离合器从而规定了风机的转向，设定超越离合器只能顺时针旋转，所以在电磁力的作用下，转子以主轴为中心顺时针旋转。当转子以主轴为中心顺时针旋转刚超过60°时，供给线圈Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ负脉冲电压，供给线圈Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ正脉冲电压，定子磁极Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ内侧产生的磁极是N极，定子磁极Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ内侧产生的磁极是S极；磁瓦⑥、②、④外侧分别与定子磁极Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ内侧、磁瓦①、③、⑤外侧分别与定子磁极Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ内侧之间产生排斥力；磁瓦①、③、⑤外侧分别与定子磁极Ⅲ、Ⅴ、Ⅰ内侧、磁瓦②、④、⑥外侧分别与定子磁极Ⅳ、Ⅵ、Ⅱ内侧之间产生吸引力，转子以主轴为中心顺时针旋转60°。通过供给线圈交变脉冲电压，使定子磁极Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ内侧与Ⅳ、Ⅵ、Ⅱ产生交变磁场，从而驱动风机运转。

(二)、如果供给线圈Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ第一个脉冲是负电压，则供给线圈Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ第一个脉冲是正电压，通电后定子磁极Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ内侧产生的磁极是N极，则定子磁极Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ内侧产生的磁极是S极。磁瓦①、③、⑤外侧分别与定子磁极Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ内侧、磁瓦②、④、⑥外侧分别与定子磁极Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ内侧之间产生吸引力，磁瓦①、③、⑤外侧分别与定子磁极Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ内侧、磁瓦②、④、⑥外侧分别与定子磁极Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ内侧之间产生排斥力，由于超越离合器的设置此时风机处于阻转状态，风机电流大。控制线路检测到电流变大时再控制供给线圈反向电压，即可按(一)所述过程进行运转。

相较于传统的永磁高速无刷轴流式风机而言，本实施例主要具有以下几点优势：

1、本实施例中设有一个超越离合器，从而规定了马达的转向。根据磁场力的计算公式F＝BILsinθ，改变供给马达脉冲电压的开度(电压值)就可以改变磁场力的大小；根据离心力的计算公式F＝mrω^{2<\/sup>，离心力大小改变就可以改变马达的转速。只要调整脉冲电压的开度，并匹配合适的脉冲电压频率就可以控制马达的运转。因此比普通永磁轴流式风机马达的控制简单，成本也低。}

2、永磁环是由多个径向充磁的永久磁瓦交替组合成一个圆环置于一个非磁性材料圆环内组成，磁瓦总数量等于定子线圈总数量，马达运转过程中，转子整周受到磁场力，而普通永磁轴流式风机马达转子是局部受力，因此该永磁高速无刷轴流式风机的功率密度大，即在需要得到同样功率时较普通永磁轴流式风机马达体积更小。

3、外壳与内套之间形成环形的增压风道，在需要产生同等风速风压的情况下能够降低对于转速的要求。

4、风叶由金属材料制作的轮毂置入注塑模具内由高强度工程塑料材料注塑风叶叶片而成。由于金属材料密度比高强度工程塑料材料密度大，相比全部采用金属材料机械加工制作而成的风叶动平衡精度高，又加上注塑风叶叶片表面比机械加工风叶叶片表面更光滑，因此风阻更小、噪声更低，也避免了马达在高转速运转时因风叶动平衡不良而产生振荡和降低高速轴承寿命等问题。

设计图

高速永磁无刷轴流风机论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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