CN107516952B - 永磁直流电机 - Google Patents

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Abstract

一种永磁直流电机，包括壳体、设置于所述壳体内部的定子磁铁、与所述定子磁铁相对应的转子铁芯、缠绕于所述转子铁芯上的转子绕组、以及穿过所述转子铁芯内部的转轴，所述转子铁芯的外径与所述壳体的外径之间的比值为0.6～0.67。所述转子铁芯包括多个转子齿，每一所述转子齿包括一凸伸的齿部，所述齿部包括齿身及齿冠，所述齿身在周向方向具有齿宽，所述齿宽与所述转子铁芯外径之间的比值为0.1‑0.2。本发明能有效地降低永磁直流电机在工作过程中产生的噪音，提升电机品质。

Description

永磁直流电机
【技术领域】
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁直流电机。
【背景技术】
电机(Motors)是一种利用电磁感应原理将电能转换成机械能的设备，可以分为直流电机与交流电机。
永磁直流电机是用永磁体建立磁场的一种直流电机。永磁直流电机广泛应用于各种便携式的电子设备或器具中，如录音机、VCD机、电唱机、电动按摩器及各种玩具，也广泛应用于汽车、摩托车、电动自行车、蓄电池车、船舶、航空、机械等行业。
随着电机技术的发展，永磁直流电机的应用领域更广，原来使用交流电机的许多场合将会被永磁直流电机所替代。
然而不同的应用领域对永磁直流电机的性能有着不同的要求，比如在汽车的通风***(Heating、Ventilation and Air Conditioning，HVAC)中，使用永磁直流电机将新鲜空气注入到车厢之中，需要永磁直流电机具有较低的噪音。图8所示为一种现有的应用于汽车的通风***中的永磁直流电机，其包括壳体100、固定于壳体100内壁上的定子磁铁200、及设置于所述定子磁铁200内部的转子铁芯300。转子铁芯300包括齿301。在该永磁直流电机中，定子磁铁200的厚度相对较小，而转子铁芯300的外径相对较大，为17.9mm，且转子铁芯300齿301的齿宽亦达到了4.2mm，因而转子铁芯300具有较大的转动惯量，容易产生噪音，不能满足消费者对于汽车通风***低噪音的要求。
因此，有必要对现有永磁直流电机进行改进，以有效降低永磁直流电机工作时产生的噪音，提升永磁直流电机的品质。
【发明内容】
本发明的目的是降低永磁直流电机工作中产生的噪音。为此，本发明提供一种一种永磁直流电机，包括壳体、设置于所述壳体内部的定子磁铁、与所述定子磁铁相对应的转子铁芯、缠绕于所述转子铁芯上的转子绕组、以及穿过所述转子铁芯内部的转轴，所述转子铁芯的外径与所述壳体的外径之间的比值为0.6～0.67，所述转子铁芯包括多个转子齿，每一所述转子齿包括一凸伸的齿部，所述齿部包括齿身及齿冠，所述齿身在周向方向具有齿宽，所述齿宽与所述转子铁芯外径之间的比值为0.1-0.2。
作为一种优选方案，每一所述转子齿齿身在径向方向具有齿高，所述齿高与所述转子铁芯外径之间的比值为0.25-0.5。
作为一种优选方案，所述定子磁铁采用橡胶磁。
作为一种优选方案，所述橡胶磁厚2.90-3.45mm，最大磁能积为1.50-1.75MGOe。
作为一种优选方案，所述橡胶磁厚度为3.18mm。
作为一种优选方案，所述橡胶磁卷绕成圆筒状后再通过粘胶的方式固定于壳体内。
作为一种优选方案，所述转子铁芯的外径为15.8mm。
作为一种优选方案，每一所述转子齿齿身沿所述转子铁芯周向的齿宽为2.3mm。
作为一种优选方案，每一所述转子齿齿身沿所述转子铁芯径向的齿高为3.29mm。
作为一种优选方案，每一所述转子齿包括一环部，所述齿部从所述环部凸伸，所述齿身设置于所述环部与所述齿冠之间。
作为一种优选方案，所述转子铁芯与定子磁铁之间具有气隙，所述气隙为0.2-0.35mm。
作为一种优选方案，所述永磁直流电机还包括一设置于所述壳体上的胶盖、以及一设置于所述胶盖外侧的端盖。
作为一种优选方案，所述胶盖上设有多个凸柱与凸台，所述端盖上对应设有多个通孔与定位槽，所述凸柱与凸台分别与所述通孔与定位槽配合，将所述胶盖固定在所述端盖上。
作为一种优选方案，所述壳体为一端具有底部的圆筒状结构，所述胶盖和端盖设置于所述壳体未有底部的一端。
作为一种优选方案，所述端盖和壳体底部分别设有一轴承安装部，用于安装轴承，所述转轴通过所述轴承安装至所述轴承安装部。
作为一种优选方案，所述永磁直流电机还包括设置于所述转轴上的换向器、固定于所述胶盖上的电刷、以及设置于所述胶盖或端盖上的导电端子，所述换向器包括多个换向片，所述电刷一端与所述导电端子固定连接，另一端与所述换向器的换向片滑动接触。
作为一种优选方案，所述电刷为两弹片式电刷，包括两导电片以及分别设置于两导电片上的减震片。
作为一种优选方案，所述电刷与所述导电端子的固定连接点位于胶盖或端盖上过圆心的直径上。
实施本发明，在满足同样性能要求下，能有效地降低永磁直流电机在工作过程中产生的噪音，提升电机品质。
【附图说明】
下面将结合说明书附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一实施方式中提供的永磁直流电机的立体视图；
图2是图1所示永磁直流电机另一角度的立体视图；
图3是图1所示永磁直流电机的分解视图；
图4是图1所示永磁直流电机另一角度的分解视图；
图5是图1所示永磁直流电机的定子、定子磁铁与转子铁芯的立体示意图；
图6是图1所示永磁直流电机的剖切视图；
图7是图1所示永磁直流电机的定子、定子磁铁与转子铁芯的截面示意图；
图8是一种现有永磁直流电机的定子、定子磁铁与转子铁芯的截面示意图；
图9是图1所示永磁直流电机与图8所示现有永磁直流电机的噪音测试数据对比图。
【具体实施方式】
本发明的各种实施方式将参照附图进行说明。在说明书及附图中，具有类似结构或功能的元件将用相同的元件符号表示。可以理解，附图仅为提供参考与说明使用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系或对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
请同时参阅图1至图7所示，本发明提供一种微型永磁直流电机，优选地，其可用于汽车的通风***。所述电机包括壳体1、设置于所述壳体1内部的定子磁铁2、与所述定子磁铁2相对的转子铁芯3、缠绕于所述转子铁芯3上的转子绕组、由所述转子铁芯3带动旋转的转轴4、设置于所述转轴4上、具有若干换向片5的换向器6、设置于所述壳体1一端的胶盖7、设置于所述胶盖7外侧的端盖8、及固定于所述胶盖7上的电刷9。所述转子铁芯3的外径与所述壳体1的外径之间的比值为0.6-0.67。在一种实施方式中所述转子铁芯3的外径为15.8mm。
请参阅图5与图7，在本发明实施方式中的永磁直流电机中，所述转子铁芯3具有相对较小的外径，从而可减小转子铁芯3的转动惯量，有效降低了永磁直流电机在工作过程中的噪音。在一实施方式中，所述定子磁铁2由2.90-3.45mm厚、最大磁能积为1.50-1.75MGOe的橡胶磁卷绕成圆筒状后再通过粘胶的方式固定于壳体1内。
请同时参阅图3至图6，所述转子铁芯3的两端及槽内分别涂有绝缘胶10，所述转轴4贯穿转子铁芯3中心，两端分别被支承于壳体1与端盖8上，且可相对壳体1与端盖8旋转。具体地，壳体1为一端具有底部的圆筒状结构，在其底部设有轴承安装部11用于安装轴承12，所述胶盖7和端盖8设置于壳体1未有底部的一端，在端盖8上亦设有一轴承安装部13用于安装轴承14，所述转轴4通过轴承12、14分别可转动地安装于壳体1与端盖8上，转轴4被轴承12支承的一端穿过轴承12延伸至壳体1外，用于驱动被驱动件。转子铁芯3面向轴承12的一端外侧设有定位圈15，在所述定位圈15与所述轴承12之间设有垫圈16。
在图示所示实施方式中，所述转子铁芯3包括3个转子齿31，转子绕组绕设于转子齿上。所述换向器5包括3个换向片5，绕组的末端分别电连接至相应的换向片5，从而使得绕组通过换向器6、电刷9及导电端子91连接至外部电源。所述胶盖7的端面设有数个凸柱70与凸台71，所述端盖8上对应所述凸柱70与凸台71分别设有数个通孔80与定位槽81。所述胶盖7的数个凸柱70与凸台71分别与所述端盖8的数个通孔80与定位槽81配合，将胶盖7固定在端盖8上，所述胶盖7和端盖8对电机内部结构起到保护作用。
进一步地，在图示所示实施方式中，所述胶盖7的凸台71上设有安装槽72。所述电刷9为两弹片式电刷，包括设置于所述安装槽72中的导电端子91、大致垂直连接于所述导电端子91上的电刷片92、及设置于所述电刷片92上的减振片93，所述电刷片92与换向器5的换向片6滑动接触。所述电刷片92与两导电端子91的固定连接点位于胶盖7的过圆心的直径上。所述导电端子91经由所述安装槽72延伸至所述端盖8的外部，用于与外部电源连接。在另一实施方式中，导电端子也可设置于端盖8上。
所述壳体1底部的外表面设有第一散热孔17，所述端盖8的外表面设有第二散热孔18，通过所述第一散热孔17与第二散热孔18对电机进行散热、降温。
请参阅图7所示，本发明实施例中的永磁直流电机，所述转子铁芯3的外径D1与所述壳体1的外径D2之间的比值为0.6-0.67。每一所述转子齿31包括一环部32以及由环部32凸伸的齿部，所述齿部包括齿冠33以及介于环部32与齿冠33之间的齿身34。所述齿身34在周向方向具有齿宽t，所述齿宽t与转子铁芯3的外径D1之间的比值为0.1-0.2。所述齿身34在径向方向具有齿高h，所述齿高h与转子铁芯3的外径D1之间的比值为0.25-0.5。在一具体实施方式中，所述转子铁芯3的外径D1为15.8mm，所述齿身34沿转子铁芯3周向的齿宽t为2.3mm、沿转子铁芯3径向的齿高h为3.29mm。另，所述定子磁铁2厚度为3.18mm、最大磁能积为1.50-1.75MGOe。所述电子磁铁2与转子铁芯3之间的气隙为0.2-0.35mm。
经由上述配置，相较于现有的永磁直流电机，本发明实施方式中的电机能满足同样的性能要求，且，转子铁芯的尺寸和重量减小了，转子绕组的重量也相应减小了，如此，转子的总重量减少了，从而转动惯量减少了，从而可有效地降低电机在工作过程中产生的噪音。而且，电机的总重量和总成本都相应减少了。
对上述现有的永磁直流电机与本发明实施方式中的永磁直流电机进行噪音测试，所得到的测试数据如图9所示。其中a标示的是现有永磁直流电机的测试数据，b标示的是本发明实施方式中永磁直流电机的测试数据。通过对比可以看出，无论在正转还是反转的工作状态下，本发明实施方式中的的永磁直流电机的噪音要小于现有的永磁直流电机的噪音。
综上所述，本发明的永磁直流电机，通过减小转子铁芯的外径、以及将转子齿齿身的齿宽、齿高与转子铁芯外径的比例限定为特定范围，以增加绕组缠绕于齿部的匝数，如此以增加切割定子磁铁磁力线的线圈长度，另外，适配合适的定子磁铁与气隙，在满足了性能要求的前提下，减小了转子铁芯的转动惯量，有效降低了永磁直流电机在工作过程中产生的噪音，提升了永磁直流电机的品质，满足了消费者对汽车通风***低噪音的需求。
对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种永磁直流电机，包括壳体、设置于所述壳体内部的定子磁铁、与所述定子磁铁相对应的转子铁芯、缠绕于所述转子铁芯上的转子绕组、以及穿过所述转子铁芯内部的转轴，其特征在于，所述转子铁芯的外径与所述壳体的外径之间的比值为0.6～0.67，所述转子铁芯包括多个转子齿，每一所述转子齿包括一凸伸的齿部，所述齿部包括齿身及齿冠，所述齿身在周向方向具有齿宽，所述齿宽与所述转子铁芯外径之间的比值为0.1-0.2。
2.如权利要求1所述的永磁直流电机，其特征在于，每一所述转子齿齿身在径向方向具有齿高，所述齿高与所述转子铁芯外径之间的比值为0.25-0.5。
3.如权利要求2所述的永磁直流电机，其特征在于，所述定子磁铁采用橡胶磁。
4.如权利要求3所述的永磁直流电机，其特征在于，所述橡胶磁厚为2.90-3.45mm，最大磁能积为1.50-1.75MGOe。
5.如权利要求4所述的永磁直流电机，其特征在于，所述橡胶磁厚为3.18mm。
6.如权利要求3所述的永磁直流电机，其特征在于，所述橡胶磁卷绕成圆筒状后再通过粘胶的方式固定于壳体内。
7.如权利要求1或2所述的永磁直流电机，其特征在于，所述转子铁芯的外径为15.8mm。
8.如权利要求7所述的永磁直流电机，其特征在于，每一所述转子齿齿身沿所述转子铁芯周向的齿宽为2.3mm。
9.如权利要求1或2所述的永磁直流电机，其特征在于，每一所述转子齿包括一环部，所述齿部从所述环部凸伸，所述齿身设置于所述环部与所述齿冠之间。
10.如权利要求1或2所述的永磁直流电机，其特征在于，所述转子铁芯与定子磁铁之间具有气隙，所述气隙为0.2-0.35mm。
11.如权利要求1所述的永磁直流电机，其特征在于，还包括一设置于所述壳体上的胶盖、以及一设置于所述胶盖外侧的端盖。
12.如权利要求11所述的永磁直流电机，其特征在于，所述胶盖上设有多个凸柱与凸台，所述端盖上对应设有多个通孔与定位槽，所述凸柱与凸台分别与所述通孔与定位槽配合，将所述胶盖固定在所述端盖上。
13.如权利要求11所述的永磁直流电机，其特征在于，所述壳体为一端具有底部的圆筒状结构，所述胶盖和端盖设置于所述壳体未有底部的一端。
14.如权利要求13所述的永磁直流电机，其特征在于，所述端盖和壳体底部分别设有一轴承安装部，用于安装轴承，所述转轴通过所述轴承安装至所述轴承安装部。
15.如权利要求11所述的永磁直流电机，其特征在于，还包括设置于所述转轴上的换向器、固定于所述胶盖上的电刷、以及设置于所述胶盖或端盖上的导电端子，所述换向器包括多个换向片，所述电刷一端与所述导电端子固定连接，另一端与所述换向器的换向片滑动接触。
16.如权利要求15所述的永磁直流电机，其特征在于，所述电刷为两弹片式电刷，包括两导电片以及分别设置于两导电片上的减震片。
17.如权利要求16所述的永磁直流电机，其特征在于，所述电刷与所述导电端子的固定连接点位于胶盖或端盖上过圆心的直径上。
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