用于气流风门控制的执行器及其电的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开用于气流风门控制的执行器及其电机。执行器包括电机、连接执行器和风门的输出连接器、连接于电机和输出连接器之间的传动装置、以及在电机断电时使输出连接器克服电机的定位转矩而将气流风门移动至预定位置的储能装置。电机包括定子和相对定子旋转的转子，定子包括定子磁芯和缠绕于定子磁芯上的定子绕组，定子磁芯包括环形轭部及从环形轭部沿径向延伸的九个凸极，定子绕组缠绕于凸极上。转子包括转轴及固定至转轴的环形磁铁，环形磁铁形成N极、S极交替的十二个永磁极，相邻永磁极之间的边界相对转轴轴线具有范围在13至17度之间的倾斜角。本实用新型的实施例中，电机的定位转矩更小，可以满足执行器中使用更小弹簧的需要。
【专利说明】用于气流风门控制的执行器及其电机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于暖通空调(HVAC)系统中气流风门控制的执行器，尤其涉及该执行器的驱动电机。
【背景技术】
[0002]建筑物HVAC系统中通常使用执行器打开或关闭气流风门。正常情况下，执行器被供电，将气流风门保持在打开位置，以保证建筑物的通风。而当发生火灾等紧急情况时，执行器被断电，风门须自动移动到关闭位置，以防止火焰和烟气扩散到其他区域。
[0003]现有执行器中设电机、传动机构、及弹簧。正常情况下，电机被供电，弹簧处于变形状态，执行器的输出机构能克服弹簧的回复力将气流风门保持在打开位置。发生紧急情况时，电机的电源被切断，弹簧的回复力可使风门自动移动到关闭位置。断电时，电机的定位转矩(detent torque，等于齿槽转矩与摩擦转矩之和)被传动机构放大，阻止执行器的动作，弹簧需要克服电机的定位转矩使执行器动作。本实用新型的发明人了解到业界目前一种此应用类型电机的定位转矩约为0.6mNm。
[0004]本实用新型旨在提供定位转矩更小的电机，以满足使用更小弹簧的需要。
实用新型内容
[0005]本实用新型一方面提供一种用于控制暖通空调系统中气流风门的执行器，包括电机、连接执行器和气流风门的输出连接器、连接于电机和输出连接器之间的传动装置、以及在电机断电时使输出连接器克服电机的定位转矩而将气流风门移动至预定位置的储能装置。电机包括定子和相对定子旋转的转子。定子包括定子磁芯和缠绕于定子磁芯上的定子绕组，定子磁芯包括环形轭部及从环形轭部沿径向延伸的九个凸极，相邻凸极之间形成线槽，定子绕组缠绕于凸极上并收容于线槽内。转子包括转轴及固定至转轴的环形磁铁，环形磁铁与定子磁芯之间具有气隙，环形磁铁形成N极、S极交替的十二个永磁极，相邻永磁极之间的边界相对转轴轴线具有范围在13至17度之间的倾斜角。
[0006]较佳的，所述电机为永磁无刷电机，所述转子围绕定子设置。
[0007]较佳的，所述气隙的宽度与环形磁铁的厚度的比值为0.49至0.51。
[0008]较佳的，所述环形磁铁的厚度与转子的内半径的比值为0.11至0.13。
[0009]较佳的，所述凸极包括沿径向延伸的极身以及从极身末端沿电机周向延伸的极靴，所述极身的周向宽度与定子磁芯的外半径的比值为0.18至0.2。
[0010]较佳的，所述线槽的槽口宽度与定子磁芯的外半径之间的比值为0.09至0.11。
[0011]较佳的，所述储能装置为弹簧，所述电机被供电时驱动所述输出连接器克服弹簧的回复力将所述气流风门保持在打开位置，所述电机断电时所述弹簧的回复力使所述输出连接器将所述气流风门移动至闭合位置。
[0012]本发明的另一方面提供一种执行器，包括:电机、连接执行器和一外部负载的输出连接器、连接于电机和输出连接器之间的传动装置、以及在电机断电时使输出连接器克服电机的定位转矩而将外部负载移动至预定位置的弹簧。电机包括定子和相对定子旋转的转子。定子包括定子磁芯和缠绕于定子磁芯上的定子绕组。定子磁芯包括环形轭部及从环形轭部沿径向延伸的九个凸极，相邻凸极之间形成线槽，定子绕组缠绕于凸极上并收容于线槽内。转子包括转轴及固定至转轴的环形磁铁，环形磁铁与定子磁芯之间具有气隙，环形磁铁形成N极、S极交替的十二个永磁极，相邻永磁极之间的边界相对转轴轴线具有范围在13至17度之间的倾斜角。
[0013]较佳的，电机被供电时驱动输出连接器克服弹簧的回复力将负载保持在第一位置，电机断电时弹簧的回复力使所述输出连接器将所述负载移动至第二位置。
[0014]本发明再一方面提供一种执行器电机，包括定子和相对定子旋转的转子。定子包括定子磁芯和缠绕于定子磁芯上的定子绕组，定子磁芯包括环形轭部及从环形轭部沿径向延伸的九个凸极，相邻凸极之间形成线槽，定子绕组缠绕于所述凸极上并收容于线槽内。转子包括转轴及固定至转轴的环形磁铁，环形磁铁与定子磁芯之间具有气隙，环形磁铁形成N极、S极交替的十二个永磁极，相邻永磁极之间的边界相对转轴轴线具有范围在13至17度之间的倾斜角。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是根据本实用新型较佳实施例的用于控制HVAC系统中气流风门的执行器的结构框图；
[0016]图2示出图1中执行器的永磁电机的组装图；
[0017]图3示出图2中电机的轴向剖视图；
[0018]图4示出图2中电机的部分组件的平面图；
[0019]图5示出图2中电机的环形磁铁的部分平面展开图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图，通过对本实用新型的【具体实施方式】详细描述，将使本实用新型的技术方案及其他有益效果显而易见。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。
[0021]图1示出根据本实用新型一较佳实施例的用于控制HVAC系统中气流风门(包括阀门)10的执行器12，包括电机14、传动装置16、储能装置18、及输出连接器20。传动装置16连接于电机14和输出连接器20之间，例如可以是齿轮传动系统或皮带传动系统。传动装置16可将电机14输出的转矩放大传递至输出连接器20。输出连接器20例如可以是连轴器，可与气流风门10的转轴连接，使气流风门在打开位置和关闭位置之间移动。储能装置18较佳的为弹簧，可连接至传动装置16。正常情况下，电源被提供给电机14使其产生驱动力，此时弹簧18处于变形状态，输出连接器20可克服弹簧18的变形力将气流风门10保持在打开位置。发生火灾等紧急情况下，电机14的电源被切断，弹簧18恢复至自然状态，依靠弹簧18恢复过程中的回复力使得输出连接器20克服电机14的定位转矩而将气流风门10移动至闭合位置。
[0022]请参阅图2至图4，电机14包括定子和可相对定子旋转的转子。在本实施例中，电机为永磁无刷电机，转子围绕定子设置，形成内定子外转子结构。
[0023]定子包括由导磁材料(如铁)制成的定子磁芯30和缠绕于定子磁芯30上的定子绕组32。所述定子磁芯30包括环形轭部34及从环形轭部34沿径向向外延伸的若干凸极36，相邻凸极36之间形成线槽38。定子绕组32绕设于各凸极36上并收容于线槽38内。定子磁芯30可由若干定子芯片沿转轴轴向堆叠而成。每一凸极36包括沿电机径向(可以理解地，此处径向包括严格意义上的径向及稍微偏离径向如偏离径向30度以内的方向)延伸的极身40及从极身40末端沿电机周向延伸的极靴42，定子绕组32绕设于极身40上。定子绕组32由外部电源供电，通电后在凸极上产生N、S极交替的励磁极。
[0024]转子包括转轴52、固定至转轴52的圆筒形壳体54和固定于壳体54内壁的环形永久磁铁56。壳体54由导磁材料制成。环形磁铁56与定子磁芯30相对而设且两者之间具有气隙57。在本实施例中，环形磁铁56沿周向形成N极、S极交替设置的若干个永磁极58。壳体54为碗状,具有开口端和封闭端62。电机14还包括一电路板64和盖板66。所述电路板64和盖板66位于壳体54的开口端并与壳体54末端及定子绕组32沿轴向间隔一定距离。定子还包括固定至定子磁芯32的环形轭部34内的轴承安装座68，转子的转轴52通过轴承70可旋转地安装至轴承安装座68。盖板66固定至轴承安装座68，电路板64固定至盖板64内侧，可设若干位置传感器(如霍尔传感器)以检测转子的旋转。转轴52的一端经由轴承72固定安装至壳体54，转轴52的另一端作为输出端与传动装置连接。轴承安装座68设有凹陷部，固定安装在转轴52上的挡环74收容于凹陷部内以阻止转子脱离定子。
[0025]在根据本实用新型上述较佳实施例的示例中，采用十二极九槽(十二个转子磁极九个定子绕线槽)外转子式无刷直流电机，电机的外径(转子壳体54的外径)为30mm,电机的轴向高度(盖板66的外端面与壳体封闭端62的外端面之间的距离)为15.6mm,环形磁铁的轴向高度为8mm,定子磁芯的轴向高度为6.5mm。每一永磁极58沿径向极化,相邻磁极58间的边界74相对转轴52的轴线Z-Z具有倾斜角α (如图5所示)，倾斜角α较佳的在13至17度之间。环形磁铁56与定子磁芯30之间的气隙57的宽度与环形磁铁56的厚度的比值为0.49至0.51，环形磁铁56的厚度与转子内半径(本实施例中为环形磁铁56的内半径)的比值为0.11至0.13,定子磁芯的凸极的极身40的周向宽度与定子磁芯30的外半径的比值在0.18至0.2的范围内。相邻凸极36之间形成的线槽38的槽口宽度与定子磁芯30的外半径的比值在0.09至0.11的范围内。
[0026]依据电机理论，电机的谐波次数(转子磁极极数和定子绕线槽槽数的最小公倍数)越高，电机的齿槽转矩越低。然而，通过大量的试验和测试，本申请的实用新型的发明人发现，在电机尺寸相同的情况下，与采用十极九槽电机(谐波次数为90)和十四极十二槽(谐波次数为84)电机相比，本实用新型实施例中的十二极九槽电机(谐波次数为36)的定位转矩更小。将环形磁铁相邻磁极间的边界相对转轴轴线的倾斜角α设置在13至17度之间时，电机的定位转矩可低至0.45mNm，与 申请人:所知的业界数据0.6mNm相比，显著降低了 25%。
[0027]可以理解地，本实用新型的电机也可以为内转子式，即转子位于定子内侧，转子磁铁位于转子外表面，定子凸极由外向内延伸，定子凸极的径向内端与转子磁铁相对。
[0028]可以理解，本实用新型中可采用滚动轴承支撑转轴，以降低电机的摩擦转矩，进一步降低电机的定位转矩。
[0029]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于控制暖通空调系统中气流风门的执行器，包括:电机、连接所述执行器和所述气流风门的输出连接器、连接于所述电机和输出连接器之间的传动装置、以及在电机断电时使所述输出连接器克服电机的定位转矩而将所述气流风门移动至预定位置的储能装置；其中，所述电机包括定子和相对定子旋转的转子，所述定子包括定子磁芯和缠绕于定子磁芯上的定子绕组，所述定子磁芯包括环形轭部及从环形轭部沿径向延伸的九个凸极，相邻凸极之间形成线槽，所述定子绕组缠绕于所述凸极上并收容于线槽内；所述转子包括转轴及固定至转轴的环形磁铁，所述环形磁铁与定子磁芯之间具有气隙，所述环形磁铁形成N极、S极交替的十二个永磁极,相邻永磁极之间的边界相对转轴轴线具有范围在13至17度之间的倾斜角。
2.如权利要求1所述的执行器，其特征在于，所述电机为永磁无刷电机，所述转子围绕定子设置。
3.如权利要求2所述的执行器，其特征在于，所述气隙的宽度与环形磁铁的厚度的比值为0.49至0.51。
4.如权利要求2所述的执行器，其特征在于，所述环形磁铁的厚度与转子的内半径的比值为0.11至0.13。
5.如权利要求2所述的执行器，其特征在于，所述凸极包括沿径向延伸的极身以及从极身末端沿电机周向延伸的极靴，所述极身的周向宽度与定子磁芯的外半径的比值为0.18至 0.2。
6.如权利要求2所述的执行器，其特征在于，所述线槽的槽口宽度与定子磁芯的外半径之间的比值为0.09至0.11。
7.如权利要求1至6任一项所述的执行器，其特征在于，所述储能装置为弹簧，所述电机被供电时驱动所述输出连接器克服弹簧的回复力将所述气流风门保持在打开位置，所述电机断电时所述弹簧的回复力使所述输出连接器将所述气流风门移动至闭合位置。
8.一种执行器，包括:电机、连接所述执行器和一外部负载的输出连接器、连接于所述电机和输出连接器之间的传动装置、以及在电机断电时使所述输出连接器克服电机的定位转矩而将所述外部负载移动至预定位置的弹簧；其中，所述电机包括定子和相对定子旋转的转子，所述定子包括定子磁芯和缠绕于定子磁芯上的定子绕组，所述定子磁芯包括环形轭部及从环形轭部沿径向延伸的九个凸极，相邻凸极之间形成线槽，所述定子绕组缠绕于所述凸极上并收容于线槽内；所述转子包括转轴及固定至转轴的环形磁铁，所述环形磁铁与定子磁芯之间具有气隙，所述环形磁铁形成N极、S极交替的十二个永磁极，相邻永磁极之间的边界相对转轴轴线具有范围在13至17度之间的倾斜角。
9.如权利要求8所述的执行器，其特征在于，所述电机被供电时驱动所述输出连接器克服弹簧的回复力将所述负载保持在第一位置，所述电机断电时所述弹簧的回复力使所述输出连接器将所述负载移动至第二位置。
10.如权利要求9所述的执行器电机，其特征在于，所述电机具有如权利要求2至6任一项所述执行器的电机的特征。
11.一种执行器电机，包括定子和相对定子旋转的转子，所述定子包括定子磁芯和缠绕于定子磁芯上的定子绕组，所述定子磁芯包括环形轭部及从环形轭部沿径向延伸的九个凸极，相邻凸极之间形成线槽，所述定子绕组缠绕于所述凸极上并收容于线槽内；所述转子包括转轴及固定至转轴的环形磁铁，所述环形磁铁与定子磁芯之间具有气隙，所述环形磁铁形成N极、S极交替的十二个永磁极，相邻永磁极之间的边界相对转轴轴线具有范围在13至17度之间的倾斜角。
12.如权利要求11所述的执行器电机，其特征在于，所述电机具有如权利要求2至6任一项所述执行器的电机的特征。
【文档编号】H02K1/14GK204013045SQ201420282984
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】李越, 柴捷, 潘广业, 李文亮, 邓伟超, 杨波, 桂林平 申请人:德昌电机(深圳)有限公司