流体驱动装置及其电机组件的制作方法

本发明涉及流体驱动设备技术领域，特别涉及一种电机组件及使用该电机组件的流体驱动装置。

背景技术：

电机驱动风机、水泵等的叶轮运转时，如果风机水泵的启动负载太大，电机在启动的瞬间因为不能提供足够的转动力矩而容易导致启动失败，并且可能因此损坏电机。

当该电机采用单相电机时，更容易遭到上述问题。

因此，亟需一种改进的方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种能够避免启动失败的电机组件及使用该电机组件的流体驱动装置。

本发明提供一种电机组件，包括单相电机及一摩擦离合器，所述单相电机包括一定子及一转子，所述转子包括转轴和永磁体，所述定子包括铁芯及缠骁于铁芯上的绕组，所述定子和转子在径向上间隔形成气隙，所述铁芯包括若干沿径向延伸的齿，相邻的齿之间形成绕线槽，所述齿朝向所述转子的径向端面形成极面，相邻的齿的极面之间的周向距离为气隙的最小径向宽度的0至5倍，所述摩擦离合器包括相对单相电机的转子固定的固定件，可相对转子转动的抵压部件以及一负载连接件，所述抵压部件在转子旋转时产生轴向或径向移动，从而对所述负载连接件产生压力，并利用该压力产生的摩擦力带动负载连接件旋转。

更优地，相邻的齿的极面之间的周向距离为气隙的最小径向宽度的1至3倍。

优选地，所述电机为内转子电机，所述转子还包括固定于转轴上的铁芯，所述永磁体与所述铁芯固定。

优选地，所述电机为外转子电机，所述转子还包括固定于转轴上的导磁壳体，所述永磁体固定于所述导磁壳体上。

优选地，所述摩擦离合器为离心摩擦离合器，所述抵压件包括一离心体，在所述转子旋转时，所述离心体在离心力的作用下产生径向位移，从而直接或间接对负载连接件产生压力。

优选地，所述离心体包括相对固定件固定的套设环及设置于或形成于套设环上的若干离心片，所述离心片的末端为自由端从而在转子旋转时能够在离心力的作用下沿径向向外张开，并抵接所述负载连接件，从而利用摩擦力带动所述负载连接件旋转。

优选地，所述电机组件还包括定位件，用于轴向定位所述负载连接件。

优选地，所述还包括定位压块，所述定位压块设置于所述离心片内，用于支撑离心片。

优选地，所述若干离心片自套设环的周围大致沿电机的轴向延伸。

优选地，所述离心片与套设环的连接处的径向内侧设有凹槽以利于离心片向外变形张开。

本发明还提供了一种流体驱动装置，包括驱动轮及电机组件，所述电机组件为如上述任一项所述的电机组件。

本发明的技术方案中，一方面，单相电机的相邻齿的极面之间的周向距离为气隙的最小径向宽度的0至5倍，使得电机的转子能够在电机未通电时停止的位置避开死点位置，避免启动失败的情况。另一方面，利用摩擦离合器逐步带动负载启动，避免了单相电机在初始启动时负载过大而导致启动失败的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的电机组件的第一种结构示意图；

图2为本发明实施例中的电机组件的第一种剖视示意图；

图3为本发明实施例中的第二挡板及离心部件的组装示意图；

图4为本发明实施例中的离心部件的结构示意图；

图5为本发明实施例中的风机的结构示意图；

图6为本发明实施例中的电机组件的第二种结构示意图；

图7为本发明一实施例的电机组件所使用的单相电机的示意图；

图8为图7所示单相电机的截面图，为清楚地显示内部结构，图中省略了定子绕组；

图9为图8中所框部分的局部放大图。

其中，

电机—1，转动轴—11，限位件—12，离心摩擦离合器—2，定位件—20，第一挡板—21，定位轴套—22，第二挡板—23，离心部件—24，套设环—241，离心片—242，弹性凹槽—243，定位压块—25，负载轮—26，定位环—27，叶轮—3，定子—30，磁芯—31，绝缘架—33，绕组—35，环形部—310，齿身—312，齿冠—314，槽口—315，切缝—316，齿冠的外表面—317，齿冠的内表面—318，气隙—319，转子—40，转子轭部—42，永久磁极—44，永久磁极的内表面—441。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-图4，图1为本发明实施例中的电机组件的第一种结构示意图；图2为本发明实施例中的电机组件的第一种剖视示意图；图3为本发明实施 例中的第二挡板及离心部件的组装示意图；图4为本发明实施例中的离心部件的结构示意图。

本发明一实施例中的摩擦离合器为离心摩擦离合器，包括离心部件24及负载轮26。离心部件24具有套设环241及离心片242，套设环241用于固定在转动轴11上，离心片242设置于套设环241上，离心片242的末端为自由端。在转动轴11转动时，离心部件24随之转动，离心片242受离心力作用，向远离套设环241的轴线方向翘起。负载轮26套设于离心部件24的外围，即负载轮26具有内孔，离心部件24收容于内孔内。当离心部件24随转动轴11旋转时，离心片242的自由端沿径向向外张开，并抵接负载轮26的内壁，利用摩擦力带动负载轮26旋转。

本发明实施例提供的离心摩擦离合器，在电机1启动时，离心部件24随着转动轴11转动。在转动轴11的转速较小时，由于离心片242受到的离心力小，离心片242的自由端沿径向向外张开的程度较小，离心片242与负载轮26之间的摩擦力较小甚至为0，离心部件24相对负载轮26滑动；随着转动轴11的转速的增加，离心片242受离心力作用增大，离心片242的自由端向远离套设环241的轴线方向翘起，而离心部件24套设于负载轮26的内孔内，翘起的离心片242与内孔的孔壁接触，使得离心部件24与负载轮26之间的摩擦力也随之增加，当摩擦力足够大时，离心部件24带动负载轮26同步旋转。

通过上述结构，在电机1启动时，转动轴11的转速较低，离心部件24与负载轮26之间的离心摩擦力较小甚至没有摩擦力，由于负载轮26与负载直接或间接固定连接，电机启动时负载处于静止状态，使得电机启动时离心部件24与负载轮26之间相对滑动，形成滑动摩擦副；在电机1的转动轴11的转速增加，离心片242的离心力增加，离心部件24与负载轮26之间的摩擦力也增加，离心部件24与负载轮26之间的相对滑动量减小直至二者相对静止，从而电机通过离心摩擦离合器带动负载轮26同步旋转。本发明实施例中的离心摩擦离合器，离心部件24与负载轮26之间的摩擦力与转动轴11的转速的平方呈比例，在低转速(电机1启动)时，离心片242与负载轮26之 间相对滑动，减小了转动轴11受到的转动惯量及启动负载转矩，减少了电机1启动时的振动噪音及避免了启动失败的情况。

可以理解的是，离心片242的末端为离心片242未与套设环241连接的一端。优选地，离心片242的一端与套设环241的一端连接，离心片242远离套设环241的一端为离心片242的末端。当然，也可以将离心片242设置于套设环241的外表面。

进一步地，本发明实施例提供的还包括用于轴向定位负载轮26的定位件20。通过设置定位件20，起到了对负载轮26的轴向定位，避免了负载轮26的晃动。

如图1及图2所示，在第一种实施例中，定位件20包括用于固定在转动轴11上的定位轴套22及与定位轴套22固定连接的第一挡板21。通过上述设置，第一挡板21及定位轴套22实现了对负载轮26的轴向定位，方便了固定件的安装。在将负载轮26装配到转动轴11上时，负载轮26朝向装配方向的一侧的端面与第一挡板21接触。

在本实施例中，负载轮26的内孔为圆柱孔，为了避免负载轮26向背向其装配方向移动，定位件20还包括用于固定在转动轴11上的第二挡板23，第二挡板23设置于负载轮26远离第一挡板21的一端。在负载轮26的一端设置第一挡板21，另一端设置第二挡板23，进而实现对负载轮26的轴向定位。优选地，负载轮26的内孔的轴向长度与离心部件24的轴向长度相同，使得离心部件24可以通过第一挡板21及第二挡板23轴向定位。

定位件20还包括与第二挡板23固定连接的定位环27，定位环27的外壁与离心片242的内壁接触。由于设置了定位环27，对离心片242起到支撑作用，避免离心片242向离心部件24的中心弯折。

优选地，定位环27与第二挡板23为一体式结构。通过上述设置，仅需将定位环27与第二挡板23中的一个相对转动轴11固定即可。并且，避免了定位环27与第二挡板23分别加工及安装，方便了装配。

本实施例中，离心部件24固定设置于定位轴套22上，通过离心部件24与定位轴套22的套设，缩短了轴向长度，减小了离心摩擦离合器的整体长度。 也可以将离心部件24直接固定在转动轴11上，在此不再详细介绍且均在保护范围之内。

进一步地，定位轴套22与第一挡板21为一体式结构。将定位轴套22与第一挡板21设置为一体式结构，仅需将定位轴套22与第一挡板21中的一个相对转动轴11固定即可。并且，避免了定位轴套22与第一挡板21分别加工及安装，方便了装配。

如图5及图6所示，在第二种实施例中，负载轮26的内孔为阶梯孔，阶梯孔具有同轴设置的大直径孔及小直径孔。离心部件24位于阶梯孔的大直径孔内，阶梯孔的阶梯端面与离心部件24远离第一挡板21的端面定位接触。由于负载轮26的内孔为阶梯孔，而小直径孔供转动轴11通过。

其中，本实施例中的定位件20同样包括用于固定在转动轴11上的定位轴套22及与定位轴套22固定连接的第一挡板21。

在本实施例中，离心部件24的离心片242内侧设置有定位压块25；定位压块25的一端面与阶梯孔的阶梯端面接触，定位压块25的另一端面与套设环241连接离心片242的端面接触。通过设置定位压块25，对离心片242起到支撑作用，避免离心片242向离心部件24的中心弯折。

如图4所示，离心片242与套设环241的连接处设置有弹性凹槽243。通过设置弹性凹槽243，使得离心片242与套设环241的连接处的厚度减小，更有利于离心片242受到离心力而翘起。

在本实施例中，弹性凹槽243位于离心片242与套设环241的连接处的内侧。也可以将弹性凹槽243设置于离心片242与套设环241的连接处的外侧。

进一步地，离心片242的数量为多个且均匀设置于套设环241上。通过上述设置，使得离心部件24与负载轮26之间的摩擦力均匀分布。也可以设置至少一个离心片242。

本发明实施例还提供了一种电机组件，包括单相电机1，还包括离心摩擦离合器2，离心摩擦离合器2为如上述任一种的离心摩擦离合器。由于上述离 心摩擦离合器具有上述技术效果，具有上述离心摩擦离合器的电机组件也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。

本发明实施例还提供了一种风机，包括叶轮3及电机组件，电机组件为如上述任一种的电机组件。为了便于叶轮3的轴向定位，本发明实施例提供的风机还包括设置于电机1的转动轴11上，用于限制叶轮3轴向移动的限位件12，限位件12位于离心摩擦离合器2背向电机1的主体的一侧。

如图2所示，限位件12设置为螺母，在转动轴11的端部设置与螺母相配合的螺纹。也可以将限位件12通过卡固螺丝固定于转动轴11上；还可以将限位件12设置为卡簧，在转动轴11的端部设置与相配合的卡槽等，在此不再一一累述且均在保护范围之内。

由于上述电机组件具有上述技术效果，具有上述电机组件的风机也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。值得说明的是，本明的电机组件不仅适用于风机，其还适用于水泵等其他流体驱动装置。

参考图7至图9，本发明其中一个实施例中的单相电机为外转子电机，其包括定子30和围绕所述定子30的转子40。在其他实施例中，其使用的单相电机也可以为内转子电机。

本实施例中，定子30包括由导磁材料制成的定子磁芯31、套设于定子磁芯31的绝缘架33以及绕设在绝缘架33上的绕组35。

所述定子磁芯31包括位于中心的环形部310以及由环形部310沿径向向外延伸的多个齿，相邻齿之间形成绕线槽。每个齿包括齿身312以及由齿身312末端沿周向延伸形成的齿冠314，相邻两个齿冠314之间形成绕线槽的槽口315，优选地，各个槽口315在周向上的宽度一致，也即齿冠314沿周向均匀设置。优选地，每个齿关于电机的通过该齿齿身中心的半径对称。

优选地，齿冠314的外表面317，也即背离环形部310的表面，为弧面，其构成定子30的极面。优选地，所述齿冠314的外表面317位于同一圆柱面上，所述圆柱面的中心与转轴11的中心同心。齿冠314的内表面318，也即朝向环形部310的表面，大致为平面。

在一些实施例中，所述齿冠314与齿身312的连接拐角处设有切缝316。设置切缝316，可以使定子磁芯31的齿冠314在弯折成型时不会出现折皱。具体地，齿冠314位于齿身312两侧的两翼先处于张开状态，如此可增加绕线槽及槽口315的宽度，从而方便绕组绕线，绕线完成后，再通过工具将齿冠314的两翼绕切缝316向内弯折至最终位置。可以理解地，在有些情况下，也可以只在齿冠314位于齿身312单侧的翼与齿身312连接拐角处设切缝316。

所述转子40包括穿设所述环形部310的转轴11，与转轴11固定连接的转子轭部42，以及设置在转子轭部42内壁上的多个永久磁极44。优选地，所述永久磁极44的内表面441为平面，如此可以简化永久磁极44的制造工艺；当然所述永久磁极44的内表面也可以为弧面。优选地，所述永久磁极44的极弧系数，即永久磁极44周向所跨的实际度数与360度除以转子极数的商的比值，大于0.75，如此可改善电机的转矩特性和提高电机的效率。

所述永久磁极44的内表面441与齿冠314的外表面317相对，两者间形成气隙319。气隙319的径向宽度沿永久磁极44的周向变化从而形成非均匀气隙。所述气隙319的径向宽度由对应所述永久磁极44的内表面的周向中间位置处朝着永久磁极44的内表面周向两端逐渐变大。这样，永久磁极44内表面的周向中点与齿冠314外表面所在圆柱面之间的径向长度即为气隙319的最小径向宽度；永久磁极44内表面的周向端点与齿冠314外表面所在圆柱面之间的径向长度即为气隙319的最大径向宽度。

优选地，所述气隙319的最大径向宽度与最小径向宽度的比值大于2，所述槽口315的宽度(通常指槽口315在周向上的最小宽度)大于或等于0且小于或等于所述气隙319的最小径向宽度的5倍。优选地，槽口315的宽度大于或等于所述气隙319的最小径向宽度，小于或等于所述气隙319的最小径向宽度的3倍。所述槽口315与气隙319的关系使得电机未通电的情况下，转子40停止在如图9所示的初始位置，该位置避开死点位置，进而避免电机通电时转子不能起动的问题。本实施例中，转子40在电机未通电或断电时停 在如图9所示的初始位置。在该初始位置，定子磁芯齿身312的中心线正对相应的两相邻转子磁极44之间的中心线，该位置偏离死点位置最远，有效避免电机通电时转子不能起动的问题。由于实际情况下存在摩擦等其它因素，定子磁芯齿身312的中心线可能会偏离相应两相邻转子磁极44之间的中心线一定角度，如偏离正负0～30度不等，但依然远离死点位置。

本发明的上述实施例中，通过转子磁极44自身产生磁场即可对转子的初始位置进行定位并使其初始位置偏离死点位置。具有该种设置的单相电机其齿槽转矩可以得到有效地抑制，从而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，定子磁芯堆叠厚度30mm)，其齿槽转矩的峰值小于80mNm。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。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。