驱动组件及应用该驱动组件的电器设备的制作方法
本发明涉及一种驱动组件，以及应用该驱动组件的电器设备如风扇或水泵等。
背景技术：
当电机输出轴固定连接大口径风扇，并使风扇受电机驱动旋转时，存在的风扇叶片惯性大、电机启动困难的情况，专利字号为cn1595776的发明专利《风扇电动机》中提出，在电机输出轴卷绕螺旋弹簧，螺旋弹簧的一端与风扇叶片的轴孔附近的装配孔连接，另一端固定于通过压入等与输出轴连接的保持器的装配孔。螺旋弹簧能在电机起动时，吸收风扇叶片的惯性力，从而减小输出轴起动时所需的惯性力矩，其后随着输出轴的转动力矩的上升，释放吸收的力，使风扇叶片跟随输出轴旋转。
但上述发明专利存在以下问题：当风扇从静止状态时，螺旋弹簧也处于原始状态；当风扇开始受电机驱动而旋转，且电机转轴保持旋转时，螺旋弹簧的外直径会减小，最终螺旋弹簧所有的圈层都随着外直径的减小而处于收紧状态。当电机停止工作时，受存储在风扇中的转动动能的影响，使螺旋弹簧受到反方向偏斜的力，使其外直径不正常地增大。该转动动能会持续作用于螺旋弹簧并使其变形得更加厉害；虽然最终该力会消失，但却对螺旋弹簧造成不可恢复的变形。这是因为当电机突然停至时，存储在风扇中的转动动能会使螺旋弹簧向反方向扭转直至该转动动能全部传递到螺旋弹簧为止，而这会回螺旋弹簧造成永久性的损坏，而变形后的螺旋弹 簧能起到的作用非常有限，也就是说，上述专利并不能很好地解决电机启动困难的情况。
技术实现要素：
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
为克服现有技术的问题，本发明一方面提供一种驱动组件，其特征在于，包括：具有输出轴的电机；可转动地套设到所述输出轴的负载连接机构；延时同步机构，所述延时同步机构包括缓冲件，所述缓冲件的两端分别连接到所述输出轴、负载连接机构以延时地同步所述输出轴、负载连接机构的转速；单向离合机构，所述单向离合机构连接于所述输出轴与所述负载连接机构之间，所述单向离合机构允许所述负载连接机构沿着第一圆周方向相对于所述输出轴旋转并限制所述负载连接机构沿着相反的第二圆周方向相对于所述输出轴旋转的角度范围。
作为本发明的一种改进方案，所述缓冲件为套设到所述输出轴的螺旋弹簧。
作为本发明的一种改进方案，所述负载连接机构具有轴孔以可转动地套设到所述输出轴；所述单向离合机构收容于轴孔内。
作为本发明的一种改进方案，所述单向离合机构包括：设置到所述轴孔内壁的限位槽，所述限位槽包括槽底、分别位于槽底两侧的第一槽壁和第二槽壁；安装到所述输出轴并随着输出轴进行同步转动的卡件，所述卡件可复位地突出于所述输出轴的外周表面，从而在所述负载连接机构沿着第一圆周方向相对于所述输出轴旋转时可经由所述第二槽壁进入所述限位槽并在所述第一槽壁的引导下离开所述限位槽，并在所述负载连接机构沿着相反的第二圆周方向相对于所述输出轴旋转时经由所述第一槽壁进入所 述限位槽并随之被所述第二槽壁限位从而让负载连接机构与电机轴互锁。
作为本发明的一种改进方案，所述卡件为弹片，所述弹片一端直接或间接连接到所述输出轴的表面，另一端相对于所述输出轴的表面翘起来。
作为本发明的一种改进方案，所述输出轴的外周表面设有凹孔，所述卡件为装入所述凹孔的压缩弹簧，所述压缩弹簧在自由状态下部分地凸出于所述输出轴的外周表面。
作为本发明的一种改进方案，所述输出轴的外周表面设有凹孔，所述凹孔内安装有压缩弹簧，所述卡件安装到所述凹孔并被所述压缩弹簧支撑的柱体，所述柱体在所述压缩弹簧的自由状态下部分地凸出于所述输出轴的外周表面。
作为本发明的一种改进方案，所述限位槽为n个，沿所述轴孔的周向间隔设置，其中n为自然数。
作为本发明的一种改进方案，所述卡件为n个，沿所述输出轴的周向间隔设置，其中n为自然数。
作为本发明的一种改进方案，所述单向离合机构包括紧箍到所述输出轴的金属带，所述金属带的一部分翘起来形成所述弹片。
作为本发明的一种改进方案，所述第一槽壁为一弧面。
作为本发明的一种改进方案，所述第二槽壁为一平面。
作为本发明的一种改进方案，所述负载连接机构为风扇叶片或风扇叶片的毂部。
作为本发明的一种改进方案，所述电机为单相永磁交流电机或单相无刷直流电机，包括定子和可相对定子旋转的永磁转子，所述永磁转子包括所述转轴和套设于所述转轴的永磁体转子主体，所述定子包括定子磁芯及缠绕于定子磁芯上由一交流电源供电的定子绕组，所述电机每次通电时，所述转子主体具有预定的起动方向并在稳态阶段以60f/p圈/分钟的转速恒 速运行，其中f是所述交流电源的频率，p是所述永磁转子的极对数。
本发明还提供一种电器设备，包括风扇叶片或叶轮，所述风扇叶片或叶轮包括毂部以及连接到所述毂部的若干叶片，其特征在于，还包括发明第一方面提供的的驱动组件，所述风扇叶片或叶轮的毂部作为所述驱动组件的负载连接机构。
作为本发明的一种改进方案，所述电器设备为风扇或泵。
通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为本发明第一实施例的驱动组件的结构示意图。
图2为图1所示驱动组件中的延时同步机构的结构示意图。
图3为图1所示驱动组件中的负载连接机构的俯视图。
图4为本发明第二实施例的驱动组件中的卡件结构示意图。
图5为图4所述的卡件的紧箍到输出轴的结构示意图。
图6为本发明第三实施例卡件的驱动组件中的的紧箍到输出轴的结构示意图。
图7为本发明第四实施例的单向离合机构的俯视图。
图8为本发明第五实施例的单向离合机构的俯视图。
图9为本发明第五实施例中的负载连接机构的俯视图。
图10为本发明实施例的驱动组件的工作状态示意图。
图11为图1所示驱动组件中的电机的结构示意图。
图12为图11所示的电机的转子与定子磁芯的结构示意图。
图13为图11所示电机的驱动电路的结构框图。
图14为本发明实施例的风扇的结构示意图。
图15为本发明实施例的风扇的剖视示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种驱动组件100包括具有输出轴21的电机10、负载连接机构40、用于延时地同步所述输出轴、负载连接机构的转速的延时同步机构110以及连接于所述输出轴21与所述负载连接机构40之间的单向离合机构80；其中，负载连接机构40上设有轴孔41以可转动地套设到输出轴21上。
如图2所示，延时同步机构110包括固定座112、内外径都可变的弹性件119。其中，固定座112固定套设到转轴21从而可随着转轴21转动，可以理解地，固定座112也可以通过类似花健等的连接方式活动连接至转轴，只要能保持两者同步旋转即可。本实施例中，弹性件119为螺旋弹簧，套设到转轴21，一端固定或者活动连接到固定座112并可与固定座同步旋转，另一端固定或者活动连接到负载连接机构40并可与负载连接机构40同步旋转。
当转轴21从静止状态开始转动时，固定座112与转轴21同步旋转，转轴21与负载连接机构40之间存在转速差，也就是固定座112的转速大于负载连接机构40的转速，弹性件119的靠固定座112一端被旋紧从而内径缩小并最终与固定座112同步转动；弹性件119的靠负载连接机构40一端最终也会被旋紧从而内径缩小并最终与固定座112同步转动。因此，弹性件119作为一种缓冲机构，逐渐地将固定座112的转速同步到负载连接机构40，使负载连接机构40最终与转轴21同步转动。延时同步装置110 所提供的缓冲功能降低了对电机10的输出转矩的要求，避免了电机10驱动负载连接机构40失败的情况。
当转轴21由转动状态变为停止的过程中，负载连接机构40因为具有较大的转动惯性在初期具有比转轴21更大的转速，此时，弹性件119的靠负载连接机构端被旋松，内径增大，并最终导致整个弹性件119被旋松、内径增大，该过程中，弹性件119也作为一种缓冲件，一方面抑制负载连接机构40的转速，另一方面使负载连接机构40与转轴21最终达到转速同步。
为了避免弹性件119内径增大超过极限，可以增设保护套筒117。保护套筒117环绕在弹性件119外周，用于限制弹性件119的最大外径，从而避免弹性件119被旋松的过程中超过极限而受损。本实施例中，固定座112自下而上包括盘体114、凸台116、毂部118；其中，盘体114的直径稍大于凸台116，且凸台的外壁与保护套筒117的内壁微紧配，而作为弹性件119的螺旋弹簧则套设在毂部118上。当然，弹性件119不局限于采用螺旋弹簧。可以理解地，能够缓冲地或延迟地同步固定座112与安装部106两者的转速的缓冲件都可用于代替弹性件119。
上述延时同步机构110中的缓冲件119在工作过程中可能会发生不可恢复的形变，而单向离合机构80收容于负载连接机构40的轴孔41内，并允许负载连接机构40沿着第一圆周方向相对于输出轴21旋转同时限制该负载连接机构40沿着相反的第二圆周方向相对于输出轴21旋转的角度范围，因此，单向离合机构80的设置则可以减小甚至避免缓冲件119的形变。
请同时参照图1、图3，单向离合机构80包括设置在轴孔41内壁的限位槽60以及安装到输出轴21并随着输出轴21进行同步转动的卡件50。其中，限位槽60包括槽底63、分别位于槽底63两侧的第一槽壁61和第二槽壁62，本实施例中，第一槽壁61为一弧面，沿着第一圆周方向与轴孔41 的内壁平滑连接；第二槽壁62为一平面。卡件50可复位地突出于输出轴21的外周表面，从而在电机输出轴21带动负载运转时(也即负载连接机构40沿着第一圆周方向相对于输出轴21旋转时)可经由第二槽壁62进入限位槽60并在第一槽壁61的引导下离开限位槽60，由于第一槽壁引导面提供摩擦力，所以卡件50可将转动能量逐渐传导到负载,使负载开始转动，并在负载连接机构40沿着相反的第二圆周方向(也即电机停转后负载反过来带动电机旋转的方向)相对于输出轴21旋转时经由第一槽壁61进入限位槽60并随之被第二槽壁62限位，从而让负载(也即负载连接机构40)与电机轴互锁(interlocking),从而让马达和轴的总质量把存储在负载内的剩余旋转动能消耗掉,从而减少负载转动能量投入到螺旋弹簧，避免弹簧过度变形而失去其功能。本发明中，限位槽60为n个，沿负载连接机构40上的轴孔41的周向间隔设置，n为自然数，例如是2个；卡件50同样为n个，沿输出轴21的周向间隔设置，n为自然数。且限位槽60的个数可以与卡件50的个数可以相同，也可以不同，如多个槽对应1个弹片或1个槽对应多个弹片。在如图1所示的实施例中，卡件50为弹片，弹片一端直接或间接连接到输出轴21的表面，另一端相对于输出轴21的表面翘起来。限位槽60的数量可以与卡件50的数量相同，均为2个，当然卡件50的数量还可以是1个、3个、4个或更多；同样限位槽60的数量也可以是1个、3个、4个或更多，限位槽60与卡件50的数量可以不相同。
如图4、图5所示，本实施例中的卡件也为弹片，不同的是，本实施例中的弹片58设置在金属带57上，更具体地，金属带57紧箍在输出轴21上，且金属带57的一部分翘起来以形成弹片58。弹片58的个数为2个，该实施例中提供的卡件可以与图3中提供的负载连接机构40相配合，当然也可以与具有1个、3个、4个或更多个限位槽的负载连接机构相配合。
请参照图6，与上一实施例不同的是，本实施例中弹片58的个数为3 个，且相邻两个弹片58之间的间距可以相同也可以不同。虽然图中未显示，但是弹片58的个数还可以是1个、4个、5个或更多，相邻两个弹片58之间的间距可以自由设置。可见，本发明并不对卡件的个数及每相邻两个卡件之间的间隔大小做限定。与上一实施例相同，本实施例中弹片可以与图3中提供的负载连接机构40相配合，也可以与具有1个、3个、4个或更多个限位槽的负载连接机构相配合。
请参照图7，与上述实施例不同的是，本实施例中的卡件为压缩弹簧53，更具体地，输出轴21的外周表面设有凹孔31，压缩弹簧53在自由状态下部分地凸出于输出轴21的外周表面。虽然图中未显示，但是压缩弹簧53以及凹孔31的个数还可以是1个、4个、5个或更多，相邻两个凹孔31之间的间距可以相同，也可以不同。与上一实施例相同，本实施例中的卡件可以与图3中提供的负载连接机构40相配合，也可以与具有1个、3个、4个或更多个限位槽的负载连接机构相配合。
如图8所示，本实施例中的卡件为被压缩弹簧52支撑的柱体54，更具体地，输出轴21的外周表面设有凹孔31，被压缩弹簧52支撑的柱体54在压缩弹簧52的自由状态下部分地凸出于输出轴21的外周表面。虽然图中未显示，但是被压缩弹簧52支撑的柱体54以及凹孔31的个数还可以是1个、4个、5个或更多，相邻两个凹孔31之间的间距可以相同，也可以不同。虽然图中未显示，但是弹片58的个数还可以是1个、4个、5个或更多，相邻两个弹片58之间的间距可以自由设置。与上一实施例相同，本实施例中的卡件可以与图3中提供的负载连接机构40相配合，也可以与具有1个、3个、4个或更多个限位槽的负载连接机构相配合。
请参照图9，本实施例中，限位槽60的个数为3个，沿输出轴21的周向间隔设置，且相邻两个限位槽60之间的间隔大小不同。虽然图中没显示，但是限位槽60的个数还可以为1个或4个甚至更多。可见，本发明并不对 限位槽60的个数及每两个限位槽60之间的间隔大小做限定。该实施例提供的负载连接机构及其上的限位槽同样适用于图1、图4、图6、图7、图8中提供的卡件。
请同时参照图10，图10为驱动组件的工作状态示意图。其中状态(a)至(c)中，转轴21开始旋转同时带动负载连接机构40旋转，弹性件119被旋紧且内径缩小直至其内径不再减小，从而使负载连接机构40与转轴21同步转动；在状态(d)中，转轴21停止旋转，而负载连接机构40由其内部的转动动能会进入到自由旋转的状态，此时，如状态(e)所示，在卡件50会经由第一槽壁61进入限位槽60并随之被第二槽壁62限位，最终，如状态(f)所示，转轴21会跟随负载连接机构40一起反向旋转，直至两者都停止旋转。
在电机停止通电后，负载连接机构40带动转轴旋转会减少转移到延时同步机构110的转动动能。具体来说，在螺旋弹簧不存在永久性的变形的情形下，根据标准回弹方程能得出物体的最大能量为
请参照图11和图12，电机10包括定子以及可转动地安装到定子的永磁转子20。定子包括定子磁芯31、安装到定子磁芯31的绝缘线架35、通过绝缘线架35绕设在定子磁芯31上的定子绕组32。其中，定子磁芯31包 括方形轭部33、从方形轭部33相对的两个内壁上分别向内伸出的一个凸极36，每个凸极36具有用于安装定子绕组32的绕线部38、从绕线部38径向内端向周向两侧伸出的弯曲的极靴49。本实施例中，凸极36的径向外端与方形轭部33的内壁设有凹凸卡扣结构39；具体地，该凹凸卡扣结构39包括设置在凸极36的径向外端的燕尾榫37以及设置在方形轭部33的内壁的与燕尾榫37相匹配的燕尾槽34。
上述两个凸极36的极靴49围成一个近似于圆柱形的腔体，永磁转子20收容于该腔体内；此外，在该圆柱形的腔体内壁上沿电机轴向设有定位凹槽46，优选地，定位凹槽46设置在每个极靴49的中心位置，如此设计的电机适合转子双方向启动。请同时参照图10，永磁转子20包括转轴21、固定套设到转轴21的转子主体。转子主体包括永磁体制成的永磁极25，可选地，转子主体包括固定套设到转轴21的转子磁芯以及安装到转子磁芯的永磁极25。每个永磁极25的外侧表面为弧面。优选地，永磁极25与极靴49之间形成厚度不均匀的气隙47。本实施例中，上述两个凸极36的极靴49之间存在磁阻较大的槽口43，该槽口43也可以用磁桥替换。气隙47在槽口/磁桥43处具有最大的厚度，沿远离槽口/磁桥43的方向气隙47的厚度逐渐减小。优选地，气隙47的厚度关于定子凸极36的中心线对称，从而形成对称非均匀气隙。非均匀气隙的设置可降低电机的齿槽转矩从而改善噪音。定位凹槽46的设置可以使得永磁转子20在静止时其极轴相对于定子的极轴偏移一个固定角度，从而保证定子定子绕组32每次通电时永磁转子20具有固定的起动方向。
本实施例中，转轴21与转子主体之间为固定/刚性连接从而能够进行同步转动，转轴21与负载连接机构40之间为滑动/软连接从而允许相对转动。转子20中的永磁极25至少为一块永磁体形成，定子绕组32与一交流电源串联时转子20在稳态阶段以60f/p圈/分钟的转速恒速运行，其中f 是所述交流电源的频率，p是所述转子的极对数。图5中定子和转子均具有两个磁极。可以理解的，在更多实施例中，定子和转子也可以具有更多磁极，例如四个、六个等。
本实施例中，定子磁芯31的方形轭部33为长方形，具有两条较长侧边以及两条较短侧边。上述两个凸极36分别连接到两条较短侧边，如此，凸极36的长度可以做得较长，从而能够安装更大的定子绕组32。可以理解地，定子磁芯31的轭部不限于方形，还可以是环形，u形等。
电机外壳的顶盖13和底盖17具有基本相同的结构。下文以底盖17为例去描述。底盖17整体上呈方形的盖子状，具有内腔81，内腔81的内壁具有环形闭合的台阶83从而使内腔81在底盖17的开口处具有更大的尺寸，在靠底盖17的底部处具有更小的尺寸。该环形的台阶83支撑定子磁芯31的方形轭部33的轴向端面。内腔81的靠底盖17的开口处的内壁87还设有若干凸块88，具体地，该若干凸块88设置在环形的台阶83的上方，在装配时，该若干凸块88抵顶到定子磁芯31的方形轭部33的外周表面，从而将定子磁芯31稳定地安装在顶盖13、底盖17组成的外壳内。本发明的电机10为单相永磁无刷交流电机例如单相同步电机，这里的交流是指流过电机定子线圈的电流为交流电。
图13示出本发明的电机驱动电路的结构框图。在驱动电路70中，电机10的定子绕组51与交流电源72串联于两节点a、b之间。交流电源72较佳的可以是市电交流电源，电流电压例如可以是110伏、220伏、230伏等。电机10为同步电机，其输入功率设定为2w至5w，例如是3w；电流为0.08a至0.12a，例如是0.09a，可控双向交流开关74与串联的定子定子绕组51和交流电源72并联于两节点a、b之间。可控双向交流开关74较佳的为三端双向晶闸管(triac)，其两个阳极分别连接两节点a和b。可以理解，可控双向交流开关74也可例如由反向并联的两个硅控整流器实现， 并设置对应的控制电路以按照预定方式控制这两个硅控整流器。交流-直流转换电路76与开关74并联于两节点a、b之间。交流-直流转换电路76将两节点a、b之间的交流电转换为低压直流电。位置传感器78可由交流-直流转换电路76输出的低压直流电供电，用于检测同步电机10的永磁转子20的磁极位置，并输出相应信号。在具体实施时，位置传感器78可以为霍尔效应传感器，其设置在定子上或定子内靠近转子的位置；且位置传感器78相对定子的极轴偏移一个角度，该角度可以与转子在静止时其极轴相对于定子的极轴偏移的角度相同。
开关控制电路79与交流-直流转换电路76、位置传感器78和可控双向交流开关74连接，被配置为依据位置传感器78检测的永磁转子磁极位置信息和从交流-直流转换电路76获取的交流电源72的极性信息，控制可控双向交流开关74以预定方式在导通与截止状态之间切换，使定子定子绕组51在电机起动阶段仅沿着前述的固定起动方向拖动永磁转子20旋转。本发明中，当可控双向交流开关74导通时，两个节点a、b被短路，交流-直流转换电路76因无电流流过而不再耗电，因此能够较大幅度地提高电能利用效率。
如图14、15所示，本发明还提供一种风扇200，包括上述驱动组件及风扇叶片210，其中，风扇叶片210包括毂部104以及连接到该毂部104的若干叶片102，且风扇叶片的毂部104用作上述驱动组件的负载连接机构。
本发明还提供一种泵，包括上述驱动组件及叶轮，其中，叶轮包括毂部以及连接到该毂部的若干叶片，且叶轮的毂部用作上述驱动组件的负载连接机构。
本发明提供一种驱动组件及应用该驱动组件的电器设备，通过单向离合机构与延时同步机构的设置，解决了单相电机启动困难的问题；同时单向离合机构更可防止延时同步机构中的缓冲件发生变形，不仅保障了缓冲 件的正常运作，更延长了延时同步机构的寿命。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。
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