一种静音卧室扇用电机、卧室扇及加工该电机的加工方法与流程

本发明属于电机制造技术领域，尤其涉及一种静音卧室扇用电机、卧室扇及加工该电机的加工方法。

背景技术：

齿槽转矩是永磁电机的固有现象，表现为在电枢绕组不通电的状态下，由永磁铁产生的磁场同电枢铁心在齿槽效应的作用下，在运动方向产生的周期性转矩，它的产生来自于永磁铁与电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩，它的产生来自于永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，因此趋势产生的一种振荡转矩，齿槽转矩会使电机转矩波动，产生无规律的震动导致产生大量的噪声，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的震动和噪声将被放大，齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位，当较大齿槽转矩的电机安装在卧室扇上，会导致卧室扇发出大量的噪声。

技术实现要素：

(一)发明目的

为了克服以上不足，本发明的目的在于提供一种静音卧室扇用电机、卧室扇及加工该电机的加工方法，以解决现有卧室扇上的电机由于存在较大的齿槽转使电机产生运行震动，从而导致卧室扇工作时产生大量的噪声的技术问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本申请一方面提供了了一种静音卧室扇用电机，其技术方案如下：

本申请一方面提供了一种静音卧室扇用电机，包括：

定子和转子，转子可转动地设置在定子的外侧；

定子包括：铁芯和绕组漆皮线，该铁芯包括呈环形结构的定子轭部以及沿定子轭部的径向向外突设于定子轭部外缘的用于供绕组漆皮线绕卷的均匀分布的多个齿条，每个齿条远离定子轭部的一端形成一齿冠，该齿冠的周壁包括：以内切圆和中心圆的切点为中心同时沿内切圆的弧边延伸的呈圆弧形结构的外侧面，一端分别与外侧面的连接并且另一端以齿条的中心线为对称轴并沿外侧面的弯曲方向向外倾斜设置的两倾斜面，分别与两倾斜面的另一端连接的两端面以及与外侧面相对设置的并连接两端面的内侧面，其中，中心圆是以定子轭部的中心为圆心，以定子轭部的中心点到任意一齿冠外侧面的中心的距离为半径所作的圆，内切圆内切于中心圆并且内切圆的圆心位于齿条的中心线上，内切圆的半径大小为中心圆半径大小的1/3-1/2；

定子与转子转动配合可降低转子转动时的齿槽转矩进而减少电机的噪音，使得安装该电机的卧室扇的噪声降低。

进一步地，外侧面对应的弧长为5.95-6.05cm。

进一步地，倾斜面与垂直齿条中心线的水平线之间的夹角大于45度且小于90°。

进一步地，端面的宽度与第一直线的比值大于1/2，其中，第一直线的一端与内侧面连接，另一端沿端面的设置方向延伸并与外侧面连接。

进一步地，转子包括：电机机壳，环设在电机机壳内侧壁上的永磁铁以及穿设于电机机壳中部的转动轴组件，定子还包括：pcb控制电路板以及轴承座组件，轴承座与转动轴组件转动连接，用于固定转动轴组件，pcb控制电路板与绕组漆皮线电连接并可拆卸的设置在轴承座远离电机机壳的一端，该pcb控制电路板中间设置有与轴承座结构相匹配的用于供轴承座穿过的通孔。

本申请另一方面提供了一种具有上述电机的卧室扇，其特征在于，卧室扇还包括：外壳以及设置在外壳内的叶片组件和控制组件，其中，电机设置在外壳内部并与叶片组件驱动连接以及与控制组件电连接，电机在控制组件的控制下带动叶片组件转动进行送风。

本申请又一方面提供了一种加工上述电机的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

减料：选取标准铁芯，该标准铁芯的齿冠的外侧面是围绕中心圆的弧边延伸设置的，标准铁芯包括呈环形结构的定子轭部以及均匀分别在定子轭部的外缘处的并沿定子轭部的轴向延伸的多个齿条，每个齿条远离定子轭部的一端形成一齿冠，该齿冠包括：沿中心圆的弧边延伸设置的呈弧形结构的外侧面、一端分别与两外侧面的端部连接的端面以及与外侧面相对设置并与端面的另一端连接的内侧面；

通过作内切圆的方式对标准铁芯的外侧面进行减料，使外侧面的中心位置与内切圆和中心圆的切点重合并且使沿内切圆的弧边延伸，其中，中心圆是以定子轭部的中心为圆心，以定子轭部的中心点到外侧面的中心点的距离为半径所作的圆，内切圆内切于中心圆并且内切圆的圆心位于齿条的中心线上，内切圆的半径大小为中心圆半径大小的1/3-1/2；

削角：在齿冠的外侧面完成减料后，分别在齿冠的外侧面以及两端面上以齿条的中心线并沿外侧面的弯曲方向向外倾斜对外侧面和端面所形成的夹角进行削除，以形成两倾斜面。

进一步地，削角包括：削角的方向与垂直齿条中心线的水平线之间的夹角应大于45度且小于90度。

进一步地，完成减料后的外侧面对应的弧长为5.95-6.05cm。

进一步地，削角还包括：对端面进行裁切时，切点应在端面的中心点之上，使得完成裁切的端面的宽度比上未进行裁切的端面的宽度大于1/2。

借由以上的技术方案，本申请的有益效果在于：静音卧室扇用电机通过将齿冠的外侧面设置成中心与内切圆和中心圆的切点重合两端同时沿内切圆的边缘延伸，将两倾斜面设置成以齿条的中心线为对称轴并沿外侧面的弯曲方向向外倾斜，使得该电机的反电动势更趋向于正弦波，由于正弦波的反电动势的谐波分量少，可大幅度降低转子与定子转动配合时的齿槽转矩，降低电机由于齿槽转矩产生运行震动所产生的噪声，当该电机安装在卧室扇时，可降低卧室扇运转时的噪声，进一步地，由于电机的反电动势趋向于正弦化，正弦化的反电动势可使电机受控更精准，可精确的控制电机的转速以及精确控制电机的旋转角度，提高了电机受控能力。

附图说明

图1是本发明的静音卧室扇用电机的爆炸图；

图2是现有的电机的爆炸图；

图3是本发明的通过内切圆和中心圆作齿冠的状态图；

图4是本发明的静音卧室扇用电机的铁芯的结构示意图；

图5是图4中a部分的放大示意图；

图6是本发明的静音卧室扇用电机的齿冠的结构示意图；

图7是本发明的静音卧室扇用电机的加工方法流程图；

图8是本发明的静音卧室扇用电机与现有的电机的齿槽转矩的对比图；

图9是本发明的静音卧室扇用电机的与现有电机的反电动势的对比图；

图10是现有的电机的定子的反电动势作傅里叶变换的参照图；

图11是本发明的静音卧室扇用电机的反电动势作傅里叶变换的参照图。

附图标记：

1：电机机壳；2：永磁铁；3：铁芯；301：定子轭部；3031：外侧面；3032：倾斜面；3033：端面；3034：内侧面；302：齿条；303：齿冠；4：绕组漆皮线；5：pcb控制电路板；6：轴承；7：轴承座；701：第一固定部；702：第二固定部；8：转动轴；9：卡簧。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

齿槽转矩是永磁电机的固有现象，表现为在电枢绕组不通电的状态下，由永磁铁产生的磁场同电枢铁心在齿槽效应的作用下，在运动方向产生的周期性转矩，它的产生来自于永磁铁与电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩，它的产生来自于永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，因此趋势产生的一种振荡转矩，齿槽转矩会使电机转矩波动，产生无规律的震动导致产生大量的噪声，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的震动和噪声将被放大，齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位，当较大齿槽转矩的电机安装在卧室扇上，会导致卧室扇发出大量的噪声。导致用户的体验效果差。

请参阅图1-图6，本发明一方面提供了一种静音卧室扇用电机，本发明的电机主要运用在卧室扇领域，以提高得卧室扇的静音效果，静音卧室扇用电机包括：

铁芯3和绕组漆皮线4，该铁芯3包括呈环形结构的定子轭部301以及沿定子轭部301的径向向外突设于定子轭部301外缘的用于供绕组漆皮线4绕卷的均匀分布的多个齿条302，每个齿条302远离定子轭部301的一端形成一齿冠303，该齿冠303的周壁包括：以内切圆r1和中心圆r2的切点为中心同时沿内切圆r1的弧边延伸的呈圆弧形结构的外侧面，一端分别与外侧面3031连接并且另一端以齿条302的中心线k1为对称轴向并沿外侧面3031的弯曲方向向外倾斜设置的两倾斜面3032，两倾斜面3032与垂直齿条302中心线k1的水平线k2之间的夹角为锐角，分别与倾斜面3032另一端连接的两端面3033以及与外侧面3031相对设置的并连接两端面3033的内侧面3034，其中，中心圆r2是以定子轭部301的中心为圆心，以定子轭部301的中心点到外侧面3031的中心的长度为半径所作的圆，内切圆r1的圆心位于齿条302的中心线k1上并且内切圆r1内切于中心圆r2，内切圆r1的半径d1大小为中心圆r2的半径d2大小的1/3-1/2；

具有上述结构的定子与转子转动配合可降低转子转动时的齿槽转矩，进而减少驱动电机的无规律震动产生的大量噪音，使得安装该电机的卧室扇的噪声降低。

本申请的电机通过作内切圆r1的方式得到齿冠303的外侧面3031以及对外侧面3031和两端面3033所形成的角进行削除形成两倾斜面3032，使得电机的反电动势的谐波分量减少，电机的反电动势的波形相比于现有的电机的反电动势的波形更加趋向于正弦化，反电动势的谐波分量减少可减少电机的齿槽转矩，使电机的运行震动减少，从而降低电机的噪声，当电机安装在卧室扇中，可降低卧室扇的噪声。进一步地，正弦化的反电动势便于控制，可精确的控制电机的转速，可使电机精确旋转预定角度，提高了电机受控能力。

内切圆r1的半径d1大小为中心圆r2的半径d2的1/3-1/2，在一具体实施例中，中心圆r2的半径d2为19cm，内切圆r1的半径d1应取值在6.33-9.5cm之间。

请参阅图4，优选的，相邻的两个齿条302的中心线k1之间的弧度设置成30度，相邻两齿冠303的相邻两端面3033之间的间隔l1设置为1.85-1.9cm。每个定子轭部301的侧壁一共设置有12个齿条302。

请参阅图5，具体的，经多次试验所得，优选的，每个外侧面3031对应的弧长l2为5.95-6.05cm；倾斜面3032与垂直齿条302的中心线k1的水平线k2之间的夹角α大于45度角且小于90度，这样电机的反电动势的谐波分量可大幅度减少，齿槽转矩能大幅度降低。

请参阅图6，在另一优选实施例中，齿冠303的端面3033宽度d3与第一直线k3的比值应大于1/2，第一直线k3的一端与内侧面连接，另一端沿端面的设置方向延伸并与外侧面连接，若端面3033宽度d3与第一直线k3的比值小于1/2，电机的反电动势存有较多谐波分量，电机的齿槽转降低效果不明显。

对于本申请的电机与现有的电机的齿槽转矩的对比效果，具体请参阅图8，图8是通过有限元软件分析并绘制出的本申请的电机与现有的电机的齿槽转矩的对比图，其中，图8的横坐标为时间，纵坐标为齿槽的转矩的数值大小，图8中线条a表示现有的电机转动一个周期的齿槽转矩变化值，线条b表示本申请的电机转动一个周期内的齿槽转矩的变化值，从图8可知，现有电机的齿槽转矩的幅值为1.2mn.m，本申请的齿槽转矩的幅值为0.2mn.m，本申请的电机的齿槽转矩的大小为现有的电机齿槽转矩的1/6，本申请的电机的齿槽转矩相比于现有电机的齿槽转矩降低效果明显，可大幅度的降低了电机运行震动产生的大量噪声，当电机安装在卧室扇时，卧室扇的静音效果明显，有利于提高用户的睡眠质量。

为对比本申请的电机和现有的电机反电动势的波形效果，本申请做了以下试验，具体请参阅图9-图11；

1.分别取本申请的电机与现有的电机；

2.分别向两电机通入相同的电流，在通电情况下，通过有限元软件对两电机的反电动势进行计算，得出本申请的电机的反电动势的变化值b和现有的电机的反电动势的变化值a，如图9所示；

3.在得出两电机的反电动势的变化值后，对现有的电机的反电动势的变化值a和本申请的电机的反电动势的变化值b进行傅立叶变换，求出各阶谐波的反电动势的幅值，具体请参阅图10和图11；

请参阅图9，图9的横坐标为时间值，纵坐标为齿槽反电动势的幅值，从图9可看出，现有的电机的反电动势的波形顶端水平接近梯形波，本申请的电机更趋向于正弦波，本申请的电机更趋向于正弦，图中反电动势波形是由各阶谐波的分量和基波进行叠加所得，基波是电流本身的波形，为正弦波，现有电机的梯形波是基波以及叠加了大量的谐波分量而形成的波形，本申请的电机的反电动势的谐波分量相比现有电机更少，可减少电机的齿槽转矩，使电机的运行震动减少，从而降低电机的噪声。

请参阅图图10和图11，图10和图11的横坐标为各阶的谐波分量，纵坐标为各阶的谐波分量的反电动势的幅度值，图9的反电动势波形是各阶谐波的分量与基波进行叠加所得，基波为由于电流波形，为正弦波，从图10和图11可知，本申请各阶的谐波分量相比于现有的电机的各阶谐波分量的幅度值都小，由于各阶谐波分量小，在各阶谐波分量和基波叠加后反电动势的波形更接近正弦波，正弦波有利于降低电机的齿槽转矩，降低电机运转过程中产生的噪音，避免降低卧室扇运转时产生的大量噪声。

请参阅图2，具体的，转子包括：电机机壳1，呈中空的圆柱状结构，环设在电机机壳1内侧壁上的永磁铁2，设置在电机机壳1内部的轴承座7以及转动轴8，转动轴8的一端通过卡簧9和轴承6可转动地设置在轴承座7上，另一端穿过定子轭部301并从电机机壳1穿出，具体的，转动轴8与电机机壳1过盈配合进行固定，转动轴8与外部卧室扇连接，当外部电流流入绕组漆皮线4时，绕组漆皮线4和铁芯3发生电磁感应产生感应磁场，该感应磁场与永磁铁2相互作用可带动电机机壳1和转动轴8转动进而带动卧室扇转动。

定子还包括：pcb控制电路板5，pcb控制电路板5与绕组漆皮线4电连接，用于控制流入绕组漆皮线4中的电流。优选的，pcb控制电路板5设置在轴承座7的底部并与轴承座7可拆卸连接，具体的，请参阅图1，pcb控制电路板5大致呈环形结构，轴承座7底部的侧壁上向外突起形成多个第一固定部701和第二固定部702，第一固定部701在轴承座7上的设置高度高于第二固定部702，第一固定部701、第二固定部702中间都是螺纹结构，pcb控制电路板5的内缘与第二固定部702对应的位置上设置有缺口，pcb控制电路板5上与第一固定部701对应的位置上设置有多个固定孔，在对pcb控制电路板5进行固定时，先将螺丝插入到第一固定部701中和pcb控制电路板5上的固定孔中将pcb控制电路板5先固定到轴承座7的底部上，然后将螺丝插入到第二固定部702并使之穿过缺口与外部进行固定以将轴承座7固定到外部，这样，在pcb控制电路板5损坏时只需拧动第一固定部701和第二固定部702的螺丝即可接将pcb控制电路板5进行拆卸并将其取出并进行更换，避免需要拆卸电机的各个部件，可快速的对电机进行维修。

现有电机的结构具体可参考图2。

优选的，本申请的永磁铁2采用注塑铁氧体制成，注塑铁氧体可以轴向单极充磁，也可径向多级充磁，还可以轴向径向复合充磁。产品外观光洁无瑕疵，尺寸精度高，一致性好，无需后续加工，性能稳定，抗震耐冲击，产品可复杂化，具有其他磁体无法替代和比拟的优越性。

本申请的另一方面提供了一种具有上述电机的卧室扇，外壳以及设置在外壳内的叶片组件和控制组件，叶片组件包括多个扇叶，电机设置在外壳内部并且通过转子与叶片组件驱动连接，电机与控制组件电连接，当控制组件控制电机启动时，电机的转子带动下带动叶片组件转动进行送风。本申请的卧室扇由于设置了静音卧室扇用电机，在叶片转动的过程中，电机运转过程中运行震动减少，使得卧室扇运转过程中噪声低，卧室扇安装在卧室时不会影响到用户的睡眠，提高用户的睡眠质量。

请参阅图7，本发明的又一方面提供了一种制造上述电机的加工方法，具体包括以下步骤：

减料：选取标准铁芯，标准铁芯为市面上常见的铁芯，标准铁芯的齿冠的外侧面是围绕中心圆r2的弧边延伸设置的，标准铁芯包括：呈环形结构的定子轭部以及均匀分别在定子轭部的外缘处的并沿定子轭部的轴向延伸的多个齿条，每个齿条远离定子轭部的一端形成一齿冠，该齿冠包括：沿中心圆r2的弧边延伸设置的呈弧形结构的外侧面、一端分别与两外侧面的端部连接的端面以及与外侧面相对设置并与端面的另一端连接的内侧面；

通过作内切圆r1的方式对标准铁芯的外侧面进行减料，使外侧面的中心位置与内切圆r1和中心圆r2的切点重合并且使沿内切圆r1的弧边延伸，其中，中心圆r2是以定子轭部的中心为圆心，以定子轭部的中心点到外侧面的中心点的距离为半径所作的圆，内切圆r1内切于中心圆r2并且内切圆r1的圆心位于齿条的中心线上，内切圆r1的半径d1大小为中心圆r2半径d2大小的1/3-1/2；

削角：在齿冠的外侧面完成减料后，分别在齿冠的外侧面以及两端面上以齿条的中心线并沿外侧面的弯曲方向向外倾斜对外侧面和端面所形成的夹角进行削除，以形成两倾斜面。

经过多次试验所得，优选的，削角时，削角的方向与垂直齿条中心线的水平线k2之间的夹角α应大于45度且小于90度，其中，该水平线k2垂直齿条302的中心线k1。具体可参阅图5，这样，这样电机的齿槽转矩能大幅度降低。

在进行削角时，完成减料后的齿冠303的外侧面3031的弧长应在5.95-6.05cm之间。

优选的，在对齿冠303进行削角时，切点在齿冠303的端面3033的起始位置应在端面的中心点之上，使得完成裁切的端面的宽度比上未进行裁切的端面的宽度大于1/2，具体的，即以齿冠303的端面3033的中心点为分隔点，在分隔点靠近齿冠303的一端(上半段)进行倾斜削角，请参阅图6，这样，被削角后剩余的端面3033的宽度比上齿冠303的内侧面3034到齿冠303的外侧面3031的延长线之间的距离大于1/2。实验表明，若削角时削去了端面的一半以上，电机的反电动势的正弦化效果和齿槽转矩降低效果不明显，且影响电机的控制，因此，齿冠303的端面3033宽度h与齿冠303的内侧面3034到外侧面3031的延长线之间的距离h的比值大于1/2，可保证电机的反电动势波形趋向于正弦化，齿槽转矩降低的幅度大，可减少电机运转震动产生的大量噪音，有效降低卧室扇在工作过程中的噪声。

通过上述方法加工得到的电机的反电动势的谐波分量减少，电机的反电动势的波形相比于现有的电机的反电动势的波形更加趋向于正弦化，正弦化的反电动势可减少电机的齿槽转矩，使电机的运行震动减少，从而降低电机的噪声，当电机安装在卧室扇中，可降低卧室扇的噪声。进一步地，正弦化的反电动势便于控制，可精确的控制电机的转速，可使电机精确旋转预定角度，提高了电机受控能力。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。