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永磁直流电机及食物处理机

阅读：1027发布：2020-06-14

专利汇可以提供永磁直流电机及食物处理机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种用于食物处理机的永磁直流电机，包括：转子总成，其包括转轴和换向器，换向器套设在转轴上，换向器包括至少四个换向片；及碳刷，碳刷为条状，其包括第一碳刷和第二碳刷，二者对称分布在换向器的两侧，一个碳刷的第一端面与电源相连，一个碳刷的第二端面与至少一个换向片相抵触；第二端面沿转轴的长度方向的最大尺寸为其厚度a，第二端面沿与厚度相垂直的方向的最大尺寸为其宽度b，碳刷的厚度a与宽度b的比值a/b大于或等于1.7。本发明提供的永磁直流电机，令碳刷的厚度a与宽度b的比值大于或等于1.7，可以让碳刷在同等截面积的情况下厚度更大，宽度更小，有效地降低了无效绕组的产生，提高了电机效率。，下面是永磁直流电机及食物处理机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种永磁直流电机，用于食物处理机，其特征在于，包括：
转子总成，其包括转轴和换向器，所述换向器套设在所述转轴上，所述换向器包括至少四个换向片；及
 碳刷，所述碳刷为条状，其包括第一碳刷和第二碳刷，二者对称分布在所述换向器的两侧，一个所述碳刷的第一端面与电源相连，一个所述碳刷的第二端面与至少一个所述换向片相抵触；
所述第二端面沿所述转轴的长度方向的最大尺寸为其厚度a，所述第二端面沿与所述厚度相垂直的方向的最大尺寸为其宽度b，所述碳刷的厚度a与宽度b的比值a/b大于或等于
1.7。
2.根据权利要求1所述的永磁直流电机，其特征在于，
所述碳刷的厚度a与宽度b的比值a/b的取值范围为1.7≤a/b≤2.5。
3.根据权利要求1所述的永磁直流电机，其特征在于，
所述换向器为槽式换向器。
4.根据权利要求3所述的永磁直流电机，其特征在于，
所述换向器还包括至少一个绝缘部，一个所述绝缘部位于两个所述换向片之间；
所述绝缘部的宽度c、所述换向片的宽度d和所述碳刷的宽度b满足d≤b≤。
5.根据权利要求4所述的永磁直流电机，其特征在于，
所述绝缘部的宽度c大于或等于0.5mm。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的永磁直流电机，其特征在于，
所述换向器的直径的取值范围为28mm至45mm，所述换向片的数量为48片。
7.根据权利要求6所述的永磁直流电机，其特征在于，
所述碳刷的宽度b的取值范围为2.5mm至6mm。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的永磁直流电机，其特征在于，
所述第一碳刷的电阻率与所述第二碳刷的电阻率的比值小于或等于0.9，其中，所述第二碳刷的换向火花强于所述第一碳刷的换向火花。
9.一种食物处理机，其特征在于，包括：
如权利要求1至8中任一项所述的永磁直流电机。
10.根据权利要求9所述的食物处理机，其特征在于，所述食物处理机为以下至少之一：
破壁机、搅拌机、料理机、豆浆机和榨汁机。

说明书全文

永磁直流电机及食物处理机

技术领域

[0001] 本发明涉及家用电器领域，更具体而言，涉及一种永磁直流电机及食物处理机。

背景技术

[0002] 相关技术中的电机因钩式换向器折弯后，将缩短了换向片的有效长度，为保证碳刷的截面积满足电机的电流密度不能过小的需求，碳刷须缩短碳刷厚度与加大宽度，从而令碳刷的厚度与宽度的比值小于1.7；碳刷的宽度越大，单个碳刷与换向器的接触片数就越多，现状为碳刷完全接触2至3片换向片或以上。碳刷与换向器接触片数越多，造成短路无效的绕组就越多，短接的绕组此时均为电机的有效绕组，也就是这些绕组的有效边本应该受力，而被短接后成为无效绕组，使得直流电机此时的转矩降低，并且也相应地增加了电枢电流，继而因增大其他绕组中的电流而损坏电机。

[0003] 现有解决方法为把换向器外径加大，以加宽每个换向片的宽度，但会令换向器的外径变大，从而增加了电机高速运转时的风险，降低了电机的可靠性。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

[0005] 为此，本发明的一个目的在于，提出一种永磁直流电机。

[0006] 本发明的另一个目的在于，提出一种食物处理机。

[0007] 有鉴于此，根据本发明的一个目的，提供了一种永磁直流电机，用于食物处理机，包括：转子总成，其包括转轴和换向器，换向器套设在转轴上，换向器包括至少四个换向片；及碳刷，碳刷为条状，其包括第一碳刷和第二碳刷，二者对称分布在换向器的两侧，一个碳刷的第一端面与电源相连，一个碳刷的第二端面与至少一个换向片相抵触；第二端面沿转轴的长度方向的最大尺寸为其厚度a，第二端面沿与厚度相垂直的方向的最大尺寸为其宽度b，碳刷的厚度a与宽度b的比值a/b大于或等于1.7。

[0008] 本发明提供的永磁直流电机，第一碳刷和第二碳刷对称分布在换向器的两侧，使电机完成换向动作。通过改进碳刷厚度，令碳刷的厚度a与宽度b的比值大于或等于1.7，可以让碳刷在同等截面积的情况下，碳刷的厚度更大，宽度更小，针对不同的换向器进行相应调整后，一个碳刷最多同时与四个换向片相抵触，此时，仅这四个换向片中间的两个换向片被短路无效，碳刷与换向器的接触片数得到有效的减少，使转子总成中的绕组得到充分利用，有效地降低了无效绕组的产生，减少了电流因无效绕组造成的损失，提高了电机的寿命可靠性，提高了电机效率。

[0009] 另外，根据本发明提供的上述技术方案中的永磁直流电机，还可以具有如下附加技术特征：

[0010] 在上述技术方案中，优选地，碳刷的厚度a与宽度b的比值a/b的取值范围为1.7≤a/b≤2.5。

[0011] 在该技术方案中，给定了碳刷的厚度a与宽度b的比值的上限。由于碳刷的厚度a受到换向器的高度尺寸限制，要进一步增大碳刷的厚度a就需要增大换向器的高度，当换向器过高时，会增加电机整体的纵向尺寸，造成空间浪费，提高生产成本。通过给定该上限值，可以将换向器的尺寸保持在一个较优化的范围内，既可以满足减小碳刷宽度的需要，又充分利用了电机的空间，有助于控制成本。

[0012] 在上述任一技术方案中，优选地，换向器为槽式换向器。

[0013] 在该技术方案中，换向器采用了槽式换向器，一方面，槽式换向器为开设嵌线槽所占用的纵向尺寸较小，可以设置碳刷的空间就相应增多，有助于增大碳刷的厚度，更能满足a/b大于或等于1.7的要求。另一方面，不同于钩式换向器的绕组裸露在外，槽式换向器将绕组埋入换向片的嵌线槽中，相邻两换向片对应的绕组可彼此隔离，适当增大线径也不会出现相邻绕组接触短路的情况，从而增大了永磁直流电机的功率，使得永磁直流电机在工作时能同时满足输出的大扭矩和高转速的性能要求，并且无需过分增大换向器的直径，满足了高转速下的安全性需要。

[0014] 在上述任一技术方案中，优选地，换向器还包括至少一个绝缘部，一个绝缘部位于两个换向片之间；绝缘部的宽度c、换向片的宽度d和碳刷的宽度b满足d≤b≤2d+c。

[0015] 在该技术方案中，换向器的至少一个绝缘部位于两个换向片之间，可有效防止换向片之间距离过近时彼此连接导通产生短路，既保证了永磁直流电机的正常工作，又避免了引起火灾，提高了永磁直流电机使用的安全性。绝缘部的宽度c、换向片的宽度d和碳刷的宽度b满足d≤b≤2d+c，该上限值保证了一个碳刷最多同时与两个换向片完全接触，有助于减少无效绕组的数量；该下限值避免了碳刷仅与一个换向片相接触的时间相对过长，从而提高了换向速度，确保了电机效率。

[0016] 在上述任一技术方案中，优选地，绝缘部的宽度c大于或等于0.5mm。

[0017] 在该技术方案中，限定绝缘部的宽度大于或等于0.5mm，可以保证相邻换向片间均有大于或等于0.5mm的电气距离，可有效杜绝相邻换向片间接触短路，提高了电机的可靠性。

[0018] 在上述任一技术方案中，优选地，换向器的直径的取值范围为28mm至45mm，换向片的数量为48片。

[0019] 在该技术方案中，碳刷变窄后，相应地可以在不增加无效绕组的情况下增加换向器的片数；加之采用了槽式换向器，相邻两换向片之间的距离可得到缩小，在换向器的直径满足安全性需要的情况下可进一步提高换向器的片数，换向器在直径为28mm至45mm的安全尺寸下即可实现48片换向片，使得换向片之间的压降减小，进而使导电部件与换向器之间的放电压差减小，放电电流随之减小，从而减小了永磁直流电机运行时产生的电火花，即避免了永磁直流电机出现换向恶化，进而提高了永磁直流电机使用的安全性。

[0020] 在上述任一技术方案中，优选地，碳刷的宽度b的取值范围为2.5mm至6mm。

[0021] 在该技术方案中，限定了碳刷的宽度b的取值范围。该上限值保证了一个碳刷最多同时与两个换向片完全接触，有助于减少无效绕组的数量；该下限值避免了碳刷仅与一个换向片相接触的时间相对过长，从而提高了换向速度，确保了电机效率。

[0022] 在上述任一技术方案中，优选地，第一碳刷的电阻率与第二碳刷的电阻率的比值小于或等于0.9，其中，第二碳刷的换向火花强于第一碳刷的换向火花。

[0023] 在该技术方案中，第一碳刷和第二碳刷中的一个与电机正极相连，另一个与电机负极相连，由于永磁直流电机的正、负极压降差异较大，故正负极的换向火花以及磨损率也有很大差异。在第二碳刷的换向火花较强时，通过降低第一碳刷和第二碳刷的电阻率比值，即提高第二碳刷的电阻率和/或降低第一碳刷的电阻率，有助于降低第二碳刷的换向电流，从而降低了每次换向的放电火花，减少了换向器与第二碳刷的电气磨损，使第二碳刷的磨损率与第一碳刷相当，有效地延长了电机的使用寿命。

[0024] 综上，本发明提供了一种直流永磁机，配合槽式换向器的结构，可以让碳刷在同等截积的情况下，碳刷的厚度更大，宽度更小，使碳刷对应的换向器片数增加，进而减小了永磁直流电机运行时产生的电火花。

[0025] 根据本发明的另一个目的，提供了一种食物处理机，包括：如上述任一技术方案所述的永磁直流电机。

[0026] 本发明提供的食物处理机，包括上述任一技术方案所述的永磁直流电机，因此具有该永磁直流电机的全部有益效果，在此不再赘述。

[0027] 在上述任一技术方案中，优选地，食物处理机为以下至少之一：破壁机、搅拌机、料理机、豆浆机和榨汁机。

[0028] 在该技术方案中，食物处理机为以下至少之一：破壁机、搅拌机、料理机、豆浆机和榨汁机，其中，尤其是破壁机，需要电机具有较大的功率，才能将食物的细胞壁打碎，使食物变得极其细腻，因此碳刷的横截面积往往较大，且电机的功率一旦增大，就会产生较大的火花，造成安全隐患。本发明提供的永磁直流电机应用在破壁机里，通过提高碳刷的厚度a与宽度b的比值并增加换向器的片数，既可使转子总成中的绕组得到充分利用，有效地降低了无效绕组的产生，减少了电流因无效绕组造成的损失，又可保证永磁直流电机在较大的功率下，不会产生较大的火花，提高了使用的安全性。

[0029] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明

[0030] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0031] 图1示出了本发明的一个实施例提供的转子总成与碳刷的装配主视图；

[0032] 图2示出了本发明的一个实施例提供的转子总成与碳刷的装配俯视图；

[0033] 图3示出了本发明的一个实施例提供的换向器俯视图；

[0034] 图4示出了本发明的一个实施例提供的转子总成绕线图；

[0035] 图5示出了本发明的一个实施例提供的转子总成绕线原理图。

[0036] 其中，图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

[0037] 10转子总成，12转轴，14换向器，142换向片，144绝缘部，16绕组，20碳刷，22第一碳刷，24第二碳刷，30 弹簧。

具体实施方式

[0038] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0039] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

[0040] 下面参照图1至图5描述根据本发明一些实施例所述永磁直流电机。

[0041] 如图1和图2所示，本发明第一方面的实施例提出了一种永磁直流电机，用于食物处理机，包括：转子总成10，其包括转轴12和换向器14，换向器14套设在转轴12上，换向器14包括至少四个换向片142；及碳刷20，碳刷20为条状，其包括第一碳刷22和第二碳刷24，二者对称分布在换向器14的两侧，一个碳刷20的第一端面与电源相连，一个碳刷20的第二端面与至少一个换向片142相抵触；第二端面沿转轴12的长度方向的最大尺寸为其厚度a，第二端面沿与厚度相垂直的方向的最大尺寸为其宽度b，碳刷20的厚度a与宽度b的比值a/b大于或等于1.7。

[0042] 本发明提供的永磁直流电机，第一碳刷22和第二碳刷24对称分布在换向器14的两侧，使电机完成换向动作。通过改进碳刷20厚度，令碳刷20的厚度a与宽度b的比值大于或等于1.7，可以让碳刷20在同等截面积的情况下，碳刷20的厚度更大，宽度更小，针对不同的换向器14进行相应调整后，一个碳刷20最多同时与四个换向片142相抵触，此时，仅这四个换向片142中间的两个换向片142被短路无效，碳刷20与换向器14的接触片数得到有效的减少，使转子总成10中的绕组16得到充分利用，有效地降低了无效绕组的产生，减少了电流因无效绕组造成的损失，提高了电机的寿命可靠性，提高了电机效率。优选地，碳刷20为方形条状，即其第一端面和第二端面为方形。

[0043] 在本发明的一个实施例中，优选地，碳刷20的厚度a与宽度b的比值a/b的取值范围为1.7≤a/b≤2.5。

[0044] 在该实施例中，给定了碳刷20的厚度a与宽度b的比值的上限。由于碳刷20的厚度a受到换向器14的高度尺寸限制，要进一步增大碳刷20的厚度a就需要增大换向器14的高度，当换向器14过高时，会增加电机整体的纵向尺寸，造成空间浪费，提高生产成本。通过给定该上限值，可以将换向器14的尺寸保持在一个较优化的范围内，既可以满足减小碳刷20宽度的需要，又充分利用了电机的空间，有助于控制成本。

[0045] 在本发明的一个实施例中，优选地，换向器14为槽式换向器。

[0046] 在该实施例中，换向器14采用了槽式换向器，一方面，槽式换向器为开设嵌线槽所占用的纵向尺寸较小，可以设置碳刷20的空间就相应增多，有助于增大碳刷20的厚度，更能满足a/b大于或等于1.7的要求。例如，对于同样高10mm的槽式换向器和钩式换向器，前者的嵌线槽在高度方向上仅需占用2mm，而后者的钩需占用3mm至4mm，往往没有足够的空间来充分提高碳刷20的厚度。另一方面，不同于钩式换向器的绕组16裸露在外，槽式换向器将绕组16埋入换向片142的嵌线槽中，相邻两换向片142对应的绕组16可彼此隔离，适当增大线径也不会出现相邻绕组16接触短路的情况，从而增大了永磁直流电机的功率，使得永磁直流电机在工作时能同时满足输出的大扭矩和高转速的性能要求，并且无需过分增大换向器14的直径，满足了高转速下的安全性需要。

[0047] 如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，优选地，换向器14还包括至少一个绝缘部144，一个绝缘部144位于两个换向片142之间；绝缘部144的宽度c、换向片142的宽度d和碳刷20的宽度b满足d≤b≤2d+c。

[0048] 在该实施例中，换向器14的至少一个绝缘部144位于两个换向片142之间，可有效防止换向片142之间距离过近时彼此连接导通产生短路，既保证了永磁直流电机的正常工作，又避免了引起火灾，提高了永磁直流电机使用的安全性。绝缘部144的宽度c、换向片142的宽度d和碳刷20的宽度b满足d≤b≤2d+c，该上限值保证了一个碳刷20最多同时与两个换向片142完全接触，有助于减少无效绕组的数量；该下限值避免了碳刷20仅与一个换向片142相接触的时间相对过长，从而提高了换向速度，确保了电机效率。

[0049] 在本发明的一个实施例中，优选地，绝缘部144的宽度c大于或等于0.5mm。

[0050] 在该实施例中，限定绝缘部144的宽度大于或等于0.5mm，可以保证相邻换向片142间均有大于或等于0.5mm的电气距离，可有效杜绝相邻换向片142间接触短路，提高了电机的可靠性。

[0051] 在本发明的一个实施例中，优选地，换向器14的直径的取值范围为28mm至45mm，换向片142的数量为48片。

[0052] 在该实施例中，碳刷20变窄后，相应地可以在不增加无效绕组的情况下增加换向器14的片数；加之采用了槽式换向器，相邻两换向片142之间的距离可得到缩小，在换向器14的直径满足安全性需要的情况下可进一步提高换向器14的片数，换向器14在直径为28mm至45mm的安全尺寸下即可实现48片换向片142，使得换向片142之间的压降减小，进而使导电部件与换向器14之间的放电压差减小，放电电流随之减小，从而减小了永磁直流电机运行时产生的电火花，即避免了永磁直流电机出现换向恶化，进而提高了永磁直流电机使用的安全性。具体地，如图1所示，通过弹簧30的压力作用第一碳刷22和第二碳刷24与换向器
14有效接触，如图3所示，将48片换向片142分别标号为142.1、142.2、……、142.47、142.48，如图4所示，将与换向片142相连的绕组16分别标号为16.1、16.2、……16.47、16.48。如图5所示，箭头所指为电流方向，假定电流从第一碳刷22流入到与它接触的两片相邻换向片
142.1和142.2上，再分别从与这两片换向片142相连的两组绕组16.1和16.2流过，通过对应串联的绕组16.3、16.4、16.5、16.6、16.7、16.8、……、16.41、16.42、16.43、16.44、16.45、
16.46，再后流到对边的两组相邻换向片142.47和142.48上后，再流出到第二碳刷24。电流流过的绕组16.3、16.4、……16.45、16.46在磁场的作用下产生了力矩，从而让转子总成10转动，而绕组16.1、16.2、16.47和16.48因被第一碳刷22和第二碳刷24短接而形成无效绕组。当第一碳刷22和第二碳刷24短接的绕组16越多，则形成的无效绕组越多，电机有效率会越低。

[0053] 在本发明的一个实施例中，优选地，碳刷20的宽度b的取值范围为2.5mm至6mm。

[0054] 在该实施例中，限定了碳刷20的宽度b的取值范围。该上限值保证了一个碳刷20最多同时与两个换向片142完全接触，有助于减少无效绕组的数量；该下限值避免了碳刷20仅与一个换向片142相接触的时间相对过长，从而提高了换向速度，确保了电机效率。

[0055] 在本发明的一个实施例中，优选地，第一碳刷22的电阻率与第二碳刷24的电阻率的比值小于或等于0.9，其中，第二碳刷24的换向火花强于第一碳刷22的换向火花。

[0056] 在该实施例中，第一碳刷22和第二碳刷24中的一个与电机正极相连，另一个与电机负极相连，由于永磁直流电机的正、负极压降差异较大，故正负极的换向火花以及磨损率也有很大差异。在第二碳刷24的换向火花较强时，通过降低第一碳刷22和第二碳刷24的电阻率比值，即提高第二碳刷24的电阻率和/或降低第一碳刷22的电阻率，有助于降低第二碳刷24的换向电流，从而降低了每次换向的放电火花，减少了换向器14与第二碳刷24的电气磨损，使第二碳刷24的磨损率与第一碳刷22相当，有效地延长了电机的使用寿命。

[0057] 综上，本发明提供了一种直流永磁机，配合槽式换向器的结构，可以让碳刷20在同等截积的情况下，碳刷20的厚度更大，宽度更小，使碳刷20对应的换向器14片数增加，进而减小了永磁直流电机运行时产生的电火花。

[0058] 本发明第二方面的实施例提出了一种食物处理机，包括：如上述任一实施例所述的永磁直流电机。

[0059] 本发明提供的食物处理机，包括上述任一实施例所述的永磁直流电机，因此具有该永磁直流电机的全部有益效果，在此不再赘述。

[0060] 在本发明的一个实施例中，优选地，食物处理机为以下至少之一：破壁机、搅拌机、料理机、豆浆机和榨汁机。

[0061] 在该实施例中，食物处理机为以下至少之一：破壁机、搅拌机、料理机、豆浆机和榨汁机，其中，尤其是破壁机，需要电机具有较大的功率，才能将食物的细胞壁打碎，使食物变得极其细腻，因此碳刷20的横截面积往往较大，且电机的功率一旦增大，就会产生较大的火花，造成安全隐患。本发明提供的永磁直流电机应用在破壁机里，通过提高碳刷20的厚度a与宽度b的比值并增加换向器14的片数，既可使转子总成10中的绕组16得到充分利用，有效地降低了无效绕组的产生，减少了电流因无效绕组造成的损失，又可保证永磁直流电机在较大的功率下，不会产生较大的火花，提高了使用的安全性。

[0062] 在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0063] 在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0064] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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永磁直流电机及食物处理机

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