本發(fā)明涉及一種冷卻風扇，以及應用該冷卻風扇的風冷冰箱。

背景技術：

冷卻風扇作為現(xiàn)有的各種電器的重要元件之一，其結構、體積大小影響著整個電器的結構及性能，而如何兼顧成本及電機的性能則成為了冷卻風扇的主要課題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的特征和優(yōu)點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實踐本發(fā)明而學習。

為克服現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明一方面提供一種冷卻風扇，包括：同步電機，包括定子和可相對定子旋轉的永磁轉子，所述永磁轉子包括轉軸和套設于轉軸的永磁體轉子主體，所述定子包括定子磁芯及纏繞于定子磁芯上由一交流電源供電的定子定子繞組，所述電機每次通電時，所述轉子主體具有固定的起動方向并在穩(wěn)態(tài)階段以60f/p圈/分鐘的轉速恒速運行，其中f是所述交流電源的頻率，p是所述永磁轉子的極對數(shù)；以及葉輪，所述葉輪連接至所述轉軸以與所述轉軸始終保持同步旋轉。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述轉子主體與所述葉輪中，其中之一與所述轉軸之間為剛性連接以進行同步轉動，其中之另一與所述轉軸之間為軟性連接以進行相對轉動并且還連接有延時同步裝置以逐步實現(xiàn)同步轉 動。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述延時同步裝置包括固定座和緩沖機構，所述固定座固定到所述轉軸，所述緩沖機構一端連接到所述固定座，另一端連接到所述轉子主體與所述葉輪中與所述轉軸滑動連接的一者。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述葉輪具有一安裝部以安裝到所述轉軸，所述安裝部與所述轉軸之間為滑動配合；所述冷卻風扇還包括延時同步裝置，所述延時同步裝置包括固定座和緩沖機構，所述固定座固定到所述轉軸，所述緩沖機構的兩端分別連接到所述固定座和所述安裝部，用于延時地同步所述固定座和所述安裝部的轉速。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述緩沖機構為套設到所述轉軸的內(nèi)外徑都可變的彈性件。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述彈性件為螺旋彈簧。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述延時同步裝置還包括保護套筒，所述保護套筒環(huán)繞在所述彈性件外周。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述保護套筒的一端與所述安裝部固定，另一端活動套設到所述固定座。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述定子磁芯具有方形軛部、分別從所述方形軛部相對的兩個內(nèi)壁上分別向內(nèi)伸出的兩個凸極，所述凸極具有用于安裝所述定子繞組的繞線部、從所述繞線部徑向內(nèi)端向周向兩側伸出的彎曲的極靴；所述永磁轉子收容于所述極靴圍成的腔體內(nèi)。

作為本發(fā)明的一種改進方案，每個所述凸極的徑向外端與所述方形軛部的內(nèi)壁設有凹凸卡扣結構用于連接所述凸極與所述方形軛部。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述永磁轉子的每個所述永磁極的外側表面為弧面，使所述永磁極與所述極靴之間形成厚度非均勻的氣隙，所述氣隙關于定子凸極的中心線對稱。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述兩個凸極的極靴之間存在磁阻較大的磁橋或槽口；所述氣隙在所述磁橋或槽口處具有最大的厚度，沿遠離所述磁橋或槽口的方向氣隙的厚度逐漸減小。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述冷卻風扇還包括驅動電路，所述定子繞組與一外部交流電源串聯(lián)于第一、第二節(jié)點之間，所述驅動電路包括可控雙向交流開關、與所述雙向交流開關并聯(lián)于所述第一、第二節(jié)點之間的交流-直流轉換電路、位置傳感器及開關控制電路，所述交流-直流轉換電路在所述可控雙向交流開關導通時由于所述第一、第二節(jié)點被短路而無電流流過；所述開關控制電路被配置為依據(jù)所述位置傳感器檢測的轉子磁極位置信息和所述外部交流電源的極性信息，控制所述可控雙向交流開關以預定方式在正半波或負半波導通與截止狀態(tài)之間切換，使所述定子繞組在電機啟動階段僅沿著預定的啟動方向拖動所述轉子轉動。

作為本發(fā)明的一種改進方案，還包括絕緣架，位于所述定子磁芯與所述定子繞組之間，所述絕緣架由分別安裝到所述定子磁芯的兩個軸向端面的上絕緣架和下絕緣架構成；所述上絕緣架和下絕緣架均為一體成型件，分別覆蓋所述兩個凸極的兩個軸向端面。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述上絕緣架與下絕緣架中，每一者均包括：極靴絕緣部，用于絕緣所述凸極的極靴，包括用于覆蓋到所述極靴的軸向端面的近似于環(huán)狀的面板、以及從所述近似于環(huán)狀的面板外周延伸出來的用于覆蓋所述極靴外周表面的側壁；兩個繞線絕緣部，分別連接到所述極靴絕緣部的兩端；每個所述繞線絕緣部包括用于覆蓋到所述凸極的繞線部的軸向表面的面板、從所述面板兩側延伸出來的用于覆蓋所述繞線部外周表面的側壁。

作為本發(fā)明的一種改進方案，所述定子還包括外殼，所述外殼內(nèi)壁具有環(huán)形閉合的臺階用于支撐所述方形軛部的軸向端面、具有若干凸塊用于 抵頂所述方形軛部的外側表面。

本發(fā)明還提供一種風冷冰箱，其包括冷卻風扇收容腔，用于安裝本發(fā)明第一方面提供的冷卻風扇。

本發(fā)明提供冷卻風扇具有結構緊湊的優(yōu)點，并且降低了成本。

通過閱讀說明書，本領域普通技術人員將更好地了解這些技術方案的特征和內(nèi)容。

附圖說明

下面通過參考附圖并結合實例具體地描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和實現(xiàn)方式將會更加明顯，其中附圖所示內(nèi)容僅用于對本發(fā)明的解釋說明，而不構成對本發(fā)明的任何意義上的限制，在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例的冷卻風扇的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的冷卻風扇的剖視示意圖。

圖3和圖4為圖1所示的冷卻風扇的葉輪結構示意圖。

圖5為圖1所示的冷卻風扇的電機的爆炸示意圖。

圖6為圖5所示電機的絕緣架結構示意圖。

圖7是圖5所示電機移除了外殼、絕緣架和定子繞組后的平面示意圖；

圖8為圖5所示電機的永磁轉子的結構示意圖。

圖9為本發(fā)明實施例的冷卻風扇的驅動電路示意圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種冷卻風扇200，包括同步電機10以及受同步電機10驅動的葉輪100。本發(fā)明的冷卻風扇200尤其適用于風冷冰箱內(nèi)冷凝管的冷卻，其中，冷卻風扇200可安裝于風冷冰箱的收容腔如冷凍室內(nèi)，葉輪100產(chǎn)生的氣流直接吹向冷凍室內(nèi)的冷凝管。

同步電機10可安裝于電機外殼內(nèi)，電機外殼由電機頂蓋13以及電機底蓋17組成。頂蓋13、底蓋17分別設置有軸承座14、18，軸承座14、18分別安裝有軸承15、19用于支撐轉軸81，使轉軸81能夠相對于電機外殼轉動。

葉輪100與轉軸81滑動配合，并且，葉輪100與轉軸81之間還連接有延時同步裝置110，從而在葉輪100與轉軸81之間形成軟性連接。具體地，葉輪100包括主體部104以及連接到主體部104的若干葉片102；主體部104直接安裝到轉軸81，并且還連接到延時同步裝置110，延時同步裝置110安裝到轉軸81。

參考圖2至圖4，葉輪100的主體部104中心為安裝部106，安裝部106設安裝孔供轉軸81插入，安裝部106與轉軸為滑配，即，轉軸81剛開始轉動時，因為葉輪100體積較大、重量較大，從而具有較大的轉動慣性，此時允許葉輪100與轉軸81之間存在轉速差，從而降低轉軸81的輸出轉矩要求。葉輪100與轉軸81的轉速同步，主要是通過具有緩沖功能的延時同步裝置110實現(xiàn)。

延時同步裝置110包括固定座112、內(nèi)外徑都可變的彈性件121。其中，固定座112固定套設到轉軸81從而可隨著轉軸81轉動，可以理解地，固定座112也可以通過類似花健等的連接方式活動連接至轉軸，只要能保持兩者同步旋轉即可。本實施例中，彈性件121為螺旋彈簧，套設到轉軸81，一端固定或者活動連接到固定座112并可與固定座同步旋轉，另一端固定或者活動連接到葉輪的安裝部106并可與葉輪的安裝部106同步旋轉。

當轉軸81從靜止狀態(tài)開始轉動時，固定座112與轉軸81同步旋轉，轉軸81與葉輪100之間存在轉速差，也就是固定座112的轉速大于葉輪100的安裝部106的轉速，彈性件121的靠固定座112一端被旋緊從而內(nèi)徑縮小并最終與固定座112同步轉動；彈性件121的靠葉輪100一端最終也會 被旋緊從而內(nèi)徑縮小并最終與固定座112同步轉動。因此，彈性件121作為一種緩沖機構，逐漸地將固定座112的轉速同步到葉輪的安裝部106，使葉輪100最終與轉軸81同步轉動。延時同步裝置110所提供的緩沖功能降低了對電機10的輸出轉矩的要求，避免了電機10驅動葉輪100失敗的情況。

當轉軸81由轉動狀態(tài)變?yōu)橥Ｖ沟倪^程中，葉輪100因為具有較大的轉動慣性在初期具有比轉軸81更大的轉速，此時，彈性件121的靠葉輪端被旋松，內(nèi)徑增大，并最終導致整個彈性件121被旋松、內(nèi)徑增大，該過程中，彈性件121也作為一種緩沖件，一方面抑制葉輪100的轉速，另一方面使葉輪100與轉軸81最終達到轉速同步。

為了避免彈性件121內(nèi)徑增大超過極限，可以增設保護套筒108。保護套筒108環(huán)繞在彈性件121外周，用于限制彈性件121的最大外徑，從而避免彈性件121被旋松的過程中超過極限而受損。本實施例中，固定座112自下而上包括盤體114、凸臺116、轂部118；其中，盤體114的直徑稍大于凸臺116，且凸臺的外壁與保護套筒108的內(nèi)壁微緊配，而作為彈性件121的螺旋彈簧則套設在轂部118上。當然，彈性件121不局限于采用螺旋彈簧。可以理解地，能夠緩沖地或延遲地同步固定座112與安裝部106兩者的轉速的緩沖件都可用于代替彈性件121。

請參照圖5和圖6，電機10包括定子30以及可轉動地安裝到定子30的永磁轉子80。定子30包括定子磁芯31、安裝到定子磁芯31的絕緣線架55、通過絕緣線架55繞設在定子磁芯31上的定子繞組51。其中，定子磁芯31包括方形軛部33、從方形軛部33相對的兩個內(nèi)壁上分別向內(nèi)伸出的一個凸極36，每個凸極36具有用于安裝定子繞組51的繞線部38、從繞線部38徑向內(nèi)端向周向兩側伸出的彎曲的極靴41。本實施例中，凸極36的徑向外端與方形軛部33的內(nèi)壁設有凹凸卡扣結構39；具體地，該凹凸卡扣 結構39包括設置在凸極36的徑向外端的燕尾榫37以及設置在方形軛部33的內(nèi)壁的與燕尾榫37相匹配的燕尾槽34。

上述兩個凸極36的極靴41圍成一個近似于圓柱形的腔體，永磁轉子80收容于該腔體內(nèi)；此外，在該圓柱形的腔體內(nèi)壁上沿電機軸向設有定位凹槽46，優(yōu)選地，定位凹槽46設置在每個極靴41的中心位置，如此設計的電機通過配合不同旋向的彈性件121可實現(xiàn)轉子雙方向啟動，當然，定位凹槽46也可以設置在極靴41偏離中心的位置，如此設計的電機轉子朝一個方向的啟動能力優(yōu)于朝另一方向的啟動能力。請同時參照圖6，永磁轉子80包括轉軸81、固定套設到轉軸81的轉子主體。轉子主體包括永磁體制成的永磁極85，可選地，轉子主體包括固定套設到轉軸81的轉子磁芯以及安裝到轉子磁芯的永磁極85。每個永磁極85的外側表面為弧面。優(yōu)選地，永磁極85與極靴41之間形成厚度不均勻的氣隙47。本實施例中，上述兩個凸極36的極靴41之間存在磁阻較大的槽口43，該槽口43也可以用磁橋替換。氣隙47在槽口/磁橋43處具有最大的厚度，沿遠離槽口/磁橋43的方向氣隙47的厚度逐漸減小。優(yōu)選地，氣隙47的厚度關于定子凸極36的中心線對稱，從而形成對稱非均勻氣隙。非均勻氣隙的設置可降低電機的齒槽轉矩從而改善噪音。定位凹槽46的設置可以使得永磁轉子80在靜止時其磁極中心相對于定子極的中心偏移一個預定角度，避免轉子80停在死點位置即轉子磁極正對定子極的位置。

本實施例中，轉軸81與轉子主體之間為固定/剛性連接從而能夠進行同步轉動，轉軸81與葉輪100之間為滑動/軟連接從而允許相對轉動，并且，轉軸81與葉輪100之間還連接有延時同步裝置110，用于逐漸同步轉軸81與葉輪100的轉速。作為一種替換方案，轉軸81與葉輪100之間為固定連接/剛性連接，轉軸81與轉子主體之間為滑動連接/軟性連接，并且轉軸81與轉子主體之間連接有延時同步裝置110。

本實施例中，轉子80中的永磁極85至少為一塊永磁體形成，定子繞組51與一交流電源串聯(lián)時轉子80在穩(wěn)態(tài)階段以60f/p圈/分鐘的轉速恒速運行，其中f是所述交流電源的頻率，p是所述轉子的極對數(shù)。圖6中定子和轉子均具有兩個磁極?？梢岳斫獾模诟鄬嵤├?，定子和轉子也可以具有更多磁極，例如四個、六個等。

本實施例中，定子磁芯31的方形軛部33為長方形，具有兩條較長側邊以及兩條較短側邊。上述兩個凸極36分別連接到兩條較短側邊，如此，凸極36的長度可以做得較長，從而能夠安裝更大的定子繞組51?？梢岳斫獾?，定子磁芯31的軛部不限于方形，還可以是環(huán)形，u形等。

電機外殼的頂蓋13和底蓋17具有基本相同的結構。下文以底蓋17為例去描述。底蓋17整體上呈方形的蓋子狀，具有內(nèi)腔21，內(nèi)腔21的內(nèi)壁具有環(huán)形閉合的臺階23從而使內(nèi)腔21在底蓋17的開口處具有更大的尺寸，在靠底蓋17的底部處具有更小的尺寸。該環(huán)形的臺階23支撐定子磁芯31的方形軛部33的軸向端面。內(nèi)腔21的靠底蓋17的開口處的內(nèi)壁27還設有若干凸塊28，具體地，該若干凸塊28設置在環(huán)形的臺階23的上方，在裝配時，該若干凸塊28抵頂?shù)蕉ㄗ哟判?1的方形軛部33的外周表面，從而將定子磁芯31穩(wěn)定地安裝在頂蓋13、底蓋17組成的外殼內(nèi)。

請參照圖6和圖7，本實施例中，絕緣線架55由上絕緣架56和下絕緣架57構成，上絕緣架56和下絕緣架57分別安裝到定子磁芯31的兩個軸向端面，用于覆蓋兩個凸極36的軸向表面以及相應的外周側面。上絕緣架56和下絕緣架57的結構基本相同，下面以下絕緣架57為例進行描述。

下絕緣架57包括極靴絕緣部65、分別連接到極靴絕緣部65兩端的繞線絕緣部61。極靴絕緣部65用于絕緣上述兩個凸極36的極靴41，極靴絕緣部65包括用于覆蓋到極靴41的軸向端面的近似于環(huán)狀的面板65a、以及從面板65a外周延伸出來的用于覆蓋極靴41外周表面的側壁65b，側壁65b 的外側表面在對應于磁橋43的位置具有凸棱69，此外，側壁65b的內(nèi)側表面在對應于磁橋43的位置具有凹槽67，本實施例中，凹槽67就設置在凸棱69上。每個繞線絕緣部61用于對凸極36的繞線部38進行絕緣，繞線絕緣部61包括用于覆蓋到凸極36的繞線部38的軸向表面的面板61a、從面板61a兩側延伸出來的用于覆蓋繞線部38外周表面的側壁61b。每個繞線絕緣部61具有兩個隔板63用于限定定子繞組51的位置。每塊隔板63均連接到面板61a及側壁61b的端部。優(yōu)選地，絕緣架57還具有若干加強片64，加強片64連接于隔板63與極靴絕緣部65之間，例如，連接于隔板63與面板65a之間，或者連接于隔板63與側壁65b之間。下絕緣架57是一體成型件。

參考圖6和圖8，本實施例中，永磁轉子80具有固定安裝至轉軸81的永磁轉子磁芯83，永磁極85安裝至永磁轉子磁芯83的外表面。永磁轉子磁芯83的外周表面設有若干軸向延伸的凸棱84，每個凸棱84位于每兩個永磁體85的分界處。在本發(fā)明的替換實施例中，永磁極85也可以直接安裝到轉軸81上。

圖9示出本發(fā)明的同步電機驅動電路的結構框圖。在驅動電路70中，定子繞組51與交流電源72串聯(lián)于兩節(jié)點a、b之間。交流電源72較佳的可以是市電交流電源，電流電壓例如可以是110伏、220伏、230伏等。同步電機10為單相電機，其輸入功率設定為2w至5w，例如是3w；電流為0.08a至0.12a，例如是0.09a可控雙向交流開關26與串聯(lián)的定子定子繞組51和交流電源72并聯(lián)于兩節(jié)點a、b之間?？煽仉p向交流開關26較佳的為三端雙向晶閘管(triac)，其兩個陽極分別連接兩節(jié)點a和b。可以理解，可控雙向交流開關26也可例如由反向并聯(lián)的兩個硅控整流器實現(xiàn)，并設置對應的控制電路以按照預定方式控制這兩個硅控整流器。交流-直流轉換電路76與開關26并聯(lián)于兩節(jié)點a、b之間。交流-直流轉換電路76將兩節(jié)點a、 b之間的交流電轉換為低壓直流電。位置傳感器78可由交流-直流轉換電路79輸出的低壓直流電供電，用于檢測同步電機10的永磁轉子80的磁極位置，并輸出相應信號。在具體實施時，位置傳感器78可以為霍爾效應傳感器，其設置在定子30上或定子內(nèi)靠近轉子的位置；且位置傳感器78相對定子極偏移一個角度，該角度可以與轉子在靜止時其磁極中心相對于定子極中心偏移的角度相同。

開關控制電路79與交流-直流轉換電路76、位置傳感器78和可控雙向交流開關26連接，被配置為依據(jù)位置傳感器78檢測的永磁轉子磁極位置信息和從交流-直流轉換電路76獲取的交流電源72的極性信息，控制可控雙向交流開關26以預定方式在導通與截止狀態(tài)之間切換，使定子繞組51在電機起動階段僅沿著預定的起動方向拖動永磁轉子80旋轉。本發(fā)明中，當可控雙向交流開關26導通時，兩個節(jié)點a、b被短路，交流-直流轉換電路76因無電流流過而不再耗電，因此能夠較大幅度地提高電能利用效率。

本發(fā)明提供的冷卻風扇結構緊湊，體積小，有效控制了成本，且其采用的電機速度恒定，運行穩(wěn)定。此外，該種電機效率高，在相同輸出功率的情況下，體積更小，重量更小。

以上參照附圖說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領域技術人員不脫離本發(fā)明的范圍和實質，可以有多種變型方案實現(xiàn)本發(fā)明。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特征可用于另一實施例以得到又一實施例。以上僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權利范圍，凡運用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效變化，均包含于本發(fā)明的權利范圍之內(nèi)。