CN101300724B

CN101300724B - 电动机

Info

Publication number: CN101300724B
Application number: CN2006800405406A
Authority: CN
Inventors: M·O·阿克巴斯; O·迪里尔
Original assignee: Arcelik AS
Current assignee: Arcelik AS
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-10-30
Also published as: DE602006018773D1; EP1943713A1; JP4690463B2; WO2007052210A1; ATE491259T1; CN101300724A; ES2354629T3; JP2009514496A; EP1943713B1

Abstract

提出了一种用于解决单相同步电动机(1)的单向启动问题的解决方案，其中，该电动机包括：定子(2)，包含轴(6)的转子(3)以及轴承(4)，其中，轴承(4)包含两个半圆柱形部分，其中各个部分在一个位置上支撑轴(6)，其中，直径较小的部分的半径约等于轴的半径，而直径较大的部分的半径大于轴的半径，且因此，其中一个部分沿着线与轴相接触，而另一部分沿着表面与轴相接触，从而施加不同的摩擦力。其中，转子被迫始终朝着直径较大且摩擦力较小的部分而开始旋转。从而可以在较广泛的领域利用单相同步电动机(1)，并且实现了降低在若干家用器具内部使用单相同步电动机(1)的成本。

Description

电动机

本发明涉及一种设置有装置以确保在启动时单向旋转的单相同步电动机(single phase synchronous motor)。

广泛地应用于各种领域、例如监控或家用器具领域的单相同步电动机，其基本上由定子(stator)和转子(rotor)组成，定子包含绕组，其包括两个彼此串联地连接在一起，并定位在由叠片结构形成的铁芯上的线圈，转子包含与所述线圈中的源电流的频率成比例旋转的磁铁和传递所述磁铁的旋转运动的轴(shaft)。由于在定子和转子之间的空隙不是恒定的，并且在非励磁状态，在磁铁极轴和定子极轴之间形成有角度，所以可独立地激励电动机，而不需要在启动时利用单独的机构来激励它。

转子轴(A)通常被支撑在圆柱形的外壳上，其被称为滑动轴承(bearing)(B)，并且具有比轴直径更大的直径。由于直径上的差异，在轴承(B)和转子轴(A)之间提供了某些间隙。如果轴(A)在稳定状态下是水平定位的，那么其在重力作用下将坐落在滑动轴承(B)的底部上(图1)。由此在轴承(B)和转子轴(A)的中心之间存在偏心率。开始在顺时针方向上以某一角速度旋转的转子轴(A)，其在轴承(B)的内表面上滚动至右边(图2)。如果转子轴(A)在逆时针方向上，以提及的相同的角速度旋转，那么其滚动轴承(B)内部的左边(图3)。滚动至右边或左边的转子轴(A)在轴承(B)的内部升高直至平衡位置，并且在这所提及的平衡位置围绕其自身轴线而保持旋转。对于这两个方向上的旋转，轴承(B)和转子轴(A)之间的接触表面的尺寸和因而作用在转子轴(A)上的摩擦力的大小是相同的。

如果转子轴(A)在稳定状态下是竖直定位的，那么其定位在滑动轴承(B)的中间。然而，在其开始以某一角速度旋转之后，其将在轴承(B)的内部滑动至右边或左边。然后，当其倚靠在轴承(B)的内壁上时，其在围绕其自身轴线的位置上旋转。在那种情况下，转子(A)在这两个方向上暴露于相同的摩擦力下。

在现有技术状态的电动机中，当定子在启动时刻获得电流时，转子将开始旋转的方向(顺时针或反时针)是不确定的，因为作用在轴承内部的转子上的摩擦力与旋转方向是独立的，磁铁的磁极位置是未知的，并且不容易确定交流电流供电电压的半周期点位置。

在现有技术状态中，在英国专利文献No.GB800743中，描述了一种电动机，其中，可旋转地固定在固定点上的L形臂与转子保持接触。当转子开始在非所需方向上旋转时，通过在转子摩擦力的作用下的被迫移动，所述臂倚靠在与所提及的转子一起旋转的销上，从而防止其在非所需方向上的旋转。

在美国专利文献No.US3448308和欧洲专利文献No.EP913911中，描述了其内表面上带有凸起物的轴承，以及具有当所述转子在非所需方向上旋转时与所述凸起物相接合的扩展部分的转子。

在德国专利文献No.DE10065676中描述了一种包含几个翼部的转子，这些翼部由于旋转期间所产生的离心力而打开。所述翼部包含镰刀形弧形结构。如果转子在非所需方向上启动，那么所提及的翼部将与定位在轴承内壁上的凹穴相接合，并因而防止在所述方向上的旋转。

在技术应用情形中，设计用以确保单相同步电动机的单向启动的机构是相当复杂的。此外，所述机构的可用寿命范围是相当短的。

本发明的目的是实现一种其中提供有特定机构来确保单向启动的单相同步电动机，所述机构是简单、耐用且低成本的。

在所附权利要求中描述了为了实现本发明的目的而实现的电动机。

在本发明提出的电动机中，轴承的内表面被分成具有不同直径的两个部分。在本发明的一个实施例中，所述两个部分通过阶梯部进行结合。直径较小的部分大致沿着半圆柱的内表面而与轴相接触，施加较大的摩擦力，而直径较大的部分对轴施加较小的摩擦力，因为其只沿着一条线而与所提及的轴相接触。因此，在特定的旋转方向上，轴暴露于同另一方向相比较大的摩擦力下。如果转子试图在直径较小的部分的方向上启动时，那么其首先配合到这部分的内部，之后停止旋转，因为其不能克服较大的摩擦力。在那种情况下，当改变供给定子的电流方向时，转子试图在另一方向上旋转，并传到直径较大的部分。通过克服较小的摩擦力，转子开始在后一部分的方向上旋转。因为转子始终将在摩擦力较小的方向上、而不在另一方向上旋转，所以可确保其始终将在相同的方向上开始旋转。

上述包括不同直径的两个部分的结构可应用于轴承轴向方向上的某一区段或整个内表面，其依赖于施加在轴上所需要的摩擦力的大小。

通过改变轴承内表面与轴的接触区域和因而作用在轴上的摩擦力，利用一种简单的方法就可实现电动机只在所需的方向上开始旋转。

在附图中显示了为了完成本发明的目的而实现的电动机，其中：

图1是现有技术中的转子轴和轴承在转子不移动时的示意图。

图2是现有技术中的转子轴和轴承在转子以顺时针方向旋转时的示意图。

图3是现有技术中的转子轴和轴承在转子以逆时针方向旋转时的示意图。

图4是电动机的示意性的正视图。

图5是电动机的示意性的侧视图。

图6是一个轴承实施例的截面图。

图7是另一轴承实施例的截面图。

图8是一个实施例中的转子轴和轴承在转子固定时的示意图。

图9是一个实施例中的转子轴和轴承在转子以顺时针方向开始旋转时的示意图。

图10是一个实施例中的转子轴和轴承在转子以逆时针方向开始旋转时的示意图。

图11是另一实施例中的转子轴和轴承在转子固定时的示意图。

图12是另一实施例中的转子轴和轴承在转子以顺时针方向开始旋转时的示意图。

图13是另一实施例中的转子轴和轴承在转子以逆时针方向开始旋转时的示意图。

图中所示的元件标号如下：

1、电动机

2、定子

3、转子

4、轴承

5、阶梯部

6、轴

7、磁铁

8、绕组

9、铁芯

电动机1是单相同步的类型，并且包括：

-定子2，其具有由叠片结构形成的铁芯9和位于所述铁芯9上的绕组8，所述绕组8包含两个串联地连接的、供应电流的线圈，

-转子3，其具有转速与所述绕组8中的源电流频率成比例的磁铁7和将所提及的磁铁7的旋转运动传递到外部的轴6，以及

-轴承4，所述轴6在所述轴承中旋转(图4和图5)。

在本发明提出的电动机1中，轴6宽松地配合在轴承4中，从而在其之间提供了间隙。当定子2被供电时，转子3在某一方向上启动，并且轴6在该方向上朝着轴承4内部两个相反位置的其中一个而移动。在其所达到的位置上，轴6试图围绕其自身轴线而旋转，与轴承4的内壁相接触。轴承4包含两个部分，其各自在所提及位置的其中一个上支撑轴6，其中当轴处于该位置时，其中一个部分沿着一条线与轴6相接触，而另一部分沿着一个表面与轴6相接触，因而对轴6施加不同的摩擦力(图8和图11)。

所提及的部分都大致是半圆柱的形状。定位在转子3开始旋转的非所需方向上的部分的半径(v)，其大致等于轴6的半径(u)(u≈v)。另一方面，定位在转子3开始旋转的所需方向上的部分的半径(w)，其大于轴6的半径(u)(w＞u)。

出于这个原因，当转子3根据电流在顺时针方向上受到促动时，轴6从其静止位置移动至右边，并达到其右边的位置，其中所述轴6与小直径的部分的整个内壁相接触(图9和图12)。如果转子3在逆时针方向上受到促动，轴6移动至左边，并达到其在较大直径部分中的位置，其中轴6只沿着一条线而与所述部分相接触(图10和图13)。在所提及的两个部分的接触区域的尺寸之间的差异，使得作用在转子3上的摩擦力的大小也不同。因此，不需要任何额外的机构，轴承4可对轴6施加不同的摩擦力，一个用于顺时针方向旋转，另一个用于逆时针方向。在转子3开始旋转的非所需方向上，作用在轴承4内部的轴6上的摩擦力大于电动机1的初始启动力矩。另一方面，转子3开始旋转的所需方向上的摩擦力则小于初始转矩。因此，当定子2获得供电电流时，转子3开始在摩擦力较小的方向上旋转，并因而朝着直径较大的部分旋转。

在本发明的一个实施例中，轴承4的两个半圆柱形式的部分优选连接在一起，使得其边缘彼此相邻定位，其中轴承4还包括将较大和直径较小的部分的另一边缘结合起来的阶梯部5(图8、图9和图10)。在这两个部分彼此相邻的位置处，轴承4的内部轮廓上的非连续性是不容许的。因此，尤其是在水平定位的转子3中，轴6在其稳定时于重力作用下所坐落的位置上，并没有凸起物等。阶梯部5的尺寸和位置由制造者确定，使得当其在直径较大的部分中的位置上、沿所需方向旋转时，轴6不会撞击到所提及的阶梯部5。

在本发明的另一实施例中，轴承4包含两个将半圆柱形部分的相对侧结合起来的阶梯部5(图11，图12和图13)。所述实施例特别适用于竖直定位的转子3。

在本发明的又一实施例中(图6)，阶梯部5沿着整个轴承4在轴向方向上延伸，而在另一实施例中(图7)，其沿着轴承的一部分而延伸。虽然确定了带阶梯5的部分的长度，但还要考虑为防止非所需方向上的旋转而有待施加到轴6上的摩擦力的大小。

在本发明的另一实施例中，电动机1还包含与轴6同心的套筒(图中未显示)，其具有比轴6更大的直径，从而所述轴6可配合到轴承4中。因此，本发明的原理还可应用于具有直径相当小的轴6的电动机1。

在根据本发明的电动机1中，当定子2没有被激励时，转子3定位在轴承4的中间——如果其是竖直定位的话，而如果其是水平定位的话，转子3则定位在轴承4的底部。当定子2被激励时，转子3根据磁铁7磁极的位置和交流电供电电压停留在其半周期上的点位而在某一方向上开始旋转。当转子3在逆时针方向上开始旋转时，轴6达到其那一侧的位置。在那个位置，轴6的中心(X)并不与直径较大的部分的中心(Y)重合。转子3克服小于初始启动力矩的摩擦力，并在那个方向上保持旋转。当转子3朝着直径较小的部分开始旋转时，轴6朝着其那一侧的位置移动，并当其到达所提及的位置时从整个内部与直径较小的部分相接触。在那个位置，轴6的中心(X)与直径较小的部分的中心(Z)相重合。不能克服作用在那个方向上的摩擦力的转子3将在另一方向上开始旋转(作用在那个方向上的摩擦力大于初始启动力矩)。因此，与磁铁7磁极的位置及交流电供电电压在其半周期所停留的点位相独立的是，转子3将始终朝着直径较大的部分而旋转。

通过本发明根据的电动机1，提出了一种解决单向启动问题的方法，而无须对转子3或轴承4增加其它机构。通过之前所述的简单且易于使用的方法，可以在较广泛的领域利用单相同步电动机1。此外，其实现了降低使用若干家用器具内部的单相同步电动机1的成本，因为其没有采用现有技术中建议用于控制这种电动机1的启动方向的复杂方法。

Claims

1.一种单相同步电动机(1)，包括

-定子(2)，

-转子(3)，其包含用于将旋转运动传递至外部的轴(6)，和

-轴承(4)，其中，所述轴(6)安装成使得它与所述轴承(4)之间存在间隙，并且，当所述定子(2)被供电时，所述轴(6)开始朝着所述转子(3)开始旋转的方向移动，移入所述轴承(4)内部的两个位置之一，并在其所达到的位置处倚靠在内壁上，

其特征在于，所述轴承(4)

-包含两个半圆柱形部分，其各自在所述两个位置之一支撑所述轴(6)，

-其中，直径较小的部分的半径v约等于所述轴(6)的半径u，u≈v，而直径较大的部分的半径w大于所述轴(6)的半径u，w＞u，且因此，在所述两个位置中的一个位置上，所述部分之一沿线与所述轴(6)相接触，而在所述两个位置中的另一位置上，另一所述部分沿面与所述轴(6)相接触，施加不同的摩擦力，

-其中，所述转子(3)被迫始终朝着直径较大且摩擦力较小的部分而开始旋转，因为在所述直径较大的部分处，作用在所述轴(6)上的摩擦力小于初始的启动力矩，而在所述直径较小的部分处，摩擦力大于初始启动力矩。

2.根据权利要求1所述的电动机(1)，其特征在于，轴承(4)包含定位在所述直径较小的部分和所述直径较大的部分结合点上的阶梯部(5)。

3.根据权利要求1所述的电动机(1)，其特征在于，轴承(4)包含将两个所述部分的两条相邻边缘结合起来的两个阶梯部(5)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的电动机(1)，其特征在于，轴承(4)包含在轴向方向上沿着整个表面延伸的阶梯部(5)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机(1)，其特征在于，轴承(4)包含在轴向方向上只沿着它的一部分而延伸的阶梯部(5)。