CN101330241A - 用于洗碗机及类似洗涤机器的机械式起动洗涤泵的两相永磁同步电机 - Google Patents

用于洗碗机及类似洗涤机器的机械式起动洗涤泵的两相永磁同步电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两相同步电机(1)包括：绕相应旋转轴(X)旋转的永磁体转子(2)和铁心叠片(10)定子(4)，其中，第一对(6)和第二对(7)极靴(8)限定了所述转子(2)的壳体/旋转座(5)，每个极靴(8)包括铁心(9，9’，9”)和线圈(13)，所述铁心的一端与所述铁心叠片(10，10’，10”)相连接，另一端为朝向所述转子(2)的壳体/旋转座(5)的自由端部(11)，所述线圈位于楔在铁心(9)上的相应支架(12)上。有利的是，每个极靴(8)的铁心(9)的至少所述自由端部(11)包括铁心叠片(15)，其可以在平行或横穿所述永磁体转子(2)的所述旋转轴(X)的平面内延伸。有利的是，所述铁心叠片(15)具有不同的长度，以使所述每个极靴(8)的铁心(9)的自由端部(11)的表面沿轴向内凹，并且部分包围所述转子(2)。所述定子(4)的特殊结构有利于与转子和负载之间的双接点动态耦合器相匹配，并且有利于与其中一对极靴相关联的绕组之间相差电容C相匹配。

Description

用于洗碗机及类似洗涤机器的机械式起动洗涤泵的两相永磁同步电机
技术领域
本发明涉及一种用于洗碗机及类似洗涤机器的机械式起动洗涤泵的两相永磁同步电机。
本发明尤其涉及一种两相电机，该电机包括永磁体转子和铁心叠片定子，其中第一对和第二对极靴限定所述转子的壳体/旋转座。
本发明甚至涉及一种用于上述类型的两相同步电机的铁心叠片定子，其中，每个极靴包括铁心和线圈，所述铁心的一端与所述铁心叠片连接，另一端为朝向所述转子的壳体/旋转座自由端，所述线圈用于定子缠绕在楔入所述铁心的相应支架上。
背景技术
如何起动家用洗涤机器(主要为洗碗机和类似机器)的离心洗涤泵众所周知，在主要而不仅仅是平均或相当低的范围内，异步电机或纯粹机械式起动同步电机被使用以降低生产成本。这种同步电机通常为两相并且装配有四个极靴。
同样是众所周知的，这类同步电机具有中央永磁体转子和铁心叠片定子，所述定子根据不同的构造设置有极靴，并设计成能实现不同和附属功能，从电和机械的角度看，总是具有最佳的性能，较小的尺寸(结构紧凑)，容易组装和使用、价格低廉，可靠和耐用。
因此，可以得到这样的极靴，其具有铁心叠片的铁心和自由端部(在本领域中，所述端部的指定名称为定子小端)，可以采用金属合金或熔结材料一体化(enbloc)制成；有一些具有铁心和自由端部分是由适当的铁磁材料一体化铸造而成；更多的是金属熔结材料制成的具有圆柱或椭圆截面的铁心和自由端部分。
尽管从各方面看这类电机有许多优点，但这类电机具有熟知的且尚未克服的主要由非常高的退磁构成的技术缺点，伴随着由于焦耳效应和高起动电压导致的高的损失。
例如，在同一申请人的欧洲专利申请号06016772.3中，描述了一种两相机械式同步洗涤泵，它具有一个同步电机，该电机包括一个铁心叠片定子和由熔结材料制成的极靴。尤其是，铁心限定的定子部分和极靴自由端可以通过浇铸Somaloy500而得到。但是，这种方法存在由于在铁心中央区域通量集中阻止在极靴端部的整个高度上通量扩展而引起的退磁问题。这是由于现有SMC材料的物理特性所导致的。
而且，使用SMC铁心，由于两种材料的不同特征B-H，为了能够在相同的磁场环境下运行，表面积必须增加至少25％。但是，采用这种方法，平均线匝的长度，线圈阻值增加，由于焦耳效应的损失变的更高，相应的成本也变的更高。
假设采用圆柱铁心来减少在定子绕组中使用的铜导线的数量，可以通过实验观察到由于电磁联接不足导致的负面的退磁现象。特别地，由于SMC材料是各向异性，并且由于制造时浇铸模型的原因，它的渗透性在中央和外围之间不同，这些事实导致一些问题。
最后一个问题是由于铁心和极靴端部之间相当大的高度差(约为20mm至50mm)，采用熔结材料不会产生预期的效果。
另外，必须指出的是，当主要和辅助铁心靠近时，随着漏抗增加及随后在初始瞬态期间产生较差的条件，泵的起动电压也会增加。
因此，由于现有同步和两相电机存在一些限制，而不能使家用洗碗机获得相应于那些在市场上有吸引力价格的低成本洗碗机所要求的必要的性能。
本发明所要解决的技术问题是提供一种上述类型的电机，其中，铁心叠片定子具有结构和功能上的特征，确保其可以很大程度减少退磁现象，大大减少可在现有类似电机中检测到的焦耳效应。
发明内容
根据本发明，所述问题可以通过一个两相同步电机得到解决，所述电机包括：绕相应旋转轴旋转的永磁体转子和铁心叠片定子，其中，第一对和第二对极靴限定了所述转子的壳体/旋转座，其中，每个极靴包括铁心和线圈，所述铁心的一端与所述铁心叠片相连接，另一端为朝向所述转子的壳体/旋转座的自由端部，所述线圈位于相应的楔在所述铁心上的支架上，其特征在于：每个极靴铁心的至少所述自由端部包括铁心叠片，其可以在平行所述永磁体转子的所述旋转轴的平面内延伸；根据本发明的第一种实施例，所述铁心和相应的自由端部一体化制成，并且它们是由一个单独的在平行于所述旋转轴的平面内延伸的铁心叠片构成。
但，还包括有另一种可选择实施例，其中，每个极靴的所述端部与相应的铁心在结构上是独立的，它可以通过例如榫眼连接到该铁心。这种情况下，所述铁心包括在横穿所述旋转轴的相应平面内延伸的铁心叠片。
本发明中电机的另外一些特征和优点，将由下面的具体实施例并结合附图体现出来，所述实施例为示例性和非限定的。
附图说明
在图中：
图1所示为根据本发明的一个电机的透视示意爆炸图；
图2所示为图1中电机的具体透视放大图；
图3所示为图1中定子元件的透视示意图；
图3A所示为图2组装状态下的示意图；
图3B所示为图3A的放大且更具体的示意图；
图4所示为图3在组装状态下的透视示意图；
图5所示为图3中具体例子的透视放大图；
图6所示为图2中另一种实施例的透视放大图；
图6A为图6在组装状态下的示意图；
图6B为图6A中沿剖面线A-A所切的截面示意图；
图7所示根据本发明所述的电机的第三种实施例的透视示意爆炸图；
图8所示为图7中第三种实施例的可选择实施例的透视示意爆炸图；
图8A所示为以上图8所示在组装状态下的示意图；
图8B所示为沿图8A中A-A剖面线所截得的剖面图；
图9所示为根据本发明中电机的定子绕组的电源供电模式示意图。
具体实施方式
参考附图，根据本发明实现的同步电机统一且示意性的标记为1。
该电机1为具有中央转子2和外围定子3的类型，所述永磁体转子2实质上为圆柱形。该电机1尤其适合用于洗碗机及类似的洗涤机器中所使用的机械式起动洗涤泵内。该转子2绕其相应的旋转轴旋转，该旋转轴图中显示为X。
正如本领域的技术人员所知，该电机1用于驱动执行机构，如：泵35的叶轮31。
所述泵35包括保护罩，该保护罩由具有孔的杯形体形成，所述孔限定了用于吸气管32的开口，一放射状延伸的输出管33一体化连接至杯形罩。
用于放置叶轮31的腔限定在泵罩内；所述腔在底部通过盖子密封，该盖子楔在杯形体开口上。
所述盖子的中央设置有一个可以使所述驱动轴的端部通过的孔，其可以通过一个双接头联轴器与所述叶轮31动耦合，在同一申请人的欧洲专利号0983630中有关于所述双接头联轴器的描述。
特别地，所述驱动轴和所述叶轮之间的联轴器可以设置两个运动串联的运动传输接头实现。
第一接头包括与所述叶轮相对的轴端为一体结构的主动齿和第二从动齿，其相对于轴X-X偏离，并且在叶轮下面开的腔内相对于转子旋转。
所述第一动传输接头的第二从动元件是第二传输接头的第一主动元件，所述第二传输接头也包括一个与所述叶轮为一体结构的第二从动元件。
每一个动传输接头所包含的角度小于360°周角，但是，一对运动串联的动传输接头所包含的角度就会超过360°。
通过这种方式，所述转子旋转自由度在电机起动期间会大大地提高，在负载的真实拖动发生之前，所述拖动会通过泵35的叶轮31而显示出来。
这个特征可以使本发明的两相电机逐步起动以使其以一种优化的方式达到同步状态。
根据本发明，上述转子负载耦合装置还装配有电机电源供给模式，如图9所示，其可以通过使用一个简单的电容C，使定子4的绕组L1、L2的电源获得相位差。
字母L1和L2意味正交设置的两相电机绕组，每个包括两个相对的线圈且彼此串联连接，因此它们被认为是单个的感应元件，称为L1或L2。
其中一个绕组，用L1表示，直接用网络电源电压V供电，另一个绕组L2通过设置一个电容器C与同一个电源连接。
通过这种方式，就可以得到电压(或电流)矢量的相位差，从而通过在定子磁路中产生一个旋转磁砀而使电机1起动。
众所周知，两个正交绕组，由谐波电流互相90度反相位供电，分别产生一个固定的磁场，两个磁场之和构成一个旋转磁场。每个绕组的磁场形状在空间上越接近正弦曲线，由它们之和所产生的磁场在空间就仅包括正弦线部分并以同步速度旋转。这意味着，与同步转速的转子为一体结构的测量仪可以测出磁场值在时间上恒定。通过一个每相都具有大量在空间相互反相位和/或节距不同的线圈的绕组，可能产生形状在空间上接近正弦曲线的固定磁场，因此能够得到上述的效果。具有所述构造的电机被称为分布式绕组电机，从理论上它们可以表述为扭距在时间上恒定。
相反，根据本发明的电机是集中绕组类型，因为每一相都是由两个相对的相同线圈组成，因此，不能在空间上产生具有正弦曲线的磁场，但是能产生近似梯形的磁场。由这两相绕组之和产生的磁场，在空间除了正弦成分和以相同的速度旋转之外，还包括具有较低波长和较低转速的所谓谐波场。后者会产生扭矩振荡，在本发明的电机中，根据类似于单相电机的机械共振原理，所述扭矩振荡有利于起动。后者特征在于具有相应于同步场的振幅以网络频率反相旋转的谐波场，与其不同，在根据本发明的电机内，谐波场比同步场低很多，并且扭矩振荡没有影响其寂静。
现在，为了进一步优化根据本发明的电机结构，同时减少生产和组装成本，对定子4的结构进行详细描述。这种结构有利于与位于所述电机和负载之间的双接头动联轴器的连接，也有利于与相差电容C连接。
更具体地，本发明所述的同步电机1是一个两相电机，其中，外围定子4具有铁心叠片10，它包括第一对6和第二对7极靴8(图2中清楚可见)，所述极靴限定了所述转子2的壳体-旋转座5。所述定子为八边形，其各部分通过装配相互连接。在一个优选实施例中，叠片10的高度约为20mm。
每个极靴8包含铁心9，所述铁心具有一个与所述叠片连接的端部14和一个朝向所述转子的壳体-旋转座5的自由端部11。该端部的轴向延伸可以变化达到转子2轴向长度的95％，例如，可以选择为50mm。
线圈12缠绕在相应的支架13上，该支架楔在所述铁心9上。
根据本发明，优选的，每个极靴8的铁心9的至少所述自由端部11包括铁心叠片15，其可以在相应的平行于永磁体转子2的所述旋转轴X的平面内延伸。
所述自由端11也是一体化连接在相应的铁心9上，并且它们都是由单一的铁心叠片形成。
与定子4铁心叠片10连接的铁心9的端部14，通过简单地装配插入叠片朝向转子的平面上凹口内。
从图3中可以看出，构成自由端部11的铁心叠片15具有不同的长度，以便使极靴端部11的表面结构能够沿轴向稍微包围所述转子2永磁体。换句话说，由于具有不同长度的铁心叠片交迭，朝向转子2的端部11的表面在轴向上轻微向内凹。这样，由于转子永磁体与所述定子的连接，磁通量就会提高。
然而，这一特征不能看作是对申请人权利的限定，因为包围转子的端部11的结构对于本发明的范围不是严格必要的。
例如，图6所示为第二种实施例，其中铁心叠片15’具有相同的尺寸，因此，朝向转子的端部11是一个平面，而不是像前述实施例一样向内凹。
本领域技术人员也可采用两种方式相混合的方法，例如，只在第一对极靴6上使用凹面，而在另一对极靴7上使用平面。
同样需要注意，所述每个极靴8的铁心9与所述定子4的铁心叠片10是通过销联接或装配在一起的可拆装连接，如图4和图5所示。
在图4和图5所示的实施例中，叠片10和极靴的构造类似于第一实施例，极靴8的端部11为平面，铁心9的端部14插入定子叠片10的一个面的中央凹口内。
一个弹性销25被楔入所述铁心9的端部14和凹槽21之间。
这样，通过采用较低难度的组装，就获得了一个非常安全可靠的连接。
可替代地，在图6所示的实施例中，提供了用于连接极靴铁心9’和相应的定子4叠片的铁心叠片10’的另一种系统。
朝向定子铁心叠片10’的铁心9’的端部24基本为一个方托架，以便与定子叠片部分重叠。
更具体地，所述端部设置有一个中央扁平区17和相对的附件18、19，所述附件相对于所述扁平区17垂直延伸。
所述附件18、19与所述定子铁心叠片10’的相对的平面交迭并且像钳子一样将其固定，如图6所示。而且，这种结构通过卡簧27固定，该卡簧基本为C型，每一端与每个附件18，19相应的外部凹口相互啮合。
所述卡簧27外部粘附于所述定子铁心叠片10’的环形边缘，使所述附件18、19固定在使由叠片10’和朝转子2的座5延伸的铁心9’所构成的整个定子叠片连在一起的位置。
在本发明的另一个可选择的实施例中，每个极靴8的端部11与相应的铁心9在结构上是独立的，它可以通过快速接头如榫眼或随后介绍的快速联结器连接到铁心上。在这种情况下，所述铁心9具有在相应的横穿旋转轴X的平面内延伸的铁心叠片。
这一实施例与第一和第二实施例是相同的，但是它独立于所公开的关于定子铁心叠片的截面10’和铁心9或9’之间的互连方式。
根据本发明的电机1的结构证明在电磁性能上优于现有技术方案。事实上，永磁体转子2的退磁被减小到最小值。显然，这是因为极靴8的自由端11的铁心叠片沿平行于轴X的方向延伸的，更好地分散了永磁体转子2整个轴向上的磁通。可以从实验中观测到，定子磁链相对于采用熔结材料例如SMC制成的端部提高。
通过这种方式，可以获得适当的性能，同时需要兼顾经济方面，因为生产由不同长度铁心叠片构成的极靴端部可能是非常昂贵的或它可能会需要相当大的投资。
为了避免高额的成本问题，还提供了一种由具有相同长度的铁心叠片所构成的极靴8端部11；如图6中所示，这种情况下，电磁效率相对于前述实施例稍微降低，但由于转子2永磁体和极靴8之间产生的较大空隙使退磁稍微提高。
在图7所示的实施例中，详细示出了极靴8的铁心9”和相应的定子4叠片10”之间的连接方式，该铁心相对于前述实施例具有不同的形状。
如图7中所示一个快速装配联结器28，在相应的铁心9”朝向叠片10”的端部34设置切口29，在定子4叠片10”的一个面上设置相应的狭槽20。所述切口29通过钩状的快速联结器18跨装在叠片相应的狭槽20上。
所述狭槽20的设置完全可任选，图8和以下所示为没有设置狭槽20，采用定子铁心叠片10’的方法。
在这一实施例中，所述定子叠片10’的高度优选减小，可以是几毫米，这是因为在连接区域极靴与叠片10’会稍微交迭；这种方法保证了可靠的连接并且易于生产。
所述切口29可以使所述铁心9”的端部34跨装在截面10’上，实现这类干涉的钩或钉状的快速耦合。
换句话说，铁心端部和相应的定子铁心叠片平面之间的耦合是通过使切口29和叠片的侧厚度相配而实现的，因此，这些元件之间的干涉使耦合更加紧密。
这种定子4的形状，可以使绕组由铝代替铜而制成，如现有技术中所使用的。
这种选择与电机1的形状是独立的，且被证明在绕组重量较轻和在洗碗机洗涤泵上应用的作为整体的电机重量较轻方面具有典型的优越性。
另外，对于相同的焦耳效应损耗，由于铝比铜具有较高的电阻，因此有必要增加导线横截面，因此使铝线圈体积增加，因此具有较高的对流热量交换外部区域。
从以上描述中，可以清楚地得出，根据本发明的电机解决了技术问题，并且获得了一些优点，其中，第一个优点当然是提供了一个具有完全机械式起动和减少转子退磁的优越性能的两相同步电机。
另外的优点是，产生非常少的定子铁心叠片屑及简单安全的安装步骤。
另外，根据本发明的电机结构利于将铜导线绕组替换为铝导线绕组。

Claims (16)

1.一种两相同步电机(1)，包括：绕相应旋转轴(X)旋转的永磁体转子(2)和铁心叠片(10)定子(4)，其中，第一对(6)和第二对(7)极靴(8)限定了所述转子(2)的壳体/旋转座(5)，每个极靴(8)包括铁心(9，9’，9”)和线圈(13)，所述铁心的一端与所述铁心叠片(10，10’，10”)相连接，所述铁心另一端为朝向所述转子(2)的壳体/旋转座(5)的自由端部(11)，所述线圈位于楔在所述铁心(9)上的相应支架(12)上，其特征在于：每个极靴(8)的铁心(9)的至少所述自由端部(11)包括可以在平行或横穿所述永磁体转子(2)的所述旋转轴的相应平面内延伸的铁心叠片(15)；所述铁心叠片(15)长度变化，以使所述每个极靴(8)的铁心(9)的自由端部(11)的表面沿轴向内凹，部分包围所述转子(2)。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述铁心(9)和相应的自由端部分(11)一体化制成，并且它们是由单一的铁心叠片(15)构成，所述铁心叠片在相应的平行于所述旋转轴(X)的平面延伸。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：每个极靴的铁心(9”)通过快速联结器(28)与所述定子(4)的铁心叠片(10’)可拆装连接。
4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：每个极靴(8)的所述端部(11)与相应的铁心(9)在结构上是独立的，所述端部可以通过快速联结至对应的铁心。
5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：一对(6)极靴(8)包括铁心叠片，具有朝向所述转子(2)的平面端。
6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：每个极靴的铁心(9)通过销钉(25)与所述定子(4)的铁心叠片(10)可拆装连接。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于：所述铁心(9)的一端(14)插入所述定子(4)的铁心叠片(10)内的凹切口(21)处，并且由所述销钉(25)固定。
8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述极靴(8)的轴向长度可以达到所述转子轴向长度的95％。
9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述线圈(12)被缠绕在所述铝导线支架上。
10.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述铁心(9’)的朝向所述定子铁心叠片(10’)的一端(24)为方托架，以便与所述定子叠片(10’)部分交迭。
11.根据权利要求10所述的电机，其特征在于：所述端部(24)设置有中央扁平区(17)和相对的附件(18，19)，所述附件相对于所述扁平区(17)垂直延伸，以便与所述定子铁心叠片(10’)的相对的平面交迭并且钳住所述相对的平面。
12.根据权利要求11所述的电机，其特征在于：设置有基本为C-型的卡簧(27)，所述卡簧的每一端与相应的所述附件(18，19)的外部凹口相互啮合。
13.根据权利要求12所述的电机，其特征在于：所述卡簧(27)外部粘着于所述定子铁心叠片(10’)的环形边缘，并且使所述附件(18，19)固定在使整个定子叠片连接在一起的位置。
14.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述铁心(9”)的一端(34)设置有切口(29)，所述端部跨装在所述定子(4)铁心叠片(10’)上，从而在所述联结元件之间构成一个快速装配联结器。
15.根据权利要求1所述的电机，其特征在于：所述第一对(6)和第二对(7)极靴具有可以包围所述转子(2)的端部(11)，并且它们和相应的绕组(L1，L2)连接，通过设置一个电容器(C)可以使其中一对极靴(6，7)的绕组获得电源供电。
16.根据前述任一项权利要求所述的电机，其特征在于：包括在所述转子(2)和负载(31)之间的联结器，采用至少一个动传输接头，所述动传输接头包括一个主动元件和一个相关联的运动串联的从动元件。
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