CN1118534A

CN1118534A - 线性磁阻马达

Info

Publication number: CN1118534A
Application number: CN95107710A
Authority: CN
Inventors: 金基奉
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1996-03-13
Also published as: JP2774461B2; KR960003023A; KR0121122B1; JPH08191563A

Abstract

本发明是一种能产生驱动大口径圆角驱动体所需要的大的转矩、能变速的线性磁阻马达。它是把环形的定子改成由多个定子片构成。使转子在由定子片构成的环形空间内回转。本发明的线性磁阻马达能适用于洗衣机。

Description

线性磁阻马达

本发明涉及一种能产生改进的转矩特性的线性磁阻马达。

在驱动洗衣机那样地驱动口径较大的驱动体的场合、至今还使用着感应马达和减速齿轮。

一般的洗衣机都使用由齿轮组或者由皮带把回转式感应马达的动力传递给洗涤筒的方式。大部分是把洗涤筒的回转轴与齿轮箱相连接，通过在另一侧端设置马达、由皮带把动力传递给齿轮组而使洗涤筒回转。

这种结构的洗衣机驱动方式会发生由齿轮引起的动力的损失、会产生噪声、还会因驱动体的重心偏离马达回转轴而引起的振动等问题。此外，由于要求用高价的齿轮组，因而会带来费用的增加。

为了解决这些问题都在研究各种驱动方式，其研究方向都集中在直接驱动方式、即用马达的输出直接驱动洗衣机的洗涤棒或者脱水槽。

本发明的目的是提供一种能用直接驱动大口径驱动体的方式的线性磁阻马达。

为了达到上述目的的本发明的线性磁阻马达是由转子和定子构成，其特征在于上述转子是中心有回转轴而且沿整个圆周有很多齿成放射状突出着；定子是由具有多个朝上述转子的各个齿突出的极的二个以上定子片构成的。

本发明还提供了一种设有线性磁阻马达的洗衣机，它具有盛放被清洗衣物的洗涤槽缸和设置在洗涤槽缸的底部、搅拌被清洗衣物的洗涤棒，其特征在于上述的线性磁阻马达是由中心设有回转轴、多个齿沿整个圆周呈放射状突出着的转子，和用二片以上的定子片组成的定子构成的；上述的定子片具有朝转子的各齿突出的多个极。

具有上述结构的线性磁阻马达不仅适用于洗衣机，而且还能适用于回转半径大、并要求大的转矩、要变速的驱动体。

当由图8的第1单稳态回路M₁的脉冲输出和第1位置传感器S₁的位置检测输出使第1和第4开关元件Q₁、Q₄接通时，电流就流入图7所示的A相和-A相的串联线圈绕组L₁，借助A相和-A相如图9A所示地励磁，形成磁通线路。由此，转子10就转动和图5所示的θ₁～θ₂左右的角度。

接着，当用第2单稳态回路(图中没表示)的脉冲和第2位置传感器(图中没表示)的位置检测信号使图7的第2和第5开关元件Q₂、Q₅接通时，由此，借助电流流过B相和-B相的串联线圈绕组(L₂)形成图9B那样的磁通线路，使转子10转动θ₁～θ₂左右的角度。

同样，当用第3单稳态回路(图中没表示)和第3位置传感器(图中没表示)对第3和第6开关元件Q₃、Q₆发出驱动信号时，电流就流入C相和-C相串联线圈绕组L₃，形成图9c那样的磁通线路。

图1是表示适用于本发明的转子的平面结构图；

图2是表示适用于本发明的定子片的概略平面结构图；

图3A是表示适用于本发明的定子片的组装结构图；

图3B是表示适用于本发明的定子片的组装结构图；

图4A是表示适用于本发明的定子片的另一种式样的组装结构图；

图4B是表示适用于本发明的定子片的另一种式样的组装结构图；

图5是说明本发明的转子齿的中心角和定子极的中心角间的关系的示意图；

图6A是表示本发明的一个定子三相线性磁阻马达的结构图；

图6B是表示本发明的二个定子三相线性磁阻马达的结构图；

图6C是表示本发明的三个定子三相线性磁阻马达的结构图；

图6D是表示本发明的四个定子三相线性磁阻马达的结构图；

图7A是表示作为本发明马达的驱动回路图的非对称形驱动回路图；

图7B是表示作为本发明马达的驱动回路图的q＋1驱动回路图；

图8是表示用来开关图7的回路的控制回路图；

图9(A)～(C)是说明三个定子三相马达的各相磁通路线的示意图。

下面，参照着附图来说明本发明的实施例。

图1是表示适用于本发明的转子10的平面结构图，表示把具有呈放射状突出的多个转子齿14的转子轭铁13与有回转轴11的圆筒形呈盘状的转子框架12相结合的结构。上述转子齿14之间的中心角是按下述的与定子极间角度成一定关系设计的。

图2是适用于本发明的定子20的概略的平面结构图，在定子轭铁21上设置着多个极22，在每个极22上卷绕着相电流线圈23。

图3是表示适用于本发明的定子20的详细组装结构图。图3A表示定子轭铁21和定子极22分离的状态，而图3B是表示定子轭铁21和形成相电流线圈23的定子极22相结合状态。在定子极22上，形成与定子轭铁的内侧上的梯形槽24相结合的倒梯形突起25、卷绕相电流线圈23的筒部26和头部27。

图4是表示上述定子20的另一种组装结构图。图4A是表示定子轭铁21和定子极22、相电流线圈23及卷绕着相电流线圈的线轴28分离的状态；而图4B是表示它们的结合状态。可预先把相电流线圈28卷绕在线轴28上，然后将其套在定子极22的筒部26上，由此来提高生产性能。

图5是说明本发明的转子齿间的中心角与定子极间角度的相互关系的示意图，是表示三相的情况。即，本实施例是把转子的相邻齿间的中心角θ₁和定子的相邻极间的中心角θ₂的相互关系设计成θ₁/θ₂＝1.5的。在图5中，转子齿和定子极间的空隙虽然随转子和定子的材料性质、绕组的特性等因素而不同，但设计者应把它定成最佳状态。

图6A～图6D表示在转子周围配置一个至四个定子片的结构。由于供给三相的电源，因而多个定子片20有六个极。其理由将在下面说明。图6A表示配置一个定子片，在这种情况下，由于产生磁动势的中心方向向量成分的作用，转子和定子片相互间会排斥。因此这种结构不适用于本发明。本发明必须配置二个以上的定子片。图6B、图6C和图6D是分别表示配设二个定子片、三个、四个定子片的例子。在这些情况下，必须把定子片配置成多个定子片的中心角全是相同的。即，多个定子片的中心轴(图面上是以X、Y、Z、W表示)与转子的中心必须全是相同的。当然可设置四个以上定子片。其中，由于各个定子片20有六个极，因而是把A相电流串联地供给卷绕在第1极和第4极上的线圈地布线、把B相电流串联地供给卷绕在第2极和第5极上的线圈、把C相电流串联地供给卷绕在第3极和第6极上的线圈地布线。

图7是表示上述图6所示的三相三定子线性磁阻马达的驱动回路，图7A表示的是非对称形驱动回路，而图7B表示q＋1驱动回路。

上述非对称形驱动回路是由相对于动作电压V，把第1线圈绕组L₁夹在中间地形成串联回路的第1、4开关元件Q₁、Q₂和把第2线圈绕组L₂夹在中间地形成串联回路的第2、5开关元件Q₂、Q₅，以及把第3线圈绕组L₃夹在中间地形成串联回路的第3、6开关元件Q₃、Q₆构成。上述第1～第6开关元件Q₁～Q₆由从外部输入的脉冲信号加以开关控制。上述各个线圈绕组L₁～L₃均是指一对相电流线圈(A、-A)、(B、-B)、(C、-C)。此外，在上述第1～第3线圈绕组L₁～L₃的各自两端部连接着傍路二极管D₁、D₄；D₂、D₅；D₃、D₆，它们是使马达的相转换时产生的第2线圈的反向电动势傍路、用来保护开关元件的。在上述驱动回路中、第1～第3开关元件Q₁～Q₃是供电用的，而第4～第6开关元件Q₄～Q₆是电流调制(chopping)用的。通过电流调制后，借助使单位时间里流过的电流平均值变化，就能对输出的量进行控制。

另一方面，上述的q＋1驱动回路是由一个电流供给用的开关元件Q₁、通过这开关元件Q₁和第1～第3线圈绕组L₁～L₃分别形成串联回路的电流调制用的第4～第6开关元件Q₄～Q₆构成。

图8是表示图7所示的驱动回路的多个开关元件的驱动回路，供给电源用的开关元件Q₁由单稳态回路M₁的输出加以驱动地连接着；而电流调制用的开关元件Q₄由位置传感器S₁的输出加以驱动地连接着。可把霍耳(hall)元件用作上述的位置传感器S₁，例如把霍耳元件附着在马达的机壳上，把永久磁铁附着在转子上后就能检测转子齿的位置。

下面，说明具有上述结构的本发明马达的作用和效果。

本发明的线性磁阻马达由图2所示的电源的相数决定定子20的极22的个数。即，在三相电源的场合下，满足公式：极数＝Nph×2，定子极22则为六个。其中，Nph是电源的相数。相的编号可从一侧开始、标上A、C、B、-A、-C、-B、(参见图9)，也可配合驱动回路由设计者任意决定。根据所需要的转矩，在一个转子上可配置2、3、4个或四个以上定子。但必须配置成各个定子片的相对于转子的中心向量的叠加为零。

图6C是表示三个定子结构的三相磁阻马达的结构示意图。下面，参照着图7～图9，详细地说明三个定子三相磁阻马达的动作。

先由图8的第1单稳态回路M₁的脉冲输出和第1位置传感器S₁的位置检测输出使第1和第4开关元件Q₁、Q₄接通，这时电流就如图7所示地流入A相和-A相的串联线图绕组L₁，由A相和-A相被励磁而形成如图9A所示的磁通线路。由此转子10就转动如图5所示的θ₁-θ₂左右的角度。

接着，用第2单稳态回路(图中没表示)产生的脉冲和第2位置传感器(图中没表示)产生的检测信号、使图7的第2和第5开关元件Q₂、Q₅接通。据此，由于电流流过B相及-B相串联的线绕组L₂，因而就形成如图9B那样的磁通线路，转子10就转动θ₁-θ₂左右的角度。

接着，与上述同样地，用第3单稳态回路(图中没表示)和第3位置传感器(图中没表示)产生与第3和第6开关元件Q₃、Q₆相对应的驱动信号，此时电流流入C相和-C相的串联线圈绕组，形成图9C所示的磁通线路。

上面是说明利用非对称形驱动回路(图7A)的动作，但即使用q＋1驱动回路(图7B)也能使转子同样地转动。只是与用q＋1驱动回路的场合相比，虽然在非对称形场合下，开关元件的数量增加，这在经济上是不利的，但能确保回路动作稳定性。

另一方面，用这种定子线圈绕组的开关控制，把从转子得到的转矩加以理论展开则如下所述。

马达的等价回路可用R、L、C表示，卷绕着线圈的定子回线圈可用RL串联回路表示。在RL回路里加上电压，流过电流时，回路的能量是

W＝Ri²＋1/2×Li²

一般，直流电阻比定子的阻抗小得多。当把力的移动距离取为X时，公式

W＝FX

表示力和功的关系，而转矩和角度的关系是用公式

W＝Tθ

表示的，因此，为求转矩，可使用下列公式。

T＝dW/dθ

由于电感的能量是

W＝1/2×Li²

因而可求得最终式是

T＝1/2×dL/dθ×i²

本发明的线性磁阻马达，由定子和转子间的电感的角度变化部分产生回转力。

各种场合下形成的磁路均有磁场阻力，并称为磁阻。磁动势和磁阻间的关系是

F＝Ni＝Rφ

电势和磁通间的关系是

Li＝Nφ

因此，从这两式可求得电感式：

L＝N²/R

其中的R是磁阻，

结果，电感的与回转角度相对的变化率意味着磁阻的与回转角度相对的变化率。磁阻的公式表示为

R = \underset{i}{Σ} \frac{1 i}{μ_{0} • μ_{r} • Ai}

其中A是磁路的各个区间的断面积，1是这磁路的长度。μ_r是材料的比透磁率；μ_o是空气的透磁率。在空隙处的磁阻情况下，比透磁率μ_r为1。

本发明的线性磁阻马达的一个实际应用例子是可把它装在洗衣机的洗涤槽的底部上，不用别的动力传递装置地直接和洗涤轴相连接。

即使在转子周围取代圆环形的定子地设置多个定子片，仍能使其产生与现有的磁阻马达那样大的转矩；由于能容易地变速，因而能适用于有大的回转半径的大型驱动体。尤其是将其与洗衣机直接结合时，能防止现有的齿轮动力传递时的动力损失，能防止由于重心和驱动轴的偏离形成的噪声和振动。

Claims

1.一种线性磁阻马达，它是由转子和定子构成，其特征是上述转子是中心有回转轴而且沿整个圆周有多个齿成放射状突出着；定子是由具有多个朝上述转子的各个齿突出的极的二个以上定子片构成的。

2.如权利要求1所述的线性磁阻马达，其特征是上述各定子片的极数满足下式：

极数＝驱动电源的相数×2

3.如权利要求2所述的线性磁阻马达，其特征是上述各定子片的极数是四个。

4.如权利要求2所述的线性磁阻马达，其特征是上述各定子片的极数是六个。

5.如权利要求2所述的线性磁阻马达，其特征是上述各定子片的极数是八个。

6.如权利要求1所述的线性磁阻马达，其特征是上述各定子片的中心和转子的回转中心的构成角度均是相同的。

7.如权利要求1或6所述的线性磁阻马达，其特征是上述各定子片的中心和转子的回转中心的构成角度全是180度。

8.如权利要求1或6所述的线性磁阻马达，其特征是上述各定子的中心和转子的回转中心的构成角度全是120度。

9.如权利要求1或6所述的线性磁阻马.达，其特征是上述各定子片的中心和转子的回转中心的构成角度全是90度。

10.如权利要求1或6所述的线性磁阻马达，其特征是上述各定子片的中心和转子的回转中心的构成角度全是72度。

11.如权利要求1所述的线性磁阻马达，其特征是上述的转子的邻接齿间的中心角和定子片的邻接极间的中心角的比是2∶3。

12.一种设有线性磁阻马达的洗衣机，它具有盛放被清洗的衣物的洗涤槽缸和设置在洗涤槽缸的底部、搅拌被清洗衣物的洗涤棒，其特征是上述的线性磁阻马达是由中心设有回转轴、多个齿沿整个圆周呈放射状突出着的转子，和用二片以上定子片组成的定子构成的；上述的定子片具有朝转子的各齿突出的多个极。

13.如权利要求12所述的设有线性磁阻马达的洗衣机，其特征是上述各定子片的极数满足下式：

极数＝驱动电源的相数×2

14.如权利要求13所述的设有线性磁阻马达的洗衣机，其特征是上述各定子片的极数是四个。

15.如权利要求13所述的设有线性磁阻马达的洗衣机，其特征是上述各定子片的极数是六个。

16.如权利要求12或13所述的设有线性磁阻马达的洗衣机，其特征是上述各定子片的极数是八个。

17.如权利要求12所述的设有线性磁阻马达的洗衣机，其特征是上述各定子片的中心和转子的回转中心的构成角度均是相同的。

18.如权利要求12或16所述的设有线性磁阻马达的洗衣机，其特征是上述各定子片的中心和转子的回转中心的构成角度全是180度。

19.如权利要求12或16所述的设有线性磁阻马达的洗衣机，其特征是上述各定子片的中心和转子的回转中心的构成角度全是120度。

20.如权利要求12或16所述的设有线性磁阻马达的洗衣机，其特征是上述各定子片的中心和转子的回转中心的构成角度全是90度。

21.如权利要求12或16所述的设有线性磁阻马达的洗衣机，其特征是上述各定子片的中心和转子的回转中心的构成角度全是72度。

22.如权利要求12所述的设有线性磁阻马达的洗衣机，其特征是上述转子的邻接齿间的中心角和定子片的邻接极间的中心角的比是2∶3。