CN112600327A - 永磁同步电机及洗衣机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁同步电机及洗衣机，永磁同步电机包括转子铁芯及套设于所述转子铁芯外侧的定子铁芯，转子铁芯具多个磁极部，多个磁极部形成多个对极，同一对极下的两个磁极部分别为N极和S极；磁极部呈扇形，N极的圆心角为θ1，S极的圆心角为θ2，定子铁芯具有多个极靴部，极靴部沿定子铁芯的周向的两侧相对定子铁芯的中心的夹角角度为θ，θ＜θ1＜θ2。本发明提供的永磁同步电机及洗衣机，可优化转子铁芯的结构，进而降低永磁同步电机的径向电磁力，从而降低永磁同步电机的电磁噪音。

Description

永磁同步电机及洗衣机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机及洗衣机。

背景技术

永磁同步电机因具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、功率密度高、易于弱磁扩速等特点而被广泛应用于家用电器，例如洗衣机的滚筒驱动。

然而随着人们对洗衣机的洗衣噪声要求的逐渐提高，解决洗衣机脱水状态下电机的噪声的重要性日益突显，但现有电机受电磁力影响，电磁噪音明显，音质尖锐，导致用户体验差。

发明内容

基于此，有必要针对现有电机电磁噪音明显，音质尖锐，导致用户体验差的问题，提供一种能降低电磁噪音以提高用户体验的永磁同步电机及洗衣机。

本发明的一方面，提高一种永磁同步电机，包括转子铁芯及套设于所述转子铁芯外侧的定子铁芯，其特征在于，

所述转子铁芯具多个磁极部，所述多个磁极部形成多个对极，同一所述对极下的两个所述磁极部分别为N极和S极；

所述磁极部呈扇形，所述N极的圆心角为θ1，所述S极的圆心角为θ2，所述定子铁芯具有多个极靴部，所述极靴部沿所述定子铁芯的周向的两侧相对所述定子铁芯的中心的夹角角度为θ，θ＜θ1＜θ2。

在其中一个实施例中，所述定子铁芯的外径尺寸范围为100毫米～150毫米。

在其中一个实施例中，所述定子铁芯还包括轭部，所述轭部沿所述定子铁芯的径向的宽度范围为5毫米～10毫米。

在其中一个实施例中，所述定子铁芯还包括齿部，所述齿部位于所述极靴部背离所述转子铁芯的一侧；

所述齿部为平行齿部；或者

所述齿部沿所述定子铁芯的周向的宽度自靠近所述极靴部的一端向远离所述极靴的一端逐渐增大。

在其中一个实施例中，当所述齿部为平行齿部时，所述齿部沿所述定子铁芯的周向的宽度范围为5毫米～8毫米。

在其中一个实施例中，所述极靴部沿所述定子铁芯的径向的厚度自所述极靴部沿所述定子铁芯的周向的一端向所述极靴部的中心逐渐增大；和/或

所述θ的角度范围为20度～40度。

在其中一个实施例中，30°＜θ1＜θ2＜50°。

在其中一个实施例中，每一所述磁极部沿所述转子铁芯的周向的两侧均具有凸极，所述凸极沿所述转子铁芯的径向的两侧表面之间的夹角角度为δ，δ＜90°。

在其中一个实施例中，30°≤δ≤45°。

在其中一个实施例中，所述多个对极沿所述转子铁芯的周向等间距布置。

在其中一个实施例中，每一所述磁极部的外表面具有第一弧面和两个第二弧面，所述第一弧面沿所述转子铁芯的周向位于两个所述第二弧面之间；

所述第一弧面的半径与所述第二弧面的半径不相等。

在其中一个实施例中，两个所述第二弧面沿所述磁极部的中心面呈对称布置。

在其中一个实施例中，所述转子铁芯包括沿其轴向堆叠的多个冲压叠片，所述冲压叠片为导磁冲压叠片。

在其中一个实施例中，所述永磁同步电机还包括永磁体，相邻两个所述磁极部之间形成有磁钢槽，所述永磁体放置于所述磁钢槽内；

所述永磁体沿所述转子铁芯的周向的宽度沿所述转子铁芯的径向自所述转子铁芯的外侧向内侧趋于减小。

在其中一个实施例中，所述永磁体沿所述转子铁芯的周向的宽度沿所述转子铁芯的径向自所述转子铁芯的外侧向内侧逐渐减小；或者

所述永磁体包括第一矩形部分和第二矩形部分，所述第一矩形部分与所述第二矩形部分沿所述转子铁芯的径向相连或间隔设置，所述第一矩形部分比所述第二矩形部分更靠近所述转子铁芯的外侧；

所述第一矩形部分沿所述转子铁芯的周向的宽度大于所述第二矩形部分沿所述转子铁芯的周向的宽度。

本发明的另一方面，还提供一种洗衣机，包括上述的永磁同步电机。

上述永磁同步电机及洗衣机，通过设置θ＜θ1＜θ2，可优化转子铁芯的结构，进而降低永磁同步电机的径向电磁力，从而降低永磁同步电机的电磁噪音。另外，也可优化永磁同步电机的弱磁，使永磁同步电机更易实现弱磁控制，更好的提升永磁同步电机弱磁运行的平稳性。

附图说明

图1为本发明一实施例中的永磁同步电机的结构示意图；

图2为本发明一实施例中的永磁同步电机的转子铁芯磁极情况的示意图；

图3为本发明一实施例中的永磁同步电机中的定子铁芯的结构示意图；

图4为本发明另一实施例中的永磁同步电机中的定子铁芯的结构示意图；

图5为本发明一实施例中的永磁同步电机的部分结构的结构示意图；

图6为本发明另一实施例中的永磁同步电机的部分结构的结构示意图；

图7为包含图6所示的永磁同步电机的部分结构的永磁同步电机的结构示意图；

图8为本发明又一实施例中的永磁同步电机的部分结构的结构示意图；

图9为包含图8所示的永磁同步电机的部分结构的永磁同步电机的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。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。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

此外，附图并不是1：1的比例绘制，并且各元件的相对尺寸在附图中仅以示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。

为了便于理解本发明的技术方案，在详细展开说明之前，首先现有洗衣机的电机进行说明。

洗衣机脱水转速一般在1400rpm，传统皮带传动电机转速可达14000rpm左右，受电机反电动势与母线电压影响，电机需在弱磁工况下才能达到此转速，加之电机受电磁力影响，电磁噪声明显，音质尖锐，用户体验差。

传统的无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor,BLDCM)在降噪手段通过结构的改进，例如通过塑封手段，增加零件的阻尼系数，或者增加减震、吸噪结构使声音传递减弱，从而达到降噪目的，但电磁噪声具有强穿透力，仅通过结构方面手段，效果微乎其微。

因此，需要提供一种能解决电机电磁噪音明显，音质尖锐，导致用户体验差的电机。

图1示出了本发明一实施例中的永磁同步电机的部分结构示意图；图2为本发明一实施例中的永磁同步电机的转子铁芯磁极情况的示意图；图3示出了本发明一实施例中的永磁同步电机中的定子铁芯的结构示意图；为便于描述，附图仅示出了与本发明实施例相关的结构。

参阅附图，本发明一实施例提供一种永磁同步电机100，包括转子铁芯10及套设与转子铁芯10外侧的定子铁芯20。本发明的永磁同步电机100可用于洗衣机。

转子铁芯10具有多个磁极部11，多个磁极部11形成对个对极，同一对极下的两个磁极部11分别为N极和S极。

磁极部11呈扇形，N极的圆心角为θ1，S极的圆心角为θ2，定子铁芯20具有多个极靴部21，极靴部21沿定子铁芯20的周向的两侧相对定子铁芯20的圆心的夹角角度为θ，θ＜θ1＜θ2。

应当理解，永磁同步电机100的运行原理为，当定子绕组通入三相交流电，形成定子旋转磁场，转子依靠永磁体形成转子磁场，两磁场耦合从而使永磁同步电机100旋转。本发明实施例中的永磁同步电机100为内嵌式永磁同步电机，永磁体40为平行充磁，其转子可形成如图5所示的磁场，永磁同步电机100可顺时针转动。还需要指出的是，转子铁芯的N极和S极并非如图5所示的固定形式，而是随可以随永磁同步电机100的旋转方向而调整。

如此，通过设置θ＜θ1＜θ2，可优化转子铁芯10的结构，进而降低永磁同步电机100的径向电磁力，从而降低永磁同步电机100的电磁噪音。另外，也可优化永磁同步电机100的弱磁，使永磁同步电机100更易实现弱磁控制，更好的提升永磁同步电机100弱磁运行的平稳性。

在一些实施例中，多个对极沿转子铁芯10的周向等间距布置。如此，可达到优化电机齿槽转矩，降低永磁同步电机100因齿槽转矩形成的噪声。

请再次参阅图3，在一些实施例中，定子铁芯20的外径尺寸范围为100毫米～150毫米。如此，在保证永磁同步电机100尺寸适中的同时，也可节省材料成本。

在一些实施例中，定子铁芯20包括轭部22，轭部22沿定子铁芯20的径向的宽度范围为5毫米～10毫米。设计轭部22的宽度在5毫米～10毫米范围内，可增加轭部22的结构强度，进而降低电磁噪音。

在一些实施例中，定子铁芯20还包括齿部23，齿部23位于极靴部21背离转子铁芯10的一侧，齿部23为平行齿部。具体地，齿部23靠近转子铁芯10的一端与极靴部21相连，齿部23的另一端与轭部22相连，相邻两个齿部23及对应的两个极靴部21与轭部22之间界定出放置绕组30的绕组槽24(图7示出)。

在一优选地实施例中，当齿部23位平行齿部时，齿部23沿定子铁芯20的周向的宽度范围为5毫米～8毫米。如此，设计齿部23的宽度范围为5毫米～8毫米内，可增加齿部23的结构强度，进而降低电磁噪音。

如图4所示，在另一实施例中，齿部23沿定子铁芯20的周向的宽度自靠近极靴部21的一端向远离极靴部21的一端逐渐增大。具体地，齿部23远离极靴部21的一端沿定子铁芯20的周向的宽度为m1，齿部23靠近极靴部21的一端沿定子铁芯20的周向的宽度为m2，m1>m2。如此，通过占用部分槽满率，增加齿部23的结构强度，进而降低电磁噪音。

在一些实施例中，极靴部21沿定子铁芯20的径向的厚度自极靴部21沿定子铁芯20的周向的一端向极靴部21的中心逐渐增大。在另一些实施例中，极靴部21的两侧相对定子铁芯20的圆心的夹角角度θ的角度范围为20度～40度。如此，可增大极靴部21的结构强度，进而降低电磁噪音。在本发明的实施例中，极靴部21的设置方式可为上述两种的组合形式，在此不作限制。

在一些实施例中，定子铁芯20包括多个齿部22，多个齿部22之间沿定子铁芯20的周向等间距设置。在另一些实施例中，定子铁芯20包括多个极靴部21，多个极靴部21之间沿定子铁芯20的周向等间距设置。如此，也可优化电机齿槽转矩，降低永磁同步电机100因齿槽转矩形成的噪声。

在一优选地实施例中，N极的圆心角为θ1及S极的圆心角为θ2满足：30°＜θ1＜θ2＜50°。如此，可进一步地提高转子铁芯10的结构稳定性，从而降低永磁同步电机100的电磁噪音。

如图5所示，在一些实施例中，每一磁极部11沿转子铁芯10的周向的两侧均具有凸极111，凸极111沿转子铁芯10的径向的两侧表面之间的夹角角度为δ，δ＜90°。优选地，30°≤δ≤45°。如此，可进一步优化永磁同步电机100的弱磁能力，优化永磁同步电机100的弱磁工况状态，改善永磁同步电机100的弱磁工况噪声。

在一些实施例中，相邻两个磁极部11之间的两个凸极111之间相对设置，相邻两个磁极部11之间形成位于对应的两个凸极111两侧的磁钢槽12和开口槽13。具体地，凸极111靠近磁极部11沿转子铁芯10的径向的末端设置。

在一些实施例中，磁极部11呈扇形，每一磁极部11的外表面具有第一弧面112和两个第二弧面113，第一弧面112沿转子铁芯10的周向位于两个第二弧面113之间，第一弧面112的半径与第二弧面113的半径不相等。具体地，第一弧面112的半径为α，第二弧面113的半径为β，优选地，第一弧面112的半径大于第二弧面113的半径，即α＞β，如此，使得转子铁芯10的外径呈不等圆，有利于削弱谐波磁场，降低电磁噪声。

进一步地，两个第二弧面113沿磁极部11的中心面呈对称布置。如此，更有利于削弱谐波磁场，降低电磁噪声。

在一些实施例中，转子铁芯10包括沿其轴向堆叠的多个冲压叠片。优选地，冲压叠片为导磁冲压叠片。

在一些实施例中，永磁同步电机100还包括永磁体40，相邻两个磁极部11之间形成有磁钢槽12(图1示出)，永磁体40放置于磁钢槽12内，永磁体40沿转子铁芯10的周向的宽度沿转子铁芯10的径向自转子铁芯10的外侧向内侧趋于减小。应当理解的是，永磁体40沿转子铁芯10的周向的宽度沿转子铁芯10的径向自转子铁芯10的外侧向内侧趋于减小是指，永磁体40沿转子铁芯10的周向的宽度沿转子铁芯10的径向自转子铁芯10的外侧向内侧整体上具有一个减小的趋势，但并不一定是线性增大或逐渐增大。

如此，可使永磁体40的磁场强度集中于靠近转子铁芯10的外侧的一端，在满足电机效率的同时，提高磁场利用率，并且能有效地降低电机齿槽转矩，从而降低电磁噪音。另外，也可有效优化气隙谐波磁场，减小径向电磁力波，提升电机转矩，以降低电磁噪声。

如图6和图7所示，具体到一实施方式中，永磁体40沿转子铁芯10的径向的宽度自靠近凸极111的一端向远离凸极的一端逐渐减小。如此，可使永磁体40结构平稳，产生的磁场稳定。具体地，永磁体40靠近转子铁芯10外侧的一端的宽度为L1，永磁体40靠近转子铁芯10的内侧的一端的宽度为L2，L1＞L2。

如图8和图9所示，具体到另一实施方式中，永磁体40包括第一矩形部分41和第二矩形部分42，第一矩形部分41与第二矩形部分42沿转子铁芯10的径向相连或间隔设置，第一矩形部分41比第二矩形部分42更靠近转子铁芯10的外侧，第一矩形部分41沿转子铁芯10的周向的宽度大于第二矩形部分42沿转子铁芯10的周向的宽度。矩形形状的永磁体40的结构简单，产生的磁场稳定。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种洗衣机，包括上述的永磁同步电机100。

具体地，洗衣机还包括滚筒，永磁同步电机100用于驱动滚筒工作。

本发明实施例提供的永磁同步电机100及洗衣机，具有以下有益效果：

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种永磁同步电机(100)，包括转子铁芯(10)及套设于所述转子铁芯(10)外侧的定子铁芯(20)，其特征在于，

所述转子铁芯(10)具多个磁极部(11)，所述多个磁极部(11)形成多个对极，同一所述对极下的两个所述磁极部(11)分别为N极和S极；

所述磁极部(11)呈扇形，所述N极的圆心角为θ1，所述S极的圆心角为θ2，所述定子铁芯(20)具有多个极靴部(21)，所述极靴部(21)沿所述定子铁芯(20)的周向的两侧相对所述定子铁芯(20)的中心的夹角角度为θ，θ＜θ1＜θ2。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，所述定子铁芯(20)的外径尺寸范围为100毫米～150毫米。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，所述定子铁芯(20)还包括轭部(22)，所述轭部(22)沿所述定子铁芯(20)的径向的宽度范围为5毫米～10毫米。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，所述定子铁芯(20)还包括齿部(23)，所述齿部(23)位于所述极靴部(21)背离所述转子铁芯(10)的一侧；

所述齿部(23)为平行齿部(23)；或者

所述齿部(23)沿所述定子铁芯(20)的周向的宽度自靠近所述极靴部(21)的一端向远离所述极靴部(21)的一端逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，当所述齿部(23)为平行齿部(23)时，所述齿部(23)沿所述定子铁芯(20)的周向的宽度范围为5毫米～8毫米。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，所述极靴部(21)沿所述定子铁芯(20)的径向的厚度自所述极靴部(21)沿所述定子铁芯(20)的周向的一端向所述极靴部(21)的中心逐渐增大；和/或

所述θ的角度范围为20度～40度。

7.根据权利要求1所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，30°＜θ1＜θ2＜50°。

8.根据权利要求1所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，每一所述磁极部(11)沿所述转子铁芯(10)的周向的两侧均具有凸极(111)，所述凸极(111)沿所述转子铁芯(10)的径向的两侧表面之间的夹角角度为δ，δ＜90°。

9.根据权利要求8所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，30°≤δ≤45°。

10.根据权利要求1所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，所述多个对极沿所述转子铁芯(10)的周向等间距布置。

11.根据权利要求1所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，每一所述磁极部(11)的外表面具有第一弧面(112)和两个第二弧面(113)，所述第一弧面(112)沿所述转子铁芯(10)的周向位于两个所述第二弧面(113)之间；

所述第一弧面(112)的半径与所述第二弧面(113)的半径不相等。

12.根据权利要求11所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，两个所述第二弧面(113)沿所述磁极部(11)的中心面呈对称布置。

13.根据权利要求1所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，所述转子铁芯(10)包括沿其轴向堆叠的多个冲压叠片，所述冲压叠片为导磁冲压叠片。

14.根据权利要求1所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，所述永磁同步电机(100)还包括永磁体(40)，相邻两个所述磁极部(11)之间形成有磁钢槽(12)，所述永磁体(40)放置于所述磁钢槽(12)内；

所述永磁体(40)沿所述转子铁芯(10)的周向的宽度沿所述转子铁芯(10)的径向自所述转子铁芯(10)的外侧向内侧趋于减小。

15.根据权利要求14所述的永磁同步电机(100)，其特征在于，所述永磁体(40)沿所述转子铁芯(10)的周向的宽度沿所述转子铁芯(10)的径向自所述转子铁芯(10)的外侧向内侧逐渐减小；或者

所述永磁体(40)包括第一矩形部分(41)和第二矩形部分(42)，所述第一矩形部分(41)与所述第二矩形部分(42)沿所述转子铁芯(10)的径向相连或间隔设置，所述第一矩形部分(41)比所述第二矩形部分(42)更靠近所述转子铁芯(10)的外侧；

所述第一矩形部分(41)沿所述转子铁芯(10)的周向的宽度大于所述第二矩形部分(42)沿所述转子铁芯(10)的周向的宽度。

16.一种洗衣机，其特征在于，包括如权利要求1～15任一项所述的永磁同步电机(100)。

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