CN114207993A - 低振动电动机 - Google Patents

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Abstract

具有低振动和/或噪声的电动机包括转子或定子,该转子或定子包括永磁体,每个永磁体包括至少两个极对,在相邻的内极对之间的永磁体内具有内部磁通间隙。内极对之间的内部磁通间隙可以类似于相邻磁体的相邻极之间的外部极到极的物理间隔。该电动机适用于例如洗衣机或干衣机或洗衣干衣机。

Description

低振动电动机
技术领域
本发明涉及一种具有低振动和/或噪声的电动机,其适用于例如洗衣机或干衣机或洗衣干衣机。
背景技术
电动机操作中的振动是不希望的,并且可能导致噪声,并且在大多数应用中,低振动和噪声是电动机的重要要求,使得电动机或由电动机提供动力的机器(例如洗衣机)以尽可能小的振动和尽可能静音地操作。
电动机通常包括永磁体和线圈(电磁体)。多极对永磁体可用于电动机中,作为使用更多数量的永磁体的较低成本的替代,每个永磁体包括单对N-S极。然而,相对于使用单极对磁体,使用多极对磁体可导致电动机操作中的额外振动和可能的噪声。
发明内容
从广义上讲,在一个方面,本发明包括一种电动机,该电动机包括一个转子或定子,该转子或定子包括多个永磁体,这些永磁体各自包括至少两个极对,其中该多极对永磁体包括在相邻的内极对之间的永磁体内的内部磁通间隙。
在至少一些实施例中,内极对之间的永磁体内的内部磁通间隙类似于相邻磁体的相邻极之间的外部极到极的物理间隔。
在至少一些实施例中,内极对之间的多极对永磁体内的内部磁通间隙在约1微米至约3mm、10微米至2mm,或50或100微米至1mm的范围内。
在至少一些实施例中,在永磁体的相邻极之间基本上没有外部极到极的物理间隔。
从广义上讲,在另一方面,本发明包括一种用于制造的方法,该方法包括生产该电动机的转子或定子以便结合:
·多极对永磁体,其包括所述内极对之间的所述永磁体内的内部磁通间隙,和/或
·多极对永磁体,其被安装成使得相邻磁体的相邻极之间的外部极到极的物理间隔类似于内极对之间的永磁体内的内部磁通间隙。
从广义上讲,在另一方面,本发明包括洗衣机,即洗衣机或干衣机或洗衣干衣机,其包括上述电动机或通过上述制造方法制造的电动机。
在本说明书中,术语“包括”是指“至少部分由…组成”。当解释本说明书和权利要求书中包含“包括”的陈述时,也可以存在除以该术语为前缀的特征之外的特征。相关术语例如“包括(comprise)”和“包括(comprises)”将类似地解释。
附图说明
现在将参考附图描述本发明,其中:
图1示意性地示出了包括两个极对磁体的电动机的转子的外围部分;
图2示意性地示出了包括两个极对磁体的电动机的另一个转子的等效外围部分;
图3示出了包括两个极对磁体的一个转子周围的磁通分布-红线,以及包括两个极对磁体的另一个转子周围的磁通分布-灰线;
图4绘制了具有包括两个极对磁体的转子的一个电动机-黑线和具有包括两个极对磁体的转子的另一个电动机-绿线的声学噪声相对于电动机旋转速度的曲线;
图5a和图5b分别示意性地示出了根据本发明的永磁同步电动机的外转子、径向磁通型(PMSM-RF)电动机和内转子PMSM-RF电动机;以及
图6a-d示意性地示出了根据本发明的永磁同步电动机、轴向磁通型(PMSM-AF)电动机。
具体实施方式
图1示意性地示出了包括两个极对磁体的现有技术电动机的转子的外围部分,即转子上的每个物理磁体包括两个N-S极对。一个N-S极对在1a处环绕。示出了磁体1和磁体2的一部分。每个物理磁体上的两个N-S极对之间的极对极间隔非常小。对于磁体1,两个N-S极对之间的极对极间隔在图1中用1b表示。物理磁体的相邻极之间的极对极间隔取决于制造时磁体的物理间隔。图1中磁体1和2的相邻极之间的极对极间隔用3表示。转子磁极对之间的磁通量在磁体内部和物理磁体之间的间隙空间中是不同的。
图2示意性地示出了包括两个极对磁体的本发明的电动机的转子的等效外围部分。物理磁体1和2(以及围绕转子的所有物理磁体)包括内极对之间的永磁体内的内部磁通间隙-比较图1和2中的1b。
理想地,物理磁体1和2(以及围绕转子的所有物理磁体)安装在转子上或以其它方式由转子承载,使得相邻多极对磁体1和2(以及围绕转子的所有物理磁体)之间的极到极物理间隔3类似于多极对永磁体内的内部磁通间隙1b。因此,转子磁极对之间的磁通量在磁体内部和物理磁体之间的间隙空间中是相似的。
在磁体内的磁极对之间没有磁通间隙并且物理磁体之间的间隙空间相对较大的情况下,则物理磁体之间的间隙空间中相对于每个磁体内的显著不均匀的磁通分布导致“齿槽(cogging)”转矩波动,这又导致电动机运行中的振动和可能的噪声。在转子上的每个物理磁体包括两个N-S极对的情况下,该振动的频率是电动机电频率的3倍。然而,例如在洗衣机中,电动机驱动诸如洗衣机或干衣机或洗衣干衣机的滚筒的较大主体的旋转,这也会在诸如滚筒的被驱动的较大主体的旋转中引起随之发生的振动和噪声。在某一旋转速度下,齿槽转矩频率可接近电动机作为其一部分的机器的固有共振频率,例如洗衣机的固有共振频率,其又可产生显著的可听噪声。在本发明的电动机中,特别是图2的电动机中,物理磁体之间的间隙空间中相对于每个磁体内的均匀或接近均匀的磁通分布避免、最小化或至少减小了这种齿槽转矩波动,这又避免、最小化或减小了电动机或机器操作中的振动和噪声。
在至少一些实施例中,在磁体制造期间控制永磁体内的磁畴的分布,以在极对之间的磁体内产生“磁通间隙”,该“磁通间隙”将随后的电动机制造期间物理磁体之间的物理间隙的尺寸相匹配。
图3示出了围绕包括两个极对磁体的转子的磁通分布,在磁体内的磁极对之间的磁通间隙和物理磁体之间的间隙空间之间存在显著的不相似性,因此存在显著的不对称磁通分布-红线,以及围绕根据本发明的包括两个极对磁体的转子的磁通分布-灰线。电动机齿槽转矩、振动和任何产生的可听噪声与每个磁极的磁通分布的不对称程度成比例。在磁通分布明显不对称的-红线情况下,电动机齿槽转矩和振动可能是显著的,并且还可能导致可听见的噪声。在本发明的电动机中,每个磁极的磁通分布是对称的或更对称的-灰线,并且消除或最小化或减小了电动机齿槽转矩、振动和任何导致的可听噪声。图4绘出了在洗衣机应用中,具有包括两个极对磁体的转子的电动机的噪声与电动机速度的关系,其中磁通分布明显不对称的-黑线,并且具有根据本发明的转子的电动机还包括两个极对磁体-绿线。
电动机可以是具有永磁体的任何形式的电动机。例如,电动机可以是永磁同步电动机(PMSM),或者是径向磁通-永磁同步电动机-磁通路径径向取向(PMSM-RF电动机),或者是轴向磁通永磁同步电动机-磁通路径轴向取向(PMSM-AF电动机)。可替换地,电动机可以是具有永磁体的DC有刷或无刷电动机(DCBM)。电动机可以具有承载永磁体的外部或内部转子。电动机可以是直接驱动电动机,即电动机直接驱动轴而在转子和轴之间没有皮带或其它形式的运动传动装置的电动机,或者是间接驱动电动机。
图5a和图5b分别示意性地示出了根据本发明的外转子PMSM-RF电动机和内转子PMSM-RF电动机。每个都包括定子10和转子11,定子10包括线圈,转子11包括由转子承载的两个极对永磁体12,使得围绕转子的所有相邻磁体12之间的极到极的物理间隔类似于两个极对永磁体内的内部磁通间隙,并且因此每个磁极的磁通分布尽可能对称,并且电动机齿槽转矩、振动和任何导致的可听噪声被最小化。
图6a-d示意性地示出了根据本发明的PMSM-AF电动机,其包括定子或多个定子20和转子或多个转子21。图6a的电动机是单定子,单转子电动机。图6b的电动机是双定子,双转子电动机。图6c的电动机是双定子,单转子电动机。图6d的复合电动机包括一组或一系列耦合的轴向磁通电动机。在每个电动机中,转子或多个转子21包括由转子承载的多极对永磁体,使得所有相邻磁体之间的极到极的物理间隔类似于多极对永磁体内的内部磁通间隙,使得每个磁极的磁通分布尽可能对称,并且使电动机齿槽转矩、振动和噪声最小化。
在根据本发明的电动机中,每个多极对永磁体可以包括一对N-S极,即两极,或三或更多对N-S极。在每种情况下,多个永磁体内的内部磁通间隙类似于相邻磁体之间的极对极物理间隔,如上所述。
在本发明的任何电动机中,转子可以包括例如通过注射模制形成的相对轻质但刚性的聚合物或塑料框架,其中多极永磁体通过包覆模制安装到转子框架。在另一实施例中,多极永磁体可以通过结合到转子框架而安装到转子框架。
至此已经参照电动机的转子上的多极对永磁体描述了本发明。然而,多极对永磁体可以替代地在定子上,例如在DC有刷电动机的定子上。因此,本发明包括一种电动机,该电动机包括定子,该定子包括多极对永磁体,并且本发明的实施例的所有以上描述同等地适用于将定子替代为转子,并且反之亦然。
本发明包括结合有根据本发明的电动机的洗衣机或干衣机或洗衣干衣机,例如顶装式、垂直轴式洗衣机、前装式或顶装式或倾斜式入口、水平轴式洗衣机或顶装式、垂直轴式洗衣机,以及通常为水平入口的洗衣机或洗衣干衣机。通常,洗衣机包括具有顶门或前门的外机壳、外滚筒和在使用中保持衣物负载的旋转内滚筒。通常,机器的电动机的定子固定到外滚筒的一端,外滚筒外部的转子旋转地固定到转子轴的外端,该转子轴延伸穿过外滚筒的端部中的通道并在其另一端承载内滚筒。机器控制器和/或电动机控制器(未示出)向设置在定子极周围的定子绕组提供适当的换向信号,使得转子的旋转速度和方向可以在机器的用户设置的洗涤程序的各个循环期间被指示。
以上描述了包括其优选形式的本发明。在不脱离本发明范围的情况下,可以进行对本领域技术人员显而易见的修改和改变。

Claims (12)

1.一种包括转子或定子的电动机,所述转子或定子包括永磁体,每个永磁体包括至少两个极对,其中所述多极对永磁体包括在相邻的内极对之间的永磁体内的内部磁通间隙。
2.根据权利要求1所述的电动机,其中所述内极对之间的所述永磁体内的所述内部磁通间隙类似于相邻磁体的相邻极之间的外部极到极的物理间隔。
3.根据权利要求1或2所述的电动机组件,其中所述内极对之间的所述多极对永磁体内的内部磁通间隙在约1微米至约3mm的范围内。
4.根据权利要求1或2所述的电动机组件,其中所述内极对之间的所述多极对永磁体内的内部磁通间隙在约10微米至2mm的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的电动机组件,其中所述内极对之间的所述多极对永磁体内的内部磁通间隙在约50或100微米至1mm的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动机组件,其中每个磁极的磁通分布是基本上对称的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电动机组件,其中每个多极对永磁体包括两个内极对。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电动机组件,其中所述多极对永磁体由转子承载。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电动机组件,其中所述电动机是径向磁通或轴向磁通永磁同步电动机。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的电动机组件,其中所述电动机是有刷或无刷直流电动机。
11.一种用于制造电动机的方法,其包括生产所述电动机的转子或定子以便结合:
·多极对永磁体,其包括所述内极对之间的所述永磁体内的内部磁通间隙,和/或
·多极对永磁体,其被安装成使得相邻磁体的相邻极之间的外部极到极的物理间隔类似于内极对之间的永磁体内的内部磁通间隙。
12.一种洗衣机或干衣机或洗衣干衣机,包括根据权利要求1至10中任一项所述的或通过权利要求11所述的方法生产的电动机。
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