CN1929264A - 具有改善了的定子结构的永磁单相同步电动马达，特别用于洗涤机及类似家用电器的排水泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有改善了的定子(4)结构、用于洗涤机及类似设备的永磁单相同步电动马达(7)，所述马达特别用于排水泵(1)，包括：一个中置的永磁轴向转子(2)和一个定子(4)，所述定子具有叠片组铁芯(5)和一对极片，所述极片的端部包绕所述转子(2)，所述极片端部的轴向长度与转子的轴向长度大致相等并由相应的空心隔开。这种马达的特征在于：所述叠片组铁芯(5)的轴向长度小于所述极片端部(10、11)的轴向长度。有利地，所述定子(4)极片通过模制磁性粉末而形成。

Description

具有改善了的定子结构的永磁单相同步电动马达，特别用于洗涤机及类 似家用电器的排水泵
技术领域
本发明涉及一种具有改善了的定子结构的永磁单相同步电动马达，其特别用于洗涤机及类似家用电器的排水泵。
更具体地，本发明涉及一种上述类型的马达，该马达包括：一个中央的永磁性转子、一个定子，所述定子具有叠片组铁芯和一对包绕所述转子的极片，所述极片与转子的轴向长度大致相等。
背景技术
已知需要实现一种用于家用设施——例如洗涤机，譬如洗衣机、洗碗机和类似的家用电器——的排水泵，要求所述排水泵具有最佳的水力效率，预期在泵提供的液压条件(例如流体的流动或压力)和与泵相关的马达所吸取的电力之间实现最佳的比例。
也知道永磁同步马达——特别是具有音叉形或叉形定子结构以及永磁转子的单相马达——在启动步骤中存在严重的问题，在启动步骤中，马达从静止的状态转变到其相位频率与供电网络的频率同相的状态。
例如，如果供电网的频率为50或60赫兹，则马达应当在半个电网波形周期内达到同步速度。然而，这是非常困难的，在马达的惯性力矩很大、且必须克服与转子相关的负载扭矩时尤为如此。
为了避免这个缺点，采用了多种电子的和机械的解决方案。
例如，在授予本申请人的欧洲专利EP-0574823中，同步的电动马达配备有一个电子启动设备，其通过以适当的相移向定子绕组提供电流和电压向量而使得马达可以逐步地启动。
为此，还通过一个位置传感器来探测转子的位置，该传感器将信息传递到电子监控设备，所述电子监控设备根据在每个给定情形中的电源的极性来判断是否通过电源开关将电力供应到定子绕组，从而产生用于启动步骤的最适当的磁通量。该通量与由转子产生的磁通量相互作用，形成一个扭矩，该扭矩可以沿特定的旋转方向加速转子，直至达到并维持住与电源同步的速度。
然而，这种应用到单相马达中的电子启动设备的费用是很高的，不管是制造还是应用到马达上。
这样的费用成为一个迄今都没有解决的阻碍，其压倒了使能量效率最优化的需求，并极大地阻碍上述特定类型的泵在家用的、但属于廉价机器范畴的洗涤机中的应用。
在这些机器上，优选地使用具有纯机械类型的启动设备的单相同步马达。这些马达在操作时通常效率较低且噪音较大。这些类型的马达的转子设置有永久磁体，且定子包括有叠片组铁芯，所述叠片组铁芯仅具有两个定子极片以及相应的绕组。
这个定子结构的优点在于其制造简单及较为廉价。然而，现有的限制制造成本的需求也使得设置有此定子结构的单相同步泵是非常昂贵的。
本发明的最重要的技术问题是设计一种永磁同步电动马达，特别用于洗衣机的排水泵，其结构和功能上的特征使得启动变得容易、且结构非常简单，这使得制造成本比现有技术中所提供的方案要低很多。
发明内容
本发明的解决方案的最重要之处在于：通过叠片组提供了定子铁芯组的组件，所述叠片组的轴向长度小于极片相应端部的轴向长度。
有利地，这些极片端部与叠片组可拆除地相联，或者在以任何结构独立的方式相联。
根据这种解决方案的概念，所述极片端部通过将磁性粉末模制而实现，其中所述磁性粉末由电绝缘材料微囊包覆。
通过一个上述的、以及在所附权利要求1中限定的马达而解决了本发明的技术问题。
通过下文对于作为描述性的且非限制性的示例的实施方式的描述，同时参照附图，依据本发明的单相马达的特征和优点将变得明显。
附图说明
图1示出了一个排水泵的示意性截面图，该排水泵结合有依据本发明的同步电动马达；
图2示出了图1的排水泵的示意性纵向剖视图；
图3示意性地示出了图1中的泵的拆开的部件的示意性立体图，其中示出了所述泵的所有构件；
图4和4A示出了依据本发明的电动马达的示意性立体图，其中部件分别处于拆开状态和组装状态；
图5和5A示出了依据本发明的电动马达另一实施方式的示意性的立体图，其中部件分别处于拆开状态和组装状态；
图6和6A示出了依据本发明的电动马达另一实施方式的示意性的立体图，其中部件分别处于拆开状态和组装状态。
具体实施方式
参照这些附图，标号7总体上概略地指代一个根据本发明实现的、用于运行一个同步排水泵1的单相同步电动马达，该同步排水泵优选将安装在诸如洗衣机和洗碗机之类的洗涤机上，在附图中没有示出所述洗涤机，因为它们属于常规类型。
马达7具有永磁中央转子2以及定子4，该定子4包括具有一对极片10、11的叠片组铁芯5，极片10、11包绕着转子2并与转子之间由相应的空心(aircore)隔开。
转子2的纵向轴线x-x与旋转轴杆3的轴线重合，该旋转轴杆3由相对的轴承13、14支撑。
转子2通过一个大致为管形的壳层17而与定子4严格地绝缘，所述壳层17与一个凸缘状的部分6形成为一体，该凸缘状部分6的一侧用于耦连到泵1的蜗壳(其因为是常规的所以没有示出)，另一侧耦连到覆盖着泵1的定子4的壳层12。
如本领域内的技术人员所公知的那样，马达7用于开动操纵机构——即封装在泵1的线圈内的叶轮9。
所述叶轮和驱动轴杆3的端部之间的耦连通过一个运动接头8实现，例如如在授予本申请人的欧洲专利0 287 984和0 983 630中所述。
如上所述，马达1包括一个定子4，该定子4具有相关的叠片组铁芯5以及定子绕组18、19，以及定子极片端部10、11。
定子4通常包括多个成组设置的金属叠片结构以形成铁芯5，且包括彼此邻近的定子绕组18、19，所述定子绕组的终端形成两个呈音叉状地绕转子2设置的极片10、11。
更具体地，铁芯5通过成组的切口叠片实现，所述切口叠片的平面视图大致为U形。这些叠片以相同的板带制造以减少生产损耗，并且叠置成一个U形的大铁芯5。
定子绕组18、19设置在相应的绕线管上，然后置于叠片组铁芯5的两个U形分支上，所获得的极片互相靠近而形成这样的一个结构：其中极片的端部10、11包绕着音叉状的转子2，如图4A、5A和6A所示。
有利地，依据本发明，定子组的铁芯5的组件通过一组叠片实现，所述叠片的轴向长度小于相应的极片端部10、11的轴向长度。
更有利地，这些极片端部10、11与叠片组铁芯5之间是可拆卸的、或者可以通过任意其它的形式与叠片组铁芯5联接，从而与叠片组铁芯5在结构上彼此独立。
换句话说，极片端部10、11通过实质上呈榫和榫眼形式的耦连而与U形叠片组铁芯各个相应的分支端部相联接。
通过以下的事实而使得这成为可能：所述的极片端部10、11通过将磁性粉末模制在一起而实现，其中所述磁性粉末被装入抗磁材料或绝缘的微囊中并且得以绝缘。然后，如此获得的端部10、11也将被称为SMC元件(软磁体复合物)。
本质上，其上设置有定子绕组18、19的铁芯5的尺寸不受极片10、11——其与转子2的永久磁铁相面对——的尺寸的限制。
上述铁芯5的较短的轴向长度介于25％和50％之间，并优选地大约为40％——比极片10、11的轴向长度短。
令人惊讶地，本发明的这个特征并不曾降低同步马达的稳定性能，但是最重要的，其不降低在始动(breakaway)时——即在启动步骤时——的性能，所述性能是这类马达最重要的一个方面，在下文中将更为详细地描述这一点。
总体而言，从本申请人所进行的实验中，可得出这样的结论：在相同的始动电压下，依据本发明的马达启动的时间和模式与具有传统结构定子的同步马达的技术规范并不冲突，同时在定子结构上节约了相当多的成本。
图4、5和6清楚地示出了端部10、11和U形叠片组铁芯5的相应的分支端部之间的耦连模式，所述端部通过模制定子极片形成。
例如，图5示出了一个实施方式，其中U形叠片组铁芯5两个分支的端部21和22分别具有榫眼槽25、26，或者可选地为鸠尾榫形的槽，用于容置一体地形成于各SMC元件27或28上的相应榫舌29。
图5示例中形成极片端部10和11的SMC元件的构造是通过模制上述的磁性粉末而实现的，从而获得了一个中空的部分，其局部地包绕住转子2，并获得了一个形成榫舌29的侧边附件。
明显地，在一个或另一个的所述配合端部上，形状耦合可以是不同的或者是两种类型的模式，对此没有限制。
例如，图4和4A示出：U形叠片组铁芯5分支的端部45、46与SMC元件之间的耦连构造是不同的，在此示例中，所述SMC元件以47和48标记。
分支的端部45、46分别提供了榫眼槽或鸠尾榫形的槽41、42，所述的槽彼此面对并朝向转子2。
而每个SMS元件都具有一相应的榫舌附件43、44，所述榫舌附件通过模制而一体地形成在朝向转子2的凹入部分的相对侧上。
类似地，图6和6A的示例示出了另一个实施方式，其中U形叠片组铁芯5分支的端部35、36相对于对称面而言是倾斜的和向外展开的，该对称面理想地经过转子的轴线并将两个绕组18、19彼此分开。
在这种情形中，这些端部35、36也具有朝向转子2的相应的榫眼槽或鸠尾榫形的槽33、34。
相应的榫舌附件31、32设置成通过模制而一体地形成在以标号37和38标出的SMS元件中，在图6和6A的示例中，37、38指代定子极片的端部10和11。
在所有上述的实施方式中，叠片组铁芯5的轴向长度与SMC元件的榫舌附件29、31、32、43、44的轴向长度大致一致，而在另一方面，所有的SMC元件都具有轴向长度更长的棱柱形的体部。
也应当注意，叠片组铁芯5较短的轴向长度从而意味着绕组18、19具有较小的支撑绕线筒部分。从而，由于每匝的直径较小，所以可以增加匝数，如果铜消耗是相同的话。
不需要进行精确的理论计算，值得注意的是：通过本发明的马达，在相同的损耗下获得了更大的功率系数。更具体地，如果我们对传统结构的同步马达和本发明的马达进行比较，在供电频率、所传送的扭矩和线圈形状相同时，从实验中发现：电流和损耗取决于比例V/N(每匝的供应电压)，并且大致呈平方关系。
根据一个在本领域技术规范内公知的、并通常大于1.1的比例，供应电压受到始动电压(breakaway voltage)的约束。供应到输入终端的电压一般包括线圈电阻Ra上的压降ΔVr，杂散电感Ld的压降ΔVd——即与所有和转子2不相连的磁通量相关的压降ΔVd，以及电枢的反作用电感Li上的电动势Vi，所述反作用电感Li与有效磁通量相关联，该有效磁通量与磁铁相联系并且产生扭矩。
在此，复数域中的矢量关系为：
                    Va＝ΔVr+ΔVd+Vi
最大匝数必须适当地低以确保期望的始动电压。但是由于损耗取决于比例V/N，其结果是：与在所供应的电压并不受到始动电压的限制、并且马达最优化而获得最大电效率时所合宜地释放的热量相比，损耗和额定电压发热将大得多。
通过上述的关系，结果是：在始动的瞬间以及在同步状态下，分量ΔVr和ΔVd降低了实际可用于产生扭矩的电压。在依据本发明的马达中，通过减少相应参数Ra和Ld，电压降低的效应被极大地减少了，并且可以增加匝数，同时使得始动电压的值保持恒定。
也由于比例V/N，由此确定的绕组18、19的最大匝数以及所伴随的截面减少导致了每匝上的电压较低，从而在正常操作时的损耗较低。
依据本发明的马达的明显优点在于：其结构极其简单，且生产成本比起已知技术中现有的可选解决方案的成本要低很多。
通过这个事实而得出了进一步的优点：定子极片的尺寸和形状不受与之相关的叠片组铁芯的尺寸的限制。
最后，还应当注意：连接部数量的减少使得安装更为容易可靠，并提高了整体效率。

Claims (9)

1.一种具有改善了的定子(4)结构的永磁单相同步电动马达(7)，所述电动马达特别用于洗涤机及类似家用电器的排水泵(1)，所述电动马达包括：一个中置的永磁转子(2)和一个定子(4)，所述定子具有叠片组铁芯(5)和一对极片，所述极片的端部(10、11)包绕所述转子(2)，所述极片端部的轴向长度与所述转子的轴向长度大致相等并通过相应的空心从所述转子隔开；其特征在于：所述叠片组铁芯(5)的轴向长度小于所述极片端部(10、11)的轴向长度。
2.如权利要求1所述的电动马达，其特征在于：所述定子(4)极片的所述端部(10、11)通过模制磁性粉末而形成。
3.如权利要求2所述的电动马达，其特征在于：所述磁性粉末由抗磁材料微囊包覆并且由其绝缘。
4.如权利要求1所述的电动马达，其特征在于：所述极片的端部(10、11)与所述叠片组铁芯(5)在结构上是彼此独立的，并且可拆除地耦连到所述叠片组铁芯(5)。
5.如权利要求2所述的电动马达，其特征在于：所述叠片组铁芯(5)通过将一组带有U形分支的U形叠片部分叠置在一起而形成，所述U形分支朝所述转子(2)延伸；并且转子绕组(18、19)的支撑绕线筒位于所述分支上而形成所述定子(4)极片；所述分支的端部与所述定子(4)极片的所述端部(10、11)以类似于接头的形式耦连。
6.如权利要求5所述的电动马达，其特征在于：所述分支端部与所述定子(4)极片的相应端部(10、11)之间的类似于接头的耦连通过简单的榫舌和榫眼状的耦连实现。
7.如权利要求1所述的电动马达，其特征在于：所述较小的轴向长度的范围为25％到50％。
8.如权利要求1所述的电动马达，其特征在于：所述较小的轴向长度为40％。
9.如权利要求6所述的电动马达，其特征在于：在模制所述端部(10、11)时，所述榫舌元件一体地形成。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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