CN211670689U - 电动马达和包括电动马达的洗衣机 - Google Patents

电动马达和包括电动马达的洗衣机 Download PDF

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Abstract

一种电动马达,其包括例如在转子上的多极对永磁体,所述多极对永磁体在内极对之间的永磁体内具有内部磁通间隙,并且在相邻磁体的极之间具有紧密的外部极到极物理间隔。每个磁极的磁通分布基本上是对称的。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减小了所述马达运行时的振动和噪声。

Description

电动马达和包括电动马达的洗衣机
技术领域
本发明涉及一种具有低振动和/或低噪声的电动马达,其适用于例如洗衣机或干衣机或洗衣干衣机。
背景技术
电动马达运行中的振动是不希望的且会导致噪声,而低振动和低噪声是电动马达在大多数应用中的重要要求,因此马达或例如洗衣机等由马达驱动的机器以尽可能少的振动且尽可能无声的方式运行。
电动马达通常包括永磁体和线圈(电磁体)。电动马达中可以使用多极对永磁体作为使用更多数量永磁体且每个永磁体包括单对NS极的低成本替代方案。然而,相对于使用单极对磁体,多极对磁体的使用可能导致马达运行时额外的振动和导致的噪声。
发明内容
广义而言,在一个方面,本发明包括一种电动马达,所述电动马达包括转子或定子,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,其中多极对永磁体包括在内极对之间的永磁体内的内部磁通间隙。
广义而言,在另一方面,本发明包括一种电动马达,所述电动马达包括转子或定子,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,其中相邻磁体的相邻极之间的外部极到极物理间隔小于约1毫米或小于约0.5毫米。
广义而言,在另一方面,本发明包括一种电动马达,所述电动马达包括转子或定子,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,其中多极对永磁体包括在内极对之间的永磁体内的内部磁通间隙,并且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物理间隔。
在至少一些实施例中,所述内极对之间的所述多极对永磁体内的所述内部磁通间隙在约1微米至约3毫米、10微米至2毫米、或50或100微米至1毫米的范围内。
在至少一些实施例中,在所述永磁体的相邻极之间基本上没有极到极间隙。
广义而言,在另一方面,本发明包括一种制造方法,所述制造方法包括生产电动马达的转子或定子,以便结合:
·多极对永磁体包括在内极对之间的永磁体内的内部磁通间隙,和/或
·相邻磁体的相邻极之间的外部极到极物理间隔小于约1毫米或小于约 0.5毫米,和/或
·安装多极对永磁体,使得相邻磁体的相邻极之间的外部极到极物理间隔类似于所述内极对之间的所述永磁体内的所述内部磁通间隙。
广义而言,在另一方面,本发明包括一种洗衣机,所述洗衣机包含如上所述的电动马达或通过上述制造方法生产的电动马达。
在本说明书中,术语“包括”意指“至少部分地由……组成”。在解释本说明书和权利要求书中包含“包括”的陈述时,也可以存在除所述术语之外的特征或术语前面的特征。应类似地解释例如“包括”的相关术语。
附图说明
参考附图进一步描述本发明,其中:
图1示意性地示出了包括两个极对磁体的电动马达的转子的周边部分;
图2示意性地示出了包括两个极对磁体的电动马达的另一转子的等效周边部分;
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)和包括两个极对磁体的另一转子周围的磁通分布(灰线);
图4描绘了具有包括两个极对磁体的转子的一个马达的噪声与马达速度的关系(黑线)和具有包括两个极对磁体的转子的另一马达的噪声与马达速度的关系(绿线);
图5a和5b分别示意性地示出了根据本发明的外转子PMSM-RF马达和内转子PMSM-RF马达;以及
图6a-6d示意性地示出了根据本发明的PMSM-AF马达。
具体实施方式
图1示意性地示出了包括两个极对磁体的电动马达的转子的周边部分,即转子上的每个物理磁体包括两个NS极对。一个NS极对在1a处圈出。示出了磁体1以及磁体2的一部分。每个物理磁体上的两个NS极对之间的极到极间隔非常小。对于磁体1,两个NS极对之间的极到极间隔在图1中用1b表示。物理磁体的相邻极之间的极到极间隔取决于制造时磁体的物理间隔。图1中磁体1和2的相邻极之间的极到极间隔用3表示。转子磁极对之间的磁通量在磁体内部与在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另一电动马达的转子的等效周边部分。物理磁体1和2(以及转子周围的所有物理磁体)包括在内极对之间的永磁体内的内部磁通间隙(比较图1和2的1b处)。
在另一实施例中,可以使用在内极对之间的永磁体内具有很小或没有显著内部磁通间隙的两个极对磁体(如图1中的磁体),但是相邻磁体的相邻极之间的外部极到极物理间隔很小,例如小于约0.5毫米或1毫米。
理想情况下,物理磁体1和2(以及转子周围的所有物理磁体)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(以及转子周围的所有物理磁体)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与在物理磁体之间的间隙空间中类似。
在磁体内部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,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”转矩波动,这又导致马达运行时的振动和可能的噪声。当转子上的每个物理磁体包括两个NS极对时,此振动的频率是马达电频率的3 倍。例如,在洗衣机中,马达驱动较大的物体(例如洗衣机或干衣机或洗衣干衣机的滚筒)的旋转,这也会导致滚筒等被驱动的较大物体旋转时的后续振动和噪声。在一定的转速下,齿槽转矩频率可以接近电动马达所属的机器的固有共振频率,例如洗衣机的固有共振频率,这又可能产生显著的可听噪声。特别是在图2的马达中,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能避免、最小化或至少减小此齿槽转矩波动,这又能避免、最小化或减小马达或机器运行时的振动和噪声。
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,以在极对之间在磁体内部产生将与随后的马达制造期间物理磁体之间的物理间隙的大小相匹配的“磁通间隙”。
在其它实施例中,通过如图1中的磁体,在磁体的内极对之间的永磁体内具有很小或没有显著的内部磁通间隙(如图1所示),但是使磁体1和2的相邻极之间的外部极到极物理间隔(以及转子周围的所有物理磁体)很小,也可以实现齿槽转矩波动、振动和可能的噪声的减小。
图3示出了包括两个极对磁体的转子周围的磁通分布(磁体内部在磁极对之间的磁通间隙与物理磁体之间的间隙空间之间存在显著差异,因此存在显著的不对称磁通分布)(红线)和包括两个极对磁体的根据本发明的转子周围的磁通分布(灰线)。马达齿槽转矩、振动和任何产生的可听噪声与每个磁极的磁通分布中的不对称程度成比例。在磁通分布显著不对称的情况下(红线),马达齿槽转矩和振动可能显著,并且还可能导致可听噪声。在本发明的马达中,每个磁极的磁通分布是对称的或更对称的(灰线),并且马达齿槽转矩、振动和任何产生的可听噪声被消除或最小化或减小。图4描绘了其中磁通分布显著不对称的具有包括两个极对磁体的转子的马达在洗涤机应用中的噪声与马达速度的关系(黑线),以及具有也包括两个极对磁体的根据本发明的转子的马达在洗涤机应用中的噪声与马达速度的关系(绿线)。
马达可以是任何形式的马达,具有永磁体。例如,马达可以是永磁体同步马达(PMSM)、磁通路径径向定向的径向磁通永磁体同步马达(PMSM-RF马达),或磁通路径轴向定向的轴向磁通永磁体同步马达(PMSM-AF马达)。或者,马达可以是具有永磁体的DC有刷或无刷马达(DCBM)。马达可以具有承载永磁体的外转子或内转子。马达可以是直接驱动电动马达,即其中马达在转子与轴之间没有皮带或其它形式的运动传递装置或没有间接驱动马达的情况下直接驱动轴的马达。
图5a和5b分别示意性地示出了根据本发明的外转子PMSM-RF马达和内转子PMSM-RF马达。其各自包括定子10和转子11,所述定子10包括线圈,所述转子11包括由所述转子承载的两个极对永磁体12,使得所述转子周围的所有相邻磁体12之间的极到极物理间隔类似于两个极对永磁体内的内部磁通间隙,因此每个磁极的磁通分布尽可能对称,并且马达齿槽转矩、振动和任何产生的可听噪声最小化。
图6a-6d示意性地示出了根据本发明的PMSM-AF马达,其包括一个或多个定子20和一个或多个转子21。图6a的马达是单定子单转子马达。图6b的马达是双定子双转子马达。图6c的马达是双定子单转子马达。图6d的复合马达包括一堆或一系列耦合的轴向磁通马达。在每个马达中,一个或多个转子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物理间隔类似于多极对永磁体内的内部磁通间隙,从而使每个磁极的磁通分布尽可能对称,并且使马达齿槽转矩、振动和噪声最小化。
在根据本发明的马达中,每个多极对永磁体可以包括一对NS极,即两极,或三对或更多对NS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到极物理间隔,如上所述。
在本发明的任何马达中,转子可以包括例如通过注塑成型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成型安装到转子框架。在另一实施例中,多极永磁体可以通过粘合到转子框架而安装到转子框架。
到目前为止,已经参考电动马达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有刷马达的定子上。因此,本发明包含一种包括定子的电动马达,所述定子包括多极对永磁体,并且本发明的所有前述实施例的描述同样适用于将定子替换为转子,反之亦然。
本发明包含结合根据本发明的电动马达的洗衣机或干衣机或洗衣干衣机,例如顶装式竖轴洗涤机、前装式或顶部或倾斜通道检修的水平轴洗衣机、或传统的水平通道检修的顶装式竖轴洗衣机和干衣机或洗衣干衣机。通常,洗衣机包括具有顶门或前门的外壳、外滚筒,以及在使用中保持衣物负载的旋转内滚筒。通常,机器的电动马达的定子固定到外滚筒的一端,并且外滚筒外部的转子旋转地固定到延伸穿过外滚筒的端部中的通道的转子轴的外端,并在另一端承载内滚筒。机器控制器和/或马达控制器(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,从而使得可以在机器的用户设定洗涤程序的各种循环期间指示转子的旋转速度和方向。
前面描述了本发明,包含其优选形式。在不脱离本发明的范围的情况下,可以进行本领域技术人员将显而易见的修改和变更。

Claims (9)

1.一种电动马达,其特征在于,所述电动马达包括转子或定子,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,其中多极对永磁体包括在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所述的电动马达,其特征在于,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物理间隔。
3.根据权利要求1所述的电动马达,其特征在于,所述内极对之间的所述多极对永磁体内的所述内部磁通间隙在1微米至3毫米、10微米至2毫米、或50微米或100微米至1毫米的范围内。
4.根据权利要求1所述的电动马达,其特征在于,每个磁极的磁通分布是对称的。
5.根据权利要求1所述的电动马达,其特征在于,每个多极对永磁体包括两个内极对。
6.根据权利要求1所述的电动马达,其特征在于,所述多极对永磁体由转子承载。
7.根据权利要求1所述的电动马达,其特征在于,所述马达是径向磁通或轴向磁通永磁体同步马达。
8.根据权利要求1所述的电动马达,其特征在于,所述马达是有刷或无刷DC马达。
9.一种洗衣机,其特征在于,所述洗衣机包含根据权利要求1至8中任一项所述的电动马达。
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