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Haushaltsgerät, Pumpe, einphasiger Permanentmagnetmotor und Ständerkern davon
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft einphasige Motoren und insbesondere einen Ständerkern eines einphasigen Permanentmagnetmotors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein einphasiger Permanentmagnetmotor besteht üblicherweise aus einem Ständerkern, Ständerwicklungen und einem Permanentmagnetläufer. Der Ständerkern ist allgemein U-förmig und hat zwei voneinander beabstandete Polarme. Eine Polklaue ist an einem distalen Ende jedes Polarms gebildet. Eine Innenwandfläche jeder Polklaue ist nach innen vertieft, um eine Bogenpolfläche zu bilden. Die Wicklungen sind um die Polarme herumgeführt. Der Läufer ist zwischen den beiden Polklauen angeordnet und liegt der Bogenpolfläche gegenüber, wobei dazwischen ein allgemein einheitlicher Luftspalt gebildet ist.
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Um das Anlaufen des Läufers zu erleichtern, ist die Bogenpolfläche nach innen vertieft, um eine Anlaufnut zu bilden. Die Anlaufnut ist von einer zentralen Achse der Polklaue versetzt, so dass, wenn nach dem Abschalten des Motors die Drehung des Läufers stoppt, eine Polachse des Läufers von der zentralen Achse der Polklaue um einen Winkel versetzt ist, um einen Anlaufwinkel zu bilden. Unter Ansteuerung durch eine entsprechende Anlaufschaltung kann der Läufer kann entlang einer bestimmten Richtung erfolgreich anlaufen, wenn der Motor erregt wird. Der vorstehend beschriebene einphasige Permanentmagnetmotor kann jedoch nicht bidirektional anlaufen und ist deshalb nur eingeschränkt anwendbar.
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ÜBERSICHT
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Aus diesem Grund werden ein einphasiger Permanentmagnetmotor, der bidirektional anlaufen kann, und ein Ständerkern eines solchen Motors gewünscht.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ständerkern angegeben, umfassend einen Endbereich und zwei voneinander beabstandete Armbereiche, die sich von dem Endbereich erstrecken. Jeder Armbereich hat einen Verbindungsarm, der mit dem Endbereich verbunden ist, und eine Polklaue, die an einem distalen Ende des Verbindungsarms gebildet ist. Jede Polklaue bildet eine Bogenpolfläche, und die beiden Bogenpolflächen definieren einen Raum. Die Bogenpolfläche ist nach innen vertieft, um eine Anlaufnut zu bilden, die an einer zentralen Achse der Polklaue liegt. Die beiden Polklauen sind voneinander beabstandet, um zwischen sich zwei Schlitzöffnungen zu bilden. Eine die beiden Schlitzöffnungen verbindende Linie ist orthogonal zu der zentralen Achse der Polklaue.
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Vorzugsweise ist die Anlaufnut bezüglich der zentralen Achse der Polklaue symmetrisch.
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Vorzugsweise hat die Anlaufnut eine Tiefe, die von zwei Umfangsseiten in Richtung auf eine Mitte der Anlaufnut zunehmend größer wird, wobei ein Maximalwert der Tiefe an einer der zentralen Achse der Polklaue entsprechenden Stelle liegt.
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Vorzugsweise ist die Bogenpolfläche bezüglich der zentralen Achse der Polklaue symmetrisch.
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Vorzugsweise erstrecken sich zwei Umfangsseiten der Polklaue nach außen, um zwei Polspitzen zu bilden, wobei einander gegenüberliegende Polspitzen der beiden Polklauen voneinander beabstandet sind, um die Schlitzöffnung zu bilden, und wobei die Schlitzöffnung eine Breite hat, die kleiner ist als eine Breite des Abstands zwischen den Verbindungsarmen.
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Vorzugsweise sind der Endbereich und die Armbereiche jeweils durch Schichten einer Mehrzahl von Lamellen gebildet und mechanisch miteinander verbunden, wobei entweder der Armbereich oder der Endbereich eine Verriegelungsnut und der jeweils verbleibende Armbereich oder verbleibende Endbereich einen Verriegelungsblock bildet und jeder Verriegelungsblock mit einer korrespondierenden Nut im Eingriff ist, um den Armbereich und den Endbereich zu verbinden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein einphasiger Permanentmagnetmotor angegeben, umfassend einen Ständerkern; Wicklungen, die um den Ständerkern herumgeführt sind, und einen Permanentmagnetläufer, der in dem Ständerkern drehbar angeordnet ist. Der Ständerkern hat einen Endbereich und zwei voneinander beabstandete Armbereiche, die sich von dem Endbereich erstrecken. Der Armbereich hat einen Verbindungsarm, der mit dem Endbereich verbunden ist, und eine Polklaue, die an einem distalen Ende des Verbindungsarms gebildet ist. Jede Polklaue bildet eine Bogenpolfläche, und die beiden Bogenpolflächen definieren einen Raum. Die Bogenpolfläche ist nach innen vertieft, um eine Anlaufnut zu bilden, die an einer zentralen Achse der Polklaue liegt. Die beiden Polklauen sind voneinander beabstandet, um zwischen sich zwei Schlitzöffnungen zu bilden. Eine die beiden Schlitzöffnungen verbindende Linie ist orthogonal zu der zentralen Achse zwischen den Polklaue. Die Bogenpolfläche des Ständerkerns umschließt den Läufer, wobei zwischen der Bogenpolfläche und dem Läufer ein Luftspalt gebildet ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden eine den vorstehend genannten einphasigen Permanentmagnetmotor enthaltende Pumpe und ein die Pumpe enthaltendes Haushaltsgerät angegeben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Sprengbild des Motors von 1;
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3 zeigt den Motor von 1 in Draufsicht.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es ist zu beachten, dass die Figuren nicht maßstabsgetreu sind und dass baugleiche oder funktionsgleiche Elemente zu Darstellungszwecken in den Figuren durchgehend gleich gekennzeichnet sind. Ebenso sollte beachtet werden, dass die Figuren lediglich die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erleichtern sollen und dass nicht jeder Aspekt der beschriebenen Ausführungsformen in den Figuren dargestellt ist. Darüber hinaus wird der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die Figuren nicht eingeschränkt.
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1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Motor hat einen Ständerkern 10, um den Ständerkern 10 herumgeführte Wicklungen (nicht gezeigt) und einen Permanentmagnetläufer 12, der in dem Ständerkern 10 drehbar angeordnet ist. Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren, die den Aufbau und die Merkmale des Ständerkerns 10 des erfindungsgemäßen Motors zeigen, einige Elemente des Motors nicht dargestellt, so zum Beispiel die Wicklungen, eine Schaltung zum Steuern des Stroms der Wicklungen, ein Motorgehäuse oder dergleichen. Diese Elemente können in der für einen bekannten einphasigen Permanentmagnetmotor üblichen Weise ausgebildet sein. Eine Drehwelle kann starr durch den Permanentmagnetläufer 12 hindurchgeführt sein, für die Verbindung mit einer Last. Nach Erregung der Wicklungen wird der Ständerkern 10 polarisiert, der mit dem Magnetfeld des Permanentmagnetläufers 12 zusammenwirkt, um den Permanentmagnetläufer 12 anzustoßen und in Drehung zu setzen, wodurch wiederum die Last getrieben wird.
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Der Ständerkern 10 kann aus einem weichmagnetischen Material wie beispielsweise Ferrit bestehen. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Ständerkern 10 in der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise ein U-förmiger Ständerkern mit einem Endbereich 14 und einem sich von dem Endbereich 14 senkrecht nach außen erstreckenden Polarm 16. In dieser Ausführungsform umfasst der Polarm 16 zwei separate Armbereiche 18. Die beiden Armbereiche 18 sind voneinander beabstandet und parallel zueinander angeordnet, wobei dazwischen ein Raum gebildet ist, der das Ausführen der Wicklungen erleichtert. In dieser Ausführungsform sind der Endbereich 14 und die beiden Armbereiche 18 des Polarms 16 jeweils separat gebildet und durch mechanische Verbindungen miteinander verbunden. Dadurch können die Armbereiche 18 bewickelt werden, bevor sie mit dem Endbereich 14 verbunden werden, wodurch sich der Wickelvorgang einfacher und bequemer bewerkstelligen lässt. Vorzugsweise sind der Endbereich 14 und die beiden Armbereiche 18 jeweils durch das Schichten einer Mehrzahl von Lamellen wie beispielsweise Siliziumstahlbleche gebildet. Die Figuren zeigen lediglich die Gesamtform des Endbereichs 14 und der Armbereiche 18 nach dem Schichten der Lamellen, während die speziellen Strukturen dieser mehreren geschichteten Lagen nicht gezeigt sind.
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Um das Zusammensetzen der Lamellen zu erleichtern, ist jede Lamelle mit einer entsprechenden Montageöffnung 20 versehen. In dieser Ausführungsform ist die Montageöffnung 22 eine vertiefte Sacklochbohrung, und die Lamelle hat einen mit der Sacklochbohrung korrespondierenden Vorsprung. Beim Schichten der Lamellen wird der Vorsprung einer Lamelle in der Montageöffnung einer benachbarten Lamelle in Eingriff gebracht, um zwischen den Lamellen eine mechanische Verbindung herzustellen. Der Endbereich 14 und die Armbereiche 18 werden jeweils durch diese Vorgehensweisen gebildet.
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In dieser Ausführungsform bildet der Endbereich 14 an Stellen, die seinen beiden Seiten benachbart sind, zwei Verriegelungsnuten 22. Endflächen der beiden Armbereiche 18 springen in Richtung auf den Endbereich 14 nach außen vor, um jeweils Verriegelungsblöcke 24 zu bilden. Die Verriegelungsblöcke 24 der beiden Armbereiche 18 sind entlang der axialen Richtung jeweils in die Verriegelungsnuten 22 eingesetzt, um die Armbereiche 18 mit dem Endbereich 14 zu verbinden und so den Ständerkern 10 zu bilden. Vorzugsweise sind die Verriegelungsblöcke 24 schwalbenschwanzförmig und die Verriegelungsnut 22 hat eine an den Verriegelungsblock 24 angepasste Form, so dass die Verbindung zwischen dem Verriegelungsblock 24 und der Verriegelungsnut 22 gefestigt und vermieden wird, dass sich die Verbindung löst. In einer weiteren Ausführungsform können die Verriegelungsnuten 22 in den Armbereichen 18 gebildet sein, wobei die Verriegelungsblöcke 24 dementsprechend an dem Endbereich 14 gebildet sind, und die Armbereiche 18 und der Endbereich 14 sind ebenfalls zu dem Ständerkern 10 verbunden.
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Die beiden Armbereiche 18 des Polarms 16 sind im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet. Jeder Armbereich 18 ist länglich und hat einen Verbindungsarm 26, der mit dem Endbereich 14 verbunden ist, und eine Polklaue 28, die an einem distalen Ende des Verbindungsarms 26 gebildet ist. Die Verbindungsarme 26 der beiden Armbereiche 18 sind parallel zueinander angeordnet und sind durch einen Raum voneinander beabstandet. Die beiden Polklauen 28 liegen einander gegenüber und sind voneinander beabstandet. Einander gegenüberliegende Innenwandflächen der beiden Polklauen 28 sind vertieft, um Bogenpolflächen 30 zu bilden. Die Bogenpolflächen 30 definieren einen Aufnahmeraum 32 für die Aufnahme des Läufers 12. Der Aufnahmeraum 32 hat allgemein die Form eines nicht geschlossenen Zylinders und ist koaxial zu dem Läufer 12. Der Aufnahmeraum 32 hat einen Durchmesser, der geringfügig größer ist als ein Durchmesser des Läufers 12. Dadurch hat die Bogenpolfläche 30 einen geringen radialen Abstand von einer Außenfläche des Läufers 12, wodurch ein allgemein einheitlicher Luftspalt zwischen dem Läufer 12 und der Bogenpolfläche 30 des Ständerkerns gebildet wird.
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In dieser Ausführungsform ist jede Polklaue 28 allgemein C-förmig, wobei zwei Umfangsseiten derselben relativ zu dem Verbindungsarm 26 seitlich nach außen vorspringen, um jeweils Polspitzen 34 zu bilden. Die Polspitzen 34 sind allgemein parallel zu dem Endbereich 14 und liegen in dem Raum zwischen den beiden Verbindungsarmen 26. Vorzugsweise ist die Erstreckungslänge der Polspitze 34 kleiner als eine halbe Breite des Abstands zwischen den Verbindungsarmen 26. Dadurch liegen die Polspitzen 34 der beiden Polklauen 28 nach dem Montieren der Armbereiche 18 einander gegenüber, wobei zwischen den beiden korrespondierenden einander gegenüberliegenden Polspitzen 34 eine schmale Schlitzöffnung 36 gebildet ist, die bewirkt, dass die Bogenpolfläche 30 entlang der Umfangsrichtung unterbrochen ist. Vorzugsweise ist die Schlitzöffnung 36 derart angeordnet, dass sie einer Mitte des Raums der beiden Verbindungsarme 26 zugewandt ist. Vorzugsweise ist die Breite der Schlitzöffnung 36 kleiner als die dreifache Breite des Luftspalts zwischen der Bogenpolfläche 30 und dem Läufer 12. Weiter vorzugsweise ist die Breite der Schlitzöffnung 36 kleiner als die zweifache Breite des Luftspalts zwischen der Bogenpolfläche 30 und dem Läufer 12. Dadurch werden das Rastmoment und der magnetische Streufluss so weit wie möglich reduziert, wodurch wiederum die Leistungsfähigkeit des Motors sichergestellt und das Geräusch verringert wird.
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Es wird auf 3 Bezug genommen. Die Bogenpolfläche 30 ist nach innen vertieft, um zwei Anlaufnuten 38 zu bilden, die jeweils an den beiden Polklauen 28 liegen. Jede Anlaufnut 38 liegt entlang der Umfangsrichtung an einer Mitte der entsprechenden Polklaue 28. Die Anlaufnut 38 ist achssymmetrisch mit einer Symmetrieachse, die mit einer zentralen Achse X der Polklauen 28 zusammenfällt. Die Anlaufnut 38 hat eine Tiefe, die von zwei Umfangsseiten zu ihrer Mitte allmählich zunimmt. Die maximale Tiefe der Anlaufnut 38 liegt an einer der zentralen Achse X entsprechenden Stelle. Da die Bogenpolfläche 30, um die Anlaufnuten 38 zu bilden, nach innen vertieft ist, ist der zwischen dem Ständerkern 10 und dem Läufer 12 gebildete Luftspalt in den Bereichen der Anlaufnuten 38 uneinheitlich und hat seine größte Breite an der Stelle der Anlaufnut 38, die der zentralen Achse X der Polklaue 28 entspricht. Aus diesem Grund bezieht sich der zwischen der Bogenpolfläche 30 und der Außenfläche des Läufers 12 gebildete einheitliche Luftspalt in der vorliegenden Beschreibung auf den im Wesentlichen einheitlichen Luftspalt, der unter Ausschluss des Bogenpolflächenbereichs mit den an diesem gebildeten Anlaufnuten 38 zwischen dem Läufer 12 und der Bogenpolfläche 30 gebildet ist.
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In dieser Ausführungsform ist die Anlaufnut 38 an der zentralen Achse X der Polklaue 28 angeordnet, und ein maximaler Luftspalt ist an der der zentralen Achse X entsprechenden Stelle gebildet. Wenn der Motor abgeschaltet wird und die Drehung des Läufers stoppt, fällt eine Mittellinie des Magnetpols des Läufers 12 mit der zentralen Achse X des Ständerpols zusammen und der Magnetpol des Läufers 12 ist auf die Polspitze 34 der Polklaue 28 ausgerichtet, wodurch ein Anlaufwinkel von 90 Grad gebildet wird. Soll der Motor erneut gestartet werden, kann der Läufer 12 in Uhrzeigerrichtung oder in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht werden. Das heißt, der Motor kann zügig in zwei Richtungen anlaufen, was insbesondere für Anwendungen geeignet ist, die keine bestimmte Drehrichtung erfordern.
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Der einphasige Permanentmagnetmotor ist bevorzugt ein einphasiger bürstenloser Permanentmagnetsynchronmotor, der insbesondere für den Einsatz in einer Ablaufpumpe oder Umwälzpumpe eines Haushaltsgeräts wie eine Waschmaschine oder eine Geschirrspülmaschine geeignet ist.
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Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Jedoch wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
