CN106120248A - 洗衣机用驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种洗衣机用驱动装置，所述驱动装置包括单相外转子无刷电机及驱动轮，所述电机用以带动所述驱动轮旋转，且包括定子及转子，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的绕组，所述转子包括设于所述定子磁芯***的转子轭部，以及设置于转子轭部内壁上用于形成若干个磁极的永久磁体，所述永久磁体的内表面与齿冠的外表面之间形成气隙以便转子可相对定子旋转，所述气隙为非均匀气隙，对应每一磁极处的气隙的径向宽度沿从该磁极的中间部位朝其周向两端的方向逐渐变大，对应每一磁极处的气隙的径向宽度关于该磁极的周向中心线对称。

Description

洗衣机用驱动装置

【技术领域】

本发明涉及一种洗衣机用驱动装置，特别涉及洗衣机的滚筒驱动装置。

【背景技术】

洗衣机的滚筒驱动装置一般包括电机。永磁同步电机具有功率密度大、效率高、噪音低等优点，因此广泛应用于洗衣机中。永磁同步电机包括转子以及围绕转子的定子，转子上设置有高质量的永磁体磁极。然而，这种永磁同步电机的体积大且重量大。

【发明内容】

有鉴于此，有必要提供一种体积较小且重量较轻的洗衣机驱动装置。

一种洗衣机用驱动装置，所述驱动装置包括单相外转子无刷电机及驱动轮，所述单相外转子无刷电机可以带动所述驱动轮旋转，所述单相外转子无刷电机包括定子及转子，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括轭部、由轭部沿径向向外延伸的若干个齿，每个齿包括齿身以及由齿身末端沿周向延伸形成的齿冠，所述转子包括设于所述定子磁芯***的转子轭部，以及设置于转子轭部内壁上用于形成若干个磁极的永久磁体，所述永久磁体的内表面与齿冠的外表面相对且永久磁体的内表面与齿冠的外表面之间形成气隙以便转子可相对定子旋转，所述气隙为非均匀气隙。

优选地，对应每一磁极处的气隙的径向宽度沿从该磁极的中间部位朝其周向两端的方向逐渐变大，对应每一磁极处的气隙的径向宽度关于该磁极的周向中心线对称，在电机未通电的状态下，转子产生的磁场穿过定子的磁通随转子相对定子的位置不同而变化，所述磁通的最大值大于转子位于死点位置时的磁通，从而使得转子在电机未通电的状态下能够定位于一初始位置，所述初始位置对应所述磁通的最大值，且该初始位置偏离死点位置。

在其中一个实施例中，所述驱动装置还包括两级传动机构，所述传动机构包括第一传动带、传动轮以及第二传动带，所述第一传动带的两端分别套设于所述单相外转子无刷电机的转轴与所述传动轮上，以使所述单相外转子无刷电机驱动所述传动轮旋转，所述第二传动带的两端分别套设于所述传动轮与所述驱动轮上，以使所述传动轮带动所述驱动轮旋转。

在其中一个实施例中，所述单相外转子无刷电机的转轴与所述传动轮的传动比为2:1，所述传动轮与所述驱动轮的传动比为10:1。

在其中一个实施例中，所述单相外转子无刷电机的外径为90毫米，且其前后端面之间的宽度为65毫米。

在其中一个实施例中，相邻两个齿冠之间形成槽口，所述槽口在周向上的宽度小于或等于所述气隙的最小径向宽度的5倍。

在其中一个实施例中，相邻两个齿冠之间形成槽口，所述槽口在周向上的宽度小于或等于所述气隙的最小径向宽度的3倍。

在其中一个实施例中，所述气隙的最大径向宽度与最小径向宽度的比值大于1.5。

在其中一个实施例中，所述齿冠的外表面位于同一圆柱面上，所述圆柱面的中心与转子的中心共心。

在其中一个实施例中，所述永久磁极的内表面为平面或弧面，极弧系数大于0.75。

本发明实施例的洗衣机驱动装置，采用单相外转子无刷电机，电机的定子磁芯采用小槽口设计，且通过对其气隙进行优化设置如采用对称非均匀气隙，因而使得该电机体积较小且重量较轻。

【附图说明】

图1为一实施例的驱动装置的立体示意图。

图2为图1所示驱动装置的单相外转子无刷电机的结构示意图。

图3为图2所示单相外转子无刷电机的径向剖视结构示意图。

图4为图3所示单相外转子无刷电机的轴向剖视结构示意图。

图5为图3虚线框中部分的放大示意图。

图6为图2所示单相外转子无刷电机中的定子磁芯的结构示意图。

图7为图2所示单相外转子无刷电机中的线架的结构示意图。

图8为图6所示磁芯与图7所示线架的组装图。

图9显示了图2所示单相外转子无刷电机在未通电的状态下转子转到死点位置时的示意图。

图10显示了图2所示单相外转子无刷电机在未通电的状态下转子转到初始位置时的示意图。

图11所示为本发明第二实施例的电机的磁芯。

图12所示为本发明第三实施例的电机的磁芯。

图13和图14所示为本发明另一实施例的电机的转子。

【具体实施方式】

请参阅图1，一实施例的洗衣机(图未示)，包括用以驱动洗衣机滚筒旋转的驱动装置100。驱动装置100包括单相外转子无刷电机90和传动机构。优选地，所述传动机构为两级皮带传动机构，包括第一传动带91、传动轮93、第二传动带95以及驱动轮97。第一传动带91的两端分别套设于单相外转子无刷电机90的转轴与传动轮93上，以使单相外转子无刷电机90驱动传动轮93旋转，其传动比优选为2：1。具体地，一滑轮(pulley)94固定于电机转轴21上且可随其同步旋转，传动带91套设于滑轮94和传动轮93的一端上。第二传动带95的两端分别套设于传动轮93的另一端与驱动轮97上，以使传动轮93带动驱动轮97旋转，其传动比优选为10：1。驱动轮97可驱动洗衣机的滚筒旋转。由于驱动装置100采用第一传动带91及第二传动带95实现了两级传动，实现了较高的传动比，而且这种带式传动的稳定性较高。可以理解的是，在其他实施例也可以根据实际需要设计成具有其他传动比。

本发明采用了单相外转子无刷电机90，减小了电机的体积和重量。图2至图4所示为单相外转子无刷电机的一实施例。单相外转子无刷电机包括定子10和围绕所述定子10的转子20。在所示的实施例中，单相外转子无刷电机的外径为90毫米，其前后端面之间的宽度为65毫米。应当理解的是，在其它实施例中，单相外转子无刷电机可根据实际需要具有其他合适的尺寸。

定子10包括由具有导磁性能的软磁性材料制成的定子磁芯11、套设于定子磁芯11的线架13以及绕设在线架13上的绕组15。

一并参考图3至图6，所述定子磁芯11包括位于中心的环形部110，即定子轭部，以及由环形部110沿径向向外延伸的多个齿，相邻齿之间形成绕线槽。每个齿包括齿身112以及由齿身112末端沿周向延伸形成的齿冠114，相邻两个齿冠114之间形成绕线槽的槽口115，在一实施例中，各个槽口115在周向上的宽度一致，也即齿冠114沿周向均匀设置。在一实施例中，每个齿关于电机的通过该齿齿身中心的半径对称。可以理解地，根据设计需要，各槽口115大小可以不等，各齿冠的周向大小也可以不等。

环形部110大致呈空心柱状，环形部110的中心沿轴向贯穿形成通孔111。如图2至图4中所示，所述定子10还包括底座16以及形成在底座16上的轴管17。底座16大致呈圆盘形，轴管17由底座16中央部位垂直延伸而出，用于固定安装定子磁芯11于其上。具体地，该轴管17穿设在定子磁芯11的环形部110的通孔111内。轴管17内设置轴孔，用于可转动地安装转子20的转轴21。

齿身112自环形部110的外壁沿径向向外延伸而出，且多个齿身112在环形部110的周向上均匀分布。每个齿身112的径向末端设置一个齿冠114，在一实施例中，齿冠114关于电机的通过齿身112中心的半径对称。同时参考图5，齿冠114的外表面117，也即背离环形部110的表面，为弧面。在一实施例中，所述齿冠114的外表面117位于同一圆柱面上，所述圆柱面的中心与转轴21的中心同心。齿冠114的内表面118，也即朝向环形部110的表面，大致为平面。

在一些实施例中，所述齿冠114与齿身112的连接拐角处设有切缝116。设置切缝116，可以方便齿冠114相对齿身112弯折且使定子磁芯11的齿冠114在弯折成型时不会出现折皱。具体地，齿冠114位于齿身112两侧的两翼先处于沿径向向外张开的状态，如此可增加绕线槽的槽口115的宽度，从而方便绕组15绕线，绕线完成后，再通过工具将齿冠114的两翼绕切缝116向内弯折至最终位置。可以理解地，在有些情况下，也可以只在齿冠114位于齿身112单侧的翼与齿身112连接拐角处设切缝116。

如图7至图8所示，所述线架13包括上线架131和下线架133，所述上线架131和下线架133分别从定子磁芯11的轴向两端罩设定子磁芯11。

所述上线架131和下线架133的形状与结构基本相同，依据装设的位置不同，上线架131和下线架133相向摆放。上线架131和下线架133均包括套设所述定子磁芯11环形部110的环部130、套设所述齿身112的罩部132以及抵持所述齿冠114的内表面118的阻挡部134。环部130大致为圆管状，围设在定子磁芯环形部110的外壁。环部130的轴向顶端设有呈环状的朝内延伸的端边136。端边136盖在环形部110的顶端面上。环部130的侧壁开设若干开口(未标示)，开口处形成所述罩部132，开口供齿身112通过，罩部132则罩设在齿身112的端面以及两个侧面，相应于齿身112的端面及侧面，罩部132也具有端面及侧面。齿身112的端面即齿身112的顶面和底面，齿身112的侧面即与径向方向平行的两个面。可以理解，上线架131的罩部132罩设在齿身112的顶面和两个侧面，下线架133的罩部135罩设在齿身112的底面和两个侧面。上线架131和下线架133基本上将齿身112的侧面和端面全覆盖，以绝缘定子磁芯11与绕组15。

阻挡部134由罩部132的径向末端沿周向翻折延伸而出，抵顶在相应的一个齿冠114的内表面118上。

进一步地，所述阻挡部134的轴向一端设有折边135，所述折边135至少部分地盖设所述齿冠114的轴向端部的端面。具体地，上线架131上的阻挡部134的轴向顶端设有所述折边137，上线架131上形成的折边135至少部分地盖设在相应齿冠114的轴向顶端面；下线架133上的阻挡部134的轴向底端设有所述折边135，下线架133上形成的折边137至少部分的盖设在相应齿冠114的轴向底端面。

如图2至图4所示，所述转子20包括穿设于所述环形部110的转轴21，与转轴21固定连接的转子轭部22，以及设置在转子轭部22内壁上的永久磁体24用于形成多个永久磁极24。本实施例中，所述永久磁体24为分块式磁体，每一永久磁体24形成一永久磁极24。作为可替代方案，所述永久磁体也可以做成环形磁体。在一实施例中，所述永久磁体24的内表面241为平面，如此可以简化永久磁体24的制造工艺；当然所述永久磁体24的内表面也可以为弧面。在一实施例中，所述永久磁体24的极弧系数，即永久磁体24周向上的实际度数与360度除以转子极数的商的比值，大于0.75，如此可改善电机的转矩特性和提高电机的效率。

请参阅图4，所述转轴21可转动地设置在轴管17的轴孔内，例如通过轴承可转动地支撑在轴管17内。转子轭部22大致呈筒状，罩设在定子磁芯11上。转子轭部22具有与转轴21固定连接的端板221以及由端板221延伸而出的圆环形侧壁222。端板221与底座16相对，侧壁222轴向端与底座16之间具有一定间隙。端板221上设有若干窗口，以供外部气流进入对电机内部进行冷却。电机工作时，在永久磁极24和定子的磁场相互作用下，转子轭部22相对定子转动。

在一些实施例中，所述永久磁极24的数量与齿的数量相同，两者还可以成倍数关系，如齿数是永久磁极数的2倍、3倍等。本实施例中，所述转子20包括8个永久磁铁分别形成8个磁极，所述定子10包括8个定子齿并在相邻齿之间共形成8个绕线槽，从而形成一个8极8槽电机。在一实施例中，所述定子绕组电连接至外部单相交流电源，从而形成单相交流无刷电机。可以理解地，本发明的设计也可以用在单相永磁同步电机中。

如图5所示，所述永久磁极24的内表面241与齿冠114的外表面117相对，两者间形成气隙119。气隙119的径向宽度沿永久磁极24的周向变化从而形成非均匀气隙。所述气隙119的径向宽度由对应所述永久磁极24的内表面117的周向中间位置处朝着永久磁极24的内表面117周向两端逐渐变大。这样，永久磁极24内表面的周向中点与齿冠114外表面所在圆柱面之间的径向长度即为气隙119的最小径向宽度G1；永久磁极24内表面的周向端点与齿冠114外表面所在圆柱面之间的径向长度即为气隙119的最大径向宽度G2。在一实施例中，所述气隙119的最大径向宽度与最小径向宽度的比值大于1.5，即，G2:G1>1.5。更佳地，所述气隙的最大径向宽度与最小径向宽度的比值大于2，即G2:G1>2。

所述槽口115的宽度D(通常指槽口115在周向上的最小宽度)大于0，小于等于所述气隙119的最小径向宽度的5倍，即0≤D≤5G1。在一实施例中，槽口115的宽度D大于等于所述气隙119的最小径向宽度，小于等于所述气隙119的最小径向宽度的3倍，即G1≤D≤3G1。

同时参阅图9至图10，当电机未通电时，转子20的永久磁体24对定子10的齿产生吸引力，图9和图10分别示出了转子20在不同位置时的示意图。具体地，图9显示了转子20位于死点位置(即转子的磁极中心正对定子齿冠中心位置)。图10显示了转子20位于初始位置(即电机未通电或断电的状态下转子停止的位置)。如图9和图10所示，转子20位于死点位置时，转子20的磁极产生的磁场穿过定子10的磁通为Φ1，转子20位于初始位置时，转子20的磁极产生的磁场穿过定子10的磁通为Φ2，且Φ2>Φ1，从而使得转子20在电机未通电的状态下能够定位于初始位置，避开死点位置，进而避免电机通电时转子不能起动的问题。本实施例中，转子20在电机未通电或断电时停在如图10所示的初始位置。在该初始位置，定子磁芯齿身112的中心线正对相应的两相邻转子磁极24之间的中心线，该位置偏离死点位置最远，有效避免电机通电时转子不能起动的问题。由于实际情况下存在摩擦等其它因素，定子磁芯齿身112的中心线可能会偏离相应两相邻转子磁极24之间的中心线一定角度，如偏离正负0～30度电角度不等，但依然远离死点位置。

本发明的上述实施例中，通过转子磁极24自身产生磁场即可对转子的初始位置进行定位并使其初始位置偏离死点位置。具有该种设置的单相永磁无刷电机其齿槽转矩可以得到有效地抑制，从而使电机具有更高的效率和更好的性能。实验结果验证表明，一种根据上述思路设计的单相外转子无刷直流电机(额定转矩1Nm，额定转速1000rpm，定子磁芯堆叠厚度30mm)，其齿槽转矩的峰值小于80mNm。本发明的电机，根据需要可设计成双方向启动，如通过配合两个位置传感器如霍尔传感器和相应的控制器可实现双方向旋转；当然也可设计成单方向启动，这时一个位置传感器即可。

另外，本案单相外转子无刷电机的端板221至底座16远离端板221的端面的距离为65毫米。

图11所示为本发明的另一实施例的电机的磁芯40。该磁芯40与上述实施例的磁芯11的区别在于：本实施例的磁芯40由若干个单个的齿段41相互连接而成。每一齿段41包括一轭部段410、自轭部段410沿径向向外延伸的齿身412，以及由齿身412的末端沿周向延伸的齿冠414。所述若干个齿段41沿圆周方向排列共同构成磁芯40。所述若干齿段41的轭部段410共同构成呈环形的一轭部。所述轭部段410可以通过凸凹配合形成连接。本实施例中，每一轭部段410的周向一侧形成一凸起415，并在周向另一侧形成一凹槽417，每一轭部段410的凸起415卡扣于相邻一轭部段410的凹槽417内，每一轭部段410的凹槽417收容相邻另一轭部段410的凸起415，从而将所有齿段41连接为一个整体。作为替代方案，所述轭部段410之间可以是平面接触并利用焊接的方式固定。由于磁芯40由单个的齿段41连接而成，可以预先完成绕线，再将齿段41连接为一体，因而可以利于减小齿冠414之间的槽口尺寸，且不影响绕线。

图12所示为本发明的另一实施例的电机的磁芯50。该磁芯50与第一实施例的磁芯11的区别在于：本实施例的磁芯50包括与轭部510一体成形的第一齿51和单独成型的第二齿52。所述第二齿52卡扣于所述轭部510上，且所述第一齿51与第二齿52在周向上交替排列。在一实施例中，所述第二齿52插设于所述轭部510上。所述轭部510上设有若干插设槽511，所述第二齿52的径向内端具有与所述插设槽511形状相匹配的插设部522。在一实施例中，所述插设槽511为燕尾槽。本实施例的磁芯50包括单个成型的第二齿52，第二齿52可以在完成绕线之后再插设于轭部510上，如此也可以便于减小齿冠之间的槽口尺寸，且不影响绕线工序。

图13和图14所示为本发明另一实施例的电机的转子60。该转子60与第一实施例的转子20的区别在于：该转子60还包括一封装部65。具体地，所述转子60通过将转子轭部62和永久磁体64放在模具型腔内，融入塑料封装成型。

由于该洗衣机用驱动装置100采用单相外转子无刷电机90，电机90的定子磁芯11、40、50采用小槽口设计，且通过对其气隙119进行优化设置如采用对称非均匀气隙，因而使得该电机90体积较小且重量较轻。

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，如转子磁极除了做成上述实施例中分离形式外，还可以做成整体式，槽极数根据实际需要可以调整为2极2槽至N极N槽等，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 (13)

1.一种洗衣机用驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括单相外转子无刷电机及受电机驱动的传动机构，所述单相外转子无刷电机通过所述传动机构驱动洗衣机的滚筒旋转，所述单相外转子无刷电机包括定子及转子，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括轭部、由轭部沿径向向外延伸的若干个齿，每个齿包括齿身以及由齿身末端沿周向延伸形成的齿冠，所述转子包括设于所述定子磁芯***的转子轭部，以及设置于转子轭部内壁上用于形成若干个永久磁极的永久磁体，所述永久磁体的内表面与齿冠的外表面相对且永久磁体的内表面与齿冠的外表面之间形成气隙以便转子可相对定子旋转，所述气隙为非均匀气隙。

2.如权利要求1所述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，对应每一磁极处的气隙的径向宽度关于该磁极的周向中心线对称。

3.如权利要求1或2所述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，对应每一磁极处的气隙的径向宽度沿从该磁极的中间部位朝其周向两端的方向逐渐变大，在电机未通电的状态下，转子产生的磁场穿过定子的磁通随转子相对定子的位置不同而变化，所述磁通的最大值大于转子位于死点位置时的磁通，从而使得转子在电机未通电的状态下能够定位于一初始位置，所述初始位置对应所述磁通的最大值，且该初始位置偏离死点位置。

4.如权利要求1所述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，所述传动机构包括两级皮带传动。

5.如权利要求4所述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，所述传动机构包括第一传动带、传动轮以及第二传动带，所述第一传动带的两端分别连接所述单相外转子无刷电机的转轴与所述传动轮，以使所述单相外转子无刷电机驱动所述传动轮旋转，所述第二传动带的两端分别套设于所述传动轮与所述驱动轮上，以使所述传动轮带动所述驱动轮旋转。

6.如权利要求5所述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，所述单相外转子无刷电机的转轴与所述传动轮的传动比为2:1，和/或

所述传动轮与所述驱动轮的传动比为10:1。

7.如权利要求1或2或4或5或6所述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，所述单相外转子无刷电机的外径为90毫米，且其前后端面之间的宽度为65毫米。

8.如权利要求1或2或4或5或6所述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，相邻两个齿冠之间形成槽口，所述槽口在周向上的宽度小于或等于所述气隙的最小径向宽度的5倍。

9.如权利要求1或2或4或5或6所述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，相邻两个齿冠之间形成槽口，所述槽口在周向上的宽度小于或等于所述气隙的最小径向宽度的3倍。

10.如权利要求1或2或4或5或6的述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，所述气隙的最大径向宽度与最小径向宽度的比值大于1.5。

11.如权利要求1或2或4或5或6所述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，所述齿冠的外表面位于同一圆柱面上，所述圆柱面的中心与转子的中心共心。

12.如权利要求1或2或4或5或6所述的洗衣机用驱动装置，其特征在于，所述永久磁极的内表面为平面或弧面，极弧系数大于0.75。

13.一种洗衣机用驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括单相外转子无刷电机及受电机驱动的传动机构，所述单相外转子无刷电机通过所述传动机构驱动洗衣机的滚筒旋转，所述单相外转子无刷电机包括定子及转子，所述定子包括定子磁芯及绕设于定子磁芯上的绕组，所述定子磁芯包括轭部、由轭部沿径向向外延伸的若干个齿，每个齿包括齿身以及由齿身末端沿周向延伸形成的齿冠，所述转子包括设于所述定子磁芯***的转子轭部，以及设置于转子轭部内壁上用于形成若干个永久磁极的永久磁体，所述永久磁体的内表面与齿冠的外表面相对且永久磁体的内表面与齿冠的外表面之间形成气隙以便转子可相对定子旋转，所述传动机构包括两级皮带传动。