专利名称：永久磁铁型电动机及装有该电动机的洗衣机的制作方法
技术领域：
本发明涉及在转子上具有永久磁铁的永久磁铁型电动机及装有该永久磁铁电动机的洗衣机，即涉及一种通过改进定子铁心而降低齿槽效应转矩(コギングトルク)的电动机以及降低振动、噪音的洗衣机。
为提高电动机的旋转起动性，作为具有特别形状的定子铁心的永久磁铁电动机，我们知道有一种如日本实用新型公开1990年第22069号公报所揭示的电动机，其定子铁心的形状结构如图8所示。该定子铁心的形状，不仅起动电路简单，而且齿槽效应转矩的降低效果也兼备。
在图8中，对于转子1上设置永久磁铁制的旋转磁铁2的内转式电动机，在定子的定子铁心3上，在圆周方向交替设有第1齿4和第2齿5。此时，第1齿4齿头4a的与旋转磁铁2相对的端面的轴向截面形状和第2齿5齿头5a的与旋转磁铁2相对的端面的轴向截面形状，分别形成以转子1的旋转中心为中心的圆弧状，但离开转子1的旋转中心的半径不相同。因此，第1齿4齿头4a与旋转磁铁2之间的空气隙长度g1和第2齿5齿头5a与旋转磁铁2之间的空气隙长度g2构成不相同(g1＜g2)。另外，在第1及第2齿4、5上卷装电机绕组。
然而，在永久磁铁型电动机中，存在着旋转磁铁2外周围空气隙的磁能量密度在定子铁心的齿附近较高、在相邻的2个齿间开口附近较低这种差异，另外，还有在旋转磁铁的异极之间邻接的磁极边界部分比其它部分低的特性。其结果，旋转磁铁异极之间的边界部分在通过2个齿间的开口部时，由于转子及定子铁心的各自一侧的磁能量较低的部分之间相互重叠，故齿槽效应转矩显示了峰值，由于如此的齿槽效应转矩的峰值在多处齿的开口部同时定时地发生，故显著地呈现了齿槽效应转矩的影响。
在图8所示的结构中，在相邻的第1齿4的齿头4a与第2齿5的齿头5a间的开口部6的圆周方向两侧附近所形成的上述空气隙长度g1与g2不相同的结果是，开口部6中的齿槽效应转矩的峰值不会在所有的开口部6同时发生，作为整体可降低齿槽效应转矩的峰值。
但是，在上述结构中，由于第1齿4与旋转磁铁2之间的空气隙长度g1和第2齿5与旋转磁铁2之间的空气隙长度g2不相同，故各自的磁阻不相同。因此，在向电机绕组通电而旋转驱动转子1的情况下，因磁阻的差异而使电磁力产生变动，故有给电动机带来振动及噪音之虞。
本发明的目的在于，提供一种可降低齿槽效应转矩且不易因电磁力的变动而产生振动和噪音的永久磁铁型电动机以及使用该电动机的低振动、低噪音的洗衣机。
本发明提供的永久磁铁型电动机，包括具有永久磁铁的转子及定子铁心，所述定子铁心在圆周方向具有2n个(n是2以上的整数)的齿，这些2n个齿包括配置在圆周方向上的n个第1齿和分别位于这些第1齿的各个之间的n个第2齿。所述第1齿齿头的与转子相对的端面形状，形成以转子的旋转中心为中心的大致圆弧状；所述第2齿齿头的与转子相对的端面形状，形成随着从其齿头的圆周方向中央部向圆周方向的两端部连续地远离所述转子表面的形状。
采用这种永久磁铁型电动机，第1及第2齿的各齿头与转子表面间的空气隙长度在两齿头间的开口部的圆周方向两端附近，即在所述开口部的圆周方向两侧附近，成为互不相同的数值。齿槽效应转矩的峰值因如此空气隙长度的差异而被降低。另外，所述第2齿齿头的端面形状，由于是随着从其圆周方向的中央部向圆周方向的两端部而远离所述转子表面的形状，故该部分的空气隙长度作为平均值而成为较小值。由此，通过空气隙的第1及第2齿间的磁阻的差值被降低。
在本发明第1较佳的具体结构中，第1及第2齿的圆周方向宽度构成互不相同的大小，以及，第2齿齿头的端面的最短空气隙长度与第1齿齿头的端面的空气隙长度相同，或构成比其小的数值。
在本发明的第2较佳的具体结构中，第1及第2齿各齿头间的开口部的圆周方向长度，设定成与这些第1及第2齿各齿头的圆周方向宽度的差值大致相等的数值。
此外，本发明提供的洗衣机，将上述改进后的电动机设在洗衣机内，且所述转子实际上与配置在该洗衣机内的旋转桶及搅拌体中的至少一方直接连接。
在该结构中，由于电动机所产生的振动和噪音是极低水准的，故可消除所述振动、噪音与洗衣机外箱共振以至由洗衣机产生较大的振动和噪音的不良情况。
图1是表示本发明第1实施例的永久磁铁型电动机定子铁心的俯视图。
图2是本发明第1实施例中永久磁铁型电动机的纵剖视图。
图3是表示本发明第2实施例与图1相当的图。
图4是表示本发明第3实施例与图1相当的图。
图5是表示本发明第4实施例主要部分的俯视图。
图6是表示本发明电动机用于洗衣机的第5实施例的纵剖视图。
图7是表示用于图6所示洗衣机的电动机定子铁心和绝缘罩的分解立体图。
图8是表示现有例子与图5相当的图。
下面，就本发明的第1实施例结合图1及图2进行说明。
首先，图2表示外转式的永久磁铁型电动机11的纵剖视图。在图2中，定子铁心12是对将硅类钢板冲切后的环状件进行多片层叠而构成的，在它的中央部形成有安装轴承13用的圆形孔14，在外周部，如图1所示，此时在圆周方向交替设有第1齿15和第2齿16各6个。
在所述第1及第2齿15、16上，分别卷装有电机绕组17。第1及第2齿15、16顶端部的各齿头15a、16a从电机绕组17向半径方向外侧突出。由定子铁心12和各电机绕组17构成定子18。
转子20包括旋转自如地支承在所述轴承13上的旋转轴21；固定在该旋转轴21上端部的转子轭铁22；以及在作为该转子轭铁22外周部分的环状部22a内周面圆筒状配列的多个旋转磁铁23，该旋转磁铁23通过空气隙G而在径向方向与定子铁心12中的第1及第2齿15、16各齿头15a、16a的各端面相对。这里，如图1所示，第1齿15齿头15a和第23齿16齿头16a的形状不相同。具体地说，第1齿15齿头15a的与转子、即与旋转磁铁23相对的端面的轴向截面形状，形成以转子20的旋转中心O1为中心、半径是r1的圆弧状。与此相应，第2齿16齿头16a的与转子、即与旋转磁铁23相对的端面的轴向截面形状，形成以远离转子20旋转中心O1规定距离的位置O2为中心、半径是r2的圆弧状。半径r2比半径r1小。因此，第1齿15的齿头15a的端面与轴向截面旋转磁铁23之间的空气隙长度G1在圆周方向上是均匀的。与此相应，第2齿16齿头16a的与旋转磁铁23相对的端面的轴向截面形状，在其齿头的圆周方向中央部24a的空气隙长度与G1相同，但随着从其中央部24a向圆周方向的两端部24b而成为连续地远离旋转磁铁23的形状。其结果，第2齿16的齿头16a的端面与旋转磁铁23间的空气隙长度，随着从圆周方向中央部24a向端部24b而逐渐变大。若将端部24b的空气隙长度设为G2，则G1＜G2。
而在该场合，第1齿15齿头15a的圆周方向宽度C1和第2齿16齿头16a的圆周方向宽度C2设定成同样大小(C1＝C2)。
在如此结构的本实施例中，由于第1齿15齿头15a与第2齿16齿头16a之间的开口部25的圆周方向两端附近、即开口部25的两侧附近的空气隙长度G1及G2构成互不相同，故可使齿槽效应转矩降低。换言之，由于旋转磁铁异极之间的多个边界部分不与开口部25的G1部分或与G2部分同时一致，而在同时刻分散位于G1及G2部分，故可降低齿槽效应转矩的峰值。
而此时，第2齿16齿头16a的端面形状，由于是随着从其圆周方向中央部向圆周方向的两端部远离相对的旋转磁铁23表面的形状，故该部分的空气隙长度作为平均值而成为较小值。由此，因通过空气隙的第1及第2齿15、16间的磁阻的差值被降低，故电磁力的变动幅度也变小，且可控制电动机引起的振动和噪音。尤其第2齿16齿头16a的端面形状的变化不是阶段性变化，而是连续变化，故可进一步降低电磁力的变动幅度。
在上述的第1实施例中，是将第2齿16齿头16a的圆周方向中央部24a的空气隙长度G1与第1齿15齿头15a部分的空气隙长度G1做成相等的结构来说明的，但也可将第2齿16齿头16a的圆周方向中央部24a的空气隙长度做得稍小于第1齿15齿头15a的空气隙长度，在做成如此结构的场合，可进一步减少空气隙圆周方向电磁力的变化幅度。
图3是表示本发明的第2实施例，第2实施例与上述第1实施例的不同点如下。
即，在定子铁心30中，相对于第1齿31齿头31a的圆周方向宽度C3，将第2齿32齿头32a的圆周方向宽度C4设定得较大。而且，第2齿32齿头32a的宽度C4与第1齿31齿头31a的宽度C3之差设定成等于相邻的第1齿31齿头31a与第2齿32齿头32a之间的开口部33的圆周方向宽度C5(C4-C3＝C5)。
此时，第2齿32齿头32a的圆周方向中央部的空气隙长度最好等于第1齿31齿头31a部分的空气隙长度或比其稍小，但根据各齿头31a、32a的圆周方向宽度之差，即使稍大一些也无关紧要。
在做成如此结构的场合，尤其由于开口部33的角度间距在圆周方向交替地做成不相同的结构，故有着可进一步提高使齿槽效应转矩降低的效果以及降低电磁振动的效果的优点。
图4是表示本发明的第3实施例，第3实施例与上述第2实施例的不同点如下。
即，第2齿34齿头34a的旋转磁铁23一侧的面的形状，在圆周方向的中央部35a是圆弧状，而从其圆弧部分到两端部35b形成直线状的倾斜面。
在如此的第3实施例中，也可获得与第2实施例相同的作用效果。
图5是表示本发明的第4实施例，第4实施例与上述各实施例的不同点如下。
即，第1～第3实施例，例示了适用于外转式永久磁铁型电动机的场合，而本第4实施例，揭示了适用于内转式永久磁铁型电动机的场合。
在定子中的定子铁心40上，在内周侧圆周方向上交替地设有第1齿41与第2齿42各3个。在该定子铁心40的内侧可旋转地配设有具备旋转磁铁43的4极转子44。
并且，第1齿41齿头41a的与旋转磁铁43相对的端面的轴向截面形状，形成以转子44的旋转中心O3为中心的圆弧状。与此相应，第2齿42齿头42a的与旋转磁铁43相对的一侧的面的轴向截面形状，形成与第1齿41齿头41a逆向的圆弧状，即突曲面。
因此，在该场合，第1齿41齿头41a与旋转磁铁43之间的空气隙长度G4在圆周方向也是均匀的。与此相应，第2齿42齿头42a的与旋转磁铁43相对的端面的轴向截面形状，在其面的圆周方向中央部45a的空气隙长度大致等于第1齿41齿头41a的空气隙长度G4，但随着从其圆周方向中央部45a向圆周方向的两端部45b而成为连续地远离旋转磁铁43的形状。其结果，第2齿42齿头42a与旋转磁铁43之间的空气隙长度在圆周方向中央部45a与上述G4相同，而随着朝向两端部45b逐渐变大。若将两端部45b的空气隙长度设为G5，则G4＜G5。
另外，在位于第1齿41齿头41a与第2齿42齿头42a之间的开口部46两侧的空气隙中，一侧的空气隙长度G4与另一侧空气隙长度G5构成为G4＜G5。
在如此结构的第4实施例中，也可获得与第1实施例同样的作用效果。
本发明不限于上述各实施例，可作如下的变形或扩展。
虽然例示了定子铁心是将环状件多片层叠而构成的结构，但也可将带状件多片层叠并将其弯成环状而代之。
另外，虽然仅就第1及第2齿齿头的圆周方向宽度互相相等或第2齿为较大的结构进行了说明，但也可将第2齿齿头的圆周方向宽度做小。但此时，必须将第2齿齿头的圆周方向中央部的空气隙长度做得小于第1齿齿头部分的空气隙长度。
下面，将本发明的永久磁铁型电动机用于洗衣机的实施例作为本发明第5实施例并结合图6及图7进行说明。
在表示洗衣机的图6中，在外箱51内，盛水桶52由弹性吊持机构的吊棒53摆动自如地支承着，在所述盛水桶52内配设有具备搅拌体54的洗涤桶兼用旋转桶、即脱水桶55。驱动搅拌体54与脱水桶55的洗衣机电动机56配设在安装于盛水桶52外底部的壳体57上。
所述脱水桶55与中空的脱水轴58连接，该脱水轴58可旋转地支承在设于壳体57的滚珠轴承59、60上。另外，所述搅拌体54与可旋转地插通支承在脱水轴58上的搅拌轴61相连接。
所述洗衣机电动机56由外转式的永久磁铁型电动机、即无刷电动机构成。该电动机56的结构与图2所示的电动机相同。即，该电动机56包括将线圈63安装在定子铁心62上的定子64和在轭铁65的内侧安装永久磁铁66并位于定子64外侧的转子67。并且，定子铁心62固定在壳体57上，转子67与搅拌轴61直接连接。另外，在转子67与脱水轴58之间设有未图示的离合器，该离合器起到如下的作用在脱水时，将脱水轴58与转子67连接，从而脱水桶55就与搅拌体54一起一体旋转，在洗涤时，将脱水轴58脱离转子67，不驱动脱水桶55。另外，所述离合器在洗涤时，将脱水轴58与壳体57连接，从而脱水桶55不会随着搅拌体54的旋转而旋转。该无刷电动机56的所述定子铁心62如图7所示包括拼装铁心62a，各拼装铁心62a具有第1齿68及第2齿69各6个。所述第1齿及第2齿68、69形成的形状与图3所示的定子铁心30的第1及第2齿31、31相同。在该定子铁心62上，罩上二个绝缘罩70、71，其构成的形状与将该铁心沿轴向分成2个后的形状相同，在该绝缘罩70、71上卷绕有所述定子绕组63。另外，包含图6所示电动机56的上述驱动机构的详细结构与U.S.P、5.778708说明书所公开的相同。
权利要求
1.一种永久磁铁型电动机，其特征在于，由具有永久磁铁的转子及定子铁心所组成的永久磁铁型电动机的所述定子铁心，在圆周方向具有2n个(n是2以上的整数)的齿，这些2n个齿包括均等配置在圆周方向上的n个第1齿和分别位于这些第1齿的各个之间的n个第2齿，所述第1齿齿头的与转子相对的端面的轴向截面形状，形成以转子的旋转中心为中心的大致圆弧状，所述第2齿齿头的与转子相对的端面的轴向截面形状，形成随着从其齿头的圆周方向中央部向圆周方向的两端部而远离相对的所述转子表面的形状。
2.如权利要求1所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，第1齿齿头的圆周方向宽度和第2齿齿头的圆周方向宽度不相同。
3.如权利要求2所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，第1齿齿头的圆周方向宽度与第2齿齿头的圆周方向宽度之差为大致等于相邻的第1齿齿头与第2齿齿头之间的开口部的圆周方向宽度。
4.如权利要求2所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，第2齿齿头的圆周方向宽度等于第1齿齿头的圆周方向宽度或比其大，并且，第2齿齿头的圆周方向中央部和与其相对的转子表面之间的空气隙长度，等于第1齿齿头的端面和与其相对的转子表面之间的空气隙长度或比其小。
5.如权利要求2所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，第2齿齿头的圆周方向宽度设定得比第1齿齿头的圆周方向宽度小，并且，第2齿齿头的圆周方向中央部与转子表面之间的空气隙长度，小于第1齿齿头的端面与转子表面之间的空气隙长度。
6.如权利要求1所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，第2齿齿头的与转子相对的端面的轴向截面形状，在其齿头的圆周方向中央部呈圆弧状，从该部分到两端部之间呈直线状斜面。
7.如权利要求2所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，第2齿齿头的与转子相对的端面的轴向截面形状，在其齿头的圆周方向中央部呈圆弧状，从该部分到两端部之间呈直线状斜面。
8.如权利要求3所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，第2齿齿头的与转子相对的端面的轴向截面形状，在其齿头的圆周方向的中央部呈圆弧状，从该部分到两端部之间呈直线状斜面。
9.如权利要求4所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，第2齿齿头的与转子相对的端面的轴向截面形状，在其齿头的圆周方向中央部呈圆弧状，从该部分到两端部之间呈直线状斜面。
10.如权利要求6所述的永久磁铁型电动机，其特征在于，第2齿齿头的与转子相对的端面的轴向截面形状，在其齿头的圆周方向中央部呈圆弧状，从该部分到两端部之间呈直线状斜面。
11.一种洗衣机，具有外箱、可旋转地配置在该外箱内的旋转桶以及可旋转地配置在该旋转桶内的搅拌体，其特征在于，由具有永久磁铁的转子及定子铁心所组成的永久磁铁型电动机的所述定子铁心，在圆周方向具有2n个(n是2以上的整数)的齿，这些2n个齿包括均等配置在圆周方向上的n个第1齿和分别位于这些第1齿的各个之间的n个第2齿，所述第1齿齿头的与转子相对的端面的轴向截面形状，形成以转子的旋转中心为中心的大致圆弧状，所述第2齿齿头的与转子相对的端面的轴向截面形状，形成随着从其齿头的圆周方向中央部向圆周方向的两端部而连续地远离相对的所述转子表面的形状，且使其与所述第1齿齿头的圆周方向的宽度不相同，如此构成的永久磁铁型电动机的转子实际上与所述旋转桶及搅拌体中的至少一方直接连接。
全文摘要
在本发明的永久磁铁型电动机的环状定子铁心上交替设置第1齿与第2齿,第1齿齿头的与旋转磁铁相对的端面形状形成以转子的旋转中心为中心的圆弧状,第2齿齿头的端面形状,其圆周方向的中央部的空气隙长度与第1齿齿头的空气隙长度大致相同或比其小,并且随着从其圆周方向中央部向圆周方向两端部的空气隙长度是连续扩大的形状。利用齿头端面的如此形状,可抑制齿槽效应转矩并减少电磁力的变动幅度。
文档编号H02K1/16GK1263370SQ9910225
公开日2000年8月16日 申请日期1999年2月12日 优先权日1999年2月12日
发明者新田勇 申请人:东芝株式会社