专利名称：滚筒洗衣机的感应马达和使用该马达的滚筒洗衣机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种洗衣机，特别涉及一种用于洗衣机的感应马达，该感应马达可以减小振动和噪音以及生产成本。
背景技术：
通常，滚筒洗衣机可以分为间接驱动的滚筒洗衣机和直接驱动的滚筒洗衣机。前者通过马达皮带轮(motor pulley)和鼓状滑轮(drum pulley)将马达的驱动力间接地传递给滚筒，而后者将马达的转子直接连接到滚筒，以将马达的驱动力传递给滚筒。
间接驱动的滚筒洗衣机具有在传递驱动力时产生能量损耗和噪音的问题。因此，为了解决间接驱动的滚筒洗衣机的这个问题，近来更广泛地采用直接驱动的滚筒洗衣机。直接驱动的滚筒洗衣机具有安装在盛水桶的后壁上的马达，以将马达的驱动力直接传递给滚筒。
传统的直接驱动的滚筒洗衣机的马达包括连接至滚筒的轴的转子、转子上的永磁体以及缠绕有线圈的定子。由于传统的马达需要昂贵的永磁体，因此传统的马达具有的问题是其制造马达和洗衣机的成本高。
永磁体围绕转子的周边安装，并且沿转子的周向具有交替的磁极。当转子转动时，永磁体与定子的齿之间的空间，即与定子的狭槽互相作用，从而产生顿转扭矩。此外，传统的具有永磁体的马达具有的另一个问题是由于频率谐波产生的机械振动和扭矩脉动可能降低效率。
同时，传统的具有永磁体的马达内应该设有霍尔传感器，以检测转子的位置。此外，当马达运行时，需要确定转子位置的算法。另外，应当根据供应电压的相位控制转子的位置。因此，这将导致的另一问题是马达成本高而且马达的控制复杂。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种用于滚筒洗衣机的感应马达以及使用该马达的滚筒洗衣机，其基本上消除了由于现有技术的局限和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的一个优点是提供了一种用于滚筒洗衣机的感应马达，其降低了生产成本。
本发明的另一个优点是提供了一种用于滚筒洗衣机的感应马达以及滚筒洗衣机，其减小了振动和噪音。
本发明的其它特征和优点将在以下的说明中阐述，并且通过该说明部分会变得显而易见，或者可以从本发明的实施中学会。本发明的目的和其它优点可以通过所撰写的说明书、其权利要求书以及附图中特别指出的结构而实现和获得。
为了实现这些和其它优点，并且根据本发明的意图，如在此具体实施及广泛描述的，用于滚筒洗衣机的感应马达包括集中绕组的定子，具有从其周边凸出的多个齿和缠绕各所述齿的线圈；转子框架，连接至直接固定于该滚筒洗衣机内的可转动滚筒的轴上，其中，该集中绕组的定子位于该转子框架内；以及转子导体，当电流施加至该线圈时，该转子导体沿该转子框架的周向在闭合电路内产生感应电流，以使该转子框架转动，其中该闭合电路是倾斜的。
根据本发明的另一个方案，提供了一种滚筒洗衣机，其包括盛水桶，其内容纳有洗涤液；滚筒，其能在该盛水桶内转动；集中绕组的定子，具有从其周边凸出的多个齿和缠绕各所述齿的线圈，该集中绕组的定子固定至该盛水桶的后壁上；轴，穿过该盛水桶的后壁直接连接至该滚筒；转子框架，直接连接至该轴，其中该集中绕组的定子位于该转子框架内；以及转子导体，当电流施加至该线圈时，该转子导体沿该转子框架的周向在闭合电路内产生感应电流，以使该转子框架转动，其中该闭合电路是倾斜的。
应当理解的是，本发明的前述概括说明和以下具体说明都是示例性和解释性的，旨在提供对所请求保护的本发明的进一步解释。
所包含的附图提供对本发明的进一步理解，其被并入到本申请中并构成本申请的一部分，所述附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中图1是示出根据本发明的包括感应马达的滚筒洗衣机的示意图；图2是根据本发明的感应马达的俯视图；图3是沿图2所示的马达的I-I线的剖视图；图4是示出图3所示的感应马达的定子铁芯的局部俯视图；图5是示出图3所示的根据本发明的感应马达的转子导体的另一实施例的前视图；图6是示出根据本发明的感应马达的转子导体的又一实施例的前视图；以及图7是示出根据本发明的感应马达的并联接线的方块图。
具体实施例方式
下面将详细描述本发明的实施例，其实例在附图中示出。在所有附图中尽可能用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
图1是示出根据本发明的包括感应马达的滚筒洗衣机的示意图。如图1所示，滚筒洗衣机包括设置于机壳1内的盛水桶2、可转动地安装在盛水桶2内的滚筒3、穿过盛水桶2的后壁固定于滚筒3的后壁上的轴4、以及设置于盛水桶2的后部以运行滚筒3的马达100。马达100还连接至轴4。机壳1的前面连接有门5，并且，在门5与盛水桶2之间设有垫圈6。此外，洗衣机具有位于机壳1的内部上表面与盛水桶2的上表面之间的悬挂弹簧7，以使盛水桶2悬挂在机壳1中。此外，在机壳1的下部与盛水桶2的下部外表面之间设有摩擦减震器8，以减小对衣物进行脱水产生的盛水桶2的振动。
马达100可以是无刷直流(BLDC)马达。马达100包括固定至盛水桶2的后壁2a上的定子300、以及连接至轴4以直接转动滚筒3的转子200。本发明的马达100通过直接连接滚筒3和转子200的轴4，而不是像现有技术那样通过辅助滑轮或传送带，将其驱动力直接传递给滚筒3。
参考图2至图4，详细描述马达100的结构。图2是根据本发明的感应马达的俯视图，图3是沿图2所示的马达的I-I线的剖视图，以及图4是示出图3所示的感应马达的定子铁芯的局部俯视图。
如图3所示，定子300包括定子铁芯310和绝缘体320。堆叠薄导体板或以螺旋形缠绕长且薄的导体带以形成多层定子铁芯310。绝缘体320连接至定子铁芯310的上表面和下表面。在定子300的中央形成开口330，以允许轴4穿过定子300，并且沿开口330的周边形成多个固定孔340。定子300通过诸如螺栓之类的紧固件和固定孔340固定到盛水桶2的后壁2a上。
如图4所示，从定子300的周边沿径向凸出多个齿301。齿距是相邻齿的中心之间的距离，并在图4中表示为“p”。位于齿301的端部的极靴302具有两个相对端，这两个相对端相对于定子300沿周向凸出，以部分地覆盖狭槽303，所述狭槽303介于齿301之间的空间。此外，优选的是，极靴302的中部厚于极靴302的两个相对端。当极靴302具有这种形状时，转子200的内表面与定子300的极靴302之间的气隙可基本保持在固定值。因此，当转子200转动时，转子200和定子300之间的交互作用变化很小，从而可防止气隙的突然变化。这样，可以降低振动和噪音。
每一个齿301均缠绕有线圈350，并且优选的是，线圈350是集中绕组。也就是说，线圈350缠绕定子300的每一个齿301，以使与每一个磁极相对应的狭槽的数量等于1或小于1，所述磁极是在电力供应至缠绕每一个齿的线圈350时形成的。因此，虽然使用具有较少数量的齿301的定子铁芯310，也可以形成许多个磁极。当马达100使用集中绕组时，与分散绕组相比，定子300的尺寸可以较小。此外，由于磁极数量的增加，更易于采用逆变器控制马达。
同时，如图1所示，转子200围绕定子300。转子200包括具有杯子形状的转子框架210。而且，如图1所示，轴4固定至转子框架210的后壁上，并且转子框架210的侧壁包围定子300。
用于本发明的滚筒洗衣机的马达100是感应马达，因此，转子200包括转子导体220而不是永磁体，以便在电流供应至线圈350时产生感应电流。这里，转子导体220连接至转子框架210的侧壁的内表面，该内表面朝向由线圈350缠绕的定子300的齿301。而且，转子200的侧壁包括转子铁芯230，以形成磁通路径。图3示出了转子导体220沿转子框架210的侧壁内表面设置，以形成I形横截面，并且转子铁芯230设置在转子导体220的两相对侧上。
例如，转子导体220可以由铝或铜制成，并且通过压铸(die-casting)与转子铁芯230基本上形成为一体。由于与用于制造转子铁芯230的诸如钢之类的传统材料相比，铝或铜具有较小的电阻和相对较小的强度，因此，转子导体220可通过诸如压铸之类的方法容易地连接至转子铁芯230上。
或者，与图3所示的不同，转子导体220可以以另外的实施例形成。图5和图6示出了下面将说明的转子导体220的其它实施例。
如图5和图6所示的转子导体220由沿连接到转子框架210的侧壁内表面的转子铁芯230的内周表面的薄板形成，以朝向定子300。由于根据本发明的感应马达100的线圈350是集中绕组，因此沿定子300的周向交替形成多个磁极。
因此，由于定子300的狭槽303与转子200之间的交互作用可能产生顿转扭矩、重叠相位或频率谐波，所以本发明的感应马达可能产生扭矩脉动或机械振动。然而，与具有永磁体的传统马达相比，产生的这种问题要少得多。除了可降低扭矩脉动以外，还可理想地降低即便是微小的扭矩脉动。
如图5所示，转子导体220具有竖向构件(vertical member)221，其可相对于横向构件(horizontal member)223倾斜。转子导体220具有两个沿周向平行的横向构件223，并且多个竖向构件221以预定距离间隔开并在横向构件223之间延伸，以将横向构件223彼此连接起来。
两个相邻的竖向构件221和两个横向构件223形成一个闭合电路。每一个闭合电路都是倾斜的，并且，倾斜距离“d1”表示各闭合电路倾斜多少。倾斜距离“d1”与齿301的一个齿距相对应。由于转子导体220的竖向构件221以预定角度(θsk)倾斜，因此在竖向构件221的上端与下端之间存在倾斜距离“d1”，如图5所示。该倾斜距离“d1”约等于齿301的一个齿距“p”。
如图6所示，其示出了转子导体220的又一实施例，每一个闭合电路相对于电路的中心对称地倾斜，并且倾斜距离“d2”表示各闭合电路倾斜多少。倾斜距离“d2”约在齿301的一个至两个齿距的范围内，即，p≤d2≤2×p。由于竖向构件221的中间部突出，并且每一个闭合电路沿纵向(verticaldirection)对称地倾斜，因此，倾斜距离“d2”是中间部和上端或下端之间的距离，如图6所示。
当转子导体220如图5和图6所示倾斜时，可以防止转子200与定子300的狭槽303之间的交互作用的突然变化。因此，可以降低扭矩脉动、顿转扭矩以及机械振动。
转子框架210还可以包括永磁体150。该永磁体150用于检测转子200的位置和转子速度。可在定子300的周边设置霍尔传感器(未示出)以感测永磁体150的磁场。
如图1所示，与上述情况不同，永磁体150也可以放置在轴4上。在这种情况下，用于检测永磁体150的磁场的霍尔传感器可以位于定子300的内周边上。因为不需要用于将霍尔传感器固定到定子300外部的空间，所以其具有马达100较小的优点。
接下来，将说明根据本发明的感应马达的运行。
当通过逆变器将三相电压施加至定子300的线圈350时，定子300内产生了旋转磁场。因此，转子导体220产生了引起感应电流的感应电压，并且转子200由于旋转磁场与感应电流之间的交互作用开始转动。
当转子200转动时，霍尔传感器(未示出)感测永磁体150的磁场，并且控制器(未示出)通过使用由霍尔传感器感测的信息，得到转子200的位置和转动速度。控制器(未示出)基于转子200的位置和转动速度控制逆变器，以更精确地控制马达100。
同时，如图7所示，单独形成各相位的、设置在定子上的线圈的连接结构可以变换成并联结构。也就是说，应通过高电流产生高扭矩，以使马达高速运行，并且由于高阻抗，电流的大小在串联结构中受到限制。这样，很难产生高扭矩并使马达高速运行。
因此，为了解决上述问题，如图7所示，对设置在定子300上的线圈使用并联结构。在并联结构中，并联的电阻值小于串联的电阻值，从而可以使高电流施加至线圈。
以上描述了转子200的实施例，其中转子200具有杯子形状以覆盖定子300。然而，转子200也可以具有与传统的感应马达类似的笼子形状。
如上所述，本发明具有如下优点第一，由于设置了用于直接驱动的滚筒洗衣机的感应马达而不是成本较高的永磁体马达，因此可以降低洗衣机的生产成本。
第二，由于减小了永磁体产生的顿转扭矩和高频谐波，因此可以降低由扭矩脉动产生的振动和噪音。
第三，由于缠绕定子的线圈是具有大量磁极的集中绕组，因此其更易于控制马达。
最后，由于不需要用于确定转子的位置的辅助算法，因此简化了用于马达的控制算法。
对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围内，可对本发明进行各种修改和变化。因而，本发明旨在覆盖落入所附权利要求书及其等同范围内的本发明的修改和变化。
权利要求
1.一种用于滚筒洗衣机的感应马达，该感应马达包括集中绕组的定子，具有从其周边凸出的多个齿和缠绕各所述齿的线圈；转子框架，连接至直接固定于该滚筒洗衣机内的可转动滚筒的轴上，其中，该集中绕组的定子位于该转子框架内；以及转子导体，当电流施加至该线圈时，该转子导体沿该转子框架的周向在闭合电路内产生感应电流，以使该转子框架转动，其中该闭合电路是倾斜的。
2.如权利要求1所述的用于滚筒洗衣机的感应马在，其中，该感应马达还包括转子铁芯，该转子铁芯位于该转子框架上，以形成磁通路径。
3.如权利要求2所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，该转子导体与该转子铁芯通过压铸基本上形成为一体。
4.如权利要求1所述的用于滚筒洗衣机的感应马在，其中，该转子导体是沿该转子框架的周向设置在该转子框架的内表面上的板。
5.如权利要求4所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，该感应马达还包括转子铁芯，该转子铁芯在该转子框架与该转子导体之间呈板状，以形成磁通路径。
6.如权利要求1所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，各闭合电路的倾斜距离约等于一个齿距，其中所述齿距是该定子的相邻齿的中心之间的距离。
7.如权利要求1所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，各闭合电路相对于其中心对称地倾斜，其中各闭合电路的倾斜距离大约在一个至两个齿距的范围内，并且其中所述齿距是该定子的相邻齿的中心之间的距离。
8.如权利要求1所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，该定子的所述齿包括位于各所述齿的端部的极靴，所述极靴具有相对于该定子沿周向凸出的两个相对端，以部分地覆盖该定子的所述齿之间的空间，并且其中所述两个相对端薄于所述极靴的中央部。
9.如权利要求1所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，该感应马达还包括永磁体，该永磁体固定至该轴上以检测该转子框架的位置和转动速度。
10.一种滚筒洗衣机，包括盛水桶，其内容纳有洗涤液；滚筒，其能在该盛水桶内转动；集中绕组的定子，具有从其周边凸出的多个齿和缠绕各所述齿的线圈，该集中绕组的定子固定至该盛水桶的后壁上；轴，穿过该盛水桶的后壁直接连接至该滚筒；转子框架，直接连接至该轴，其中该集中绕组的定子位于该转子框架内；以及转子导体，当电流施加至该线圈时，该转子导体沿该转子框架的周向在闭合电路内产生感应电流，以使该转子框架转动，其中该闭合电路是倾斜的。
11.如权利要求10所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，该感应马达还包括转子铁芯，该转子铁芯位于该转子框架上，以形成磁通路径。
12.如权利要求11所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，该转子导体与该转子铁芯通过压铸基本上形成为一体。
13.如权利要求10所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，该转子导体是沿该转子框架的周向设置在该转子框架的内表面上的板。
14.如权利要求13所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，该感应马达还包括转子铁芯，该转子铁芯在该转子框架与该转子导体之间呈板状，以形成磁通路径。
15.如权利要求10所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，各闭合电路的倾斜距离约等于一个齿距，其中所述齿距是该定子的相邻齿的中心之间的距离。
16.如权利要求10所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，各闭合电路相对于其中心对称地倾斜，其中各闭合电路的倾斜距离大约在一个至两个齿距的范围内，并且其中所述齿距是该定子的相邻齿的中心之间的距离。
17.如权利要求10所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，该定子的齿包括极靴，所述极靴位于各所述齿的端部，并具有相对于该定子沿周向凸出的两个相对端，以部分地覆盖该定子的所述齿之间的空间，并且其中所述两个相对端薄于所述极靴的中央部。
18.如权利要求10所述的用于滚筒洗衣机的感应马达，其中，该感应马达还包括永磁体，该永磁体固定至该轴上以检测该转子框架的位置和转动速度。
全文摘要
本发明公开了一种用于滚筒洗衣机的感应马达和使用该马达的滚筒洗衣机。用于滚筒洗衣机的感应马达包括集中绕组的定子，其具有从其周边凸出的多个齿和缠绕各所述齿的线圈；转子框架，其连接至直接固定于该滚筒洗衣机内的可转动的滚筒的轴上，其中，该集中绕组的定子位于该转子框架内；以及转子导体，当电流施加至该线圈时，该转子导体沿该转子框架的周向在闭合电路内产生感应电流，以使该转子框架转动，其中该闭合电路是倾斜的。
文档编号H02K3/04GK1967981SQ200610160418
公开日2007年5月23日 申请日期2006年11月20日 优先权日2005年11月18日
发明者田且承, 闵丙旭 申请人:Lg电子株式会社