專利名稱：永久磁鐵型電動機及裝有該電動機的洗衣機的制作方法
技術領域：
本發明涉及在轉子上具有永久磁鐵的永久磁鐵型電動機及裝有該永久磁鐵電動機的洗衣機，即涉及一種通過改進定子鐵心而降低齒槽效應轉矩(コギングトルク)的電動機以及降低振動、噪音的洗衣機。
為提高電動機的旋轉起動性，作為具有特別形狀的定子鐵心的永久磁鐵電動機，我們知道有一種如日本實用新型公開1990年第22069號公報所揭示的電動機，其定子鐵心的形狀結構如圖8所示。該定子鐵心的形狀，不僅起動電路簡單，而且齒槽效應轉矩的降低效果也兼備。
在圖8中，對于轉子1上設置永久磁鐵制的旋轉磁鐵2的內轉式電動機，在定子的定子鐵心3上，在圓周方向交替設有第1齒4和第2齒5。此時，第1齒4齒頭4a的與旋轉磁鐵2相對的端面的軸向截面形狀和第2齒5齒頭5a的與旋轉磁鐵2相對的端面的軸向截面形狀，分別形成以轉子1的旋轉中心為中心的圓弧狀，但離開轉子1的旋轉中心的半徑不相同。因此，第1齒4齒頭4a與旋轉磁鐵2之間的空氣隙長度g1和第2齒5齒頭5a與旋轉磁鐵2之間的空氣隙長度g2構成不相同(g1＜g2)。另外，在第1及第2齒4、5上卷裝電機繞組。
然而，在永久磁鐵型電動機中，存在著旋轉磁鐵2外周圍空氣隙的磁能量密度在定子鐵心的齒附近較高、在相鄰的2個齒間開口附近較低這種差異，另外，還有在旋轉磁鐵的異極之間鄰接的磁極邊界部分比其它部分低的特性。其結果，旋轉磁鐵異極之間的邊界部分在通過2個齒間的開口部時，由于轉子及定子鐵心的各自一側的磁能量較低的部分之間相互重疊，故齒槽效應轉矩顯示了峰值，由于如此的齒槽效應轉矩的峰值在多處齒的開口部同時定時地發生，故顯著地呈現了齒槽效應轉矩的影響。
在圖8所示的結構中，在相鄰的第1齒4的齒頭4a與第2齒5的齒頭5a間的開口部6的圓周方向兩側附近所形成的上述空氣隙長度g1與g2不相同的結果是，開口部6中的齒槽效應轉矩的峰值不會在所有的開口部6同時發生，作為整體可降低齒槽效應轉矩的峰值。
但是，在上述結構中，由于第1齒4與旋轉磁鐵2之間的空氣隙長度g1和第2齒5與旋轉磁鐵2之間的空氣隙長度g2不相同，故各自的磁阻不相同。因此，在向電機繞組通電而旋轉驅動轉子1的情況下，因磁阻的差異而使電磁力產生變動，故有給電動機帶來振動及噪音之虞。
本發明的目的在于，提供一種可降低齒槽效應轉矩且不易因電磁力的變動而產生振動和噪音的永久磁鐵型電動機以及使用該電動機的低振動、低噪音的洗衣機。
本發明提供的永久磁鐵型電動機，包括具有永久磁鐵的轉子及定子鐵心，所述定子鐵心在圓周方向具有2n個(n是2以上的整數)的齒，這些2n個齒包括配置在圓周方向上的n個第1齒和分別位于這些第1齒的各個之間的n個第2齒。所述第1齒齒頭的與轉子相對的端面形狀，形成以轉子的旋轉中心為中心的大致圓弧狀；所述第2齒齒頭的與轉子相對的端面形狀，形成隨著從其齒頭的圓周方向中央部向圓周方向的兩端部連續地遠離所述轉子表面的形狀。
采用這種永久磁鐵型電動機，第1及第2齒的各齒頭與轉子表面間的空氣隙長度在兩齒頭間的開口部的圓周方向兩端附近，即在所述開口部的圓周方向兩側附近，成為互不相同的數值。齒槽效應轉矩的峰值因如此空氣隙長度的差異而被降低。另外，所述第2齒齒頭的端面形狀，由于是隨著從其圓周方向的中央部向圓周方向的兩端部而遠離所述轉子表面的形狀，故該部分的空氣隙長度作為平均值而成為較小值。由此，通過空氣隙的第1及第2齒間的磁阻的差值被降低。
在本發明第1較佳的具體結構中，第1及第2齒的圓周方向寬度構成互不相同的大小，以及，第2齒齒頭的端面的最短空氣隙長度與第1齒齒頭的端面的空氣隙長度相同，或構成比其小的數值。
在本發明的第2較佳的具體結構中，第1及第2齒各齒頭間的開口部的圓周方向長度，設定成與這些第1及第2齒各齒頭的圓周方向寬度的差值大致相等的數值。
此外，本發明提供的洗衣機，將上述改進后的電動機設在洗衣機內，且所述轉子實際上與配置在該洗衣機內的旋轉桶及攪拌體中的至少一方直接連接。
在該結構中，由于電動機所產生的振動和噪音是極低水準的，故可消除所述振動、噪音與洗衣機外箱共振以至由洗衣機產生較大的振動和噪音的不良情況。
圖1是表示本發明第1實施例的永久磁鐵型電動機定子鐵心的俯視圖。
圖2是本發明第1實施例中永久磁鐵型電動機的縱剖視圖。
圖3是表示本發明第2實施例與圖1相當的圖。
圖4是表示本發明第3實施例與圖1相當的圖。
圖5是表示本發明第4實施例主要部分的俯視圖。
圖6是表示本發明電動機用于洗衣機的第5實施例的縱剖視圖。
圖7是表示用于圖6所示洗衣機的電動機定子鐵心和絕緣罩的分解立體圖。
圖8是表示現有例子與圖5相當的圖。
下面，就本發明的第1實施例結合圖1及圖2進行說明。
首先，圖2表示外轉式的永久磁鐵型電動機11的縱剖視圖。在圖2中，定子鐵心12是對將硅類鋼板沖切后的環狀件進行多片層疊而構成的，在它的中央部形成有安裝軸承13用的圓形孔14，在外周部，如圖1所示，此時在圓周方向交替設有第1齒15和第2齒16各6個。
在所述第1及第2齒15、16上，分別卷裝有電機繞組17。第1及第2齒15、16頂端部的各齒頭15a、16a從電機繞組17向半徑方向外側突出。由定子鐵心12和各電機繞組17構成定子18。
轉子20包括旋轉自如地支承在所述軸承13上的旋轉軸21；固定在該旋轉軸21上端部的轉子軛鐵22；以及在作為該轉子軛鐵22外周部分的環狀部22a內周面圓筒狀配列的多個旋轉磁鐵23，該旋轉磁鐵23通過空氣隙G而在徑向方向與定子鐵心12中的第1及第2齒15、16各齒頭15a、16a的各端面相對。這里，如圖1所示，第1齒15齒頭15a和第23齒16齒頭16a的形狀不相同。具體地說，第1齒15齒頭15a的與轉子、即與旋轉磁鐵23相對的端面的軸向截面形狀，形成以轉子20的旋轉中心O1為中心、半徑是r1的圓弧狀。與此相應，第2齒16齒頭16a的與轉子、即與旋轉磁鐵23相對的端面的軸向截面形狀，形成以遠離轉子20旋轉中心O1規定距離的位置O2為中心、半徑是r2的圓弧狀。半徑r2比半徑r1小。因此，第1齒15的齒頭15a的端面與軸向截面旋轉磁鐵23之間的空氣隙長度G1在圓周方向上是均勻的。與此相應，第2齒16齒頭16a的與旋轉磁鐵23相對的端面的軸向截面形狀，在其齒頭的圓周方向中央部24a的空氣隙長度與G1相同，但隨著從其中央部24a向圓周方向的兩端部24b而成為連續地遠離旋轉磁鐵23的形狀。其結果，第2齒16的齒頭16a的端面與旋轉磁鐵23間的空氣隙長度，隨著從圓周方向中央部24a向端部24b而逐漸變大。若將端部24b的空氣隙長度設為G2，則G1＜G2。
而在該場合，第1齒15齒頭15a的圓周方向寬度C1和第2齒16齒頭16a的圓周方向寬度C2設定成同樣大小(C1＝C2)。
在如此結構的本實施例中，由于第1齒15齒頭15a與第2齒16齒頭16a之間的開口部25的圓周方向兩端附近、即開口部25的兩側附近的空氣隙長度G1及G2構成互不相同，故可使齒槽效應轉矩降低。換言之，由于旋轉磁鐵異極之間的多個邊界部分不與開口部25的G1部分或與G2部分同時一致，而在同時刻分散位于G1及G2部分，故可降低齒槽效應轉矩的峰值。
而此時，第2齒16齒頭16a的端面形狀，由于是隨著從其圓周方向中央部向圓周方向的兩端部遠離相對的旋轉磁鐵23表面的形狀，故該部分的空氣隙長度作為平均值而成為較小值。由此，因通過空氣隙的第1及第2齒15、16間的磁阻的差值被降低，故電磁力的變動幅度也變小，且可控制電動機引起的振動和噪音。尤其第2齒16齒頭16a的端面形狀的變化不是階段性變化，而是連續變化，故可進一步降低電磁力的變動幅度。
在上述的第1實施例中，是將第2齒16齒頭16a的圓周方向中央部24a的空氣隙長度G1與第1齒15齒頭15a部分的空氣隙長度G1做成相等的結構來說明的，但也可將第2齒16齒頭16a的圓周方向中央部24a的空氣隙長度做得稍小于第1齒15齒頭15a的空氣隙長度，在做成如此結構的場合，可進一步減少空氣隙圓周方向電磁力的變化幅度。
圖3是表示本發明的第2實施例，第2實施例與上述第1實施例的不同點如下。
即，在定子鐵心30中，相對于第1齒31齒頭31a的圓周方向寬度C3，將第2齒32齒頭32a的圓周方向寬度C4設定得較大。而且，第2齒32齒頭32a的寬度C4與第1齒31齒頭31a的寬度C3之差設定成等于相鄰的第1齒31齒頭31a與第2齒32齒頭32a之間的開口部33的圓周方向寬度C5(C4-C3＝C5)。
此時，第2齒32齒頭32a的圓周方向中央部的空氣隙長度最好等于第1齒31齒頭31a部分的空氣隙長度或比其稍小，但根據各齒頭31a、32a的圓周方向寬度之差，即使稍大一些也無關緊要。
在做成如此結構的場合，尤其由于開口部33的角度間距在圓周方向交替地做成不相同的結構，故有著可進一步提高使齒槽效應轉矩降低的效果以及降低電磁振動的效果的優點。
圖4是表示本發明的第3實施例，第3實施例與上述第2實施例的不同點如下。
即，第2齒34齒頭34a的旋轉磁鐵23一側的面的形狀，在圓周方向的中央部35a是圓弧狀，而從其圓弧部分到兩端部35b形成直線狀的傾斜面。
在如此的第3實施例中，也可獲得與第2實施例相同的作用效果。
圖5是表示本發明的第4實施例，第4實施例與上述各實施例的不同點如下。
即，第1～第3實施例，例示了適用于外轉式永久磁鐵型電動機的場合，而本第4實施例，揭示了適用于內轉式永久磁鐵型電動機的場合。
在定子中的定子鐵心40上，在內周側圓周方向上交替地設有第1齒41與第2齒42各3個。在該定子鐵心40的內側可旋轉地配設有具備旋轉磁鐵43的4極轉子44。
并且，第1齒41齒頭41a的與旋轉磁鐵43相對的端面的軸向截面形狀，形成以轉子44的旋轉中心O3為中心的圓弧狀。與此相應，第2齒42齒頭42a的與旋轉磁鐵43相對的一側的面的軸向截面形狀，形成與第1齒41齒頭41a逆向的圓弧狀，即突曲面。
因此，在該場合，第1齒41齒頭41a與旋轉磁鐵43之間的空氣隙長度G4在圓周方向也是均勻的。與此相應，第2齒42齒頭42a的與旋轉磁鐵43相對的端面的軸向截面形狀，在其面的圓周方向中央部45a的空氣隙長度大致等于第1齒41齒頭41a的空氣隙長度G4，但隨著從其圓周方向中央部45a向圓周方向的兩端部45b而成為連續地遠離旋轉磁鐵43的形狀。其結果，第2齒42齒頭42a與旋轉磁鐵43之間的空氣隙長度在圓周方向中央部45a與上述G4相同，而隨著朝向兩端部45b逐漸變大。若將兩端部45b的空氣隙長度設為G5，則G4＜G5。
另外，在位于第1齒41齒頭41a與第2齒42齒頭42a之間的開口部46兩側的空氣隙中，一側的空氣隙長度G4與另一側空氣隙長度G5構成為G4＜G5。
在如此結構的第4實施例中，也可獲得與第1實施例同樣的作用效果。
本發明不限于上述各實施例，可作如下的變形或擴展。
雖然例示了定子鐵心是將環狀件多片層疊而構成的結構，但也可將帶狀件多片層疊并將其彎成環狀而代之。
另外，雖然僅就第1及第2齒齒頭的圓周方向寬度互相相等或第2齒為較大的結構進行了說明，但也可將第2齒齒頭的圓周方向寬度做小。但此時，必須將第2齒齒頭的圓周方向中央部的空氣隙長度做得小于第1齒齒頭部分的空氣隙長度。
下面，將本發明的永久磁鐵型電動機用于洗衣機的實施例作為本發明第5實施例并結合圖6及圖7進行說明。
在表示洗衣機的圖6中，在外箱51內，盛水桶52由彈性吊持機構的吊棒53擺動自如地支承著，在所述盛水桶52內配設有具備攪拌體54的洗滌桶兼用旋轉桶、即脫水桶55。驅動攪拌體54與脫水桶55的洗衣機電動機56配設在安裝于盛水桶52外底部的殼體57上。
所述脫水桶55與中空的脫水軸58連接，該脫水軸58可旋轉地支承在設于殼體57的滾珠軸承59、60上。另外，所述攪拌體54與可旋轉地插通支承在脫水軸58上的攪拌軸61相連接。
所述洗衣機電動機56由外轉式的永久磁鐵型電動機、即無刷電動機構成。該電動機56的結構與圖2所示的電動機相同。即，該電動機56包括將線圈63安裝在定子鐵心62上的定子64和在軛鐵65的內側安裝永久磁鐵66并位于定子64外側的轉子67。并且，定子鐵心62固定在殼體57上，轉子67與攪拌軸61直接連接。另外，在轉子67與脫水軸58之間設有未圖示的離合器，該離合器起到如下的作用在脫水時，將脫水軸58與轉子67連接，從而脫水桶55就與攪拌體54一起一體旋轉，在洗滌時，將脫水軸58脫離轉子67，不驅動脫水桶55。另外，所述離合器在洗滌時，將脫水軸58與殼體57連接，從而脫水桶55不會隨著攪拌體54的旋轉而旋轉。該無刷電動機56的所述定子鐵心62如圖7所示包括拼裝鐵心62a，各拼裝鐵心62a具有第1齒68及第2齒69各6個。所述第1齒及第2齒68、69形成的形狀與圖3所示的定子鐵心30的第1及第2齒31、31相同。在該定子鐵心62上，罩上二個絕緣罩70、71，其構成的形狀與將該鐵心沿軸向分成2個后的形狀相同，在該絕緣罩70、71上卷繞有所述定子繞組63。另外，包含圖6所示電動機56的上述驅動機構的詳細結構與U.S.P、5.778708說明書所公開的相同。
權利要求
1.一種永久磁鐵型電動機，其特征在于，由具有永久磁鐵的轉子及定子鐵心所組成的永久磁鐵型電動機的所述定子鐵心，在圓周方向具有2n個(n是2以上的整數)的齒，這些2n個齒包括均等配置在圓周方向上的n個第1齒和分別位于這些第1齒的各個之間的n個第2齒，所述第1齒齒頭的與轉子相對的端面的軸向截面形狀，形成以轉子的旋轉中心為中心的大致圓弧狀，所述第2齒齒頭的與轉子相對的端面的軸向截面形狀，形成隨著從其齒頭的圓周方向中央部向圓周方向的兩端部而遠離相對的所述轉子表面的形狀。
2.如權利要求1所述的永久磁鐵型電動機，其特征在于，第1齒齒頭的圓周方向寬度和第2齒齒頭的圓周方向寬度不相同。
3.如權利要求2所述的永久磁鐵型電動機，其特征在于，第1齒齒頭的圓周方向寬度與第2齒齒頭的圓周方向寬度之差為大致等于相鄰的第1齒齒頭與第2齒齒頭之間的開口部的圓周方向寬度。
4.如權利要求2所述的永久磁鐵型電動機，其特征在于，第2齒齒頭的圓周方向寬度等于第1齒齒頭的圓周方向寬度或比其大，并且，第2齒齒頭的圓周方向中央部和與其相對的轉子表面之間的空氣隙長度，等于第1齒齒頭的端面和與其相對的轉子表面之間的空氣隙長度或比其小。
5.如權利要求2所述的永久磁鐵型電動機，其特征在于，第2齒齒頭的圓周方向寬度設定得比第1齒齒頭的圓周方向寬度小，并且，第2齒齒頭的圓周方向中央部與轉子表面之間的空氣隙長度，小于第1齒齒頭的端面與轉子表面之間的空氣隙長度。
6.如權利要求1所述的永久磁鐵型電動機，其特征在于，第2齒齒頭的與轉子相對的端面的軸向截面形狀，在其齒頭的圓周方向中央部呈圓弧狀，從該部分到兩端部之間呈直線狀斜面。
7.如權利要求2所述的永久磁鐵型電動機，其特征在于，第2齒齒頭的與轉子相對的端面的軸向截面形狀，在其齒頭的圓周方向中央部呈圓弧狀，從該部分到兩端部之間呈直線狀斜面。
8.如權利要求3所述的永久磁鐵型電動機，其特征在于，第2齒齒頭的與轉子相對的端面的軸向截面形狀，在其齒頭的圓周方向的中央部呈圓弧狀，從該部分到兩端部之間呈直線狀斜面。
9.如權利要求4所述的永久磁鐵型電動機，其特征在于，第2齒齒頭的與轉子相對的端面的軸向截面形狀，在其齒頭的圓周方向中央部呈圓弧狀，從該部分到兩端部之間呈直線狀斜面。
10.如權利要求6所述的永久磁鐵型電動機，其特征在于，第2齒齒頭的與轉子相對的端面的軸向截面形狀，在其齒頭的圓周方向中央部呈圓弧狀，從該部分到兩端部之間呈直線狀斜面。
11.一種洗衣機，具有外箱、可旋轉地配置在該外箱內的旋轉桶以及可旋轉地配置在該旋轉桶內的攪拌體，其特征在于，由具有永久磁鐵的轉子及定子鐵心所組成的永久磁鐵型電動機的所述定子鐵心，在圓周方向具有2n個(n是2以上的整數)的齒，這些2n個齒包括均等配置在圓周方向上的n個第1齒和分別位于這些第1齒的各個之間的n個第2齒，所述第1齒齒頭的與轉子相對的端面的軸向截面形狀，形成以轉子的旋轉中心為中心的大致圓弧狀，所述第2齒齒頭的與轉子相對的端面的軸向截面形狀，形成隨著從其齒頭的圓周方向中央部向圓周方向的兩端部而連續地遠離相對的所述轉子表面的形狀，且使其與所述第1齒齒頭的圓周方向的寬度不相同，如此構成的永久磁鐵型電動機的轉子實際上與所述旋轉桶及攪拌體中的至少一方直接連接。
全文摘要
在本發明的永久磁鐵型電動機的環狀定子鐵心上交替設置第1齒與第2齒,第1齒齒頭的與旋轉磁鐵相對的端面形狀形成以轉子的旋轉中心為中心的圓弧狀,第2齒齒頭的端面形狀,其圓周方向的中央部的空氣隙長度與第1齒齒頭的空氣隙長度大致相同或比其小,并且隨著從其圓周方向中央部向圓周方向兩端部的空氣隙長度是連續擴大的形狀。利用齒頭端面的如此形狀,可抑制齒槽效應轉矩并減少電磁力的變動幅度。
文檔編號H02K1/16GK1263370SQ9910225
公開日2000年8月16日 申請日期1999年2月12日 優先權日1999年2月12日
發明者新田勇 申請人:東芝株式會社