本发明涉及一种具有改进的磁路的旨在用于使洗衣机的滚筒转动的bpm(无刷永磁体)电动马达(motor，电机)。
该改进特别涉及转子和定子二者的槽的大小设置，永磁体和电绕组分别容置在转子和定子的槽中以产生电磁场。
背景技术：
用于洗衣机的bpm电动马达基本上由定子和转子组成，上述定子和转子中的每个都由磁性叠片(lamination，层压体，层状结构)的堆叠体构成。定子设置有槽，产生磁场的绕组插入在该槽中，而永磁体插入在转子中。
家用型洗衣机被设计用于更高的旋转速度，并因此需要以最高达15,000至18,000rpm的非常高的转速运行的马达，输送大约600至800w的功率。
由于具有“辐条”转子的所谓的ipm(内部永磁体)型的bpm马达在消耗和能量效率方面提供的无可置疑的优势，因此优选地使用该具有“辐条”转子的所谓的ipm(内部永磁体)型的bpm马达。
遗憾的是，具有“辐条”转子构造的bpm马达具有噪声过度的缺点，噪声既有直接产生(电磁噪声、轴承噪声、通风噪声等)，也有间接产生(由马达引起的变速器和机器结构的振动和共振)。容易理解，当将马达应用于家用洗衣机时，尤其是如果为了利用电费的任何折扣而在夜间操作这些机器时，该问题会特别明显。
此外，与所有家用电器一样，洗衣机的噪声等级必须在指示电器的功能特征的能效标签上声明。这些特征根据不断更新的国际标准变得越来越严格。
因此，为了更好地理解问题及其原因，正在开展理论研究和设计实验，以定义敏感的设计参数与处于高速的马达的电磁噪声之间的相关性。
技术实现要素：
本发明提出通过制造“辐条”型bpm马达来克服上述问题的目的，该bpm马达具有改进的尺寸特性，特别是限定了允许将马达设计和构建成使得在不过度损害马达本身的电磁效率的情况下将电磁振动和噪声减小至最低的参数的值。
为了获得该结果，本发明人开展了基于“多物理场”模拟的研究，同时利用fem模拟工具评估电磁和振动声学方面，并根据具体的和针对性的测试计划进行了实验类型的测试和验证。
本质上，这是研究定子和转子槽的问题，定子和转子槽的存在但尤其是其形状会产生气隙感应的局部减小，并因此相对于如果定子和动子的表面是光滑的将获得的值使磁路的磁阻增大。在磁性计算中，为了确定马达的尺寸特性(诸如转子槽、定子齿部、气隙的几何结构)，该效应通过“卡特系数(carter’scoefficient：卡氏系数、气隙系数、卡脱系数)”来累积地考虑，卡特系数是经适当修改的无量纲的乘法系数。
根据本发明，已经适当地扩展了该系数，使得它还可以有效地应用于具有“辐条”型转子的马达。该扩展的目的是通过上述系数来评估马达的电磁噪声与电磁性能之间的合适的折衷。基于这些考虑，确定该系数的最佳值在1.40至1.50之间。
前述限定的目的利用根据本发明的马达实现，该马达的技术特征在本专利的权利要求中限定。
附图说明
根据本发明的马达的特征和优点在参考附图通过非限制性实施例给出的以下描述中将变得更加明显，在附图中：
图1是根据本发明的用于bpm马达的定子的局部示意图，
图2是根据本发明的用于bpm马达的闭合槽转子的局部示意图，
图3是根据本发明的用于bpm马达的敞开槽转子的局部示意图，
图4和图5分别是用于bpm电动马达的敞开槽转子和定子的示意图，其中指示了基于根据本发明所修改的系数的上述敞开槽转子和定子的大小设置。
具体实施方式
本发明人开展的研究始于以下考虑。bpm马达中的电磁强迫本身主要在频率f1处表现，根据下式该频率等于马达的转速“n”(以hz为单位)的极倍数“p”(p＝极数)：
f1＝n*p
但是，已知的是，该强迫并不完全是正弦的——特别是对于ipm(内部永磁体)马达的构造而言，并且包含“失真”，上述失真自身在较高频率处表现为强迫的不可忽略的分量。这些频率强迫归因于气隙感应的频谱中存在的谐波的成分，并且因此归因于与该频率强迫有关的磁压的成分，根据公式：
fi＝i*f1
其中：i＝2，3，4，......
还众所周知的是，由于系统中仍然存在一些“非线性”(例如，由于磁性叠片的一些部分的“饱和”情况、转子12相对于定子10的静态或动态偏心率等)，即使在极倍数频率下也可能产生强迫的分量
fx＝x*n
其中：x＝1，2，3，......
在家用电器领域中使用的小型马达的当前设计中，通常忽略后面的分量；然而，当马达在负载下高速工作时，后面的分量会造成敏感的噪声和振动，并且这些分量会落入人耳特别讨厌的频带，因此，实际上不可能保证洗衣组和洗衣机本身的结构绝对没有共振情况。
本发明在于限定用于设置马达部件的大小的无量纲参数，以基于前述计算考虑使马达本身的振动和电磁噪声最小化。特别地，大小设置与转子槽、定子齿部和气隙的几何结构有关。
已知的是，在电动马达中，定子10的槽11和转子12的槽13(图1和图2)的存在会产生气隙感应的局部减小，并因此相对于如果定子和转子表面是光滑的将获得的值使磁路的磁阻增大。在磁路的计算中，通过乘法系数(卡特系数)将该效应考虑在内，该乘法系数应用于气隙的用于设计高效率bpm马达的几何长度。例如，可以参考专利文件jps5561250和jph04105530。通常，该系数在1.20至1.35之间变化。
根据本发明，所标识的参数被限定为“kcm”，并且被计算为下述两个系数的乘积：通过对原始“卡特系数”进行特殊处理限定的“kcms”(为定子修改的卡特系数)和“kcmr”(为转子修改的卡特系数)。
特别地，适用下式：
·参考图1，其示出了根据本发明的用于bpm马达的具有槽11的定子10的局部示意图：
其中：
der是转子的外径，
dis是定子的内径，
q是定子槽的数量，
wbt是齿唇部的宽度，
wos是定子槽的开度，
·参考图2，其示出了根据本发明的用于bpm马达的定子12和闭合槽13的局部示意图：
其中：
p是极数
dsr是转子极的成形的直径
α是转子极的成形的半角
β是转子极的半角
sp是桥部的厚度
lp是桥部的长度
wor是转子槽的开度
·参考图3，其示出了根据本发明的用于bpm马达的转子14和敞开槽15的局部示意图：
因此，无量纲参数kcm为：
kcm＝kcms*kcmr
并且，根据本发明，在不损害电磁效率的情况下，为了抑制电磁噪声，认为最佳的用于设置马达的大小的值在1.40至1.50之间。
举例来说，参考图4和图5，分别示意性地示出了用于洗衣机的bpm马达的具有敞开槽15的转子14和相关的定子10。基于图中所指示的尺寸，使用上文所示的计算公式，根据本发明的所得参数具有以下值：
kcms≈1.13
kcmr≈1.27
kcm≈1.44
在这种情况下，马达的构造性元件的大小设置使同一马达的噪声级相对于由根据之前使用的标准设置大小的马达所产生的对应值平均减小了10％，尤其是在上述公式限定的极倍数i＝2。
因此，对于转子14和定子10的尺寸的最佳几何构造是在图4和图5中示出的几何构造。
该结果允许气隙中的谐波的“滤波”效应并且允许马达的磁阻得以增大，而不损害马达的效率。最敏感的谐波是极倍数为“i＝2、3，.........”的那些谐波以及所有与磁路的饱和有关的谐波。
总之，通过基于经适当修改的无量纲系数(卡特系数)设置转子和定子的大小，已经解决了减小马达噪声的技术问题。
1.一种用于洗衣机的“辐条”型的bpm电动马达，包括：
-定子(10)，所述定子由限定径向槽(11)的磁性叠片的堆叠体组成，所述径向槽在周向上等间距隔开，产生磁场的绕组容置在所述径向槽中，以及
-转子(12、14)，所述转子由限定径向槽(13、15)的磁性叠片的堆叠体组成，所述转子的径向槽在周向上等间距隔开，永磁体插入在所述转子的径向槽中，
-所述定子(10)和所述转子(12、14)通过气隙(g)分开，
其特征在于
在包括具有敞开槽(15)的转子(14)的马达中，基于无量纲参数kcm计算转子槽(14)、所述定子(10)的齿部和所述气隙(g)的尺寸特性，所述无量纲参数由根据下式的经修改的卡特系数kcm得到：
kcm＝kcms*kcmr
其中：
kcms是针对所述定子的经修改的卡特系数，并且
kcmr是针对所述转子的经修改的卡特系数，
并且其中，为了计算所述系数，应用下式：
其中：
der是所述转子的外径，
dis是所述定子的内径，
q是定子槽的数量，
wbt是齿唇部的宽度，
wos是所述定子槽的开度，
以及：
其中：
p是极的数量
dsr是转子极的外形的直径
α是所述转子极的外形的半角
β是所述转子极的半角
wor是所述转子槽的开度。
2.根据权利要求1所述的用于洗衣机的“辐条”型的bpm电动马达，其特征在于，在包括具有闭合槽(13)的转子(12)的马达中，利用下式获得所述转子的成形系数：
其中：
sp是桥部的厚度
lp是所述桥部的长度。
3.根据权利要求1或2所述的用于洗衣机的“辐条”型的bpm电动马达，其中，所述无量纲参数kcm具有在1.40至1.50之间的值。
4.根据权利要求1或2所述的用于洗衣机的“辐条”型的bpm电动马达，其中，所述无量纲参数kcm具有为1.435的值。
5.一种具有如前述权利要求中任一项所述的“辐条”型的bpm电动马达的洗衣机。
技术总结