排水泵用無刷電動機及排水泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種排水泵用無刷電動機及排水泵，所述排水泵用無刷電動機包括：電機殼；電機軸；轉子組件，安裝在所述電機軸上且隨所述電機軸的旋轉而同步旋轉，包括轉子鐵芯以及嵌放在所述轉子鐵芯上的轉子磁極；定子組件，包括定子鐵芯以及繞制在定子鐵芯槽中的三相定子繞組；以及控制板，包括三相逆變電路，并且包括電路控制部件，該電路控制部件采用空間矢量脈寬調制技術控制所述三相逆變電路向所述定子組件上的三相定子繞組輸出的三相電壓，其中，所述控制板被容納在所述電機殼中。所述排水泵用無刷電動機及排水泵用于洗碗機或洗衣機中。
【專利說明】排水泵用無刷電動機及排水泵

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及排水泵【技術領域】，更具體地，本發(fā)明涉及一種排水泵用無刷電動機及 包括該無刷電動機的排水泵。

【背景技術】
[0002] 目前，洗碗機、洗衣機等家用電器循環(huán)水或排水所用排水泵的電動機通常為感應 電動機或單相永磁同步電動機。感應電動機由于效率較低、結構復雜、體積較大、成本較高， 已逐步退出洗碗機、洗衣機等家用電器排水泵應用領域。單相永磁同步電機本身無法實現(xiàn) 定向旋轉，需要在轉子結構上增加止逆機構來防止電機反向旋轉，而且單相永磁同步電機 的電機結構較復雜，啟動噪音較大。
[0003] 另一方面，洗衣機、洗碗機等家用電器現(xiàn)有排水泵所用的葉輪一般由安裝在軸套 上的若干葉片構成，且葉片為直葉片，排水過程中，使水在離心力、切向剪力作用下達到排 水目的，其缺點是排水泵水流量小，內耗大，且水流軸向也有部分剪切力，會擠壓端蓋和電 機軸，導致端蓋變形，轉子組件偏移而不能正常工作，形成噪音。同時，因葉輪與泵座之間有 一定的間隙，在軸向剪切力的作用下水就產生了渦流，而像洗衣機、洗碗機類家用電器，所 需要排出的污水中會含有或多或少的纖維、棉紗等雜物，這些雜物跟隨水的渦旋，到達軸承 處，纏繞在水泵的軸上，長時間運行后，纏繞的雜物逐漸增多，使水泵軸產生阻力，不能正常 排水，嚴重時會使水泵堵轉、燒壞。
[0004] 隨著綠色家電理念的提出和環(huán)保意識的增強，現(xiàn)有的排水泵已無法滿足大家對居 住環(huán)境舒適度越來越高的要求。因此，需要一種新型的排水泵，其結構簡單，體積較小，效率 較高，工作噪音較小。


【發(fā)明內容】

[0005] 為了解決上述技術問題，根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種排水泵用無刷電動 機，包括：電機殼；電機軸；轉子組件，安裝在所述電機軸上且隨所述電機軸的旋轉而同步 旋轉，包括轉子鐵芯以及嵌放在所述轉子鐵芯上的轉子磁極；定子組件，包括定子鐵芯以及 繞制在定子鐵芯槽中的三相定子繞組；以及控制板，包括三相逆變電路，并且包括電路控制 部件，該電路控制部件采用空間矢量脈寬調制技術控制所述三相逆變電路向所述定子組件 上的三相定子繞組輸出的三相電壓，其中，所述控制板被容納在所述電機殼中。
[0006] 由此，該無刷電動機能夠實現(xiàn)定向旋轉，而無需采用止逆機構。優(yōu)選地，控制板還 包括電路控制部件，該電路控制部件采用空間矢量脈寬調制技術控制所述三相逆變電路向 所述定子組件上的定子繞組輸出的三相電壓。
[0007] 優(yōu)選地，定子組件采用分數槽結構。優(yōu)選地，轉子組件中的單個轉子磁極在對應的 極距范圍內所占的電氣角度范圍為90° -120°。優(yōu)選地，控制板還包括檢測部件和模數 轉換部件，所述檢測部件用于檢測所述三相逆變電路向所述定子組件上的三相定子繞組輸 出的三相電壓和三相電流并且輸出三相電壓檢測信號和三相電流檢測信號；所述模數轉換 部件將所述檢測部件所檢測到的三相電壓檢測信號和三相電流轉換檢測信號為數字電壓 信號和數字電流信號，并將轉換得到的數字電壓信號和數字電流信號提供給所述電路控制 部件。優(yōu)選地，電路控制部件利用從所述模數轉換部件接收的數字電壓信號和數字電流信 號，采用滑?？刂品椒ü烙嬎鲛D子組件的轉子磁極的位置。優(yōu)選地，電路控制部件利用所 估計的轉子磁極的位置、以及所述數字電壓信號和數字電流信號，采用空間矢量脈寬調制 技術產生用于控制所述三相逆變電路中的功率開關器件的脈沖信號。優(yōu)選地，控制板還包 括差分放大部件，所述差分放大部件從所述檢測部件接收所述三相電壓檢測信號和三相電 流檢測信號，放大所述三相電壓檢測信號和三相電流檢測信號，并將放大后的三相電壓檢 測信號和三相電流檢測信號輸出到所述模數轉換部件。優(yōu)選地，電路控制部件為一個或多 個微處理器或數字信號處理器。優(yōu)選地，控制板還包括三相輸出端和接地端，所述三相輸出 端分別與所述三相逆變電路的三相輸出端連接并且分別與所述三相定子繞組連接，所述接 地端與所述三相逆變電路的中心點連接并且與所述三相定子繞組的中心點連接。優(yōu)選地， 在所述控制板上，所述三相逆變電路和所述檢測部件布置在一起，而所述電路控制部件、所 述差分放大部件和所述模數轉換部件與所述三相逆變電路和所述檢測部件隔開布置。優(yōu)選 地，控制板通過機械配合的方式與所述定子組件固定在一起。優(yōu)選地，無刷電動機用于洗碗 機或洗衣機中的排水泵。優(yōu)選地，電機殼不完全封閉，使得定子組件的一部分暴露。
[0008] 此外，根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種排水泵，包括如前述方面所述的無刷電 動機和由無刷電動機驅動的水泵部分。所述水泵部分包括水泵殼和葉輪，所述電機殼在電 機軸伸出的一側具有用于和所述水泵殼固定的固定結構，且所述葉輪固定連接到所述電機 軸以便于在所述無刷電動機的驅動下與所述電機軸一起旋轉。
[0009] 與現(xiàn)有技術相比，采用根據本發(fā)明的無刷電動機能夠實現(xiàn)定向旋轉，而無需采用 止逆機構，由此也使得本發(fā)明的排水泵更加高效和緊湊。
[0010] 根據本發(fā)明的第三方面，提供了一種排水泵，所述排水泵包括葉輪和用于驅動葉 輪的無刷電動機，該葉輪包括輪盤和多個設置在輪盤上的葉片，所述葉片從輪盤表面沿葉 輪軸線方向延伸遠離輪盤表面，且具有鄰近葉輪軸線的第一端和遠離葉輪軸線且與第一端 相對的第二端；其中葉片在垂直于葉輪軸線的平面中具有平滑彎曲的截面形狀，所述截面 形狀至少包括鄰近第一端的第一弧形區(qū)段和鄰近第二端的第二弧形區(qū)段，第一弧形區(qū)段具 有第一曲率半徑，而第二弧形區(qū)段具有不同于第一曲率半徑的第二曲率半徑。
[0011] 優(yōu)選地，第一曲率半徑大于第二曲率半徑。優(yōu)選地，第一端為葉片的入口端且第二 端為葉片的出口端。優(yōu)選地，第一弧形區(qū)段和第二弧形區(qū)段的曲率中心在葉片的同一側。優(yōu) 選地，葉片還包括位于第一弧形區(qū)段和第二弧形區(qū)段之間的線性或弧形的第三區(qū)段。優(yōu)選 地，該第三區(qū)段為具有第三曲率半徑的第三弧形區(qū)段，該第三曲率半徑大于第一和第二曲 率半徑。優(yōu)選地，該第三區(qū)段為具有第三曲率半徑的第三弧形區(qū)段，該第三曲率半徑在第一 和第二曲率半徑之間。優(yōu)選地，第一弧形區(qū)段在第一端處的切線與在該位置的徑向方向的 夾角為葉片的入口角α，所述葉片的入口角α為0-25° ;而第二弧形區(qū)段在第二端處的切 線與在該位置的徑向方向的夾角為葉片的出口角β，所述葉片的出口角β為70-90°。優(yōu) 選地，輪盤中心具有葉輪孔，用于與電動機軸連接，葉輪孔與葉片的第一端之間的環(huán)狀區(qū)域 內設置有至少一個泄壓孔。優(yōu)選地，所述輪盤和葉片一體成形為單件。優(yōu)選地，所述排水泵 還包括如第一方面所述的無刷電動機。
[0012] 根據本發(fā)明的第四方面，還提供了一種排水泵用葉輪，包括如前述第三方面所限 定的葉輪結構。
[0013] 通過采用弧形葉片，使葉片采用最為合理彎曲樣式，和葉片入口角和葉片出口角， 減小流動損失，提高了工作效率。通過輪盤設計，防止了水流對端蓋的沖擊和由此造成的損 壞，同時，由于水流產生的軸向力較小，避免了水流對電機軸以及轉子的沖擊，防止由此導 致轉子偏離軸線，產生噪音，保證其在軸向正常工作，延長了其工作壽命。輪盤的設計還防 止水中的雜物跟隨水的渦旋，到達軸承處，纏繞在水泵的軸上，長時間運行后使水泵軸產生 阻力，不能正常排水，嚴重時使水泵堵轉、燒壞。泄壓孔的設計，保證了輪盤兩側水壓相同， 避免一側水流沖擊過大對輪盤造成的損壞。本發(fā)明所提供的排水泵葉輪及排水泵結構簡 單，壽命較長，且適合批量生產。
[0014] 根據本發(fā)明的第五方面，提供了一種排水泵用的電動機，該電動機包括外殼、電機 軸、轉子組件和定子組件，電機軸在電動機的一個端部處連接到排水泵的葉輪，用于驅動葉 輪，其中該外殼的側壁上設置有容納接線端子的端子口和端子保護結構，端子保護結構包 括設置端子口上方的保護板，該保護板從外殼外表面向外懸臂伸出，并且朝向端子口的一 側向下傾斜地延伸。
[0015] 優(yōu)選地，在端子插入端子口的插入方向上，該保護板沿插入方向延伸。優(yōu)選地，該 保護板沿電機軸線方向朝向外殼的與所述一個端部相對的另一個端部向下傾斜地延伸。優(yōu) 選地，傾斜角度小于30°。優(yōu)選地，端子保護結構還包括從保護板最低邊緣處或附近向下延 伸的綴板，使得保護板和綴板形成至少部分地圍繞端子口的倒置L形結構。優(yōu)選地，端子保 護結構還包括從保護板最外側邊緣向上伸出的壁部。優(yōu)選地，端子保護結構還包括從保護 板最高邊緣和最外側邊緣向上伸出的壁部，使得保護板、壁部以及外殼形成一排水槽。優(yōu)選 地，電動機為無刷電動機。優(yōu)選地，保護板跨端子口的整個寬度延伸，或延伸超出端子口的 兩側。
[0016] 根據本發(fā)明的第六方面還提供了一種包括前述電動機和由電動機驅動的葉輪的 排水泵。
[0017] 由此，當電機上方有水滴落時，由于有端子保護結構的存在，水會沿著其斜面滑到 側面滴落，從而有效的保護了接線端子，保證了其與外部電源連接的可靠性和安全性。本發(fā) 明所提供的電機結構設計簡單易行，生產成本低，適于工業(yè)生產。
[0018] 本發(fā)明的第一方面同等地適用于本發(fā)明的第二至第六方面，反之亦然。
[0019] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利 要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0021] 圖1圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵外部結構示意圖；
[0022] 圖2圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵結構分解示意圖；
[0023] 圖3圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的剖視圖；
[0024] 圖4圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的分數槽結構；
[0025] 圖5圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的隱極式轉子磁極結構的 示意圖；
[0026] 圖6圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的凸極式轉子磁極結構的 示意圖；
[0027] 圖7圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的三相正弦繞組分布圖；
[0028] 圖8圖示了根據本發(fā)明實施例的采用空間矢量脈寬調制技術控制排水泵用無刷 電動機的逆變電路圖；
[0029] 圖9圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的控制框圖；
[0030] 圖10圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的氣隙磁場波形的示意 圖；
[0031] 圖11圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的定子繞組的電流波形的 示意圖；
[0032] 圖12圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用葉輪的立體視圖；
[0033] 圖13圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用葉輪的正視圖；
[0034] 圖14圖示了根據本發(fā)明實施例的排水泵用葉輪的放大局部正視圖；以及
[0035] 圖15圖示了根據本發(fā)明實施例的端子保護結構的立體視圖。

【具體實施方式】
[0036] 將參照附圖詳細描述根據本發(fā)明的各個實施例。這里，需要注意的是，在附圖中， 將相同的附圖標記賦予基本上具有相同或類似結構和功能的組成部分，并且將省略關于它 們的重復描述。一般而言，各附圖中示出的實施例均為不同實施例，盡管各附圖中的參考標 號可能相同且各附圖可能可以彼此配合地使用。應理解，術語"上"、"下"、"向上"、"向下" 等方向性術語是針對附圖中所示的方位的描述，這些方位并不是限制性的。如果沒有特別 說明，本文中的術語"向內"、"向外"、"內"、"外"、"內側"、"外側"是指相對于部件中心的范 圍，例如以電機軸線作為參照，內和內側指更靠近或指向電機軸線的位置或取向，外和外側 指更遠離電機軸線的方位或取向，而對于電機軸線上的各位置，向外或外側是指更遠離電 機中心部位。此外，術語"水平"、"堅直"、"懸垂"等術語并不表示要求部件絕對水平或懸垂， 而是可以稍微傾斜。如"水平"僅僅是指其方向相對"堅直"而言更加水平，并不是表示該 結構一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。
[0037] 如圖1和圖2所示，示出了根據本發(fā)明實施例的排水泵外部結構示意圖及排水泵 結構分解示意圖。
[0038] 如圖1所示，根據本發(fā)明實施例的排水泵可以包括水泵部分1和電動機部分2。
[0039] 如圖2所示，所述水泵部分1可以包括水泵殼11和葉輪13。此外，所述水泵部分 1還可以包括密封圈12,密封圈12設置在水泵部分1和電動機部分2之間，用于確保所述 水泵部分和電動機部分之間的連接部的水密性。
[0040] 水泵殼11為限定了泵腔的大體圓柱形部件，其第一端部敞開，用于連接到電動機 部分，且在相對的第二端部上設置有進水口。水泵殼11的側壁上設置有出水口，并且所述 出水口與所述泵腔相連通。
[0041] 葉輪13設置在水泵殼11的泵腔內。電動機部分2的電機軸221伸入到泵腔內， 并且葉輪固定連接到電機軸221以便于可以在電動機驅動下與電機軸221 -起旋轉。
[0042] 如圖2所示，電動機部分2包括無刷電動機22。無刷電動機22包括電機軸221、 轉子組件222、定子組件223以及控制板224。無刷電動機22包括電機殼，電機殼包括主殼 體21和絕緣罩23。
[0043] 控制板224容納在電機殼內，具體地，在本實施例中控制板224容納在絕緣罩23 內。優(yōu)選地，所述控制板224通過任何合適的機械配合方式與無刷電動機22的定子組件 223固定在一起?？刂瓢?24也可以固定到如電機殼這樣的其它靜止部件上?？刂瓢?24 上設置有為所述無刷電動機22的定子組件223上的三相定子繞組供電的電路。此外，考慮 到根據本發(fā)明實施例的排水泵的工作環(huán)境，優(yōu)選地，還在所述控制板上涂覆用于電路絕緣 保護的絕緣漆或絕緣膠。
[0044] 此外，電動機部分2的主殼體21通過機械緊固件(例如螺紋緊固件或卡扣結構等） 與絕緣罩23連接到一起，以便將所述無刷電動機22封閉起來。主殼體21和絕緣罩23之 間優(yōu)選設置有另一密封圈，以保持兩者之間的連接部的密封?？蛇x地，電機殼也可以不是完 全封閉式的，而僅部分地封閉電機的部件。如圖3的優(yōu)選實施例所示，電機殼的主殼體21 和絕緣罩23之間存在一定的間隙，從而電機的定子組件223部分地暴露，由此實現(xiàn)了更好 地散熱效果。
[0045] 如圖2所示，在所述控制板224上還設置供電端子2241，供電端子與外部電源(未 示出）連接，以便給所述控制板224以及無刷電動機22供電。
[0046] 下面，將結合圖3 -圖7來描述根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的結構。
[0047] 如前所述，洗碗機、洗衣機等家用電器循環(huán)水或排水所用排水泵的電動機通常為 感應電動機或單相永磁同步電動機，然而由于感應電動機或單相永磁同步電動機的特性不 能滿足日益提高的性能需求?？紤]到無刷電動機的特性，因此，在本發(fā)明中提出將無刷電動 機應用于洗碗機、洗衣機等家用電器。目前，在洗碗機、洗衣機等家用電器的排水泵中，尚未 采用過無刷電動機，特別是還沒有采用三相逆變電路對排水泵用無刷電動機進行驅動的應 用。通過采用逆變電路來控制向無刷電動機施加電流的方向，可以實現(xiàn)無刷電動機的定向 旋轉，因此在此情況下也不需要增加止逆機構。
[0048] 如圖3所示，示出了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的剖視圖。在圖3 中，對于相同部件，采用了與圖2中相同的參考標號。
[0049] 如前所述，所述無刷電動機22可以包括所述電機軸221、轉子組件222、定子組件 223以及控制板224。
[0050] 所述轉子組件222包括轉子鐵芯以及嵌放在所述轉子鐵芯上的轉子磁極，所述轉 子磁體優(yōu)選地為永磁體，所述定子組件223包括定子鐵芯以及繞制在定子鐵芯槽中的三相 定子繞組。
[0051] 所述無刷電動機22優(yōu)選地為分數槽電機，所述三相定子繞組優(yōu)選地為3相正弦繞 組，所述轉子組件可以采用隱極式磁極結構或凸極式磁極結構。
[0052] 如圖4所示，示出了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的分數槽結構。在 圖4中，對于相同部件，采用了與圖2中相同的參考標號。其中，參考標號223表示定子組 件，參考標號2221表示轉子組件中的轉子鐵芯，參考標號2222表示轉子組件中的永磁體。
[0053] 整數槽結構具體指的是無刷電動機的定子組件中的每級每相槽數等于1的定子 槽結構，而分數槽結構具體指的是無刷電動機的定子組件中的每級每相槽數小于1的定子 槽結構。相對于整數槽結構而言，分數槽結構能夠減少槽數，這便于定子鐵芯的制作，并且 能夠減小齒槽效應引起的力矩脈動。
[0054] 然而，無論是整數槽結構還是分數槽結構，都須具有對稱的定子繞組，即三相繞組 之間相位差為120°，以獲得對稱的電動勢和磁動勢。以磁極對數p為3,相數m為3的無 刷電動機為例，當采用整數槽結構時，為了獲得對稱的電樞繞組，所需槽數Z=2XpXm=18 ; 當采用分數槽結構時，為了獲得對稱的電樞繞組，須同時下列三個條件：
[0055] (1)槽數Z為相數m的整數倍；
[0056] (2)槽數Z和磁極對數p具有不等于1的公約數t，且Z/t=Z0, ΖΟ/m為整數；
[0057] (3)每極每相槽數q=Z/2pm為小于1的分數。
[0058] 優(yōu)選的，q取0. 5,當磁極對數p為3,相數m為3時，采用分數槽結構的定子槽數Z 為9。具體地，如圖4所示，示出了 6個轉子磁極，即磁極對數p為3,在采用三相繞組的情 況下，定子槽數為9,即定子采用了每極每相槽數為0. 5的分數槽結構。
[0059] 如圖5所示，示出了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的隱極式轉子磁極 結構的示意圖。所述隱極式轉子磁極結構為表面式轉子磁極結構，永磁體固定安裝在轉子 鐵芯的表面，隱極結構的交軸方向磁阻和直軸方向磁阻相等，即交軸方向同步電抗和直軸 方向同步電抗相等，且所述隱極結構的漏磁系數比較小，能夠產生的氣隙磁通大一些，由于 隱極結構能夠產生比較大的負載轉矩，適合于對負載功率要求比較大的場合。
[0060] 如圖6所示，示出了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的凸極式轉子磁極 結構的示意圖。所述凸極式轉子磁極結構為內置式轉子磁極結構，永磁體固定安裝在轉子 鐵芯的內部，凸極結構的交軸方向磁阻小于直軸方向磁阻，即交軸方向同步電抗大于直軸 方向同步電抗，且所述凸極結構的電磁轉矩，除了包含基本轉矩部分外，還包含磁阻轉矩部 分，所以凸極結構能夠產生比較大的啟動轉矩，適合于對啟動性能要求比較高的場合，此 夕卜，凸極結構由于其漏磁系數相對較大，氣隙磁通相對較小，能夠比較容易的通過弱磁調 速，適用于對電動機速度有要求的場合。
[0061] 如圖5和圖6所示，還在所述轉子組件上設置有由塑料或環(huán)氧樹脂構成的外殼 2223。
[0062] 為了使電動機獲得較小的轉矩脈動和噪音，電機轉子磁極磁場所產生的氣隙磁場 波形最好為正弦波，但在實際的設計過程中，兼顧到電動機的性能要求，電動機轉子磁極結 構所產生的氣隙磁場波形通常只能近似為正弦波，如果轉子磁極在對應的極距范圍內所占 的電氣角度過大，氣隙磁場波形的平頂寬度過大，所產生的氣隙磁場波形近似于方波，電動 機所產生的轉矩脈動過大，導致電動機噪音變大；反之，轉子磁極在對應的極距范圍內所占 的電氣角度過小，雖然所產生的氣隙磁場波形能夠更好地近似于正弦波，但由于一個極距 范圍內轉子磁極所占的范圍過小，導致氣隙磁通變小，從而導致單位體積電動機的功率密 度變小，無法滿足實際的性能要求。
[0063] 在本發(fā)明中，為了優(yōu)化氣隙磁場波形和保證電動機的性能要求，優(yōu)選地，將單個轉 子磁極在對應的極距范圍內所占的電氣角度范圍確定為90° -120°。以磁極對數p為3 的隱極結構的無刷電動機為例，其一個極距所占的機械角度S為360° /2p=60°，如果對 應的極距范圍內轉子磁極的機械角度φ為30°，則轉子磁極在對應的極距范圍內所占的電 氣角度為π ^/δ = π/2=90°;如果對應的極距范圍內轉子磁極的機械角度φ為40°，則轉 子磁極在對應的極距范圍內所占的電氣角度為π $φ/δ =2$ 71/3=120%
[0064] 因此，在圖5和圖6所示的轉子磁極結構中，優(yōu)選地，單個轉子磁極在對應的極距 范圍內所占的電氣角度范圍為90° -120°。
[0065] 如圖7所示，示出了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的三相正弦繞組分 布圖。
[0066] 現(xiàn)有的三相電動機通常采用60°相帶的三相繞組，該三相繞組可以采用三角形接 法或星形接法，其本質上屬于六相電動機。
[0067] 如圖7所示的三相正弦繞組分布圖，其中，將采用三角形接法與星形接法的兩部 分繞組串聯(lián)或并聯(lián)于來構成三相繞組，其為采用30°相帶的三相繞組，本質上屬于十二相 電動機。
[0068] 在圖7中，以4極6槽的分數槽無刷電動機為例，其三相繞組為正弦繞組分布時， 每個槽分別有1個30°相帶的三角形繞組和1個30°相帶的星形繞組，三角形繞組和星形 繞組之間的電氣角度相差30°。
[0069] 如圖7所示的三相正弦繞組把三角形接法與星形接法的兩部分繞組串聯(lián)或并聯(lián) 于一臺電動機中，可以消除或大幅度降低繞組磁勢中的高次諧波，提高基波繞組系數；能有 效地降低電動機中的雜散耗和銅耗、改善電動機的起動和運行性能，降低振動噪音。
[0070] 接下來，將參考圖8 -圖11來描述根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的控 制方法，通過所述排水泵用無刷電動機的控制板224來實現(xiàn)所述控制方法。
[0071] 根據本發(fā)明實施例，通過控制向所述排水泵用無刷電動機的三相定子繞組施加的 三相交流電壓的幅值和相位來控制所述排水泵用無刷電動機的旋轉方向以及旋轉速度。在 本發(fā)明中，采用三相逆變電路來向所述排水泵用無刷電動機的三相定子繞組供電。
[0072] 如圖8所示，示了用于向根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機供電的三相逆 變電路的示意圖，所述三相逆變電路布置在所述控制板224上。通過直流母線向該三相逆 變電路輸入基本恒定的直流電壓，該基本恒定的直流電壓可以通過將家用單相交流電整流 得到。在圖8中，為了簡化，沒有示出用于將家用單相交流電整流、濾波、穩(wěn)壓以得到基本 恒定的直流電壓的電路圖，而僅僅以直流電源U d形式示出了所述基本恒定的直流電流。因 此，應了解，本發(fā)明不限于圖8所示的形式，本領域技術人員可以采用任何等效替換形式來 向所述三相逆變電路輸入所述基本恒定的直流電壓。
[0073] 所述三相逆變電路包括六個橋臂S1 - S6,每個橋臂包括一個180°導通的功率開 關器件以及分別與該功率開關器件反向并聯(lián)的二極管。橋臂S1 - S2用于向所述排水泵用 無刷電動機的三相定子繞組中的第一相定子繞組(例如A相定子繞組）提供第一相電壓，橋 臂S3 - S4用于向所述排水泵用無刷電動機的三相定子繞組中的第二相定子繞組(例如B 相定子繞組)提供第二相電壓，橋臂S5 - S6用于向所述排水泵用無刷電動機的三相定子繞 組中的第三相定子繞組(例如C相定子繞組）提供第三相電壓。
[0074] 如圖9所示，示出了根據本發(fā)明實施例的排水泵用無刷電動機的控制框圖。
[0075] 在洗衣機、洗碗機等家用電器中，通常都是按照預定的程序來運行洗滌、排水、漂 洗、排水等過程，在這些過程中，對排水泵中的水流量可能會有不同的要求，相應地對排水 泵用無刷電動機的運行速度可能會有不同的要求?？梢园凑账鲱A定的程序，相應地按照 在所述洗滌、排水、漂洗、排水等過程中對排水泵用無刷電動機的運行速度的要求，預先編 制所述排水泵用無刷電動機的運行速度曲線，繼而根據預先編制的所述運行速度曲線來對 所述排水泵用無刷電動機的運行速度實現(xiàn)閉環(huán)控制，即使得所述排水泵用無刷電動機的運 行嚴格按照所述預先編制的運行速度曲線進行。
[0076] 根據本發(fā)明實施例，采用空間矢量脈寬調制技術來實現(xiàn)對所述三相逆變電路的控 制，并且在所述排水泵用無刷電動機中采用無位置傳感器技術來進行無刷電動機轉子位置 及速度的估算。
[0077] 傳統(tǒng)的轉子磁極位置檢測方法包括有位置傳感器檢測方法和無位置傳感器檢測 方法，有位置傳感器檢測方法通常需要在電動機本體上增加位置檢測傳感器，例如霍爾元 器件、光電編碼器等，雖然該方法能夠保證較高的檢測精度，但由于位置傳感器的增加將導 致成本的上升，以及位置傳感器比較容易受到外界因素的影響，其抗干擾性并不是太好，所 以其位置檢測精度將受到一定的影響；而通常采用的無位置傳感器方法為反電動勢過零 法，雖然該方法相對來說較為簡單，但轉子位置的檢測精度并不是太高。
[0078] 如圖9所示，在所述無刷電動機啟動時以及在運行過程中，采用無位置傳感器技 術來估算所述無刷電動機轉子的位置及速度。具體地，根據本發(fā)明實施例，采用滑?？刂品?法來檢測所述無刷電動機轉子的位置及速度，該滑?？刂品椒ㄓ挚煞Q為滑模狀態(tài)觀測器方 法。所述滑?？刂品椒ㄊ亲兘Y構控制系統(tǒng)的一種控制策略，該策略具有使系統(tǒng)結構隨時變 化的開關特性，該控制為控制系統(tǒng)預先在狀態(tài)空間中設計一個特殊的切換面，利用不連續(xù) 的控制規(guī)律，不斷地變換系統(tǒng)的結構，即在一定條件下沿規(guī)定的狀態(tài)軌跡作小幅度、高頻率 上下運動。迫使系統(tǒng)的狀態(tài)沿著這個特定的切換面向平衡點滑動，最后漸進穩(wěn)定于平衡點 或平衡點的某個允許的領域內，即滑動模態(tài)運動。系統(tǒng)一旦進入滑模狀態(tài)，系統(tǒng)狀態(tài)的轉移 就不再受系統(tǒng)原有參數變化和外部擾動的影響，具有很強的魯棒性。本發(fā)明所采用的滑模 控制方法來檢測轉子磁極位置具有較高的檢測精度以及較強的抗干擾性。
[0079] 此外，所述空間矢量脈寬調制技術的基本原理為：當三相交變電壓通過三相逆變 電路(三相逆變電路的6個功率開關器件組成了 8種空間電壓矢量狀態(tài)，即6個有效矢量狀 態(tài)和2個零矢量狀態(tài))與電動機的三相正弦繞組連接時，通過合理選用和組合8個空間電壓 矢量，并調控被選用的空間電壓矢量的作用時間，能夠在電動機的氣隙內產生更加圓形的 旋轉磁場，其輸出電壓和電流更接近于正弦波，從而能有效地控制電動機的轉矩脈動，使電 動機平穩(wěn)運行，噪音較低。且經逆變電路后輸入到定子繞組的電流的頻率可以根據實際負 載的情況進行調節(jié)。
[0080] 相應地，在所述控制板224上除了布置有三相逆變電路之外，還布置有電路控制 部件，該電路控制部件采用空間矢量脈寬調制技術控制所述三相逆變電路向所述定子組件 上的三相定子繞組輸出的三相電壓。
[0081] 此外，在所述控制板224上還布置有檢測部件和模數轉換部件，所述檢測部件用 于檢測所述三相逆變電路向所述定子組件上的三相定子繞組輸出的三相電壓和三相電流 并且輸出三相電壓檢測信號和三相電流檢測信號；所述模數轉換部件將所述檢測部件所檢 測到的三相電壓檢測信號和三相電流檢測信號轉換為數字電壓信號和數字電流信號，并將 轉換得到的數字電壓信號和數字電流信號提供給所述電路控制部件。
[0082] 此外，所述控制板224還包括可以差分放大部件，所述差分放大部件布置在所述 檢測部件和所述模數轉換部件之間，并且從所述檢測部件接收所述三相電壓檢測信號和三 相電流檢測信號，放大所述三相電壓檢測信號和三相電流檢測信號，并將放大后的三相電 壓檢測信號和三相電流檢測信號輸出到所述模數轉換部件。
[0083] 此外，所述電路控制部件還利用從所述模數轉換部件接收的數字電壓信號和數字 電流信號，采用滑模控制方法估計所述轉子組件的轉子磁極的位置。應了解，所述電路控制 部件可以由一個或多個微處理器或數字信號處理器實現(xiàn)。具體地，例如所述電路控制部件 由一片MCU實現(xiàn)，其既采用空間矢量脈沖調制技術實現(xiàn)對所述逆變電路的控制，也采用滑 ?？刂品绞焦烙嬣D子磁極的位置。替代地，所述電路控制部件由兩片MCU實現(xiàn)，其中一片 MCU采用空間矢量脈沖調制技術實現(xiàn)對所述三相逆變電路的控制，另一片MCU采用滑?？?制方式估計轉子磁極的位置。
[0084] 繼而，所述電路控制部件利用所估計的轉子磁極的位置、以及所述數字電壓信號 和數字電流信號，采用空間矢量脈寬調制技術產生用于控制所述三相逆變電路中的功率開 關器件的脈沖信號。
[0085] 根據本發(fā)明實施例，檢測得到所述無刷電動機的三相電流la、lb和Ic，經過clark 變換，將所檢測的三相電流la、lb和Ic從空間坐標系變換為平面坐標系下的I α和I β， 然后通過park變換再將平面坐標系下的Ια和Ιβ變換為旋轉坐標系下的勵磁電流分量 Id和轉矩電流分量Iq。
[0086] Clark 變換

【權利要求】
1. 一種排水泵用無刷電動機，包括： 電機殼； 電機軸； 轉子組件，安裝在所述電機軸上且隨所述電機軸的旋轉而同步旋轉，包括轉子鐵芯以 及嵌放在所述轉子鐵芯上的轉子磁極； 定子組件，包括定子鐵芯以及繞制在定子鐵芯槽中的三相定子繞組；以及 控制板，包括三相逆變電路，并且包括電路控制部件，該電路控制部件采用空間矢量脈 寬調制技術控制所述三相逆變電路向所述定子組件上的三相定子繞組輸出的三相電壓， 其中，所述控制板被容納在所述電機殼中。
2. 如權利要求1所述的排水泵用無刷電動機，其中，所述定子組件采用分數槽結構。
3. 如權利要求1所述的排水泵用無刷電動機，其中，所述轉子組件中的單個轉子磁極 在對應的極距范圍內所占的電氣角度范圍為90° -120°。
4. 如權利要求1所述的排水泵用無刷電動機，其中，所述控制板還包括檢測部件和模 數轉換部件，所述檢測部件用于檢測所述三相逆變電路向所述定子組件上的三相定子繞組 輸出的三相電壓和三相電流并且輸出三相電壓檢測信號和三相電流檢測信號；所述模數轉 換部件將所述檢測部件所檢測到的三相電壓檢測信號和三相電流檢測信號轉換為數字電 壓信號和數字電流信號，并將轉換得到的數字電壓信號和數字電流信號提供給所述電路控 制部件。
5. 如權利要求4所述的排水泵用無刷電動機，其中，所述電路控制部件利用從所述模 數轉換部件接收的數字電壓信號和數字電流信號，采用滑?？刂品椒ü烙嬎鲛D子組件的 轉子磁極的位置。
6. 如權利要求5所述的排水泵用無刷電動機，其中，所述電路控制部件利用所估計的 轉子磁極的位置、以及所述數字電壓信號和數字電流信號，采用空間矢量脈寬調制技術產 生用于控制所述三相逆變電路中的功率開關器件的脈沖信號。
7. 如權利要求6所述的排水泵用無刷電動機，其中，所述控制板還包括差分放大部件， 所述差分放大部件從所述檢測部件接收所述三相電壓檢測信號和三相電流檢測信號，放大 所述三相電壓檢測信號和三相電流檢測信號，并將放大后的三相電壓檢測信號和三相電流 檢測信號輸出到所述模數轉換部件。
8. 如權利要求1所述的排水泵用無刷電動機，其中，所述電路控制部件為一個或多個 微處理器或數字信號處理器。
9. 如權利要求1所述的排水泵用無刷電動機，其中，所述控制板還包括三相輸出端和 接地端，所述三相輸出端分別與所述三相逆變電路的三相輸出端連接并且分別與所述三相 定子繞組連接，所述接地端與所述三相逆變電路的中心點連接并且與所述三相定子繞組的 中心點連接。
10. 如權利要求1所述的排水泵用無刷電動機，其中，在所述控制板上，所述三相逆變 電路和所述檢測部件布置在一起，而所述電路控制部件、所述差分放大部件和所述模數轉 換部件與所述三相逆變電路和所述檢測部件隔開布置。
11. 如權利要求1所述的排水泵用無刷電動機，其中，所述控制板通過機械配合的方式 與所述定子組件固定在一起。
12. 如權利要求1所述的排水泵用無刷電動機，其中，所述電機殼不完全封閉，使得定 子組件的一部分暴露。
13. 如權利要求1所述的排水泵用無刷電動機，其中，無刷電動機用于洗碗機或洗衣機 中的排水泵。
14. 一種排水泵，包括如權利要求1 一 13中任一項所述的排水泵用無刷電動機。
【文檔編號】F04D29/24GK104124849SQ201310149558
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月25日 優(yōu)先權日:2013年4月25日
【發(fā)明者】王勝, 趙殿合, 邵韋, 朋興譜 申請人:常州雷利電機科技有限公司