專利名稱：一種直流電動機及其驅動的洗衣機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種直流電動機及其驅動的洗衣機，在國際專利分類表中，分類屬于H02K13/10和D06F33/02。
背景技術：
眾所周知，直流電動機具有優異的調速性能和簡單的調速控制電路。傳統的直流電動機的結構包括位于轉子的換向器和電樞各相繞組，位于定子的電刷和磁極以及電源裝置。在該電動機的換向過程中，往往由于電刷和換向片接觸欠平穩或換相電流的突變產生過電壓，存在嚴重損害換向器壽命的火花和電磁干擾，因而限制了該電動機的使用范圍，包括在洗衣機中的應用。現有技術洗衣機使用了結構較復雜和成本較高的電子逆變電路驅動直流無刷電動機或交流電動機變頻系統，以滿足對調速性能的要求。
該電動機傳統地附加換向極和換向繞組的措施，只能減輕而不能完全避免過電壓，換向過程的火花和電磁干擾依然一定程度地存在，且結構比較龐大，影響運行效率和成本。近年來，現有技術披露在現有主電刷運動的后方增加副電刷，在每一換向片與主電刷分離時，由后續的副電刷為剛脫離主電刷的換向片對電樞中滯后的電感電流提供續流回路，可見于中國實用新型專利申請公開說明書CN1066156A《改善電機換向的方案及電刷》和CN1377120A《直流電機及無電弧換向器》。但是，副電刷的工作弧長因受體積限制，往往不能滿足續流時間的要求，難以避免過電壓電刷的機械和電路結構復雜化也產生了新的可靠性和成本問題。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是，提出一種直流電動機及其驅動的洗衣機，其與現有技術相比，可以充分滿足換向電流的續流要求，避免過電壓，因而更有效地消除火花和電磁干擾，提高壽命，而機械和電路結構更簡單可靠。
本實用新型解決所述技術問題的技術方案是，一種直流電動機，包括電刷、換向器、位于轉子的電樞、位于定子的磁極和電源裝置，其特征在于——電刷位于轉子，與電樞繞組具有相等的相數，沿關于轉軸的回轉面均布，與電樞繞組逐相連接；
——換向器位子定子，其換向片由正極換向片、負極換向片和續流換向片組成；正極換向片和負極換向片以續流換向片隔開，沿關于轉軸的回轉面交替均布；——正極換向片和負極換向片分別接往電源裝置的一極；——導通方向與電源裝置極性相反的二個半導體二極管或閥器件串聯后跨接于電源裝置二極，所述串聯點接往續流換向片。
本實用新型技術方案由跨接于電源裝置二極的二個半導體二極管或閥器件之一，經續流換向片，為剛脫離正極或負極換向片的電刷對電樞中一相滯后的電感電流提供流經電樞其它相和電源的續流回路。其對傳統的定轉子上的電刷和換向器位置巧妙地調反的結果是為提供續流回路而設的續流換向片位于定子，其數量相應于磁極對數比較少，故工作弧長可足夠地大，以滿足續流時間要求，避免過電壓，因而更有效地消除火花和電磁干擾，提高壽命；其機械和電路結構比現有技術副電刷明顯牢固簡單，因而提高可靠性和降低成本。
本實用新型解決所述技術問題的技術方案的進一步設計是，所述正極換向片和負極換向片經一切換裝置與電源裝置二極同極性聯接或反極性聯接。該設計可滿足可逆運轉的要求，尤其適用于永磁電動機。
本實用新型洗衣機的技術方案是，一種使用如上述直流電動機驅動的洗衣機，包括交流電源和該電動機驅動的洗衣機械系統，其特征在于該洗衣機還包括整流電路，所述交流電源為該整流電路的輸入，所述電源裝置二極為該整流電路的輸出。
該洗衣機由子其直流電動機明顯消除火花和電磁干擾，提高壽命，可以簡單的調速電路，獲得優異的調速特性，綜合性能、可靠性和成本，優于現有技術使用的電子逆變電路驅動直流無刷電動機或交流電動機變頻系統。
該洗衣機電動機電路一典型設計是，所述交流電源為單相電源；可控硅VT1的陽極和VT2的陰極接往接單相電源的一極，可控硅VT1的陰極和VT2的陽極接往正極換向片，負極換向片接往單相電源的另一極；可控硅VT3的陰極和VT5的陽極接往正極換向片，可控硅VT4的陽極和VT6的陰極接往負極換向片，可控硅VT3的陽極、VT4的陰極、VT5的陰極和VT6的陽極接往續流換向片可控硅VT1～VT6的控制極接往同時觸發VT1、VT3和VT4或者同時觸發VT2、VT5和VT6的控制器的輸出端。這是一個十分簡單有效的半波整流可逆運轉控制電路。
在洗衣機中，設計所述控制器向可控硅的輸出為控制角可移信號，是進行調速控制比較簡單有效的方法。
以下附圖用于說明本實用新型的具體實施方式
。
圖1是本實用新型實施例直流電動機機械結構示意圖；圖2是本實用新型實施例直流電動機電路圖圖3是本實用新型實施例直流電動機電刷2a電位波形圖圖4是本實用新型實施例洗衣機機械結構示意圖；圖5是本實用新型實施例洗衣機直流電動機電路圖。
具體實施方式
本實用新型實施例直流電動機機械結構如圖1所示，電路聯接如圖2所示。它是在現有技術的一種二極三相永磁電動機的結構的基礎上改進而成。
其沿用現有技術的結構包括——分布有二極永磁體的圓筒形定子5和固定于定子的電源裝置；——位于轉子4于三槽式鐵心形成a、b、c三相繞組的電樞和轉軸6。
其相對于現有技術的結構和電路聯接主要變動在于——現有技術固定于轉子連接電樞三相繞組的三個換向片組成的換向器改為本實用新型實施例三個電刷2a、2b和2c組成的電刷盤3，且三個電刷在電刷盤3關于轉軸6的圓環平面上兩兩間距圓周角2π/3分布。
——現有技術固定于定子連接電源裝置的二個電刷組成的電刷裝置改為本實用新型實施例以續流換向片12、14隔開的正極換向片11和負極換向片13組成的換向器1；在迎著電刷關于轉軸6的圓環平面上，正極換向片11和負極換向片13均為圓周角2π/3的扇環，續流換向片12、14均為圓周角π/3的扇環。
——正極換向片11聯接電源裝置電位為+V的正極L1，負極換向片13聯接電源裝置電位為-V的負極L2；——導通方向與電源裝置極性相反的半導體二極管VD1和VD2串聯后跨接于電源裝置正極L1和負極L2，它們的串聯點接往續流換向片12和14。
實施例中的電動機為永磁電動機，當然，也可以是非永磁的電動機。例如按照現有技術，設置并聯于電源裝置的并激繞組的并激電動機，或設置與電樞電路串聯的串激繞組的串激電動機，可通過改變并激繞組或串激繞組在電路中的聯接極性，實現可逆運轉控制。
實施例中的電樞為三槽式鐵心三相繞組，當然，也可以是現有技術的更多槽鐵心m相繞組的電樞，此時應設計m個電刷的電刷盤，各電刷在電刷盤的圓環平面上以兩兩間距角度2π/m分布。
實施例中的電樞a、b、c三相繞組為星形連接，三相端子依次連接電刷2a、2b和2c。當然，也可以是現有技術的三角形連接；此時應設計連接三角形三線端子依次連接電刷2a、2b和2c。
實施例中的換向器1與電刷盤3為軸向端面相迎的結構，當然，也可以是現有技術外圓柱面與內圓筒面相迎的結構，此時電刷與換向片分別在外圓柱面與內圓筒面均布。
實施例中的磁極為1對極，當然，也可以按現有技術為P對極，此時應如傳統直流電動機的電刷對數通常等于磁極對數那樣，設計為逐一以續流換向片隔開的P塊正極換向片和P塊負極換向片組成的換向器，每一極換向片與隨后的續流換向片共占據圓周角π/p，前后者圓周角之比為2。
實施例中的各續流換向片可以設計為分別與m相電刷接觸的相互隔離的m相區，同時設計m條跨接于電源裝置的半導體二極管串聯支路，一串聯點接一相區。當相數較多時，不同相電刷容易同時接觸續流換向片，該設計可防止因此導致的電樞繞組短路。
實施例直流電動機的工作過程可參照圖3所示電刷2a電位U2a的波形轉子帶動電刷盤3順時針旋轉，電刷2a首先接觸正極換向片11，U2a為電源裝置正極L1的電位+V在t＝t1時刻，其旋轉至接觸續流換向片12，維持原有電流方向的感應電動勢使半導體二極管VD2導通，U2a改變為電源裝置負極L2的電位-V，直至續流完畢為0；其繼續旋轉至接觸負極換向片13，U2a為電源裝置負極L2的電位-V；又在t＝t2時刻，其旋轉至接觸續流換向片14，感應電動勢使半導體二極管VD1導通，U2a從-V重新變為+V。圖3可見，續流換向片的工作弧長，足以讓續流在電刷離開續流換向片前徹底完成。電刷2b和2c的電位波形與圖3類似，電樞三相繞組獲得有效續流。
本實用新型實施例洗衣機是在現有技術的一單相電容運轉電動機驅動的波輪式全自動洗衣機的基礎上改進而成，其機械結構如圖4所示，涉及電動機的電路聯接如圖5所示。
其沿用現有技術的結構包括盛水桶21旋轉自如地設有在內底部旋轉自如地設有波輪22的洗滌桶兼脫水桶23，靠懸掛件24吊掛在洗衣機箱體中；減速離合器26設在盛水桶21的底部，把動力傳遞到波輪22和洗滌桶兼脫水桶23；減速離合器26的輸入軸偶合于電動機27的輸出；電磁進水閥28向洗滌桶兼脫水桶23內供水，電動排水閥系統29把洗滌兼脫水桶23內的洗滌水排出；在電腦控制板20，按照單片機(參考型號P87LPC764)內設程序，接口電路201各光電隔離輸出分別觸發可控硅或雙向可控硅等電力電子元件，對聯接于這些元件輸出端的上述電氣部件進行控制。端子L和N給出以上工作的單相電源。
其相對于現有技術的結構和電路聯接主要變動在于——電動機從原有的單相電容運轉電動機更換為本實用新型實施例直流電動機27直流電動機27機械結構按照圖1，電路聯接按照圖2，除把其中半導體二極管VD1和VD2的串聯電路改為可控硅VT3和VT4的串聯電路與VT5和VT6串聯電路外，其余相同；——在電腦控制板20中，原控制單相電容運轉電動機的雙向可控硅及其觸發電路改變為圖5所示控制直流電動機27的可控硅VT1～VT6主電路，以及接口電路201連接VT1～VT6的控制極的光電隔離輸出G1～G6端；并且在單片機的內設程序中，把原控制單相電容運轉電動機可逆運轉的程序段，按照現有技術，修改為在需要直流電動機27某方向旋轉時G1、G3和G4端同時輸出與另一方向旋轉時G2、G5和G6端同時輸出的程序段。
以上變動后的電路如圖5所示在電腦控制板20中，可控硅VT1的陽極和VT2的陰極接往單相電源端子L，可控硅VT1的陰極、VT2的陽極、VT3的陰極和VT5的陽極接往輸出端子+H，可控硅VT4的陽極和VT6的陰極與單相電源端子N接往輸出端子-H，可控硅VT3的陽極、VT4的陰極、VT5的陰極和VT6的陽極接往輸出端子X；電動機27聯接電腦控制板20的輸出端子正極換向片聯接+H，負極換向片聯接-H，續流換向片聯接X。接口電路201的G1～G6端分別連接VT1～VT6的控制極。
按照所述修改的程序段，在需要直流電動機27某方向旋轉時，接口電路201的G1、G3和G4端同時向VT1、VT3和VT4的控制極輸出觸發信號，VT1對來自端子L和N的單相電源正半波整流，經輸出端子+H和-H，在直流電動機27的正極換向片和負極換向片上形成同極性直流電源，VT3和VT4此時以與該直流電源極性相反的方向導通，因而構成與圖2等效的電路和工作；在需要直流電動機27另一方向旋轉時，接口電路201的G2、G5和G6端同時向VT2、VT5和VT6的控制極輸出觸發觸發信號，VT2對來自端子L和N的單相電源負半波整流，經輸出端子+H和-H，在直流電動機27的正極換向片和負極換向片形成反極性直流電源，VT5和VT6此時以與該直流電源極性相反的方向導通，也構成與圖2類似的電路和工作，只是經正極換向片和負極換向片在電樞施加的是反極性的直流電源，故電動機反轉。可見，可控硅VT1和VT2反并聯形成了兼有整流和極性切換功能的電路，VT3和VT4為正極換向片和負極換向片聯接同極性直流電源時的續流電路，VT5和VT6形成正極換向片和負極換向片聯接反極性直流電源的續流電路。
在所述修改的程序段，按照現有技術，在需要調速時，讓G1和G2端輸出與單相電源同步的移相信號，使可控硅VT1或VT2輸出可調電壓。
實施例中的可控硅VT1和VT2反并聯電路，也可以雙向可控硅代替，G1和G2端經或門電路聯接雙向可控硅的控制極，又參照現有技術增加交流電源極性的檢測，在程序中使G1和G2除按照前述要求外，還按照極性分別在交流電源正半波和負半波時輸出。
實施例中的整流電路為兼有極性切換功能的單相半波整流電路，也可參照現有技術，以一單相或三相橋式可控整流電路后續由4個可控硅組成的橋式極性轉換電路代替，可改善整流效率和波紋。關于極性轉換電路，也可以使用現有技術可逆開關形式的有觸點電路，包括手動可逆開關或由電子自動控制器驅動的繼電器電路。
實施例中的洗衣機為波輪式全自動洗衣機，當然也可以是類似的攪拌式洗衣機，甚至滾筒式洗衣機。
權利要求1.一種直流電動機，包括電刷、換向器、位于轉子的電樞、位于定子的磁極和電源裝置，其特征在于——電刷位于轉子，與電樞繞組具有相同的相數，沿關于轉軸的回轉面均布，與電樞繞組逐相連接；——換向器位于定子，其換向片由正極換向片、負極換向片和續流換向片組成；正極換向片和負極換向片以續流換向片隔開，沿關于轉軸的回轉面交替均布；——正極換向片和負極換向片分別接往電源裝置的一極；——導通方向與電源裝置極性相反的二個半導體二極管或閥器件串聯后跨接于電源裝置二極，所述串聯點接往續流換向片。
2.按照權利要求1所述直流電動機，其特征在于所述正極換向片和負極換向片經一切換裝置與電源裝置的二極同極性聯接或反極性聯接。
3.一種如權利要求1或權利要求2所述直流電動機驅動的洗衣機，包括交流電源和該電動機驅動的洗衣機械系統，其特征在于該洗衣機還包括整流電路，所述交流電源為該整流電路的輸入，所述電源裝置二極為該整流電路的輸出。
4.按照權利要求3所述的洗衣機，其特征在于所述交流電源為單相電源；可控硅VT1的陽極和VT2的陰極接往單相電源的一極，可控硅VT1的陰極和VT2的陽極接往正極換向片，負極換向片接往單相電源的另一極；可控硅VT3的陰極和VT5的陽極接往正極換向片，可控硅VT4的陽極和VT6的陰極接往負極換向片，可控硅VT3的陽極、VT4的陰極、VT5的陰極和VT6的陽極接往續流換向片；可控硅VT1～VT6的控制極接往同時觸發VT1、VT3和VT4或者同時觸發VT2、VT5和VT6的控制器的輸出端。
5.按照權利要求4所述的洗衣機，其特征在于所述控制器向可控硅的輸出為控制角可移信號。
專利摘要一種直流電動機及其驅動的洗衣機。電動機的電刷位于轉子，與電樞各相繞組逐相連接；換向器位于定子，其正極換向片和負極換向片以續流換向片隔開，沿關于轉軸的回轉面交替分布；正極換向片和負極換向片分別接往電源裝置的一極；導通方向與電源裝置極性相反的二個半導體二極管或閥器件串聯后跨接于電源裝置二極，該串聯點接往續流換向片。洗衣機包括交流電源、整流電路和機械系統，交流電源為整流電路的輸入，所述電源裝置二極為該整流電路的輸出。該設計可充分滿足電動機換向電流的續流要求，因而改善換向火花和電磁干擾，結構比較簡單可靠；洗衣機可以簡單的調壓調速電路，獲得優異的調速特性。
文檔編號H02K13/10GK2687936SQ20042004280
公開日2005年3月23日 申請日期2004年2月24日 優先權日2004年2月24日
發明者區長釗 申請人:金羚電器有限公司