一种用于家用电器的排水泵
技术领域
本实用新型涉及一种排水泵，所述排水泵特别地用于家用电器，并且能够在低压下以低噪声启动。
背景技术
洗衣机、洗碗机等家用电器的排水泵通常采用永磁同步电机。相关国家标准对排水泵的电机的低压启动性能做出了具体的要求。因此，在设计时，排水泵的电机的启动力矩的大小是很重要的指标。与此同时，随着生活水平提高，用户更加注重居家舒适感，在购买家用电器时对于静音要求越来越高，启动力矩增加的同时会带来更大的振动和噪音。为了获得合适的启动力矩以同时满足低压启动性能要求和低噪声要求，排水泵的电机需要特别地设计。
用于排水泵的电机通常主要包括定子和永磁转子两部分，其中，定子是带有层叠铁芯和相应的线圈的电磁铁，永磁转子放置在定子的中心。转子通过与定子的磁场交互作用可以带动一定的负载旋转，例如带动排水泵的叶轮旋转。可以知道的是，施加于同步电机上的负载惯性越大，其启动越困难。
在排水泵的启动过程中，定子产生正弦波磁场，带动转子旋转，使其与负载“来回撞击”。在此过程中，电机的电流、功率，转子的转动方向、速度均会发生变化，直到转子磁场与定子磁场对齐，转子达到同步状态，启动过程才完成。
在电机通过“来回撞击”达到同步状态的过程中，定子磁场和转子磁场强度不变的条件下，转子得到的动能不断的来回变化。当足够的动能使转子磁场与定子磁场对齐从而达到同步时，与之同时，转子与负载之间也处于相对静止的状态。
通过上述描述可知，排水泵的启动过程可分为定子带动转子旋转的电磁传动过程和转子的动能到负载的机械传动过程。电磁传动过程可通过调整定子的电磁铁强弱而调整，机械传动过程则需要对转子与负载之间的传动装置进行优化设计。转子与负载之间的传动装置的优劣对于启动的启动噪音、启动稳定性、启动可靠性有着不言而喻的重要影响。
具体而言，转子与负载之间通常通过弹性体作为中间部件传递动能。弹性体可以固定在叶轮(作为电机的负载)上或者在转子上，或者也可以在叶轮上或者转子上绕中心轴滑动。在启动过程中，转子在定子的交变磁场的启动力矩驱动下加速转动，转过一定的角度(即启动角度)后，通过弹性体“撞击”叶轮，从而将动能传递到叶轮。可以知道的是，启动力矩的大小和启动角度的大小决定了启动过程。
在给定永磁转子的情况下，定子的电磁铁越弱，产生的启动力矩越小，若启动角度过小则无法保证排水泵的低压启动性能；定子的电磁铁越强，产生的启动力矩越大，若启动角度过大，弹性体撞击叶轮的力矩过大，不仅产生噪音，而且长时间使用会缩短转子、弹性体、叶轮的使用寿命。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种用于家用电器的排水泵，所述排水泵的电机的定子和启动结构经过特殊设计，能够有效地提高排水泵的启动可靠性，特别是在低压情况下；同时可以降低排水泵在启动过程中的噪声，并使得排水泵能够稳定运行，从而大幅度提升排水泵的寿命。
所述目的是通过根据本实用新型的一个实施例的用于家用电器的排水泵，其包括叶轮、电机，电机包括电机壳以及布置在电机壳内的转子和定子组件，定子组件包括铁芯和线圈。线圈接通电源时，线圈产生的交变磁场驱动转子按一定方向绕排水泵的轴线转动。所述排水泵还包括减震体，减震体例如由橡胶、弹性树脂等材料制成。在转子的作用下，所述减震体可绕排水泵的轴线旋转，并撞击所述叶轮。在排水泵的启动过程中，转子从其初始位置到减震体与叶轮发生撞击时的位置所转动经过的最大角度是排水泵的启动角度。通过调节定子组件的铁芯长度，可以调节定子产生的交变磁场的强度，进而调节启动力矩。在启动力矩相同的情况下，排水泵的启动角度决定了减震体与叶轮发生撞击时的动能。为了提高排水泵的启动可靠性，降低启动时的噪声，同时延长减震体、电机、叶轮的使用寿命，定子组件的铁芯的长度根据排水泵的启动角度确定。一般来说，排水泵的启动角度越大，则定子组件的铁芯的长度越短。
根据本实用新型的一个优选实施例，所述排水泵的启动角度处于200°至250°之间，定子组件的铁芯长度处于15mm至20mm之间。
根据本实用新型的一个优选实施例，所述排水泵的启动角度处于250°至400°之间，定子组件的铁芯长度处于10mm至15mm之间。
根据本实用新型的一个优选实施例，所述排水泵的启动角度处于400°至600°之间，定子组件的铁芯长度处于5mm至10mm之间。
根据本实用新型的一个优选实施例，所述排水泵的启动角度处于250°至300°之间，定子组件的铁芯长度处于10mm至15mm之间。
根据不同的需求，排水泵可以具有不同的尺寸，即定子组件的铁芯长度不同。与之相对应，排水泵可具有不同的启动结构设计，以满足启动角度的要求。
根据本实用新型的一个可选实施例，所述叶轮包括容纳腔，所述容纳腔中设置有沿叶轮的径向方向延伸的限位筋，该限位筋包括一对限位壁，所述限位壁之间设置有滑动槽。所述排水泵还包括联轴器，其包括管状主体和从管状主体外壁径向向外突出的启动筋，管状主体套装在转子的转轴上，所述联轴器被转子带动而与其同步转动。所述减震体嵌在所述滑动槽中，并且通过联轴器的启动筋的作用而在所述滑动槽内滑动，以绕排水泵的轴线旋转。具体地，随着转子的转动，联轴器的启动筋拍打减震体在圆周方向上的一个端面，使得减震体在滑动槽内滑动。减震体进而将动能传递到叶轮。在被启动筋拍打时，减震体可发生变形，延长动能传递时间，从而缓冲了转子与叶轮之间撞击，大幅提升了转子与叶轮的寿命。此外，滑动槽可以限制减震体滑动的行程，从而限定排水泵的启动角度。
根据本实用新型的一个可选实施例，所述联轴器的启动筋与叶轮的限位筋在轴向方向上是错开的。例如，相对于滑动槽的底面，所述启动筋可完全位于限位筋的上方。这样，在去除了减震体之后，转子与叶轮二者可互不干涉地相对转动。由此，所述排水泵可以获得尽量大的启动角度，例如600°的启动角度。
根据本实用新型的一个可选实施例，所述减震体设置有中空部。这样，当减震体被启动筋拍打时，减震体可因中空部的存在而增加可被压缩的空间，提高了减震体的变形量和变形时间。
根据本实用新型的一个可选实施例，所述中空部具有槽状结构。可选地，所述中空部也可以具有敞开式结构。根据不同的需求，所述中空部可以在轴向方向上完全贯穿所述减震体，也可以仅设置在所述减震体的轴向方向的一部分中。
根据本实用新型的一个可选实施例，所述叶轮包括从容纳腔的底面轴向突出的定位柱。所述定位柱在圆周方向上位于滑动槽内，并且所述减震体被安装为使得所述定位柱延伸到所述减震体的中空部内。定位柱也起到了对转子转动的限位作用。此外，可以想到的是，当联轴器的启动筋拍打的冲击过大时，减震体的中空部的一侧挤压定位柱，定位柱通过弹性变形来缓冲减震体的冲击。来自定位柱的弹性作用力使得缓冲量和变形时间有效地增加，并且能够避免减震体的过度变形。具有这样的启动结构的排水泵的启动角度可达300°。
根据本实用新型的一个可选实施例，所述减震体在轴向上呈阶梯结构，包括靠近容纳腔底部的滑动部和从滑动部轴向向外突出的启动部，滑动部的尺寸大于启动部的尺寸，所述中空部贯穿所述滑动部。在启动过程中，联轴器的启动筋拍打减震体的启动部，减震体因而在滑动槽内滑动，直至减震体的滑动部撞击到限位筋的限位壁上。这样，启动筋和限位筋与减震体作用的位置在轴向方向上是错开的。这一特征使得减震体可在轴向方向上具有一定量的变形，从而更加增加减震体的变形量和变形时间。此外，在配合定位柱使用的情况下，减震体挤压定位柱的受力点将更加远离定位柱的底部，从而使得定位柱的变形量和变形时间有效地增加。
根据本实用新型的一个可选实施例，所述减震体在其圆周方向的端面上设置有突出的缓冲筋。可以设想的是，所述缓冲筋可以仅设置在圆周方向的一个端面上，也可以设置在圆周方向相对的两个端面上。对于包括滑动部和启动部的减震体，所述缓冲筋可设置在滑动部和/或启动部的端面上。所述缓冲筋使得减震体与启动筋和/或限位筋的碰撞的接触面减小，从而加大变形量，提高启动性能。优选地，所述缓冲筋的截面具有外窄内宽的渐缩形状。例如，所述缓冲筋的截面具有三角形形状或半圆形形状。通过这样的设计，减震体与启动筋和/或限位筋的碰撞将由面接触切换为线接触，进一步增加变形量，提高启动性能。
本实用新型还涉及一种排水泵，其包括如上所述的排水泵。
附图说明
在下文中，本实用新型以举例的方式并参照附图进行更详细的说明，其中
图1A和图1B分别是根据本实用新型的一个实施例的排水泵的侧视图和分解视图。
图2A-2B示出了根据本实用新型的一个实施例的排水泵的启动结构。
图3详细地示出了图2A-2B所示的实施例中的排水泵的叶轮。
图4详细地示出了图2A-2B所示的实施例中的排水泵的联轴器。
图5详细地示出了图2A-2B所示的实施例中的排水泵的减震体。
图6A-6C示出了根据实用新型的另一实施例的排水泵的启动结构。
图7A-7D示出了根据实用新型的另一实施例的排水泵的启动结构。
在所有附图中，相同或相似的部件用相同的编号指示。
附图标记列表
1 叶轮 3端盖
11容纳腔 4卡片
12限位筋 5联轴器
121a、121b 限位壁 51 管状主体
122 中间挡块 52 启动筋
13滑动槽 6减震体
14定位柱 61 滑动部
2 电机 62 启动部
21电机壳 63 中空部
22转子 64 缓冲筋
23定子组件 O排水泵的轴线
231 线圈 L铁芯的长度
232 铁芯
具体实施方式
为了使本实用新型的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图对本实用新型的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本实用新型的特定的方面、实施例或示例所描述的特征、整体或特性可应用于本文所描述的任意其他方面、实施例或示例，除非与其不兼容。
除非另作定义，本文使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内普通技术人员所理解的通常意义。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同物，而不排除其他元件或者物件。
尽管可能使用例如“第一”和“第二”的表述来描述本实用新型的各个元件，但它们并未意于限定相对应的元件。例如，上述表述并未旨在限定相对应元件的顺序或重要性。上述表述用于将一个部件和另一个部件区分开。
当元件被提到为“联接”或“连接”至另一元件时，这可以意味着其直接联接或耦合至其他元件，但应当理解的是，可能存在中间元件。可替代地，当元件被提到为“直接联接”或“直接耦合”另一元件时，应当理解的是，该两个元件之间不存在中间元件。文中提到的“前”、“后”、“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
图1A-1B分别示出了根据本实用新型的一个实施例的一个实施例的排水泵的侧视图和分解视图。为了清晰起见，排水泵中与理解本实用新型的技术方案无关的多个部件已被省略。
参见图1A和图1B，根据本实用新型的排水泵包括叶轮1和电机2，其中，电机2包括电机壳21，容纳在电机壳21中的转子22和定子组件 23。定子组件23还包括线圈231和铁芯232。电机壳21通过端盖3封闭，叶轮1位于端盖3之外。
在线圈231接通电源时，铁芯232被磁化，由此产生定子组件23的交变磁场。转子22包括磁环注塑组件，其受定子组件23的磁场驱动而按一定方向绕排水泵的轴线O转动。铁芯232的长度L可以影响定子组件23 的磁场强度，并进而影响转子22所承受的转动力矩(即，排水泵的启动力矩)。
转子22转动的动能通过排水泵的启动结构传递到叶轮1。图2A-2B示出了排水泵的启动结构的第一实施例。排水泵的启动结构包括联轴器5和减震体6，其整体上通过卡片4封装于叶轮1的容纳腔11中。
图2B示出了移除卡片4之后的容纳腔11。如图2B所示，并进一步参考图3，容纳腔11中设置有沿叶轮1的径向方向延伸的限位筋12。在图 2B所示的实施例中，该限位筋12包括位于外侧的一对限位壁121a、121b 和一个中间挡块122。限位壁121a和121b之间形成有滑动槽13。应当理解的是，限位筋12也可以具有不同的构造，例如可以设置多个中间挡块或者不设置中间挡块。也可能的是，容纳腔11中可以包括多个限位筋。滑动槽的数量也相应地发生变化。如图3所示，叶轮1的容纳腔11中还设置有从滑动槽13的底面沿轴向突出的定位柱14。如将在下文详细描述的，定位柱14可对减震体6进行定位，并限制转子22的转动角度。
如图2B所示，并进一步参考图4，联轴器5包括套装在转子22的转轴上的管状主体51和从管状主体51的外壁径向向外突出的启动筋52。在轴向方向上，启动筋52与限位筋12错开，即启动筋52完全位于限位筋12 上方。在转子22转动时，联轴器5与转子22同步转动。启动筋52拍打减震体6在圆周方向上的一个端面，使得减震体6在滑动槽13内滑动。
参考图5，并结合图2B，减震体6嵌在滑动槽13中，其整体上具有与滑动槽13相匹配的弧形形状，以便于在其中滑动。如图5所示，减震体6 在轴向上具有阶梯结构，包括靠近容纳腔11底部的滑动部61和从滑动部 61轴向向外突出的启动部62，滑动部61的尺寸大于启动部62的尺寸。也就是说，相比于启动部62，滑动部61在圆周方向上延伸的角度更大。在轴向方向上，启动部62对应于联轴器5的启动筋52，而滑动部61对应于叶轮1的限位筋12。
此外，减震体6中还设置有中空部63。如图5所示，中空部63是槽状中空部，并具有与减震体6的本体的形状大体一致的弧形形状。可以设想的是，中空部63的形状也可以是其他合适的形状。在径向方向上，中空部 63大致位于减震体6的中心。当然，中空部63也可以在径向方向上适当地偏离中心。在轴向方向上，中空部63贯穿滑动部61，而未贯穿启动部62，仅在其中延伸一段距离。可以设想的是，中空部63也可以完全贯穿减震体6。在排水泵的安装完成的构造中，定位柱14延伸到所述中空部63 内，并且定位柱14的顶部与中空部63的底面不接触。
在排水泵启动时，转子22带动联轴器5转动，启动筋52拍打减震体6 的启动部62。减震体6由此获得动能，并在滑动槽13内滑动，直至滑动部 61撞击到限位筋12的限位壁121a(仅为方便讨论起见，本文所公开的内容也适用于滑动部61撞击限位壁121b的情况)上。叶轮1由此承受减震体6的冲击而开始转动。上述过程重复进行直到转子22达到与定子23的交变磁场的同步状态，排水泵的启动过程完成。在启动筋52拍打减震体6 的启动部62时，以及减震体6的滑动部61撞击到限位筋12的限位壁121a 时，减震体6的相应部分都会发生变形，从而延长了受力时间，实现了对上述拍打和撞击的缓冲。
在减震体6的滑动过程中，定位柱14的位置设置为能够对减震体6的位置进行限位。具体地，在减震体6在滑动槽13滑动的行程两端，定位柱 14与中空部63在圆周方向的两个内端壁抵接，从而使得减震体6无法继续转动。减震体6和定位柱的位置设计为使得当定位柱14与中空部63在圆周方向远离限位壁121a的内端壁接触时，滑动部61撞击到限位筋12的限位壁121a。减震体6的变形会挤压定位柱14，定位柱14由此对启动筋52 实现了限位作用。
相对应地，启动筋52在转动过程中的所可能的最大行程的起始位置与终止位置分别为：起始位置，启动筋52与启动部62在圆周方向靠近限位壁121a的外端面接触，且定位柱14与中空部63在圆周方向靠近限位壁 121a的内端壁接触；终止位置，启动筋52与启动部62在圆周方向远离限位壁121a的外端面接触，且定位柱14与中空部63在圆周方向远离限位壁121a的内端壁接触。通过定位柱的作用，排水泵的启动角度被限制为小于 360°。考虑到中空部63在启动部62处的壁厚和启动筋52自身的宽度，排水泵的启动角度大致可以达到300°。
图6A-6C示出了排水泵的启动结构的第二实施例。在该实施例中，联轴器、定位柱的结构与图2A-图5所示的第一实施例相同。一个不同之处在于限位筋包括两个中间挡块122。此外，第二实施例与第一实施例的不同点主要在于减震体6的设计。
在第二实施例中，减震体6同样在轴向上具有阶梯结构，包括靠近容纳腔11底部的滑动部61和从滑动部61轴向向外突出的启动部62，滑动部61的尺寸大于启动部62的尺寸。类似地，在轴向方向上，启动部62对应于联轴器5的启动筋52，而滑动部61对应于叶轮1的限位筋12。启动部 62在其圆周方向的两个端面上设置有突出的缓冲筋64。虽然未示出，但可以设想的是，所述缓冲筋64也可设置在滑动部61在圆周方向的端面上。缓冲筋64的截面具有外窄内宽的三角形形状，从而可以减少与启动筋52 的碰撞时的接触面面积，从而加大变形量，提高启动性能。缓冲筋64的截面也可以具有其他合适的形状，如半圆形等。
如图6B和6C所示，减震体6的中空部63具有敞开式结构。在轴向方向上，中空部63贯穿滑动部61，而未贯穿启动部62，仅在其中延伸一段距离。可以设想的是，中空部63也可以完全贯穿减震体6。
在第二实施例中，由于仍然设置有定位柱，排水泵的启动角度仍被限制为小于360°，大致可以达到300°。
为了获得尽可能大的启动角度，需要去除定位柱，以避免干涉启动筋的转动。图7A-7D所示的启动结构的第三实施例具有类似的结构。
如图7A和7B所示，叶轮1的容纳腔11中未设置定位柱，且限位筋 12仅包括两个限位壁121a和121b，而未设置中间挡块。通过去除定位柱，在未安装减震体的情况下，由于启动筋52与限位筋12在轴向方向上错开，启动筋52可以自由转动，而不受干涉。
参考图7C，减震体6的结构也做了简化。在轴向方向上，减震体6的尺寸是一致的，没有分为两个部分。在排水泵的安装好的构造中，减震体6 靠近容纳腔11的底部的下部部分的轴向位置对应于限位壁121a和121b，而其上部部分的轴向位置对应于启动筋52。
减震体6设置中空部63，该中空部63是槽状中空部，且贯穿减震体 6。当减震体6与启动筋52和限位壁121a和121b发生撞击时，减震体6 可因中空部63的存在而增加可被压缩的空间，从而能够缓冲启动力矩，减小启动噪音，延长排水泵的寿命。
在第三实施例中，减震体6在圆周方向的两个端面分别为Sa和Sb。端面Sa是与限位壁121a接触的端面，而Sb是与限位壁121b接触的端面。启动筋52在转动过程中的所可能的最大行程为：起始位置，启动筋52 与减震体6的端面Sa接触，且限位壁121b与减震体6的端面Sb接触；启动筋52转动到拍打减震体6的端面Sb，并开始推动减震体6旋转；终止位置，在启动筋52的推动下，减震体6的端面Sa撞击限位壁121a。在这一行程中，启动筋52的转动角度可以突破360°。
如图7D所示，A为叶轮1的限位筋12所占的角度，B为减震体6所占的角度，C为联轴器5的启动筋52所占的角度，则排水泵的启动角度为 720-A-2B-C。考虑到A、B、C的值，排水泵的启动角度大致可以达到600 °。
如上文所述，为了获得良好的启动性能，延长排水泵的寿命，同时减小启动噪音，需要对排水泵的启动角度和定子组件的铁芯的长度L进行优化设计。为此目的，本实用新型发明人对以上各实施例的排水泵的启动结构进行了测试。
测试条件和要求
测试针对用于洗衣机的排水泵。洗衣机的使用寿命按10年使用要求算，每天洗衣4次，洗衣机十年的洗衣次数＝365×10×4＝14600次，按照洗衣机一个洗涤周期4次脱水计算，每次脱水排水泵启停5次，在洗衣机 10年使用要求计算排水泵的启停周期数＝4×5×14600＝292000次，因此测试排水泵启动结构耐久性能时要求进行300000个工作循环。
具体地，在额定电压、额定频率下，排水泵5秒开5秒关，为一个工作循环，测试时水温控制为60℃。对于排水泵的启动噪声的要求是在进行 300000个工作循环后，噪音＜55dB(噪音超标即判定为不合格)。此外，根据中华人民共和国国家标准GB/T12350-2009《小功率电动机的安全要求》的规定要求短时工作的电机在0.85倍额定电压下能够启动50次。本实用新型中的排水泵的电机属于短时工作的电机，其额定电压/频率为： 220V/50HZ，则其需要满足的低压启动电压为187V。
实现结果如下表所示：
根据以上实验结果，得出排水泵的启动角度与铁芯的长度L的优选关系，见下表：
本实用新型发明人进一步确定排水泵的特别优选的设计为铁芯的长度 L为13mm，启动角度为305°、335°或365°。
相比于现有的设计，根据本实用新型的排水泵具备良好的启动性能。特别地，根据本实用新型的排水泵能够在低压情况下有效地提高排水泵的启动可靠性，同时降低启动过程中的噪声，使得排水泵能够稳定运行，从而延长启动结构的寿命。
应当理解的是，上面描述的和在附图中示出的结构仅是本实用新型的示例，其可通过表现出用于获得所需最终结果的相同或相似功能的其他结构代替。另外，应当理解的是，上面描述的和附图所示的实施例应被视为仅组成本实用新型的非限制性示例，并且它可在专利权利要求的范围内以多种方式进行修改。
