專利名稱：具有可變空氣間隙的通用電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有可變空氣間隙的通用電動(dòng)機(jī)。
已知有各種帶可變磁阻的步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)，該步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)同軸定子，上述轉(zhuǎn)子由一圓柱形鐵芯形成，它的齒沿著側(cè)向表面定位，而該同軸定子具有多個(gè)激勵(lì)繞組，這些繞組數(shù)目不同于齒數(shù)目。
這類電動(dòng)機(jī)從構(gòu)造的觀點(diǎn)來看一般是復(fù)雜的。而且，因?yàn)楦骼@組按照許多周期式改變相位供能，所以這類電動(dòng)機(jī)存在電磁漏泄方面和派生污染方面的問題。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)用直流電源和交流電源同樣都能操作，也就是說，是一種所謂的通用電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的還有另一個(gè)目的是提供一種電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)可以在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上安全地起動(dòng)。
正如后面權(quán)利要求書所說明的，本發(fā)明解決了提供一種具有可變空氣間隙的通用電動(dòng)機(jī)的問題，這種類型的通用電機(jī)具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子，上述轉(zhuǎn)子有一個(gè)齒或多個(gè)在圓周上等間距被溝槽相互分開的齒，而定子設(shè)置一個(gè)激勵(lì)系統(tǒng)，從一般的觀點(diǎn)來看，該通用電動(dòng)機(jī)其特征在于上述激勵(lì)系統(tǒng)包括至少一個(gè)電磁鐵、一個(gè)控制電路和一個(gè)永久磁鐵，它們連續(xù)不斷地間隔開安裝在面向上述轉(zhuǎn)子的定子支承件上，上述電磁鐵設(shè)置一個(gè)銜鐵和一個(gè)繞組，控制電路設(shè)置一位置檢測器，用于將能量(power)加到電磁鐵上；上述電磁鐵和永久磁鐵都固定在上述定子支承件上，以便交替式激勵(lì)轉(zhuǎn)子，并且固定在可調(diào)位置處，以便改變轉(zhuǎn)子自身的旋轉(zhuǎn)方向。
因此，在按照本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)中，具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子，該轉(zhuǎn)子例如用鐵磁材料制造，它帶有一個(gè)或多個(gè)齒，而該定子帶有一電磁鐵和一永久磁鐵，上述電磁鐵不在乎用直流或交流供電，而永久磁鐵以這種方式定位，以便提供旋轉(zhuǎn)方向和克服中性點(diǎn)，利用使電源驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制電路，在轉(zhuǎn)子的各齒上產(chǎn)生電磁鐵和永久磁鐵的交替吸引。
盡管在目前的說明中，本發(fā)明是根據(jù)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)來進(jìn)行說明，但它也可以應(yīng)用于線性電動(dòng)機(jī)或應(yīng)用于環(huán)形線性電動(dòng)機(jī)和用于部分伺服控制的裝置。
而且，如此處所述，定子可以是活動(dòng)的，并因此轉(zhuǎn)子可以是固定的，同時(shí)不用作任何其它的修改就可以顛倒上述結(jié)構(gòu)。
由于完全封閉了定子和轉(zhuǎn)子之間的磁流，所以連同所提到的其它優(yōu)點(diǎn)一起都是極好的效率水平。用于電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)所消耗的總功率減少，因?yàn)橛秒姶盆F來推斥一個(gè)轉(zhuǎn)子齒中的永久磁鐵所提供的功率基本上等同于將磁鐵吸引到后面步級的轉(zhuǎn)子齒上所提供的功率。
按照本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)，具有特別簡單的元件，并因此降低了它的成本。
電動(dòng)機(jī)的功率可以通過將定子上的電磁鐵和永久磁鐵數(shù)目從其單獨(dú)一對增加到許多對，或是增加單個(gè)電磁鐵或永久磁鐵數(shù)目來改變。
正如所附權(quán)利要求書中所表明的，按照本發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)可以不應(yīng)用到用鐵磁材料制造的轉(zhuǎn)子上，而是應(yīng)用到這樣一種電動(dòng)機(jī)上，它的齒是用與激勵(lì)系統(tǒng)的永久磁鐵相同的極性，或是與其相反的極性永久磁化的極性擴(kuò)張。在這種情況下，電動(dòng)機(jī)分別通過排斥或通過吸引起作用，并且對于其運(yùn)動(dòng)所要求的偏移來說，它是電磁鐵繞組，該電磁鐵繞組是相對于極距偏離中心到所希望旋轉(zhuǎn)方向的右邊或左邊。因此，電磁鐵的功率用來得到永久磁鐵的排斥力或吸引力，并用來給電動(dòng)機(jī)軸提供所希望的功率。
從下面有關(guān)各實(shí)施例詳細(xì)說明的內(nèi)容，將使本發(fā)明的另一些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)變得更顯而易見，這些實(shí)施例通過附圖中的非限制性表示，純粹是例證性的。
例證性實(shí)施例的說明按照本發(fā)明，在

圖1和3中，標(biāo)號1表示一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有多個(gè)吸引步級(step)，而標(biāo)號2表示一個(gè)定子，該定子設(shè)置一激勵(lì)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子1屬于線性型，該線性型圍成一個(gè)環(huán)，它很平，該轉(zhuǎn)子1提供許多個(gè)在圓周上等間距分布被溝槽11相互分開的齒10。設(shè)置在定子2中的激勵(lì)系統(tǒng)包括至少一個(gè)電磁鐵21、一個(gè)以22示意示出的控制電路，和一個(gè)永久磁鐵23，它們連續(xù)不斷地間隔開安裝在面向轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)子支承件20上。
電磁鐵21具有一個(gè)銜鐵24和繞組25(圖1)，該電磁鐵21連接到控制電路22上?？刂齐娐?2設(shè)置一個(gè)位置檢測器26如光學(xué)、磁、電阻、電感性傳感器等，或者與電子電路一起工作，控制電路22還設(shè)置若干電刷換向器，它們對驅(qū)動(dòng)電磁鐵電源有用，正如下面將要看到的。
轉(zhuǎn)子的各齒10可以用鐵磁材料或永久磁鐵制造。
圖2和3作為例子示意示出各鐵磁齒的情況。將電磁鐵21和永久磁鐵23固定在定子支承件20上這些位置處，以便假定旋轉(zhuǎn)的方向用圖1-3中的F表示，當(dāng)位置檢測器26面向一溝槽11Ⅰ(圖1和2)的前沿時(shí)，電磁銜鐵24可以搭接隨后的溝槽11Ⅱ和另外，搭接齒10Ⅱ的其中一部分一個(gè)偏置距離(offset distance)S，而永久磁鐵23搭接隨后的齒10Ⅲ。這樣，電磁鐵21被控制電路22用支流或直流電激發(fā)經(jīng)由它的位置，檢測器26，并且能吸引齒10Ⅱ，在沒有機(jī)械載荷和沒有摩擦損耗的理想情況下，該齒10Ⅱ克服了永久磁鐵23對齒10Ⅲ的吸引力。
當(dāng)上述位置檢測器面向齒10Ⅰ的前沿(圖3)時(shí)，它通過控制電路22釋放線圈21，電磁銜鐵25搭接隨后的齒10Ⅱ，而永久磁鐵23在一朝隨后的齒10Ⅳ方向偏移的位置處，以這種方式搭接隨后的齒10Ⅲ，以便吸引它，直至位置檢測器到達(dá)溝槽11Ⅱ的前沿，再次重復(fù)該循環(huán)時(shí)為止。
在永久磁鐵齒101或102的情況下，根據(jù)極性配置，如圖7和8中所示，用直流工作的電磁鐵210和永久磁鐵230固定在定子支承件200上這樣位置處，以便在相同的旋轉(zhuǎn)方向F的情況下，當(dāng)位置檢測器260面向溝槽103的前沿時(shí)，電磁銜鐵210搭接隨后的溝槽103和隨后的齒101其中一部分，而當(dāng)相互面對的磁鐵和齒極性相反(圖7)時(shí)，永久磁鐵230搭接一隨后的齒。當(dāng)不是這種極性，而是極性相等(圖8)時(shí)，電磁鐵210和永久磁鐵230固定在定子支承件200上這樣位置處，以便在相同的旋轉(zhuǎn)方向F的情況下，當(dāng)位置檢測器260面向溝槽103的前沿時(shí)，電磁銜鐵210搭接隨后的齒102和隨后的溝槽103其中一部分，而永久磁鐵230搭接一隨后的溝槽103。
按照本發(fā)明，電磁鐵和永久磁鐵固定在定子支承件上的可調(diào)位置處，以便改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，如圖5和6中所示。電磁鐵21和磁鐵23在定子支承件20上成機(jī)械耦合，它們之間的距離決定轉(zhuǎn)子1的旋轉(zhuǎn)方向。在磁鐵23搭接齒10的情況下，當(dāng)電磁鐵21搭接前面齒的前沿(圖5)時(shí)，轉(zhuǎn)子1的旋轉(zhuǎn)方向是箭頭F所指的方向，而當(dāng)電磁鐵21搭接前面齒的后沿(圖6)時(shí)，轉(zhuǎn)子1的旋轉(zhuǎn)方向是相反的方向。
從轉(zhuǎn)子和激勵(lì)系統(tǒng)之間相互作用的觀點(diǎn)來看，電磁銜鐵24和永久磁鐵23如圖4所示，用它們的空氣間隙在側(cè)向上面向轉(zhuǎn)子10其中兩個(gè)相反的圓周極端。
關(guān)于圖9，它示出按照本發(fā)明所述電動(dòng)機(jī)的第二實(shí)施例。轉(zhuǎn)子1a在軸向上是細(xì)長的并有三個(gè)齒，這三個(gè)齒一般用10a表示。電磁鐵21a有一銜鐵24a和繞組25a。電磁銜鐵24a和永久磁鐵23a相應(yīng)地是細(xì)長的，并且在側(cè)向上用它們的空氣間隙面向轉(zhuǎn)子1a。
關(guān)于圖10，它示出按照本發(fā)明所述電動(dòng)機(jī)的第三實(shí)施例。轉(zhuǎn)子1b與第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)相比顯著地變平，并且同樣，它有三個(gè)齒，這三個(gè)齒一般用10b表示。電磁鐵21b有一銜鐵24b和繞組25b。電磁銜鐵24a和兩個(gè)永久磁鐵23b在側(cè)向上用它們的空氣間隙面向轉(zhuǎn)子1b。
關(guān)于圖11，它示出按照本發(fā)明所述電動(dòng)機(jī)的第四實(shí)施例。轉(zhuǎn)子1c是一個(gè)環(huán)形軌道(track)裝置6，它用例如塑料制造，軌道裝置6上有若干軸承插件3，它們用鐵磁材料制造。如圖所示，轉(zhuǎn)子1c與葉片4成為整體，該葉片4在中央處設(shè)置一支承元件5，用于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。激勵(lì)系統(tǒng)用電磁鐵21c(它有一銜鐵24c和繞組25c)、用永久磁鐵23c和用一位置檢測器26c示意示出。
關(guān)于圖12，它示出按照本發(fā)明所述電動(dòng)機(jī)的第五實(shí)施例。轉(zhuǎn)子1d具有一單一的吸引步級，該吸引步級有一單一的鐵磁齒10d和一中間步級11d，該中間步級11d具有與齒10d相同的質(zhì)量密度。
在定子支承件20d上，激勵(lì)系統(tǒng)用一電磁鐵21d和用一永久磁鐵23d示意示出，該電磁鐵21d有一銜鐵24d和繞組25d。激勵(lì)系統(tǒng)的操作如有關(guān)第一實(shí)施例所述。
這樣表達(dá)的本發(fā)明可以經(jīng)受許多種修改和改變，因而不脫離本發(fā)明思想的范圍。
權(quán)利要求
1．具有可變空氣間隙的通用電動(dòng)機(jī)，它屬于具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子的那種類型，上述轉(zhuǎn)子有一個(gè)齒或多個(gè)在圓周上等間距被溝槽相互分開的齒，而定子設(shè)置一個(gè)激勵(lì)系統(tǒng)，其特征在于，上述激勵(lì)系統(tǒng)包括至少一個(gè)電磁鐵(21；210；21a；21b；21c；21d)，該電磁鐵設(shè)置一個(gè)銜鐵(24；24a；24b；24c；24d)和一個(gè)繞組(25；25a；25b；25c；25d)；一個(gè)控制電路(22；220)，該控制電路設(shè)置一個(gè)位置檢測器(26；260；26c)，用于將功率加到電磁鐵上；和一個(gè)永久磁鐵(23；230；23a；23b；23c；23d)，上述電磁鐵、控制電路和永久磁鐵連續(xù)不斷地間隔開安裝在面向上述轉(zhuǎn)子(1；100；1a；1b；1c；1d)的定子支承件(20；200)上，上述電磁鐵(21；210；21a；21b；21c；21d)和永久磁鐵(23；230；23a；23b；23c；23d)固定在上述定子支承件(20；220)上，用于交替式激勵(lì)轉(zhuǎn)子，并且固定在可調(diào)位置中，以便改變轉(zhuǎn)子自身的旋轉(zhuǎn)方向。
2．按照權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于上述轉(zhuǎn)子具有若干齒(10)，這些齒用鐵磁材料制成。
3．按照權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于上述轉(zhuǎn)子具有作為齒(100)的永久磁鐵。
4．按照權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于上述電磁銜鐵(24a；24b；24c；24d)和永久磁鐵(23a；23b；23c；23d)用它們的空氣間隙，在側(cè)向上面向上述轉(zhuǎn)子(1a；1b；1c；1d)。
5．按照權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于上述電磁銜鐵(24)和永久磁鐵(23)用它們的空氣間隙，面向上述轉(zhuǎn)子(1)兩個(gè)相反的圓周極端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有可變空氣間隙的通用電動(dòng)機(jī)。它具有一個(gè)轉(zhuǎn)子(1)和一個(gè)定子(2),該轉(zhuǎn)子(1)帶有一個(gè)或多個(gè)吸引步級,而定子(2)設(shè)置一個(gè)激勵(lì)系統(tǒng)。該激勵(lì)系統(tǒng)包括:至少一個(gè)電磁鐵(21),該電磁鐵(21)設(shè)置一個(gè)銜鐵(24)和一個(gè)繞組(25);一個(gè)控制電路(22),該控制電路(22)設(shè)置一個(gè)位置檢測器(26),用于將功率加到電磁鐵上;和一個(gè)永久磁鐵(23),上述電磁鐵(21)、控制電路(22)和永久磁鐵(23)連續(xù)不斷地間隔開安裝在面向轉(zhuǎn)子(1)的定子支承件(20)上。電磁鐵(21)和永久磁鐵(23)固定到定子支承件(20)上,以便交替式激勵(lì)轉(zhuǎn)子,并且固定在可調(diào)位置中,以便改變轉(zhuǎn)子自身的旋轉(zhuǎn)方向。
文檔編號H02K19/06GK1305657SQ99807514
公開日2001年7月25日 申請日期1999年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月18日
發(fā)明者阿爾貝爾多·帕爾契 申請人:米克羅納薩·第帕爾契·阿爾貝爾多公司