專利名稱：并列設置多個定子的磁阻式電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及可代替目前的直流電機和裝有換流器的感應電機作為驅動動力源的電機，特別適用于需要使用非扁平型的、直徑很小的、細長型電機的情況。
與直流電機相比，磁阻式電機因為磁極很多，直徑很難制作得很小，所以還沒有實施的先例。
磁阻式電機是一種公開的技術。它可以產生很大的驅動轉矩，但是由于旋轉速度非常小，所以盡管有將一部電機作為負載的直接驅動裝置用于帶動機器人的手柄的例子，在市場上還沒有作為實用商品出售。也有少量用作小型步進式電機使用的磁阻式電機，但還沒有開發出更廣泛的用途。
磁阻式電機和直流電機相比，因磁極數很多，所以難以制造直徑很小、又具有很大輸出轉矩的電動機。
以磁阻式三相全波電機為例說明現有技術的磁阻式電動機存在的問題。
(1)它的磁極和突極很多，構造復雜，而且勵磁線圈有六組。在三相全波的情況下，磁極和勵磁線圈至少有12個。而且轉子的突極數也很多，至少有14個。
因此，問題的關鍵在于很難構成直徑很小的電機。而且，由于旋轉1周磁極和突極的能量出入次數增大，存在旋轉速度難以升高，鐵心損耗增大的弊病。
(2)由于勵磁線圈蓄積的磁能很大，蓄積時需要一定的時間，致使電流上升延遲而產生減轉矩。
另外，上述磁能的消失也需要時間，會產生反向轉矩。隨旋轉速度的上升，減轉矩和反向轉矩也隨之增大。
因此，存在效率差旋轉速度低的問題。
本發明的目的就是要提供能解決上述問題的磁阻式電機。
本發明的上述目的是由具有下述結構的磁阻式電動機而達到的。該磁阻式電動機包括兩側裝有側板的外框，設置在兩側板中央部位的軸承，設置在該軸承上、可自由轉動的旋轉軸，設置在外框內、固定在旋轉軸上的由磁性材料構成的轉子，四個設置在該轉子外圓周上的寬度相等、間距相等的突極，外周部分固定在外框內、并列設置的n(n＝2、3、4…)個定子，以相等的間距設置在各定子的內圓周面上的6個電角度為120度的磁極，它們與突極間只有微小的間隙，且位于軸對稱位置的兩個磁極是同相的，裝在上述磁極上的第1、第2、第3相的勵磁線圈，包含多個位置檢測元件的位置檢測裝置，用于獲得檢測突極位置的n組位置檢測信號，其中每一組信號由電角寬度為120度、相互連續的第1、第2、第3相矩形波所組成，各組位置檢測信號之間依次滯后120°/n相位，接在各勵磁線圈兩端的開關器件，
反向并聯在開關器件與對應勵磁線圈的串聯電路上的二極管，由n組位置檢測信號中的第1、第2、第3位置檢測信號依次使幾個定子上的第1、第2、第3相勵磁線圈兩端的開關器件導通，而對勵磁線圈進行通電控制的通電控制電路，調整與轉子突極相向的定子磁極的相對位置使得由幾個定子的磁極與轉子的突極所產生的轉子轉矩依次滯后120°/n的電角度，然后將定子固定在外框上的裝置，調整上述位置檢測元件的位置使得各相勵磁線圈通電時產生的輸出轉矩為最大值，然后將位置檢測元件固定在定子上的裝置，為了使用勵磁線圈通電的上升沿引起的減轉矩和下降沿引起的反向轉矩減至最小值，將勵磁線圈蓄積的磁能通過反向并聯的二極管快速釋放以及使磁能快速蓄積的裝置。
把兩個以上的三相半波通電的磁阻型電機并排安裝在外框內，這種結構使每個電機的磁極數和突極數變小了。在本發明中，磁極寬度是120°電氣角，磁極是6個，間距相等，轉子的突極數是4個。
因此，可以制成直徑很小的細長型電機。
由幾個并列安裝的半波電機使輸出轉矩增大幾倍。每個電機的輸出轉矩相差120°/n的相位，這樣在減小脈動的同時，還改善了起動特性。因而可以解決上述第一個問題。
通過將勵磁線圈蓄積的磁能回授給饋電高壓直流電源，可使蓄積的磁能快速釋放，從而防止反向轉矩的發生。由于用高壓饋電可使磁能的蓄積快速完成從而防止了負轉矩的發生。或者通過二極管來阻止斷電勵磁線圈所蓄積的磁能向直流電源的回授、并利用此時產生的較大的電動勢，使下一個應通電的勵磁線圈的磁能蓄積快速完成，這樣，使磁能的釋放和蓄積都能快速完成，從而防止了減轉矩和反向轉矩的發生。因而可以解決上述第二個問題。
下面結合
本發明。
圖1是3相半波磁阻式電機構造的說明圖;
圖2是上述電動機轉子、磁極、勵磁線圈的展開圖;
圖3是從線圈獲得位置檢測信號的電路圖;
圖4是勵磁線圈的通電控制電路圖;
圖5及圖6是位置檢測信號、勵磁電流、輸出轉矩的時間圖;
圖7是本發明裝置的總體構造圖。
現在參照圖1及以后各圖說明的實施例，各圖中同一符號表示同一部件。
以后所有的角度均指電角度。
圖1是本發明的3相半波磁阻型電機的轉子突極和定子的磁極以及勵磁線圈的結構平面圖。
圖1中，1表示轉子，突極分別用1a、1b…表示，電角度為120°，分別以360度相位差、等間距地設置。
轉子1是以眾所周知的疊加矽鋼片的方法制成的。5為旋轉軸。16是定子，磁極是16a、16b、16c、16d、16e、16f，其寬度均為120度，并以等間距配置。突極和磁極的寬度均為120度。突極數是4個，磁極是6個。定子16也用與轉1相同的方法制作。
圖2是圖1的3相半波磁阻式電極的展開圖。
圖2是線圈10a、10b、10c是檢測突極1a、1b…的位置檢測元件。它固定在定子16旁。線圈與突極1a、1b…相對，之間留有很小的空隙。突極1a、1b的寬度，在以180°的寬度、僅角度相同地間隔設置的情況下，在后面敘述。
線圈10a、10b、10c保持120度的間隔。
線圈是用5mm的線繞100匝所成的空心線圈。
圖3a表示用于由線圈10a、10b、10c獲得位置檢測信號的裝置。
圖3a中，線圈10a、10b、10c，電阻15a、15b、15c…15e構成電橋電路，當線圈10a，10b、10c不對著突極1a、1b、…時，可以被調整為平衡狀態。
因此，由二極管11a、電容12a和二極管11c、電容12c構成的低通濾波器的輸出是相等的，運算放大器13的輸出處于低電平。
圖中，7是振蕩器，它以1兆赫頻率進行振動。當線圈10a正對著1a、1b、…時，由于鐵耗(渦流損耗和磁帶損耗)，線圈的阻抗減小，電阻抗減小，電阻15a的電壓降變大，放大器13a的輸出處于高電平。
當線圈10b、10c正對著突極1a、1b…的側面時，電阻15b、15c的電壓降變大，通過低通濾波器11b、12b和另一組低通濾波器加至放大器13b、13c的+輸入端，使其輸出為高電平。
放大器13a、13b、13c的輸出信號作為位置檢測信號，其時序圖如圖6所示，分別為曲線25a、25b、26a、26b、27a、27b、…。
上述三組位置檢測信號，按順序依次滯后120度相位。
8是3相Y型直流電機帶用的邏輯電路。由接線端子6a、6b…可以得到相差120度的連續位置檢測信號。例如，由圖6的曲線25a、25b…和26a、26b…的反相輸出的與回路，可以得到曲線28a、28b、…的電信號。電路8的接線端6a、6b、…6f的輸出分別如圖6的時間曲線28a、28b…，29a、29b…，30a、30b…，31a、31b…，32a、32b…，33a、33b…所示。28a、29a和30a成為連續的、相位差為120度的第1、第2、第3相的位置檢測信號。
曲線31a、33a也同樣是連續的120度寬度的第1、第2第3相的位置檢測信號。使形狀相同的鋁板(而不是使正對著線圈10a、10b、10c的轉子)同步旋轉，即使把線圈10a、10b、10c正對其突出部位，也可得到同樣效果的位置檢測信號。利用與轉子1同步旋轉的磁性轉子，再利用面對磁極的磁性元件的輸出變化，也可以得到同樣的位置檢測信號。
在突極1a、1b…的寬度如圖2所示，以120度的寬度、互相分隔240度的情況下，由與之正對的線圈10a、10b、10c取得位置檢測信號的方法在下面進行說明。
圖3a的虛線E所包圍的電路在圖3b中用同一符號表示。
用同樣構造的線圈10d、10e、10f代替線圈10a、10b、10c，線圈10d、10e、10f分別固定在和圖2的線圈10a、10b、10c相同的位置上。
因為圖3b的運算放大器13d、13e、13f的輸出即為圖6的曲線28a、28b…，曲線29a、29b…及曲線30a、30b…，所以，可得到和圖3a的輸出端6a、6b和6c處的輸出同樣的位置檢測信號。若在與線圈10d、10e、10f分別滯后180°相位的位置上，對著突極1a、1b固定設置著同樣構造的三個線圈，則可以由這三個線圈，利用與圖3b相同結構的電路，得到圖6的曲線31a、31b…，曲線32a、32b…及曲線33a、33b…等，因此與圖3a的端子6d、6e、6f處的輸出一樣。
因為能得到與圖3a同樣性質的位置檢測信號，因此，可用于同樣的目的。
磁阻型的電動機，有輸出轉矩較大的好處，另一方面，因如下所述缺點，影響了其實用化的進程(1)勵磁線圈不能往復通電，電路系統很貴，而且磁極、突極數量多、結構也復雜，所以制作直徑較小的電動機很困難。在本發明裝置，由于使用3相半波電動機，在消除上述缺陷的同時，也消除了由于半波通電帶來的缺點。
(2)在突極開始正對磁極的初期，轉矩特別大，末期變小。因此合成轉矩會有較大的脈動轉矩。
用以下手段消除這一缺點較有效。
即，使突極和磁極相對的面在旋轉軸的方向上的寬度不同。根據所所用的方法，由于相對面的泄漏磁通量，使輸出轉矩曲線如圖5的虛線曲線41a、41b…那樣，曲線的平坦部分增大，所以用按下述方法可使合成轉矩的脈動成分縮小。這樣就可以削弱上述缺陷。
或者用眾所周知的方法，通過使一個磁極的轉矩曲線對稱形狀，用和碳刷式直流電機同樣的方法(即正中部位通以120度寬度的電流)就可以達到同樣的目的。
(3)只能低速運轉，即，為了增大輸出轉矩，要增加勵磁電流，旋轉速度便顯著下降，從而效率也變差。
一般在磁阻型電動機中，為了增大輸出轉矩，在增大勵磁線圈的安匝的同時增加如圖1所示的磁極和突極數，并且要求減小兩者的相對空隙。此時，若保持所需的轉數，由于圖1中的磁極16a、16b…和突極1a、1b…上儲存的磁能的作用，勵磁電流的上升斜率相對地變慢，而且在斷電時，因磁能放電電流消減的時間相對延長而產生大的反向轉矩。
因此，由于勵磁電流值的峰值減小，而且產生反向轉矩，所以轉速減小，效率也降低。
本發明的裝置可消除上述缺陷，下面就實施例作詳細說明。
圖1的平面圖和圖2的展開圖中，圓環部分16及磁極16a、16b…等用眾所周知的矽鋼片積層固化的方法制造，固定在圖中未示出的外框上作為電機定子。符號16那部分為形成磁路的磁心。符號16及16a、16b…稱為電樞或定子。
圖2中的磁極16a、16b…裝有勵磁線圈17a、17b…勵磁線圈17a、17b或串聯連接或并聯連接，該連接體稱為勵磁線圈K。
勵磁線圈17b、17e及勵磁線圈17c、17f也用同樣方式連接，其連接體分別稱為勵磁線圈L和勵磁線圈M。
勵磁線圈M-通電，突極1b、1d被吸引，轉子1向箭頭A方向旋轉。旋轉120度后，勵磁線圈M斷電，勵磁線圈L通電，再轉120度時，L斷電、K通電。
通電電機每旋轉120度，勵磁線圈K-勵磁線圈M-勵磁線圈L-往復交替，作為3相半波電機而被驅動。
此時，處于軸對稱位置上的兩個磁極如圖所示那樣被磁化為N和S極。
因為被勵磁的兩個磁極總是異性磁極，所以，通過非勵磁極泄漏的磁通相互反向，從而防止了反向轉矩的產生。
下面說明勵磁線圈K、M、L的通電方法。
在圖4A中，在勵磁線圈K、M、L的兩端，分別插入晶體管20a、20b及20c、20d和20e、20f。三極管20a、20b、20c…成為開關元件，也可以采用具有同樣效果的某些其它的半導體元件。
由直流電源正負端子2a、2b進行供電。
與門電路14a的下側輸入端為高電平時，若從4a端輸入高電平信號，三極管20a、20b導通后，勵磁線圈K被通電。同樣，當4b、4c端輸入高電平信號時，三極管20c、20d及三極管20e和20f導通，勵磁線圈M、L被通電。
40端為指定勵磁電流用的基準電壓。改變端子40的電壓，可變更輸出轉矩。
接通電源開關(圖中未示出)，運算放大器40a負端的輸入比正端的低，所以，放大器40a的輸出變為高電平，三極管20a、20b…20f導通，將電壓加在勵磁線圈K、M和L的通電控制電路上。電阻22是為檢測各勵磁線圈的勵磁電流用的電阻。
端子4a的輸入信號成為圖6的位置檢測信號28a、28b…而端子4b、4c的輸入信號成為位置檢測信號29a、29b…以及30a、30b…。
上述曲線以同一符號表示圖5所示時序圖的第一段。曲線28a、29a、30a…是連續的。
下面用圖5的時序圖對各勵磁線圈的通電進行說明。用一般的方法在勵磁線圈M上按位置信號29a的寬度(用箭頭36表示的120度的寬度)通電時，由于線圈M的電感較大，通電電流的上升減緩，變得象虛線35的前半部分那樣的形狀。而且由于釋放大的磁能，下降部分被延長，成為曲線35后半部分那樣。產生正轉矩的120°區間用箭頭36b表示。所以，在曲線35的前半部，轉矩減小，而在后半部產生很大的轉矩。把轉矩減小，稱為發生了減轉矩。因此，效率降低，變成低速運轉。
本發明裝置的特征之一是可以消除這些缺陷。下面對此加以說明。
端子2a的外加電壓增高時，勵磁電流象虛線曲線35b那樣上升沿急速上升，從而抑制了減轉矩的產生。
根據位置檢測信號曲線28a的勵磁線圈K與上述情況相同，勵磁電流曲線35a的上升加快。
由于隨著上升速度加快，曲線28a、29a、30a的寬度變小，對應于端子2a的電壓，必須使用高電壓。
勵磁電流超過設定值時(由圖4的40端子的基準電壓指定)，放大器40a的輸出變為低電平，與門電路14a的輸出變成低電平，三極管20a變為不導通。
所以，勵磁線圈K上積蓄的磁能，通過二極管21a、三極管20b、電阻22放電。放電電流流降到規定值以下時，由于放大器40a的滯后特性，輸出回復到高電平，三極管20a再次導通，勵磁電流增大。若再增大到由基準電壓規定的設定值時，放大器40a的輸出將變為低電平，三極管20a轉為截止，勵磁電流便下降。
這樣循環往復構成斬波電路。
在曲線28a的末端，圖6的4a端的輸入消失。所以，因三極管20a、20b都不導通，在勵磁線圈K上積蓄的磁能按二極管21b電源21a端，2b端-二極管21a的路徑通電，向電源進行能量回授。在電源中，一般因為有整流用的大容量電容器，磁能便被存在電容器中，電源電壓越高，曲線35a的下降部分的寬度越小。若下降部分的寬度變小、反向轉矩也變小。
其它通電曲線35b、35c的情況與上面相同效果也一樣。
因為隨著旋轉速度的提高，曲線28a、28a、30a的寬度變小，曲線35a、35b、35c的上升部分、下降部分也必然相應變小。即，外加直流電壓應增高。
但由于斬波電路的控制，電流值(即輸出轉矩)不發生變化是本發明的特征。而為了增大輸出轉矩，只要提高圖4a中40端處的基準電壓就可以了。
如上所述，本發明裝置的特征是高速旋轉的限度可由外加電壓控制，輸出轉矩可分別由基準電壓(輸出轉矩的指令電壓)獨立地控制，作為三相半波通電的電動機進行運轉。由勵磁線圈M的位置檢測信號(端子4b的輸入信號)對控制電流的控制，通過圖4a中放大器40a、與電路13b的斬波作用，如圖5虛線35b所示那樣因三極管20c的通、斷而變化，在曲線29a的末端，象虛線那樣急速下降。
若將位置檢測信號30a輸入到圖4a中的4c端，勵磁線圈L的通電過程也完全相同。
如上所述，勵磁線圈K、M、L依次被連續通電，產生輸出轉矩。
已經說明了由三極管20a、20c、20e的通、斷進行的斬波控制。但是，通過由“與”電路14a、14b、14c的輸出分別對三極管20a、20b，20c、20d以及20e、20f進行通、斷控制的斬波電路，也能達到本發明的目的。
具有磁性轉子的直流電機的轉矩曲線(由N、S磁極產生的)是對稱形的，但用磁阻型電機就變成非對稱的了，在突極開始進入磁極時轉矩較大，而當其離開磁極時迅速減小。
有辦法將輸出轉矩曲線變成對稱形的。例如，可以變更磁極和突振相向面的形狀。此時，圖5的箭頭36b(120度)是正轉矩的產生區間。同樣在120度的寬度(箭頭36)內，對勵磁線圈通電，便可以減小轉矩的脈動。
但是，在勵磁電流35b下降部分的寬度內，即箭頭36a的寬度內，會產生反向轉扭，所以有使轉矩減少的缺陷，其它的勵磁電流曲線35a、35c的情況相同。而且，在位置檢測信號的邊界上形成死點，起動困難。圖7描述了消除后一種缺陷的方法。
先講述如何解決前一種缺陷。
轉矩曲線如圖5中曲線41d、41c…那樣平坦部分增大。但在勵磁電流增大的同時，在曲線41a、41b…內，象我們所看到的那樣有轉矩的平坦部分減少的缺點。圖中縱軸為勵磁電流值。所以勵磁電流值增大時脈動轉矩增大。如前所述，通過改變磁極和突極的相向部分的形狀，即使輸出轉矩大，也能減少脈動轉矩。
在本發明裝置中，根據后面所述的圖7的方法，可產生消除脈動轉矩的作用效果。
圖5中的箭頭37為120度，是產生正轉矩的區間。由突極和靠線圈M勵磁的磁極所產生的轉矩曲線為曲線41a、41b…。
調整并固定位置檢測元件10a、10b、10c的位置，使得在突極開始進入磁極的那一時刻就開始通電，在兩者完全對置的那一時刻斷電。突極與磁極完全對置后，如曲線41所表示的那樣產生反向轉矩。反向轉矩產生的區間是曲線35b下降部分的寬度，即箭頭37a的區間。下降部分的寬度大會產生大的反向轉矩，導致輸出轉矩和效率降低的缺點。
下面敘述消除這種缺陷的方法使突極1a、1b…的寬度均大于120度，接近或等于180度。
以圖2的突極1b為例，將其變為箭頭F的寬度，其它突極也同樣改為180度的寬度。
由此，在箭頭37a的區間里為正轉矩，在箭頭37b的區間里產生小的轉矩。箭頭37c為突極、磁極兩者的寬度均為180度時能得到正轉矩的區間。
由上述說明得知，使凸極寬度大于120度、接近180度，可以消除勵磁電流的下降部分所引起的反向轉矩。
上述情況，對于圖4a所述的實施例也是完全相同的。
下面詳細說明圖4b的電路。
端子4a、4b、4c分別輸入圖5中第一段的位置檢測信號曲線28a、29a、30a。因此，勵磁線圈K、M、L依次通電，以三相半波通電的磁阻式電動機的形式運轉。
此時的勵磁電流如圖5中曲線35a所示。曲線35a的中央平坦部分的高度為直流電源2a、2b兩端的電壓減去勵磁線圈的反向電動勢(與輸出轉矩曲線41a、41b…成比例)所得的差除以勵磁線圈的阻抗而得。所以，中央部分平坦，后半部分上升。因為流過的電流值上升要增大轉矩，所以起到了防止轉矩曲線41a、41b…后半部分轉矩減少的作用。
在曲線28a的末端線圈K斷電，在勵磁線圈K上積蓄的磁能由于二極管18的反向阻斷作用，不能向直流電源回授，而是通過二極管21b、21a給電容器19充電，獲得高電壓。所以，磁能急速消減，電流象曲線35a的下降部分那樣下降。由于此時已由位置檢測信號曲線29a導通了三極管20c、20d，所以電容19的電壓加在線圈M上，勵磁電流上升加快，如曲線35b所示那樣通電。電流上升后，通電的情況與前述曲線35a完全相同，即頂部變得平坦。
勵磁線圈M斷電、線圈L通電時的勵磁電流曲線35b、35c的上升、下降部分由于同一理由而迅速變化。由于一減小電容器19的容量，上述上升和下降部分的寬度就相應變小，所以具有即使在高速下也可防止發生減轉矩和反向轉矩以及能高效、高速旋轉的特點。如果三極管20a、20b…的通斷沒有時間差，也可不用電容器19。而且通過使電容器19的容量對應于旋轉速度而增大，成可以增大轉矩，減小機器噪音。
如前所述，由于勵磁線圈的積蓄，磁能不向直流電源回授，2a、2b端的電壓可以和常規直流電機同樣地采用低電壓。所以，可以作為以電池電源驅動的電動車的有效驅動源。
在磁阻型電機里，勵磁線圈要消減和積蓄較大的磁線，從而產生了大的轉矩，這就導致旋轉速度降低。這是一個重大的缺陷。
而在圖4b的實施例中，由斬波電路和高電源電壓使各勵磁線圈的勵磁電流迅速上升和下降，從而消除了這一重大缺陷。
在圖4b的實施例中，用二極管18防止積蓄的磁能向電源回授，利用該磁能的電動勢給下一次應通電的勵磁線圈積蓄磁能。因此使磁能迅速釋放和積蓄，可以消除上述重大缺陷，而且還有降低電源電壓的作用。
在圖4a的電路中，如在正電壓2a端插入防止電流反向流動用的二極管，因有斬波電路控制電流，即使降低電源電壓也和上述情況有同樣的作用效果。
圖5的時序圖，如前所述，即使在圖4b的電路中從突極開始進入磁極的c點(圖5)進行120度的通電，也有同樣的效果。
圖4b中，防止電流反向流動用的二極管18接在電源正極2a端，將此二極管接在電源負極2b端也可以得到同樣結果。
在這種情況下，電容器19下方和電源負極26之間，順方向(勵磁電流的流動方向)插入二極管18。電容器18的容量若在0.1微法之下，則勵磁線圈上磁能的釋放和積蓄所需的時間，若以輸出功率為300瓦的電機為準，約為20微秒，每分鐘可高速旋轉10萬次。
對于一般的運轉速度，電容器19的容量可適當增大，只要在可防止反向轉矩產生的范圍內即可。
用這種方法，因可減少包含鐵耗在內的渦流損失，所以效率提高了。
此時，因勵磁電流的上升較慢，可調整位置檢測元件10a、10b、10c的固定位置，使通電開始點由圖5的C點變為相位超前所需的位置。在圖1中，由勵磁線圈將處于軸對稱位置的磁極(如磁極16a和16d)勵磁，在直徑方向上吸引突極1a、1c的力相互抵消，從而可由圓周方向上的吸引力得到輸出轉矩。
使用兩個或兩個以上如圖1所示的三相半波通電電動機構成多相通電的電機乃是本發明技術的精髓。
用圖7的剖面圖詳細說明使用兩個電動機時的情況。
圖7中，42是圓筒形外框，其兩側固定著側板42a、42b的中心部位處設有滾珠軸承43a、43b，在該軸承內裝有轉軸5。
轉動軸5內固定有轉子1-1，1-2，其突極在圖中被省略了，四個突極1a、1b…象圖2所示的轉子1中那樣設置。
定子16的外周與外框42配合，磁極與轉子1-1的突極相對其間留有空隙，圖中只示出磁極16a、16d和勵磁線圈17a、17d。
鋁制圓板3被固定在轉軸5上，圓板3的外周設置著四個與突極1a、1b…位置、形狀相同的突出部分，固定在側板42b一部分上成為位置檢測元件的線圈10a、10b和10c在此外周面上對向設置，圖中只示出了線圈10a。
從線圈10a、10b、10c得到的位置檢測信號與圖3a、3b中說明過的方法所得的位置檢測信號完全相同。
因此，轉子1、定子16可以作為圖1、2中說明過的三相半波通電電動機運轉。
下面根據圖2說明外周固定在外筐42上的定子16。
在定子16中鼓出6個磁極16a、16b…，這些磁極上繞有勵磁線圈17a、17b…。
如圖7所示，轉子1可以與定子16一樣為一個，也可以象圖上那樣被分割為轉子1-1、1-2，突極具有相同相位的位置。磁極16a、16b…隔著小小的空隙與突極1a、1b、…對置。
磁極16a、16b…相對于磁極16a、16b…向右方移動了60度。
用與圖4a、4b的通電控制電路結構相同的電路對勵磁線圈17a、17b…進行通電控制，驅動了相半波電動機。
圖4a、b中的勵磁線圈K、M、L分別為線圈17a、17b，17c、17f以及17b、17e。
由端子4a、4b、4c輸入的位置檢測信號為圖6的位置檢測信號曲線31a、32a、33a，也就是圖3a的端子6d、6e6f的輸出信號。
圖5只標出曲線33a、31a、32a，勵磁電流用虛線35d、35e、35f表示。通電作用的效果與含有定子16的3相半波通電電動機相同。
由定子16的磁極產生的轉矩曲線(實線34a)和定子16的磁極產生的轉矩曲線(虛線34b)示于圖6。
上述轉矩曲線是依據一個磁極的轉矩曲線變化得到的，只作為一個例子。
3相半波的3相電動機起動時有死點，但如果采用本發明的裝置，就能夠除去死點，輸出轉矩的脈動轉矩也會變小。
從以上的說明不難看出，圖7的電動機有如下特點作用和效果與三相全波磁阻電動機相同，而磁極和突極的數是與3相半波電動機一樣。
因此，能構成直徑小、細長型的電動機，且能得到高速的旋轉。
本實施例中使轉子1-1、1-2的突極相位相同，使定子16、16的磁極相位成60度角。此外，不把轉子分開共用一個也行。
即使使定子16、16的磁極相位相同，把轉子1-分為2(符號1-1、1-2)，使這兩個突極的相位相差60度，也會產生相同的效果。
若圖1中的轉子以1萬次以上的高速度旋轉，那么由于突極1a1b…就會產生空氣渦流和汽笛樣的聲音。
為了防止上述聲音，可以用塑料填充各突極間的溝槽來消除旋轉圓周面上的凹凸。為防止所填充的塑料因離心力的作用而剝離，最好在突極間的溝槽處設置凹溝，并用塑料填充此凹槽。
圖7的實施例中使用了兩個三相半波電動機，如果并設兩個以上也能達到同樣的目的。
在并列設置幾個(n＝2、3…)3相半波電動機的多數相的情況下，按照并設的順序將它們稱為第1、第2、第3…電動機，這時將第二電動機的定子以相對于第1電動機的定子在轉子的旋轉方向上相位滯后120/n度的位置固定在外框上。
一般來說，是將第1、2、3…電動機依次相位滯后120/n度設置在外框上。
也可以在外框上同相位并設n個電動機的定子，而使對置的轉子的相位角依次相差120/n度來達到上述目的。
因為輸出轉矩是相位依次滯后120/n度的輸出轉矩之和，所以有轉矩平坦性良好、輸出增大的特征。
為了對第1、第2…電動機勵磁線圈進行通電控制，需要有第1、第2、第3相的寬度為120度的連續的位置檢測信號以及由此進行通電控制的n個通電控制電路。
各通電控制電路的構成與上述情況相同即可，但因位置檢測信號不同，故作如下的說明。
第1電動機的位置檢測信號，按圖3b的電路利用端子8a、8b、8c的輸出作為第1、第2、第3相同的位置檢測信號。在此線圈10d、10e、10f相位分別滯后120/n度的位置上設置結構相同的線圈10g、10h、10i，利用與圖3b結構相同的電路能得到第2電動機的第1、第2、第3相的位置檢測信號。
在比線圈10g、10h、10i相位分別滯后120/n度的位置上設置3個構造相同的線圈，采用與上述相同的方法，能夠得到第3電動機的第1、第2、第3相的位置檢測信號。同樣，可以得到第4、第5…電動機的各第1、第2、第3相的位置檢測信號。
本發明的效果是1)突極數量少，只有4個，所以旋轉1周時磁能的吞吐次數減少。因而能得到高速、高效的電動機。
2)突極和磁極數量少，所以可減少機身直徑、構成細長型的電動機。
3)并列設置n個3相半波電動機，所以輸出轉矩特性良好。
4)每一相的磁極構成一組N、S磁極，所以漏出的磁通少，輸出轉矩增大。
5)增高了外加電壓，用斬波電路控制器把勵磁電流保持在設定值，加快了勵磁線圈能量的釋放和蓄積，所以能實現高速旋轉，而且能提高效率，得到大的輸出轉矩。此外，根據需要，只在電源端正向接入二極管，即使降低電源電壓，也能取得相同的效果。
權利要求
1.一種并列設置多個定子的磁組式電動機，其特征在于具有兩側裝有側板的外框，設置在兩側板中央部位的軸承，設置在該軸承上、可自由轉動的旋轉軸，設置在外框內、固定在旋轉軸上的由磁性材料構成的轉子，四個設置在該轉子外圓周上的寬度相等、間距相等的突極，外周部分固定在外框內、并列設置的n(n-2、3、4…)個定子，以相等的間距設置在各定子的內圓周面上的6個電角度為120度的磁極，它們與突極間只有微小的間隙，且位于軸對稱位置的兩個磁極是同相的，裝在上述磁極上的第1、第2、第3相的勵磁線圈，包含多個位置檢測元件的位置檢測裝置，用于獲得檢測突極位置的n組位置檢測信號，其中每一組信號由電角寬度為120度、相互連續的第1、第2、第3相矩形波所組成，各組位置檢測信號之間依次滯后120°/n相位，接在各勵磁線圈兩端的開關器件，反向并聯在開關器件與相應勵磁線圈的串聯電路上的二極管，由n組位置檢測信號中的第1、第2、第3位置檢測信號依次使n個定子上的第1、第2、第3相勵磁線圈兩端的開關器件導通，而對勵磁線圈進行通電控制的通電控制電路，調整與轉子突極相向的定子磁極的相對位置使得由n個定子的磁極與轉子的突極所產生的轉子轉矩依次滯后120°/n的電角度，然后將定子固定在外框上的裝置，調整上述位置檢測元件的位置使得各相勵磁線圈通電時產生的輸出轉矩為最大值，然后將位置檢測元件固定在定子上的裝置，為了使用勵磁線圈通電的上升沿引起的負轉矩和下降沿引起的反向轉矩減至最小值，將勵磁線圈蓄積的磁能通過反向并聯的二極管快速釋放以及使磁能快速蓄積的裝置。
全文摘要
一種并列設置多個定子的磁阻式電動機，包括，四個設置在轉子外周上電角度相等、間距相等的突極，并列設置的n(n＝2、3、4…)個定子，各定子上等間距設置6個120度的磁極(位于軸對稱位置的兩磁極同相)，裝在磁極上的第1、第2、第3相勵磁線圈，用于獲得n組位置檢測信號(每組信號之間相位依次滯后120/n度)的位置檢測裝置，接在勵磁線圈兩端的開關器件，反向并聯在開關器件與勵磁線圈的串聯電路上的二極管，以及通電控制電路。
文檔編號H02K16/00GK1063782SQ9010796
公開日1992年8月19日 申請日期1991年1月31日 優先權日1991年1月31日
發明者伴五紀 申請人:株式會社精工技研