帶有多極永久磁鐵的多相電磁轉換器的制作方法

專利名稱：帶有多極永久磁鐵的多相電磁轉換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及永久磁鐵的電磁轉換器。更具體地說，本發明涉及一種三相轉換器，它帶有具有X個極對的多極永久磁鐵;X是大于二的偶數;這種三相轉換器可用作可逆電磁轉換器。
本發明的電磁轉換器，可在多種應用中適宜于作馬達使用，例如用于在信息或視聽領域中驅動盤、輪或盒帶。這種電磁轉換器也可用于驅動諸如汽車速度計或電子手表的模擬顯示器的指針。
在電子手表的情況下，通常采用以步進模式工作的雙極永久磁鐵的電磁馬達，其轉子每步轉180°。若手表有秒針，且步的頻率為1Hz，則在馬達的轉子與此指針之間需有減速比為30的減速。這樣，轉子每步轉180°的轉動需要有一齒輪系來進行減速。這樣因摩擦會產生能量損失并產生較大的噪聲。
通常，為了用雙極永久磁鐵獲得準連續的步進轉動，需要增加馬達運行的頻率，并在馬達的轉子與該馬達驅動的裝置之間提供減速裝置。這難免造成額外的能耗并加大制造成本。
本發明的一個目的，是提供一種電磁轉換器，它能使步進運動以轉子每步很小的角位移進行。
本發明的第二個目的，是提供能以較低成本達到小型化并具有良好能量輸出的這類電磁轉換器。
最后，本發明的第三個目的，是提供結構緊湊的這種電磁轉換器，它能保證獲得相對于所述轉換器的體積和有用能量而言良好的輸出。
因此，本發明提供了一種電磁轉換器，它包括一個定子和相對定子轉動安裝的轉子，所述轉子可繞該轉子的定位軸形成的轉軸旋轉，并包括一多極永久磁鐵，該磁鐵構成了與所述轉軸垂直的轉子平面，并且多極永久磁鐵是由圍繞所述轉軸環形配置的一組轉子極對組成，這些轉子極對為大于二的偶數，各轉子極對有一磁軸，該磁軸的取向沿所述轉軸的方向，且與相鄰極對的轉軸方向相反，且其磁鐵在所述平面中與所述轉軸成α角，該角的度數等于360°除以轉子極對數，所述電磁轉換器的特征在于它包括N個分別與N個導磁支路相聯的勵磁裝置，N是大于二的整數，且還在于它包括第一和第二主定子部件，第一主定子部件有N個由高磁阻區相互磁絕緣的主磁極，并且它還包括第一個疊加部分，該部分相對于在所述轉子平面內的凸起部分而言，是疊于所述多極永久磁鐵之上的，每一個所述主磁極均包括至少一個次磁極，它相對于在所述轉子平面內的凸起部分而言，它至少是部分地疊放在所述多極永久磁鐵之上的，所述次磁極確定了與所述轉子平面平行的第一定子平面，每一次磁極均在所述第一定子平面中與所述轉軸形成一個夾角，該夾角的值基本上等于角α的值，各所述主磁極的每一個次磁極均相對于兩個相鄰主磁極中的每一個的各次磁極錯開一個角度，并相對于所述轉軸偏移一個角度，按所述角度α的模值計算，其值等于該角α的所述數值除以N，所述第二主定子部件形成了一磁返回極，它的第二疊加部分相對于在所述轉子平面內的凸起部分而言，是疊放在所述多極永久磁鐵之上的，該第二疊加部分限定了與所述轉子平面平行的第二定子平面，所述第一和第二定子平面位于所述轉子平面的各側，各所述導磁支路均有與不同的所述主磁極相磁耦合的第一端和與所述返回極相磁耦合的第二端。
根據本發明的轉換器的另一特征，所述第一主定子部件的每一所述主磁極均包括至少兩個次磁極，屬于同一主磁極的相鄰次磁極在所述第一定子平面內彼此之間并且還相對于所述轉軸移開一個角度，其值大體等于所述角α的值的兩倍。
根據本發明的轉換器的另一特征，第一和第二主定子部件分別包括相對于在所述平面內的凸起部分而言是不疊加在所述多極永久磁鐵之上的第一和第二部分，該第一和第二不疊加部分分別位于大體相互平行的第一和第二總平面中。此外，導磁支路位于第一和第二總平面之間的區域內。
根據本發明的一個具體實施例，第一和第二主定子部件完全是平面形的。
在本發明的主實施例中屬于第二主定子部件的所述轉換器的返回磁極還包括一些次級，它們相對于所述轉子平面內的一個凸出部分而言，至少部分地是疊加在第一主定子部件的所述次極上的，并至少部分地疊加在所述多極永久磁鐵上，第二定子部件的次磁極在所述第二定子平面中相對于所述轉軸呈角度分布，它與第一主定子部件的次磁極的角度分布基本相同。
根據本發明的轉換器的具體實施例，第一主定子部件和/或第二主定子部件的各次磁極均由環形鋸齒狀物的不同的齒或由通過加強橋與同一主極中的其他齒相嚙合的不同的齒，或由形成一環形段的起伏部分的頂峰構成，相對于起伏表面中部平面，頂峰位于所述多極永久磁鐵的一側。
還有，根據本發明的具體實施例，第一疊加部分和/或第二疊加部分在多極永久磁鐵的方向上分別相對于定子的第一總平面和/或第二總平面至少部分地有一加厚部分，或者在多極永久磁鐵的方向上分別相對于定子的第一總平面和/或第二總平面至少部分地凹入。
由于本發明的上述特征，實現了本發明的目的。
下面結合附圖進行的非限定性描述，將使人們對本發明其他特征有更好的了解。


圖1是根據本發明的電磁轉換器的第一實施例的俯視圖;
圖2是沿圖1中剖視線Ⅱ-Ⅱ的剖視圖;
圖3是第一實施例的第二主定子部件的俯視圖;
圖4顯示圖1中所示的、根據本發明的電磁轉換器的第一實施例的一個變型;
圖5是圖4沿剖視線Ⅴ-Ⅴ的剖視圖;
圖6是圖4所示的變形的第二主定子部件的俯視圖;
圖7顯示了根據本發明的轉換器的第二實施例的第二主定子部件;
圖8是沿圖7中剖視線Ⅷ-Ⅷ的剖視圖;
圖9是根據本發明的轉換器的第三實施例的第二主定子部件的俯視圖;
下面結合圖1至3，描述本發明的電磁轉換器的第一實施例。
這種電磁轉換器包括定子2和可相對于定子2轉動地安裝的轉子4。轉子4包括構成轉軸8的定位軸6及形成垂直于轉軸8的轉子平面12的多極永久磁鐵10。多極永久磁鐵10由一組轉子極對14組成，其磁軸16平行于轉子的轉軸8。
應注意，轉子極對的磁軸16的方向，與兩個相鄰轉子極對的磁軸方向相反。構成多極永久磁鐵10的轉子極對的數目是大于二的偶數。轉子極對圍繞轉軸8呈環形方式排列。
在本實施例中，多極永久磁鐵10為環形，包括20個轉子極對14，一非磁性盤18配置在該環的中心并以一種方式安裝在轉子4的定位軸6上，這樣多極永久磁鐵10就被固定在定位軸6上。
應注意，轉子4的定位軸6可相對定子2轉動地安裝，例如特別是對于技術熟練的人員所熟知的馬達可借助定位架(未顯示)或其他轉換器轉子組裝裝置安裝。
在圖1所示的第一實施例中，各轉子極對14在轉子平面12內確定了相對于轉子轉軸8的公共角α。這樣，在此第一實施例中，角α＝360°/20＝18°。可看到轉子極對確定的角α可包圍位于兩個轉子極對14之間的非磁性部分。
定子2包括第一主定子部件22和第二主定子部件24。第一主定子部件22位于第一總平面26內，而第二主定子部件24位于轉換器的第二總平面28中。這兩個總平面26和28位于轉子平面12的各側。
第一轉子部件22有3個主磁極30、31和32。這三個主磁極由凹槽34、35和36相互磁絕緣，這些凹槽具有高磁阻。主極30、31和32中的每一個均包括至少一個次磁極38。應注意，在本說明書中“極”總是指磁極。另外，極總是由構成它的部件的一個區域來體現的。
在第一實施例中，各主極均包括三個次磁極38。各次磁極38均由從相應主磁極的延伸部分42沿轉軸8的方向伸出的齒40構成。一組齒40就構成了第一環形鋸齒部分44，其突出部分由齒40組成。設置該第一環形鋸齒狀部分44時應使得相對在轉子平面12中的凸起部分而言，這些齒40至少是部分地疊于多極永久磁鐵10之上的。
一組次磁極38形成了第一定子平面46，該定子平面46與轉子平面12平行。形成次磁極38的各個齒40在定子平面46相對于轉軸8形成了一個角度，該角等于多極永久磁鐵10的各個轉子極對14確定的角α。這樣，在本發明的轉換器的第一實施例中，各齒在轉軸8上形成了等于18°的角。
齒40所形成的每個鋸齒狀部分由兩個斜面50與兩個相鄰的突出部分隔開。隔開公共主磁極30、31或32的兩個齒的斜面所成的角度，構成了在第一定子平面46中相對于轉軸8的一個角度，它等于由各個齒40及多極永久磁鐵10的各個轉子極對14形成的角度α。
另一方面，屬于同一主磁極30、31或32的每一個齒38相對于屬于相鄰主磁極的次磁極偏移了一個角度，角度α的模值，等于角α的值除以轉換器的相數，即第一實施例中的三相。角α的值的模的意思，是角α的值整除的結果。這樣，在所示的第一實施例情況下，屬于第一主磁極的齒40與屬于相鄰主磁極的齒40之間的角位移等于18°的整倍數加6°。從此結構可得出，分隔屬于不同主磁極的兩個齒40的斜面在第一定子平面46內相對于轉軸8構成了一個角度，按角度α的模值考慮，該角度也等于6°。
三個主磁鐵30、31或32中的每一個分別包括固定突耳54a、54b或54c。各固定突耳54a、54b或54c相應地可保證與導磁支路56a，56b或56c的第一端55a，55b或55c的磁接觸，在這些導磁支路上相應地裝有繞組58a，58b或58c。
圖3表示第二主定子部件24的俯視圖。第二主定子部件24形成一個單個返回磁極60。該返回磁極是由環形部分62和與第一環形鋸齒狀部分44基本相同的第二環形鋸齒狀部分64組成。第二環形鋸齒狀部分64包括也是形成次磁極68的齒66，還包括一組構成次磁極68的齒66它們形成了第二定子平面70。相對于轉子平面12而言，第二定子平面70位于第一定子平面46的另一側。分隔轉子平面12和第二定子平面70的距離基本等于分隔轉子平面12與第一定子平面46的距離。
第二環形鋸齒狀部分64的齒66至少部分地疊加在多極永久磁鐵10上。第二環形鋸齒狀部分64的齒66所形成的突出部分以及分隔該突出部分的斜面顯示了在第二定子平面70中相對于轉軸8的角度分布與第一定子部件22的第一環形鋸齒狀部分44的所述角度分布相同。
為了使繞組58a、58b和58c中任一個產生的磁通量經多極永久磁鐵10的轉子極對14傳播，環形鋸齒部分66在轉子平面12的方向相對于位于該轉換器的第二總平面28的第二主定子部件24的剩余部分有一個加厚部分。應注意，具有加厚部分的區域在圓孔74內被完全包括在相對于轉子平面12的疊加部分，在孔74的內表面上，形成第一定子部件22的第一環形鋸齒狀部分44。第二主定子部件24還包括三個固定突耳78a、78b和78c，這些突耳中的每一個分別與不同導磁裝置56a、56b或56c的第二端79a、79b或79c相連。
根據圖1至3所示的本發明的轉換器有三個主磁路，每個磁路與不同的繞組58a、58b或58c相聯。另外，這些主磁路的每一個均不與其他兩個主磁路耦合。每一個主磁路均由不同的主磁極30、31或32，與這些主磁極相連的導磁裝置支路56a、56b或56c以及由第二主定子部件24構成的返回極所組成。應注意，根據本發明的轉換器的結構，具有對外界磁場不敏感的優點。
第一環形鋸齒狀部分44的齒40的給定結構及第二環形鋸齒狀部分64的齒66的相應結構使該轉換器可方便地以步進模式工作。應注意，采用20對磁極組成的多極永久磁鐵，可在任何給定的方向使轉子4每轉實現60步。
因此，根據本發明第一實施例的轉換器的三相結構，借助只具有20個轉子極對14，并且其中每一個的磁軸都與轉軸8同軸的多極磁鐵60可實現每轉60步。在轉換器被用于驅動計時器的秒針的情況下，根據本發明的上述第一實施例的轉換器，能通過直接驅動，來方便地以1Hz的頻率驅動該指針。
應注意，根據本發明第一實施例的轉換器結構緊湊，因此它占用空間最小。另外，轉子放在定子中心，給多極永久磁鐵10提供了最大的空間。
下面參照圖4至6，描述根據本發明的電磁轉換器的第一實施例的一個變型。
在前述第一實施例中詳細描述過的參考文獻，在對該變型的描述中將不再討論。
首先應注意，導磁支路56a、56b和56c的結構，為圓弧形，如安裝在該導磁裝置中的繞組58a、58b和58c一樣。
其次，在第一主定子部件22和第二主定子零件24之間設置有非磁性且最好非導電的穩定環80。如從圖5可見，由于形成返回極60的次磁極68的齒66的作用，穩定環80相對于橫向位移是被固定的。屬于第二主定子部件24的齒66相對第二總平面28朝多極永久磁鐵10凹進;第二主定子部件24就基本上位于平面28中。這種凹進造成的高度差，使得穩定環80得以插入。穩定環80是在兩個主定子部件22和24之間的插入件。因而，它可保持兩個主定子零件22和24的間距。
在圖4中可看出，形成屬于第一主定子部件22的公共主極30、31或32的次極38的齒40，彼此之間由加強橋84連接。這樣，齒40構成了窗86的凸臺;窗86相當于利用圖1至3描述的本發明第一實施例的斜面。最好加強橋84在齒40之間較薄，以在末端形成一凹槽。
應注意，在形成窗86和第一主定子部件22的次級38時，在齒40的第一定子平面46中的角度分布，分別等于借助圖1至3所述的第一實施例的突起部分和斜面的角度分布。
還應指出，最好對于轉子平面12的突出部分而言，三個加強橋84不是疊加在多極永久磁鐵10上。
與這里所述的變形的第一定子部件22相似。圖6所示的該變型的第二定子部件24包括一個環形的加強橋88，它與形成返回極60的次級68的齒66相連接。同樣，齒66構成一組窗口90的凸臺，它們圍繞轉軸8呈環形分布。構成該變型的次級68的齒66的角度分布與圖3所示的第二主定子部件的第一實施例的齒66的角度分布相同。
以下參見圖7和8，描述根據本發明的電磁轉換器的第二實施例。
本發明的轉換器的第二實施例與第一實施例的不同之處，在于第二主定子部件24的形成及圖7所示的由該第二主定子部件24構成的返回極60的次級68的構成方式。第二定子部件24的中部有一起伏的環形區域;該區域圍繞在轉子4的轉軸8周圍(在圖7中未顯示)以下稱之為環形起伏區98。環形起伏區98為圓環形，它形成位于轉軸8中心的圓孔100。
環形起伏區98是這樣構成的，環形起伏區98的尖峰104相對于起伏區98表面的中部平面102，位于多極永久磁鐵10(圖7中沒有示出)的一側，從而構成了返回磁極60的次級68。其次，相對于在起伏區98之外，由這種第二個主定子部件24的表面108構成的平面106而言，由環形起伏區98的一組尖峰104組成的第二定子平面70位于多極永久磁鐵的一側。
同樣，構成次級68的尖峰104具有與本發明第一實施例的次極38相同的角度分布。其次，相對于所述轉子平面12中的凸起部分而言，尖峰104至少部分地是安放在多極磁鐵之上和第一個定子部件24(圖7中未示出)的次極之上的。
應注意，在根據本發明的轉換器的第二實施例的一個變型(未示出)中，有一個起伏區，它與前面所述屬于第一主定子部件22(見圖1)的公共主極30、31或32的次磁級38所述的起伏區相似。在此變形中，提供了三個環形起伏部分，它們的每一個均屬于第一主定子部件的一個公共主磁極;起伏的尖峰位于多極永久磁鐵10(見圖1)的一側，形成了第一主定子部件的次級38。
以下參見圖9，描述第二主定子部件24的第三簡化實施例。
在此簡化實施例中，第二主定子部件24形成的返回極60不再包括次級，只設置了一個嵌入的圓環部分112，其表面114位于不同于第二主定子部件24的輔助表面116的平面內。
圓環部分112的表面114構成了第二個定子平面，相對于第二主定子部件24的輔助部分的116而言，它位于多極永久磁鐵(圖9中未示出)的一側。
總的看，應注意，為第一主定子部件選擇的實施例，可獨立于為第二主定子部件選擇的實施例。其次，導磁支路56a、56b和56c的結構及它們的排列方式，可有多種變型。
還應注意，在簡化實施例中，第一和第二主定子部件可完全是平的。在此情況下，可提供一結構，其中兩個主定子部件之間的疊加區在多極永久磁鐵區之外是很小的，以盡量降低磁通量損失。
最后，應注意，不需要進一步的發明，在此借助三相轉換器描述的本發明可用于包括更多相的轉換器，尤其是五相轉換器。
權利要求
1.一種電磁轉換器，它包括定子(2)和相對定子轉動的轉子(4)，所述轉子適于繞所述轉子的定位軸(6)確定的轉軸(8)轉動，并包括一多極永久磁鐵(10)，磁鐵(10)確定了與所述轉軸垂直的轉子平面(12)，并由圍繞所述轉軸呈環形排列的一組轉子極對(14)構成，所述轉子極對(14)的數目為大于二的偶數，每一個轉子極對有一方向沿著所述轉軸(8)取向的磁軸(16)，其方向與相鄰極對的磁軸方向相反，并在所述轉子平面內相對于所述轉軸形成一個角度α，角度α的值等于360°除以轉子極對的所述數目，所述電磁轉換器的特征在于它包括分別與N個導磁支路(56a，56b，56c)相聯的N個勵磁裝置(58a，58b，58c)，N為大于二的整數，且在于它包括第一和第二主定子部件(22和24)，第一主定子部件(22)形成了由高磁阻區(34，35，36)相互磁絕緣的N個主磁極(30，31，32)，并包括相對于在所述轉子平面(12)中突出部分而言，是疊加在該多極永久磁鐵上的第一疊加部分，每一個所述主磁極均包括至少一個次磁極(38)，后者相對于在所述轉子平面中的突出部分而言，至少部分地是位于該多極永久磁鐵(10)之上的，所述次磁極確定了與所述轉子平面平行的第一定子平面(46)，各次磁極在所述第一定子平面中相對所述轉軸確定了一角度，其值等于所述角α的值，各所述主磁極的各次極相對于兩個相鄰主磁極中每一個的各次極和相對于所述轉軸偏移一個角度，該位移角的值，按所述角α的模值計算等于角α的所述值除以N，所述第二主定子部件(24)構成了一磁返回極(60)，相對于在所述轉子平面(12)中突出部分而言，后者的第二疊加部分疊加于多極永久磁鐵之上，該第二疊加部分形成了與所述轉子平面平行的第二定子平面(70)，所述第一和第二定子平面位于所述轉子平面的兩側，每一個所述導磁支路均有與不同的所述主磁極相磁耦合的第一端(55a，55b，55c)和與所述返回極相磁耦合的第二端(79a，79b，79c)。
2.根據權利要求1的轉換器，其特征在于所述第一主定子部件(22)的各所述主磁極(30，31，32)包括至少兩個次磁極(38)，屬于同一個主磁極的相鄰次磁極在第一定子平面(46)中彼此之間同時還相對所述轉軸(8)錯開了一個角度，該角的值等于所述角α的值的兩倍。
3.根據權利要求2的轉換器，其特征在于所述第一和第二主定子部件(22和24)分別包括相對在所述轉子平面(12)中的突出部分而言，沒有疊加在所述永久磁鐵之上的第一和第二部分，該第一和第二未疊加部分分別大致位于彼此平行的第一和第二總平面(26和28)中，所述導磁支路(56a，56b，56c)基本上位于所述第一和第二總平面之間的區域中，各所述勵磁裝置(58a，58b，58c)由在不同的所述支路上的線圈構成。
4.根據權利要求2或3的轉換器，其特征在于所述第一主定子部件(22)完全是平的并位于所述第一總平面(26)中。
5.根據權利要求2或3的轉換器，其特征在于所述第一主定子部件(22)的所述第一疊加部分相對所述第一總平面，在所述多極永久磁鐵(10)的方向上至少部分地有一加厚部分。
6.根據權利要求2或3的轉換器，其特征在于所述第一主定子部件(22)的所述第一疊加部分，相對所述第一總平面(26)，在所述多極永久磁鐵(10)的方向上至少部分地凹進。
7.根據權利要求2至6中任一項的轉換器，其特征在于所述第一主定子部件(22)的所述次級(38)由第一環形鋸齒狀部分(44)的齒(40)構成。
8.根據權利要求2至6中任一項的轉換器，其特征在于屬于所述第一主定子部件(22)的共同主磁極(30，31，32)的次極(38)由彼此間用加強橋(84)連接的齒(40)構成從而形成了至少一個窗口(86)。
9.根據權利要求2或3的轉換器，其特征在于所述第一主定子部件(22)的第一疊加部分是起伏的，第一主定子部件的各所述次磁極(38)由該起伏疊加部分的尖峰構成，相對于該起伏的第一疊加部分表面的中間平面而言，夾峰位于所述多極永久磁鐵(10)的一側，第一疊加部分構成N個起伏的環形部分，每個起伏環形部分屬于不同的主磁極(30，31，32)。
10.根據權利要求2至9中任一項的轉換器，其特征在于所述第二疊加部分構成了所述第二主定子部件(24)的一嵌入圓環部分(112)。
11.根據權利要求2至9中任一項所述的轉換器，其特征在于所述第二主定子部件(24)的所述返回磁極(60)還包括若干個次極(68)，它們相對于所述轉子平面(12)上、至少部分地是位于所述第一主定子部件(22)的所述次極(38)上及至少部分地是位于所述多極永久磁鐵(10)之上的，第二主定子部件的次極(68)在所述第二定子平面(70)中相對于所述轉軸(8)的角度分布與第一主定子部件的次極(38)的角度分布基本相同。
12.根據權利要求11的轉換器，其特征在于所述第一和第二疊加部分相對于在所述轉子平面(12)上的一突出部分而言是完全相互疊加的。
13.根據權利要求11或12的轉換器，其特征在于所述返回磁極(60)的所述次磁極(68)由第二環形鋸齒狀部分(64)的齒(66)構成。
14.根據權利要求11或12的轉換器，其特征在于所述返回磁極(60)的所述次磁極(68)由彼此間以圓形加強橋(88)連接的齒(66)組成，從而形成圍繞所述轉軸(8)呈圓形分布的一組窗口(90)。
15.根據權利要求10至14之任一項的轉換器，其特征在于所述第二主定子部件(24)的所述第二疊加部分在所述多極永久磁鐵(10)的方向上相對于所述第二總平面(28)至少部分地具有加厚部分。
16.根據權利要求11至14之任一項的轉換器，其特征在于所述第二疊加部分在所述多極永久磁鐵(10)的方向上，相對于所述第二總平面(28)，至少部分地凹進。
17.根據權利要求12或13的轉換器，其特征在于所述第二疊加部分有一起伏部分(98)，所述返回極(60)的每一個所述次極(68)由該起伏部分的尖峰(104)構成，該尖峰相對于該起伏部分(98)表面的中間平面(102)而言，位于所述多極永久磁鐵(10)的一側。
18.根據權利要求1至17中任一項的電磁轉換器，其特征在于它包括設在所述第一和第二主定子部件(22和24)之間的穩定環(80)。
19.根據前述權利要求之任一項的轉換器，其特征在于它是三相式的，N等于3。
全文摘要
本發明涉及多相電磁轉換器，其轉子(4)包括一個多極永久磁鐵(10)，后者包括沿轉子(4)的轉軸方向取向的偶數個磁極對(14)。第一和第二主定子部件(22和24)分別從多極永久磁鐵(10)確定的轉子平面的兩側之一伸延。第一主定子部件(22)確定了至少三個主磁極(30，31和32)和次級磁極(38)，后者由疊加在多極永久磁鐵(10)上的齒(40)確定。
文檔編號H02K37/16GK1085358SQ9311789
公開日1994年4月13日 申請日期1993年9月23日 優先權日1992年9月24日
發明者G·瑟米利, D·塔赫祖特 申請人:Eta草圖制造公司