專利名稱：具有可變空氣間隙的通用電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有可變空氣間隙的通用電動機。
已知有各種帶可變磁阻的步進式電動機，該步進式電動機具有一個轉子和一個同軸定子，上述轉子由一圓柱形鐵芯形成，它的齒沿著側向表面定位，而該同軸定子具有多個激勵繞組，這些繞組數目不同于齒數目。
這類電動機從構造的觀點來看一般是復雜的。而且，因為各繞組按照許多周期式改變相位供能，所以這類電動機存在電磁漏泄方面和派生污染方面的問題。
本發明的又一個目的是提供一種電動機，該電動機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機。
本發明的還有另一個目的是提供一種電動機，該電動機可以在兩個旋轉方向上安全地起動。
正如后面權利要求書所說明的，本發明解決了提供一種具有可變空氣間隙的通用電動機的問題，這種類型的通用電機具有一個轉子和一個定子，上述轉子有一個齒或多個在圓周上等間距被溝槽相互分開的齒，而定子設置一個激勵系統，從一般的觀點來看，該通用電動機其特征在于上述激勵系統包括至少一個電磁鐵、一個控制電路和一個永久磁鐵，它們連續不斷地間隔開安裝在面向上述轉子的定子支承件上，上述電磁鐵設置一個銜鐵和一個繞組，控制電路設置一位置檢測器，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，以便交替式激勵轉子，并且固定在可調位置處，以便改變轉子自身的旋轉方向。
因此，在按照本發明所述的電動機中，具有一個轉子和一個定子，該轉子例如用鐵磁材料制造，它帶有一個或多個齒，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，以便提供旋轉方向和克服中性點，利用使電源驅動電動機的控制電路，在轉子的各齒上產生電磁鐵和永久磁鐵的交替吸引。
盡管在目前的說明中，本發明是根據旋轉電動機來進行說明，但它也可以應用于線性電動機或應用于環形線性電動機和用于部分伺服控制的裝置。
而且，如此處所述，定子可以是活動的，并因此轉子可以是固定的，同時不用作任何其它的修改就可以顛倒上述結構。
由于完全封閉了定子和轉子之間的磁流，所以連同所提到的其它優點一起都是極好的效率水平。用于電動機旋轉所消耗的總功率減少，因為用電磁鐵來推斥一個轉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子齒上所提供的功率。
按照本發明所述的電動機，具有特別簡單的元件，并因此降低了它的成本。
電動機的功率可以通過將定子上的電磁鐵和永久磁鐵數目從其單獨一對增加到許多對，或是增加單個電磁鐵或永久磁鐵數目來改變。
正如所附權利要求書中所表明的，按照本發明所述的電動機可以不應用到用鐵磁材料制造的轉子上，而是應用到這樣一種電動機上，它的齒是用與激勵系統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張。在這種情況下，電動機分別通過排斥或通過吸引起作用，并且對于其運動所要求的偏移來說，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，并用來給電動機軸提供所希望的功率。
從下面有關各實施例詳細說明的內容，將使本發明的另一些特點和優點變得更顯而易見，這些實施例通過附圖中的非限制性表示，純粹是例證性的。
例證性實施例的說明按照本發明，在
圖1和3中，標號1表示一個轉子，該轉子具有多個吸引步級(step)，而標號2表示一個定子，該定子設置一激勵系統。轉子1屬于線性型，該線性型圍成一個環，它很平，該轉子1提供許多個在圓周上等間距分布被溝槽11相互分開的齒10。設置在定子2中的激勵系統包括至少一個電磁鐵21、一個以22示意示出的控制電路，和一個永久磁鐵23，它們連續不斷地間隔開安裝在面向轉子1的轉子支承件20上。
電磁鐵21具有一個銜鐵24和繞組25(圖1)，該電磁鐵21連接到控制電路22上。控制電路22設置一個位置檢測器26如光學、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還設置若干電刷換向器，它們對驅動電磁鐵電源有用，正如下面將要看到的。
轉子的各齒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，以便假定旋轉的方向用圖1-3中的F表示，當位置檢測器26面向一溝槽11Ⅰ(圖1和2)的前沿時，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經由它的位置，檢測器26，并且能吸引齒10Ⅱ，在沒有機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。
當上述位置檢測器面向齒10Ⅰ的前沿(圖3)時，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溝槽11Ⅱ的前沿，再次重復該循環時為止。
在永久磁鐵齒101或102的情況下，根據極性配置，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，以便在相同的旋轉方向F的情況下，當位置檢測器260面向溝槽103的前沿時，電磁銜鐵210搭接隨后的溝槽103和隨后的齒101其中一部分，而當相互面對的磁鐵和齒極性相反(圖7)時，永久磁鐵230搭接一隨后的齒。當不是這種極性，而是極性相等(圖8)時，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，以便在相同的旋轉方向F的情況下，當位置檢測器260面向溝槽103的前沿時，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。
按照本發明，電磁鐵和永久磁鐵固定在定子支承件上的可調位置處，以便改變轉子的旋轉方向，如圖5和6中所示。電磁鐵21和磁鐵23在定子支承件20上成機械耦合，它們之間的距離決定轉子1的旋轉方向。在磁鐵23搭接齒10的情況下，當電磁鐵21搭接前面齒的前沿(圖5)時，轉子1的旋轉方向是箭頭F所指的方向，而當電磁鐵21搭接前面齒的后沿(圖6)時，轉子1的旋轉方向是相反的方向。
從轉子和激勵系統之間相互作用的觀點來看，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向上面向轉子10其中兩個相反的圓周極端。
關于圖9，它示出按照本發明所述電動機的第二實施例。轉子1a在軸向上是細長的并有三個齒，這三個齒一般用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相應地是細長的，并且在側向上用它們的空氣間隙面向轉子1a。
關于圖10，它示出按照本發明所述電動機的第三實施例。轉子1b與第二實施例的電動機相比顯著地變平，并且同樣，它有三個齒，這三個齒一般用10b表示。電磁鐵21b有一銜鐵24b和繞組25b。電磁銜鐵24a和兩個永久磁鐵23b在側向上用它們的空氣間隙面向轉子1b。
關于圖11，它示出按照本發明所述電動機的第四實施例。轉子1c是一個環形軌道(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，轉子1c與葉片4成為整體，該葉片4在中央處設置一支承元件5，用于轉子的旋轉。激勵系統用電磁鐵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。
關于圖12，它示出按照本發明所述電動機的第五實施例。轉子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相同的質量密度。
在定子支承件20d上，激勵系統用一電磁鐵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。激勵系統的操作如有關第一實施例所述。
這樣表達的本發明可以經受許多種修改和改變，因而不脫離本發明思想的范圍。
權利要求
1．具有可變空氣間隙的通用電動機，它屬于具有一個轉子和一個定子的那種類型，上述轉子有一個齒或多個在圓周上等間距被溝槽相互分開的齒，而定子設置一個激勵系統，其特征在于，上述激勵系統包括至少一個電磁鐵(21；210；21a；21b；21c；21d)，該電磁鐵設置一個銜鐵(24；24a；24b；24c；24d)和一個繞組(25；25a；25b；25c；25d)；一個控制電路(22；220)，該控制電路設置一個位置檢測器(26；260；26c)，用于將功率加到電磁鐵上；和一個永久磁鐵(23；230；23a；23b；23c；23d)，上述電磁鐵、控制電路和永久磁鐵連續不斷地間隔開安裝在面向上述轉子(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，用于交替式激勵轉子，并且固定在可調位置中，以便改變轉子自身的旋轉方向。
2．按照權利要求1所述的電動機，其特征在于上述轉子具有若干齒(10)，這些齒用鐵磁材料制成。
3．按照權利要求1所述的電動機，其特征在于上述轉子具有作為齒(100)的永久磁鐵。
4．按照權利要求1所述的電動機，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，在側向上面向上述轉子(1a；1b；1c；1d)。
5．按照權利要求1所述的電動機，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，面向上述轉子(1)兩個相反的圓周極端。
全文摘要
本發明涉及一種具有可變空氣間隙的通用電動機。它具有一個轉子(1)和一個定子(2),該轉子(1)帶有一個或多個吸引步級,而定子(2)設置一個激勵系統。該激勵系統包括:至少一個電磁鐵(21),該電磁鐵(21)設置一個銜鐵(24)和一個繞組(25);一個控制電路(22),該控制電路(22)設置一個位置檢測器(26),用于將功率加到電磁鐵上;和一個永久磁鐵(23),上述電磁鐵(21)、控制電路(22)和永久磁鐵(23)連續不斷地間隔開安裝在面向轉子(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,以便交替式激勵轉子,并且固定在可調位置中,以便改變轉子自身的旋轉方向。
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 優先權日1998年6月18日
發明者阿爾貝爾多·帕爾契 申請人:米克羅納薩·第帕爾契·阿爾貝爾多公司