專利名稱：軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是一種全新的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，它的繞組為固定于定子上的兩個(gè)帶有骨架的軸向螺旋線管。該軸向繞組通電后使轉(zhuǎn)子上的管狀軟磁材料磁體產(chǎn)生磁通，該磁通使轉(zhuǎn)子上的與定子永磁體相對(duì)的齒變?yōu)榇艠O，這些磁極與定子相互產(chǎn)生磁作用而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子上有帶永磁體的傳感轉(zhuǎn)子。而后端蓋上有傳感定子。傳感定子上的霍爾開關(guān)元件作為位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置?？刂齐娐钒磦鞲卸ㄗ由蠙z測(cè)得到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)在轉(zhuǎn)子處于一定位置時(shí)對(duì)軸向繞組通以對(duì)應(yīng)的定方向的電流。兩個(gè)軸向繞組輪流通以正反兩個(gè)方向的電流，構(gòu)成四拍運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)。通常將定子做成偶數(shù)極對(duì)數(shù)，如二對(duì)極、四對(duì)極等。本實(shí)施例中舉出的是四對(duì)極電機(jī)。對(duì)于中小型電機(jī)，四對(duì)極實(shí)施方案為最佳方案。
下面結(jié)合本發(fā)明軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的附圖，對(duì)該電機(jī)作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為軸向繞組直流無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，它的外部結(jié)構(gòu)件為非導(dǎo)磁體機(jī)殼9、前端板1、后端板10。前后各一個(gè)軸承3。電機(jī)的轉(zhuǎn)子外緣為管狀軟磁體7和22，中部有非磁性隔離管18，該管一般用無(wú)磁不銹鋼管制成。轉(zhuǎn)子中心為鋼軸2，它支撐于軸承3上，軸承3裝置于前端板1和后端板10上。定子由永磁體4和21、瓦形支架5和20、以及軸向繞組6和19組成，分成前后完全相同的兩段，兩段間有無(wú)磁的隔環(huán)8隔開。兩個(gè)繞組的引線13通過(guò)磁體4和21與機(jī)殼9、瓦形支架5和20與機(jī)殼9間的槽縫以及后端蓋10上的圓孔、通路套管12、通過(guò)尾罩11后壁引到外部，與控制電路(未標(biāo))連接。在后端蓋10上裝置有傳感定子17。在電機(jī)軸的尾部裝置有轉(zhuǎn)感轉(zhuǎn)子16。傳感定子的引線14通過(guò)通路套管15穿過(guò)尾罩11的后壁引到外部，與控制電路(未標(biāo))連接。
圖2為本發(fā)明軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子磁極部分橫面圖。該實(shí)施例中，永磁體采用瓦形結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例圖2中，瓦狀釹鐵硼永磁體2與軟磁體1相貼，呈如圖示的極性相間的排列，其極對(duì)數(shù)為4，即有4個(gè)N極和4個(gè)S極。相鄰磁極用鋁塊6隔開。如圖1所示，定子和轉(zhuǎn)子都分為相同的兩段。設(shè)圖中左邊的為第一段，右邊的為第二段。第一段左邊的N性磁極通過(guò)軟磁體1緊貼處于第一段中部的瓦形支架5的一端，瓦形支架5的另一端又與右邊的軟磁體1相貼。到達(dá)右邊的S極磁極。磁力線從N極出發(fā)，經(jīng)過(guò)瓦形支架5到達(dá)S極。若左邊的磁極為S極，磁力線從右邊的N極出發(fā)，經(jīng)過(guò)另一個(gè)瓦形支架到達(dá)左邊的S極，再通過(guò)轉(zhuǎn)子管狀軟磁體7閉合。
在相鄰的瓦形支架間有寬度與瓦形支架寬度相當(dāng)?shù)拇蟮拈g隙，增大間隙的目的是增加兩個(gè)瓦形支架間磁阻，以減少漏磁。其中的一條間隙槽縫被用來(lái)引出定子繞組引線。
如圖2所示，轉(zhuǎn)子的管狀軟磁體在對(duì)著定子永磁體的一段形成4個(gè)齒，齒和槽所占的圓周角度大體相等。轉(zhuǎn)子中部為厚不銹鋼管4和電機(jī)軸5。若用不銹鋼軸，就可以去掉不銹鋼管。定子的兩段制成磁極的周向位置相同的結(jié)構(gòu)，而將轉(zhuǎn)子的兩段齒的周向位子相互錯(cuò)開1/4極距，即錯(cuò)開半個(gè)齒寬22.5°機(jī)械角。也可以使轉(zhuǎn)子齒周向位置一致而使定子磁極錯(cuò)開1/4極距。
傳感轉(zhuǎn)子是一個(gè)鋁質(zhì)圓盤，在對(duì)著傳感定子上霍爾開關(guān)元件的徑向位置上有一道環(huán)形槽，槽中均勻分布著4塊弧度稍大于22.5°的弧形磁片。傳感定子是一塊半圓形中間有半圓孔的印制板，上面均勻分布著4個(gè)間距為22.5°的霍爾開關(guān)元件，呈弧形分布。印制板上的電路將這些元件連接起來(lái)，并用導(dǎo)線引出電機(jī)本體，與控制電路連接。它固定在電機(jī)的后端蓋上，與電機(jī)二定子的相對(duì)周向位置不變。霍爾元件就是電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器。
電機(jī)的工作原理是當(dāng)電機(jī)的一個(gè)繞組通以一定方向電流時(shí)，轉(zhuǎn)子的這一段軟磁體其一端的齒為S極，另一端的齒為N極，這兩端的磁極與定子上兩端的磁極相互作用，產(chǎn)生切向力使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
設(shè)在初始狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)于A相驅(qū)動(dòng)電路的霍爾傳感器處于傳感轉(zhuǎn)子磁極之下，受到傳感的霍爾傳感器將這一信號(hào)送到A相驅(qū)動(dòng)電路，激發(fā)電路工作，向第一段的繞組通以正向電流，這時(shí)轉(zhuǎn)子的第一段上，左邊的齒為S極，右邊的齒為N極，它的位置與定子上相近的N極和S極有一個(gè)周向角度差，磁極相互作用產(chǎn)生切向力，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直至轉(zhuǎn)子齒左邊的S極對(duì)準(zhǔn)定子左邊磁極N極，轉(zhuǎn)子達(dá)到穩(wěn)定位置，才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
在這一位置下，A相的位置傳感器停止作用，A相電流斷。B相的位置傳感器開始作用，B相通電，第二段的定子繞組通以正方向電流。由于第二段轉(zhuǎn)子錯(cuò)開22.5°，右邊的轉(zhuǎn)子齒要達(dá)到穩(wěn)定位置，還需順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)22.5°，故在B相電流驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)22.5°，達(dá)到第二個(gè)穩(wěn)定位置。
在第二個(gè)穩(wěn)定位置下，B相霍爾傳感器停止作用，B相電流斷。C相傳感器開始作用，C相電流通，第一個(gè)繞組通以反相電流。由于兩段轉(zhuǎn)子錯(cuò)開22.5°，故轉(zhuǎn)子又順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)22.5°，達(dá)到第三個(gè)穩(wěn)定位置。
在第三個(gè)穩(wěn)定位置下，C相傳感器停止作用，D相傳感器開始作用，D相電流通，第二個(gè)繞組通以反向電流，仍因兩段轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開22.5°，轉(zhuǎn)子又順時(shí)針轉(zhuǎn)子22.5°，到達(dá)第四個(gè)穩(wěn)定位置。
在第四個(gè)穩(wěn)定位置下，D相傳感器停止作用，A相傳感器開始傳感，使A相導(dǎo)通，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，重復(fù)開始的過(guò)程，這樣驅(qū)動(dòng)電路以四拍方式輪流對(duì)電機(jī)繞組供電，電機(jī)就不停地沿同一方向運(yùn)轉(zhuǎn)。
電機(jī)在實(shí)際工作中，不等到達(dá)到穩(wěn)定位置就換路，這靠調(diào)節(jié)傳感轉(zhuǎn)子的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。一次性固定地改變方向，也可以用調(diào)節(jié)傳感轉(zhuǎn)子位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。若電機(jī)作伺服電機(jī)使用，要隨機(jī)地反復(fù)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向，就要用方向控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的徑向繞組、永磁體為轉(zhuǎn)子的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)相比，它除了具有直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)電磁干擾的共同優(yōu)點(diǎn)外，還具有如下優(yōu)點(diǎn)1.繞組為軸向繞組，工藝極為簡(jiǎn)單，繞制和拆裝都很容易。
2.繞組導(dǎo)體利用率高，全部繞組在通電時(shí)均產(chǎn)生磁通，不存在徑向繞組電機(jī)兩端有一段無(wú)效導(dǎo)體的情況，故導(dǎo)體利用率比一般電機(jī)提高30％左右。
3.軸向繞組繞在骨架上，絕緣性好。又因骨架緊貼瓦形支架，靠近機(jī)殼，散熱也較容易。
4.永磁體固定，成為定子的一部分。這一點(diǎn)不同于其它的所有直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)。固定的永磁體更容易制作。由于磁體固定不動(dòng)，不受離心力影響，就不會(huì)帶來(lái)強(qiáng)度上的問(wèn)題，固定也較容易，比在轉(zhuǎn)子上用永磁體簡(jiǎn)單可靠。
5.比起一般徑向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)來(lái)，本發(fā)明軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)在同樣機(jī)殼尺寸的條件下，定子的內(nèi)徑相對(duì)較大，故能產(chǎn)生較大的力矩。
本發(fā)明軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用雙H橋電路，為調(diào)速的需要，驅(qū)動(dòng)電路采用PWM調(diào)制電路進(jìn)行調(diào)速。
權(quán)利要求
1.一種軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)由機(jī)殼、端蓋、軸承、定子、轉(zhuǎn)子、傳感定子、傳感轉(zhuǎn)子、驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。其特征是永磁體裝置在定子上，固定不轉(zhuǎn)動(dòng)，定子中部為兩個(gè)軸向螺旋線管繞組，螺旋線管繞組兩端為偶數(shù)極對(duì)的永磁體，定子外緣是軟磁的瓦形支架，轉(zhuǎn)子外緣為兩個(gè)管狀的軟磁體，每個(gè)軟磁體兩端與定子永磁體相對(duì)部分有與定子極對(duì)數(shù)相同的齒，轉(zhuǎn)子中心有非磁性材料隔離管，管中心裝置電機(jī)軸。電機(jī)軸支于二軸承上，軸承裝置在二端的端蓋上，端蓋與機(jī)殼相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)子齒所占的周向角度與槽所占的周向角度大體相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，其特征是其定子和轉(zhuǎn)子具有相同的兩段，其定子的每段中各有一個(gè)軸向螺線管繞組以及各自的永磁體和導(dǎo)磁瓦形支架。若兩段的轉(zhuǎn)子齒周向位置相同，則兩端定子磁極就要在周向錯(cuò)開1/4極距。也可以使定子磁極周向位置一致，而使兩段轉(zhuǎn)子齒周向錯(cuò)開1/4極距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，其特征是控制電路在位置傳感器的控制下分別在不同時(shí)間向兩個(gè)軸向繞組供給正向或反向的電流，構(gòu)成電機(jī)的四拍運(yùn)轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī),其結(jié)構(gòu)由機(jī)殼、端蓋、軸承、定子、轉(zhuǎn)子、傳感定子、傳感轉(zhuǎn)子、驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。其特征是永磁體裝置在定子上,固定不動(dòng),定子中部為兩個(gè)軸向螺旋線管繞組,每個(gè)繞組兩端有偶數(shù)對(duì)極的永磁體,外緣是導(dǎo)磁的瓦形支架。轉(zhuǎn)子外緣為兩個(gè)管狀軟磁體,每個(gè)軟磁體兩端與定子永磁體相對(duì)部分有與定子極對(duì)數(shù)相同的齒,轉(zhuǎn)子中心有非磁性隔離管,管中心裝置電機(jī)軸,電機(jī)軸支于二軸承上,軸承安裝置在二端的端蓋上,端蓋與機(jī)殼相連。兩個(gè)繞組正反向輪流通電,構(gòu)成四拍運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)。本發(fā)明軸向繞組直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)具有工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固,繞組導(dǎo)體利用率高、力矩大的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K29/08GK1363979SQ0211081
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2002年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月8日
發(fā)明者董玲生 申請(qǐng)人:董玲生