專利名稱：線性磁阻馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能產(chǎn)生改進(jìn)的轉(zhuǎn)矩特性的線性磁阻馬達(dá)。
在驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)那樣地驅(qū)動(dòng)口徑較大的驅(qū)動(dòng)體的場合、至今還使用著感應(yīng)馬達(dá)和減速齒輪。
一般的洗衣機(jī)都使用由齒輪組或者由皮帶把回轉(zhuǎn)式感應(yīng)馬達(dá)的動(dòng)力傳遞給洗滌筒的方式。大部分是把洗滌筒的回轉(zhuǎn)軸與齒輪箱相連接，通過在另一側(cè)端設(shè)置馬達(dá)、由皮帶把動(dòng)力傳遞給齒輪組而使洗滌筒回轉(zhuǎn)。
這種結(jié)構(gòu)的洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)方式會(huì)發(fā)生由齒輪引起的動(dòng)力的損失、會(huì)產(chǎn)生噪聲、還會(huì)因驅(qū)動(dòng)體的重心偏離馬達(dá)回轉(zhuǎn)軸而引起的振動(dòng)等問題。此外，由于要求用高價(jià)的齒輪組，因而會(huì)帶來費(fèi)用的增加。
為了解決這些問題都在研究各種驅(qū)動(dòng)方式，其研究方向都集中在直接驅(qū)動(dòng)方式、即用馬達(dá)的輸出直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)的洗滌棒或者脫水槽。
本發(fā)明的目的是提供一種能用直接驅(qū)動(dòng)大口徑驅(qū)動(dòng)體的方式的線性磁阻馬達(dá)。
為了達(dá)到上述目的的本發(fā)明的線性磁阻馬達(dá)是由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成，其特征在于上述轉(zhuǎn)子是中心有回轉(zhuǎn)軸而且沿整個(gè)圓周有很多齒成放射狀突出著；定子是由具有多個(gè)朝上述轉(zhuǎn)子的各個(gè)齒突出的極的二個(gè)以上定子片構(gòu)成的。
本發(fā)明還提供了一種設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，它具有盛放被清洗衣物的洗滌槽缸和設(shè)置在洗滌槽缸的底部、攪拌被清洗衣物的洗滌棒，其特征在于上述的線性磁阻馬達(dá)是由中心設(shè)有回轉(zhuǎn)軸、多個(gè)齒沿整個(gè)圓周呈放射狀突出著的轉(zhuǎn)子，和用二片以上的定子片組成的定子構(gòu)成的；上述的定子片具有朝轉(zhuǎn)子的各齒突出的多個(gè)極。
具有上述結(jié)構(gòu)的線性磁阻馬達(dá)不僅適用于洗衣機(jī)，而且還能適用于回轉(zhuǎn)半徑大、并要求大的轉(zhuǎn)矩、要變速的驅(qū)動(dòng)體。
當(dāng)由圖8的第1單穩(wěn)態(tài)回路M1的脈沖輸出和第1位置傳感器S1的位置檢測(cè)輸出使第1和第4開關(guān)元件Q1、Q4接通時(shí)，電流就流入圖7所示的A相和-A相的串聯(lián)線圈繞組L1，借助A相和-A相如圖9A所示地勵(lì)磁，形成磁通線路。由此，轉(zhuǎn)子10就轉(zhuǎn)動(dòng)和圖5所示的θ1～θ2左右的角度。
接著，當(dāng)用第2單穩(wěn)態(tài)回路(圖中沒表示)的脈沖和第2位置傳感器(圖中沒表示)的位置檢測(cè)信號(hào)使圖7的第2和第5開關(guān)元件Q2、Q5接通時(shí)，由此，借助電流流過B相和-B相的串聯(lián)線圈繞組(L2)形成圖9B那樣的磁通線路，使轉(zhuǎn)子10轉(zhuǎn)動(dòng)θ1～θ2左右的角度。
同樣，當(dāng)用第3單穩(wěn)態(tài)回路(圖中沒表示)和第3位置傳感器(圖中沒表示)對(duì)第3和第6開關(guān)元件Q3、Q6發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，電流就流入C相和-C相串聯(lián)線圈繞組L3，形成圖9c那樣的磁通線路。


圖1是表示適用于本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的平面結(jié)構(gòu)圖；圖2是表示適用于本發(fā)明的定子片的概略平面結(jié)構(gòu)圖；圖3A是表示適用于本發(fā)明的定子片的組裝結(jié)構(gòu)圖；圖3B是表示適用于本發(fā)明的定子片的組裝結(jié)構(gòu)圖；圖4A是表示適用于本發(fā)明的定子片的另一種式樣的組裝結(jié)構(gòu)圖；圖4B是表示適用于本發(fā)明的定子片的另一種式樣的組裝結(jié)構(gòu)圖；圖5是說明本發(fā)明的轉(zhuǎn)子齒的中心角和定子極的中心角間的關(guān)系的示意圖；圖6A是表示本發(fā)明的一個(gè)定子三相線性磁阻馬達(dá)的結(jié)構(gòu)圖；圖6B是表示本發(fā)明的二個(gè)定子三相線性磁阻馬達(dá)的結(jié)構(gòu)圖；圖6C是表示本發(fā)明的三個(gè)定子三相線性磁阻馬達(dá)的結(jié)構(gòu)圖；圖6D是表示本發(fā)明的四個(gè)定子三相線性磁阻馬達(dá)的結(jié)構(gòu)圖7A是表示作為本發(fā)明馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)回路圖的非對(duì)稱形驅(qū)動(dòng)回路圖；圖7B是表示作為本發(fā)明馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)回路圖的q＋1驅(qū)動(dòng)回路圖；圖8是表示用來開關(guān)圖7的回路的控制回路圖；圖9(A)～(C)是說明三個(gè)定子三相馬達(dá)的各相磁通路線的示意圖。
下面，參照著附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是表示適用于本發(fā)明的轉(zhuǎn)子10的平面結(jié)構(gòu)圖，表示把具有呈放射狀突出的多個(gè)轉(zhuǎn)子齒14的轉(zhuǎn)子軛鐵13與有回轉(zhuǎn)軸11的圓筒形呈盤狀的轉(zhuǎn)子框架12相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。上述轉(zhuǎn)子齒14之間的中心角是按下述的與定子極間角度成一定關(guān)系設(shè)計(jì)的。
圖2是適用于本發(fā)明的定子20的概略的平面結(jié)構(gòu)圖，在定子軛鐵21上設(shè)置著多個(gè)極22，在每個(gè)極22上卷繞著相電流線圈23。
圖3是表示適用于本發(fā)明的定子20的詳細(xì)組裝結(jié)構(gòu)圖。圖3A表示定子軛鐵21和定子極22分離的狀態(tài)，而圖3B是表示定子軛鐵21和形成相電流線圈23的定子極22相結(jié)合狀態(tài)。在定子極22上，形成與定子軛鐵的內(nèi)側(cè)上的梯形槽24相結(jié)合的倒梯形突起25、卷繞相電流線圈23的筒部26和頭部27。
圖4是表示上述定子20的另一種組裝結(jié)構(gòu)圖。圖4A是表示定子軛鐵21和定子極22、相電流線圈23及卷繞著相電流線圈的線軸28分離的狀態(tài)；而圖4B是表示它們的結(jié)合狀態(tài)。可預(yù)先把相電流線圈28卷繞在線軸28上，然后將其套在定子極22的筒部26上，由此來提高生產(chǎn)性能。
圖5是說明本發(fā)明的轉(zhuǎn)子齒間的中心角與定子極間角度的相互關(guān)系的示意圖，是表示三相的情況。即，本實(shí)施例是把轉(zhuǎn)子的相鄰齒間的中心角θ1和定子的相鄰極間的中心角θ2的相互關(guān)系設(shè)計(jì)成θ1/θ2＝1.5的。在圖5中，轉(zhuǎn)子齒和定子極間的空隙雖然隨轉(zhuǎn)子和定子的材料性質(zhì)、繞組的特性等因素而不同，但設(shè)計(jì)者應(yīng)把它定成最佳狀態(tài)。
圖6A～圖6D表示在轉(zhuǎn)子周圍配置一個(gè)至四個(gè)定子片的結(jié)構(gòu)。由于供給三相的電源，因而多個(gè)定子片20有六個(gè)極。其理由將在下面說明。圖6A表示配置一個(gè)定子片，在這種情況下，由于產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)的中心方向向量成分的作用，轉(zhuǎn)子和定子片相互間會(huì)排斥。因此這種結(jié)構(gòu)不適用于本發(fā)明。本發(fā)明必須配置二個(gè)以上的定子片。圖6B、圖6C和圖6D是分別表示配設(shè)二個(gè)定子片、三個(gè)、四個(gè)定子片的例子。在這些情況下，必須把定子片配置成多個(gè)定子片的中心角全是相同的。即，多個(gè)定子片的中心軸(圖面上是以X、Y、Z、W表示)與轉(zhuǎn)子的中心必須全是相同的。當(dāng)然可設(shè)置四個(gè)以上定子片。其中，由于各個(gè)定子片20有六個(gè)極，因而是把A相電流串聯(lián)地供給卷繞在第1極和第4極上的線圈地布線、把B相電流串聯(lián)地供給卷繞在第2極和第5極上的線圈、把C相電流串聯(lián)地供給卷繞在第3極和第6極上的線圈地布線。
圖7是表示上述圖6所示的三相三定子線性磁阻馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)回路，圖7A表示的是非對(duì)稱形驅(qū)動(dòng)回路，而圖7B表示q＋1驅(qū)動(dòng)回路。
上述非對(duì)稱形驅(qū)動(dòng)回路是由相對(duì)于動(dòng)作電壓V，把第1線圈繞組L1夾在中間地形成串聯(lián)回路的第1、4開關(guān)元件Q1、Q2和把第2線圈繞組L2夾在中間地形成串聯(lián)回路的第2、5開關(guān)元件Q2、Q5，以及把第3線圈繞組L3夾在中間地形成串聯(lián)回路的第3、6開關(guān)元件Q3、Q6構(gòu)成。上述第1～第6開關(guān)元件Q1～Q6由從外部輸入的脈沖信號(hào)加以開關(guān)控制。上述各個(gè)線圈繞組L1～L3均是指一對(duì)相電流線圈(A、-A)、(B、-B)、(C、-C)。此外，在上述第1～第3線圈繞組L1～L3的各自兩端部連接著傍路二極管D1、D4；D2、D5；D3、D6，它們是使馬達(dá)的相轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的第2線圈的反向電動(dòng)勢(shì)傍路、用來保護(hù)開關(guān)元件的。在上述驅(qū)動(dòng)回路中、第1～第3開關(guān)元件Q1～Q3是供電用的，而第4～第6開關(guān)元件Q4～Q6是電流調(diào)制(chopping)用的。通過電流調(diào)制后，借助使單位時(shí)間里流過的電流平均值變化，就能對(duì)輸出的量進(jìn)行控制。
另一方面，上述的q＋1驅(qū)動(dòng)回路是由一個(gè)電流供給用的開關(guān)元件Q1、通過這開關(guān)元件Q1和第1～第3線圈繞組L1～L3分別形成串聯(lián)回路的電流調(diào)制用的第4～第6開關(guān)元件Q4～Q6構(gòu)成。
圖8是表示圖7所示的驅(qū)動(dòng)回路的多個(gè)開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)回路，供給電源用的開關(guān)元件Q1由單穩(wěn)態(tài)回路M1的輸出加以驅(qū)動(dòng)地連接著；而電流調(diào)制用的開關(guān)元件Q4由位置傳感器S1的輸出加以驅(qū)動(dòng)地連接著?？砂鸦舳?hall)元件用作上述的位置傳感器S1，例如把霍耳元件附著在馬達(dá)的機(jī)殼上，把永久磁鐵附著在轉(zhuǎn)子上后就能檢測(cè)轉(zhuǎn)子齒的位置。
下面，說明具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明馬達(dá)的作用和效果。
本發(fā)明的線性磁阻馬達(dá)由圖2所示的電源的相數(shù)決定定子20的極22的個(gè)數(shù)。即，在三相電源的場合下，滿足公式極數(shù)＝Nph×2，定子極22則為六個(gè)。其中，Nph是電源的相數(shù)。相的編號(hào)可從一側(cè)開始、標(biāo)上A、C、B、-A、-C、-B、(參見圖9)，也可配合驅(qū)動(dòng)回路由設(shè)計(jì)者任意決定。根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)矩，在一個(gè)轉(zhuǎn)子上可配置2、3、4個(gè)或四個(gè)以上定子。但必須配置成各個(gè)定子片的相對(duì)于轉(zhuǎn)子的中心向量的疊加為零。
圖6C是表示三個(gè)定子結(jié)構(gòu)的三相磁阻馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖。下面，參照著圖7～圖9，詳細(xì)地說明三個(gè)定子三相磁阻馬達(dá)的動(dòng)作。
先由圖8的第1單穩(wěn)態(tài)回路M1的脈沖輸出和第1位置傳感器S1的位置檢測(cè)輸出使第1和第4開關(guān)元件Q1、Q4接通，這時(shí)電流就如圖7所示地流入A相和-A相的串聯(lián)線圖繞組L1，由A相和-A相被勵(lì)磁而形成如圖9A所示的磁通線路。由此轉(zhuǎn)子10就轉(zhuǎn)動(dòng)如圖5所示的θ1-θ2左右的角度。
接著，用第2單穩(wěn)態(tài)回路(圖中沒表示)產(chǎn)生的脈沖和第2位置傳感器(圖中沒表示)產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)、使圖7的第2和第5開關(guān)元件Q2、Q5接通。據(jù)此，由于電流流過B相及-B相串聯(lián)的線繞組L2，因而就形成如圖9B那樣的磁通線路，轉(zhuǎn)子10就轉(zhuǎn)動(dòng)θ1-θ2左右的角度。
接著，與上述同樣地，用第3單穩(wěn)態(tài)回路(圖中沒表示)和第3位置傳感器(圖中沒表示)產(chǎn)生與第3和第6開關(guān)元件Q3、Q6相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，此時(shí)電流流入C相和-C相的串聯(lián)線圈繞組，形成圖9C所示的磁通線路。
上面是說明利用非對(duì)稱形驅(qū)動(dòng)回路(圖7A)的動(dòng)作，但即使用q＋1驅(qū)動(dòng)回路(圖7B)也能使轉(zhuǎn)子同樣地轉(zhuǎn)動(dòng)。只是與用q＋1驅(qū)動(dòng)回路的場合相比，雖然在非對(duì)稱形場合下，開關(guān)元件的數(shù)量增加，這在經(jīng)濟(jì)上是不利的，但能確保回路動(dòng)作穩(wěn)定性。
另一方面，用這種定子線圈繞組的開關(guān)控制，把從轉(zhuǎn)子得到的轉(zhuǎn)矩加以理論展開則如下所述。
馬達(dá)的等價(jià)回路可用R、L、C表示，卷繞著線圈的定子回線圈可用RL串聯(lián)回路表示。在RL回路里加上電壓，流過電流時(shí)，回路的能量是W＝Ri2＋1/2×Li2一般，直流電阻比定子的阻抗小得多。當(dāng)把力的移動(dòng)距離取為X時(shí)，公式W＝FX表示力和功的關(guān)系，而轉(zhuǎn)矩和角度的關(guān)系是用公式W＝Tθ表示的，因此，為求轉(zhuǎn)矩，可使用下列公式。
T＝dW/dθ由于電感的能量是W＝1/2×Li2因而可求得最終式是T＝1/2×dL/dθ×i2本發(fā)明的線性磁阻馬達(dá)，由定子和轉(zhuǎn)子間的電感的角度變化部分產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力。
各種場合下形成的磁路均有磁場阻力，并稱為磁阻。磁動(dòng)勢(shì)和磁阻間的關(guān)系是F＝Ni＝Rφ電勢(shì)和磁通間的關(guān)系是Li＝Nφ因此，從這兩式可求得電感式L＝N2/R其中的R是磁阻，結(jié)果，電感的與回轉(zhuǎn)角度相對(duì)的變化率意味著磁阻的與回轉(zhuǎn)角度相對(duì)的變化率。磁阻的公式表示為R=Σi1iμ0•μr•Ai]]>其中A是磁路的各個(gè)區(qū)間的斷面積，1是這磁路的長度。μr是材料的比透磁率；μo是空氣的透磁率。在空隙處的磁阻情況下，比透磁率μr為1。
本發(fā)明的線性磁阻馬達(dá)的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用例子是可把它裝在洗衣機(jī)的洗滌槽的底部上，不用別的動(dòng)力傳遞裝置地直接和洗滌軸相連接。
即使在轉(zhuǎn)子周圍取代圓環(huán)形的定子地設(shè)置多個(gè)定子片，仍能使其產(chǎn)生與現(xiàn)有的磁阻馬達(dá)那樣大的轉(zhuǎn)矩；由于能容易地變速，因而能適用于有大的回轉(zhuǎn)半徑的大型驅(qū)動(dòng)體。尤其是將其與洗衣機(jī)直接結(jié)合時(shí)，能防止現(xiàn)有的齒輪動(dòng)力傳遞時(shí)的動(dòng)力損失，能防止由于重心和驅(qū)動(dòng)軸的偏離形成的噪聲和振動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種線性磁阻馬達(dá)，它是由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成，其特征是上述轉(zhuǎn)子是中心有回轉(zhuǎn)軸而且沿整個(gè)圓周有多個(gè)齒成放射狀突出著；定子是由具有多個(gè)朝上述轉(zhuǎn)子的各個(gè)齒突出的極的二個(gè)以上定子片構(gòu)成的。
2.如權(quán)利要求1所述的線性磁阻馬達(dá)，其特征是上述各定子片的極數(shù)滿足下式極數(shù)＝驅(qū)動(dòng)電源的相數(shù)×2
3.如權(quán)利要求2所述的線性磁阻馬達(dá)，其特征是上述各定子片的極數(shù)是四個(gè)。
4.如權(quán)利要求2所述的線性磁阻馬達(dá)，其特征是上述各定子片的極數(shù)是六個(gè)。
5.如權(quán)利要求2所述的線性磁阻馬達(dá)，其特征是上述各定子片的極數(shù)是八個(gè)。
6.如權(quán)利要求1所述的線性磁阻馬達(dá)，其特征是上述各定子片的中心和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心的構(gòu)成角度均是相同的。
7.如權(quán)利要求1或6所述的線性磁阻馬達(dá)，其特征是上述各定子片的中心和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心的構(gòu)成角度全是180度。
8.如權(quán)利要求1或6所述的線性磁阻馬達(dá)，其特征是上述各定子的中心和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心的構(gòu)成角度全是120度。
9.如權(quán)利要求1或6所述的線性磁阻馬.達(dá)，其特征是上述各定子片的中心和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心的構(gòu)成角度全是90度。
10.如權(quán)利要求1或6所述的線性磁阻馬達(dá)，其特征是上述各定子片的中心和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心的構(gòu)成角度全是72度。
11.如權(quán)利要求1所述的線性磁阻馬達(dá)，其特征是上述的轉(zhuǎn)子的鄰接齒間的中心角和定子片的鄰接極間的中心角的比是2∶3。
12.一種設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，它具有盛放被清洗的衣物的洗滌槽缸和設(shè)置在洗滌槽缸的底部、攪拌被清洗衣物的洗滌棒，其特征是上述的線性磁阻馬達(dá)是由中心設(shè)有回轉(zhuǎn)軸、多個(gè)齒沿整個(gè)圓周呈放射狀突出著的轉(zhuǎn)子，和用二片以上定子片組成的定子構(gòu)成的；上述的定子片具有朝轉(zhuǎn)子的各齒突出的多個(gè)極。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，其特征是上述各定子片的極數(shù)滿足下式極數(shù)＝驅(qū)動(dòng)電源的相數(shù)×2
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，其特征是上述各定子片的極數(shù)是四個(gè)。
15.如權(quán)利要求13所述的設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，其特征是上述各定子片的極數(shù)是六個(gè)。
16.如權(quán)利要求12或13所述的設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，其特征是上述各定子片的極數(shù)是八個(gè)。
17.如權(quán)利要求12所述的設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，其特征是上述各定子片的中心和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心的構(gòu)成角度均是相同的。
18.如權(quán)利要求12或16所述的設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，其特征是上述各定子片的中心和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心的構(gòu)成角度全是180度。
19.如權(quán)利要求12或16所述的設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，其特征是上述各定子片的中心和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心的構(gòu)成角度全是120度。
20.如權(quán)利要求12或16所述的設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，其特征是上述各定子片的中心和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心的構(gòu)成角度全是90度。
21.如權(quán)利要求12或16所述的設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，其特征是上述各定子片的中心和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心的構(gòu)成角度全是72度。
22.如權(quán)利要求12所述的設(shè)有線性磁阻馬達(dá)的洗衣機(jī)，其特征是上述轉(zhuǎn)子的鄰接齒間的中心角和定子片的鄰接極間的中心角的比是2∶3。
全文摘要
本發(fā)明是一種能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)大口徑圓角驅(qū)動(dòng)體所需要的大的轉(zhuǎn)矩、能變速的線性磁阻馬達(dá)。它是把環(huán)形的定子改成由多個(gè)定子片構(gòu)成。使轉(zhuǎn)子在由定子片構(gòu)成的環(huán)形空間內(nèi)回轉(zhuǎn)。本發(fā)明的線性磁阻馬達(dá)能適用于洗衣機(jī)。
文檔編號(hào)H02K19/02GK1118534SQ95107710
公開日1996年3月13日 申請(qǐng)日期1995年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月29日
發(fā)明者金基奉 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社