专利名称：具有可变空气间隙的通用电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有可变空气间隙的通用电动机。
已知有各种带可变磁阻的步进式电动机，该步进式电动机具有一个转子和一个同轴定子，上述转子由一圆柱形铁芯形成，它的齿沿着侧向表面定位，而该同轴定子具有多个激励绕组，这些绕组数目不同于齿数目。
这类电动机从构造的观点来看一般是复杂的。而且，因为各绕组按照许多周期式改变相位供能，所以这类电动机存在电磁漏泄方面和派生污染方面的问题。
本发明的又一个目的是提供一种电动机，该电动机用直流电源和交流电源同样都能操作，也就是说，是一种所谓的通用电动机。
本发明的还有另一个目的是提供一种电动机，该电动机可以在两个旋转方向上安全地起动。
正如后面权利要求书所说明的，本发明解决了提供一种具有可变空气间隙的通用电动机的问题，这种类型的通用电机具有一个转子和一个定子，上述转子有一个齿或多个在圆周上等间距被沟槽相互分开的齿，而定子设置一个激励系统，从一般的观点来看，该通用电动机其特征在于上述激励系统包括至少一个电磁铁、一个控制电路和一个永久磁铁，它们连续不断地间隔开安装在面向上述转子的定子支承件上，上述电磁铁设置一个衔铁和一个绕组，控制电路设置一位置检测器，用于将能量(power)加到电磁铁上；上述电磁铁和永久磁铁都固定在上述定子支承件上，以便交替式激励转子，并且固定在可调位置处，以便改变转子自身的旋转方向。
因此，在按照本发明所述的电动机中，具有一个转子和一个定子，该转子例如用铁磁材料制造，它带有一个或多个齿，而该定子带有一电磁铁和一永久磁铁，上述电磁铁不在乎用直流或交流供电，而永久磁铁以这种方式定位，以便提供旋转方向和克服中性点，利用使电源驱动电动机的控制电路，在转子的各齿上产生电磁铁和永久磁铁的交替吸引。
尽管在目前的说明中，本发明是根据旋转电动机来进行说明，但它也可以应用于线性电动机或应用于环形线性电动机和用于部分伺服控制的装置。
而且，如此处所述，定子可以是活动的，并因此转子可以是固定的，同时不用作任何其它的修改就可以颠倒上述结构。
由于完全封闭了定子和转子之间的磁流，所以连同所提到的其它优点一起都是极好的效率水平。用于电动机旋转所消耗的总功率减少，因为用电磁铁来推斥一个转子齿中的永久磁铁所提供的功率基本上等同于将磁铁吸引到后面步级的转子齿上所提供的功率。
按照本发明所述的电动机，具有特别简单的元件，并因此降低了它的成本。
电动机的功率可以通过将定子上的电磁铁和永久磁铁数目从其单独一对增加到许多对，或是增加单个电磁铁或永久磁铁数目来改变。
正如所附权利要求书中所表明的，按照本发明所述的电动机可以不应用到用铁磁材料制造的转子上，而是应用到这样一种电动机上，它的齿是用与激励系统的永久磁铁相同的极性，或是与其相反的极性永久磁化的极性扩张。在这种情况下，电动机分别通过排斥或通过吸引起作用，并且对于其运动所要求的偏移来说，它是电磁铁绕组，该电磁铁绕组是相对于极距偏离中心到所希望旋转方向的右边或左边。因此，电磁铁的功率用来得到永久磁铁的排斥力或吸引力，并用来给电动机轴提供所希望的功率。
从下面有关各实施例详细说明的内容，将使本发明的另一些特点和优点变得更显而易见，这些实施例通过附图中的非限制性表示，纯粹是例证性的。
例证性实施例的说明按照本发明，在
图1和3中，标号1表示一个转子，该转子具有多个吸引步级(step)，而标号2表示一个定子，该定子设置一激励系统。转子1属于线性型，该线性型围成一个环，它很平，该转子1提供许多个在圆周上等间距分布被沟槽11相互分开的齿10。设置在定子2中的激励系统包括至少一个电磁铁21、一个以22示意示出的控制电路，和一个永久磁铁23，它们连续不断地间隔开安装在面向转子1的转子支承件20上。
电磁铁21具有一个衔铁24和绕组25(图1)，该电磁铁21连接到控制电路22上。控制电路22设置一个位置检测器26如光学、磁、电阻、电感性传感器等，或者与电子电路一起工作，控制电路22还设置若干电刷换向器，它们对驱动电磁铁电源有用，正如下面将要看到的。
转子的各齿10可以用铁磁材料或永久磁铁制造。
图2和3作为例子示意示出各铁磁齿的情况。将电磁铁21和永久磁铁23固定在定子支承件20上这些位置处，以便假定旋转的方向用图1-3中的F表示，当位置检测器26面向一沟槽11Ⅰ(图1和2)的前沿时，电磁衔铁24可以搭接随后的沟槽11Ⅱ和另外，搭接齿10Ⅱ的其中一部分一个偏置距离(offset distance)S，而永久磁铁23搭接随后的齿10Ⅲ。这样，电磁铁21被控制电路22用支流或直流电激发经由它的位置，检测器26，并且能吸引齿10Ⅱ，在没有机械载荷和没有摩擦损耗的理想情况下，该齿10Ⅱ克服了永久磁铁23对齿10Ⅲ的吸引力。
当上述位置检测器面向齿10Ⅰ的前沿(图3)时，它通过控制电路22释放线圈21，电磁衔铁25搭接随后的齿10Ⅱ，而永久磁铁23在一朝随后的齿10Ⅳ方向偏移的位置处，以这种方式搭接随后的齿10Ⅲ，以便吸引它，直至位置检测器到达沟槽11Ⅱ的前沿，再次重复该循环时为止。
在永久磁铁齿101或102的情况下，根据极性配置，如图7和8中所示，用直流工作的电磁铁210和永久磁铁230固定在定子支承件200上这样位置处，以便在相同的旋转方向F的情况下，当位置检测器260面向沟槽103的前沿时，电磁衔铁210搭接随后的沟槽103和随后的齿101其中一部分，而当相互面对的磁铁和齿极性相反(图7)时，永久磁铁230搭接一随后的齿。当不是这种极性，而是极性相等(图8)时，电磁铁210和永久磁铁230固定在定子支承件200上这样位置处，以便在相同的旋转方向F的情况下，当位置检测器260面向沟槽103的前沿时，电磁衔铁210搭接随后的齿102和随后的沟槽103其中一部分，而永久磁铁230搭接一随后的沟槽103。
按照本发明，电磁铁和永久磁铁固定在定子支承件上的可调位置处，以便改变转子的旋转方向，如图5和6中所示。电磁铁21和磁铁23在定子支承件20上成机械耦合，它们之间的距离决定转子1的旋转方向。在磁铁23搭接齿10的情况下，当电磁铁21搭接前面齿的前沿(图5)时，转子1的旋转方向是箭头F所指的方向，而当电磁铁21搭接前面齿的后沿(图6)时，转子1的旋转方向是相反的方向。
从转子和激励系统之间相互作用的观点来看，电磁衔铁24和永久磁铁23如图4所示，用它们的空气间隙在侧向上面向转子10其中两个相反的圆周极端。
关于图9，它示出按照本发明所述电动机的第二实施例。转子1a在轴向上是细长的并有三个齿，这三个齿一般用10a表示。电磁铁21a有一衔铁24a和绕组25a。电磁衔铁24a和永久磁铁23a相应地是细长的，并且在侧向上用它们的空气间隙面向转子1a。
关于图10，它示出按照本发明所述电动机的第三实施例。转子1b与第二实施例的电动机相比显著地变平，并且同样，它有三个齿，这三个齿一般用10b表示。电磁铁21b有一衔铁24b和绕组25b。电磁衔铁24a和两个永久磁铁23b在侧向上用它们的空气间隙面向转子1b。
关于图11，它示出按照本发明所述电动机的第四实施例。转子1c是一个环形轨道(track)装置6，它用例如塑料制造，轨道装置6上有若干轴承插件3，它们用铁磁材料制造。如图所示，转子1c与叶片4成为整体，该叶片4在中央处设置一支承元件5，用于转子的旋转。激励系统用电磁铁21c(它有一衔铁24c和绕组25c)、用永久磁铁23c和用一位置检测器26c示意示出。
关于图12，它示出按照本发明所述电动机的第五实施例。转子1d具有一单一的吸引步级，该吸引步级有一单一的铁磁齿10d和一中间步级11d，该中间步级11d具有与齿10d相同的质量密度。
在定子支承件20d上，激励系统用一电磁铁21d和用一永久磁铁23d示意示出，该电磁铁21d有一衔铁24d和绕组25d。激励系统的操作如有关第一实施例所述。
这样表达的本发明可以经受许多种修改和改变，因而不脱离本发明思想的范围。
权利要求
1．具有可变空气间隙的通用电动机，它属于具有一个转子和一个定子的那种类型，上述转子有一个齿或多个在圆周上等间距被沟槽相互分开的齿，而定子设置一个激励系统，其特征在于，上述激励系统包括至少一个电磁铁(21；210；21a；21b；21c；21d)，该电磁铁设置一个衔铁(24；24a；24b；24c；24d)和一个绕组(25；25a；25b；25c；25d)；一个控制电路(22；220)，该控制电路设置一个位置检测器(26；260；26c)，用于将功率加到电磁铁上；和一个永久磁铁(23；230；23a；23b；23c；23d)，上述电磁铁、控制电路和永久磁铁连续不断地间隔开安装在面向上述转子(1；100；1a；1b；1c；1d)的定子支承件(20；200)上，上述电磁铁(21；210；21a；21b；21c；21d)和永久磁铁(23；230；23a；23b；23c；23d)固定在上述定子支承件(20；220)上，用于交替式激励转子，并且固定在可调位置中，以便改变转子自身的旋转方向。
2．按照权利要求1所述的电动机，其特征在于上述转子具有若干齿(10)，这些齿用铁磁材料制成。
3．按照权利要求1所述的电动机，其特征在于上述转子具有作为齿(100)的永久磁铁。
4．按照权利要求1所述的电动机，其特征在于上述电磁衔铁(24a；24b；24c；24d)和永久磁铁(23a；23b；23c；23d)用它们的空气间隙，在侧向上面向上述转子(1a；1b；1c；1d)。
5．按照权利要求1所述的电动机，其特征在于上述电磁衔铁(24)和永久磁铁(23)用它们的空气间隙，面向上述转子(1)两个相反的圆周极端。
全文摘要
本发明涉及一种具有可变空气间隙的通用电动机。它具有一个转子(1)和一个定子(2),该转子(1)带有一个或多个吸引步级,而定子(2)设置一个激励系统。该激励系统包括:至少一个电磁铁(21),该电磁铁(21)设置一个衔铁(24)和一个绕组(25);一个控制电路(22),该控制电路(22)设置一个位置检测器(26),用于将功率加到电磁铁上;和一个永久磁铁(23),上述电磁铁(21)、控制电路(22)和永久磁铁(23)连续不断地间隔开安装在面向转子(1)的定子支承件(20)上。电磁铁(21)和永久磁铁(23)固定到定子支承件(20)上,以便交替式激励转子,并且固定在可调位置中,以便改变转子自身的旋转方向。
文档编号H02K19/06GK1305657SQ99807514
公开日2001年7月25日 申请日期1999年5月27日 优先权日1998年6月18日
发明者阿尔贝尔多·帕尔契 申请人:米克罗纳萨·第帕尔契·阿尔贝尔多公司